煤燃烧过程中关键金属元素迁移及富集机制研究

研究背景

近年来，关键矿产在新材料、新能源、信息技术、航空航天以及国防军工等新兴产业中发挥着不可替代的重要作用。然而，我国关键矿产对外依存度高，资源供应面临挑战。为保障国家资源安全，迫切需要加强矿产资源科技创新，拓宽资源获取渠道。

与此同时，我国煤炭资源丰富，但煤发电过程中产生的大量粉煤灰却未得到充分利用。粉煤灰的堆积不仅占用土地、污染环境，其所含的重金属元素还会对水资源和生态系统造成潜在危害。

然而，煤和粉煤灰中富含多种关键金属元素，例如锂、镓、锗、稀土等。若能将这些元素提取并加以利用，不仅可以缓解我国关键金属资源短缺的压力，还能变废为宝，实现资源的循环利用，具有重要的经济和环境效益。

本研究旨在探究煤燃烧过程中关键金属元素的迁移、赋存和转化规律，并揭示其在燃烧产物中的富集机制，主要研究内容包括：

模拟燃烧实验: 通过模拟燃煤电厂的实际工况，研究不同燃烧条件对关键金属元素迁移转化的影响，并利用化学提取方法对燃烧产物中关键金属元素进行定量分析。
热力学模拟计算: 基于热力学平衡原理，利用FactSage等软件模拟计算关键金属元素在不同温度、气氛条件下的形态演变，预测其在燃烧过程中的迁移趋势。
燃烧产物微观结构表征: 采用XRD、XRF、SEM、ICP-MS等先进测试手段对煤和燃烧产物进行微观结构分析，确定关键金属元素在不同矿物相和非晶质相中的赋存状态。
关键金属元素富集机制研究: 结合实验和模拟计算结果，分析关键金属元素在煤燃烧过程中的迁移路径、赋存形态变化以及富集规律，阐明其富集机理。

本研究将揭示煤燃烧过程中关键金属元素的迁移和富集机制，为从煤灰中高效提取关键金属元素提供理论依据，推动粉煤灰资源化利用技术的进步，对缓解我国关键金属资源短缺、发展循环经济具有重要意义。