Determination of mercury content in coal dust collected from coals

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

The problems of coal dust emission are relevant in the coal industry. The greatest danger is represented by coal dust with particle sizes of less than 10 and 2.5 microns. Such fine airborne dust can have a negative impact to human health, susceptibility to weathering, tendency to long-term environment damage, settling on the soils and transferring into waters. The contents of coal dust must be controlled, therefore coal dust was included in the list of pollutants regulated by Hygenic standards GN 1.2.3685-21. It is well known that coal dust may contain potentially hazardous elements, the concentration of which is determined by the form of their occurrence in coal. Among these potentially hazardous elements, mercury compounds are the most dangerous. In this regard, works aimed at assessing the distribution of mercury in coals and airborne dust are relevant. The current paper presents the results on the determination of mercury contents in coals and airborne dust that was collected from them. Also, the granulometric composition of dust particles was shown.

Полный текст

1. Introduction

The emission of coal dust is today an urgent problem in the coal industry. The airborne coal dust with sizes less than 10 and 2.5 µm is of the greatest interest, as it can be suspended in air for a long time and be transported over considerable distances. This has a negative impact on the atmospheric air, soils and water bodies, and can also leads to various diseases of the human pulmonary system, such as fluorosis and selenosis (Dai et al., 2012; Liu and Liu, 2020). Coal dust is included in the list of pollutants in accordance with Hygenic Standards GN 1.2.3685-21 “Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans” (GN 1.2.3685-21, 2021), therefore, issues related to the control of the content of coal dust are an important task in the coal industry.

The composition of coal dust may include various potentially hazardous elements (PHE), one of which is mercury and its compounds. Mercury, as the most toxic element, has always been of great interest (Zharov et al., 1996). An important feature of mercury compounds is the volatility. The authors note that, as a rule, mercury in coals is present in two forms: mercury associated with inorganic and/or organic matter (Yudovich et al., 2005). Currently, there is no reliable information on the mercury content in coal dust. Therefore, in order to control mercury in coal dust and its emission into the environment, it is necessary to carry out a number of measures aimed at studying the content of suspended dust in coals, its composition, as well as the content and forms of PHE in it.

The current work is dedicated to the determination of the mercury content in samples of coal and fine airborne dust, as well as to the determination of the granulometric composition of airborne dust.

2. Materials and methods

The samples of coals from the Kuznetsk basin were used. Sieve analysis of samples was performed in accordance with standard method (GOST 2093-82, 2001). Size class of less than 3 mm was used to collect the airborne coal dust using a specialized laboratory installation (Krasilova et al., 2022a). Table 1 shows the results of proximate analysis of coal samples and dust collected at the laboratory installation.

3. Results and discussion

3.1. Determination of the particle size distribution of coal dust by laser diffraction

Granulometric composition of the collected coal dust samples was determined by laser diffraction in accordance with procedure described in (Krasilova et al., 2022b). To determine the particle size distribution, an Analysette 22 Next Nano particle size analyzer (FRITSCH, Germany) was used. The results of determining the granulometric composition are given (Krasilova et al., 2022a). It was shown that the content of particles with sizes up to 10 microns varies between 25.3% and 35.3%, and particles less than 2.5 microns is in the range of 4.7-7.4%.

3.2. Determination of mercury content in coals and coal dust

To determine the mercury content in coal dust, a RA-915M mercury analyzer with thermal decomposition of the sample (Lumex) was used. Measurements were carried out in accordance with standard method (GOST R 59176, 2020). The results are given in Table 2 and Fig. 1.

 

Table 1. Results of proximate analysis of coals and dust samples.

Sample №

Proximate analysis

Wt, %

Wa, %

Ad, %

Std, %

Coal №1

12.1

1.1

11.2

0.33

Dust of coal №1

-

0.8

14.0

0.31

Coal №2

11.4

1.4

9.1

0.28

Dust of coal №2

-

1.0

10.1

0.25

Coal №3

11.4

1.1

8.9

0.30

Dust of coal №3

-

0.8

9.7

0.34

Note: Wt - total moisture; Wa – analytical moisture; Ad - ash contents (on dry basis); Std - total sulfur (on dry basis).

 

Table 2. Mercury content in coals and dust samples.

Sample №

Hg (on dry basis), g/t

Уголь №1

0.049

Coal №1

0.050

Dust of coal №1

0.074

Coal №2

0.078

Dust of coal №2

0.036

Coal №3

0.040

 

Fig.1. Mercury contents in airborne dust.

 

Mercury is found in all samples of coal dust, in amounts not exceeding Clarke values in the earth’s crust according to A.P. Vinogradov (Kasimov and Vlasov, 2015). The highest mercury content was noted in dust of coal № 2 - 0.078 g/t, and the minimum - in dust of coal (0.036 g/t). The results of mercury content determination showed that the mercury content in dust samples slightly exceeds its content in coal.

4. Conclusions

A proximate analysis of coals and airborne dust collected from them was carried out. It was shown that the dust is characterized by a higher ash content, and the sulfur content in the dust practically does not change relative to coals.

The content of mercury in coals and airborne dust collected from them was determined. It was shown that the contents of mercury in dust samples slightly exceeds its contents in coal.

Acknowledgements

The work was carried out within the framework of the Strategic Academic Leadership Program “Priority 2030”.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

×

Об авторах

V. Krasilova

NUST «MISiS»

Автор, ответственный за переписку.
Email: vera.prosina2017@yandex.ru
Россия, Leninsky Prospekt, Moscow, 119049

N. Dobryakova

NUST «MISiS»

Email: vera.prosina2017@yandex.ru
Россия, Leninsky Prospekt, Moscow, 119049

S. Epshtein

NUST «MISiS»

Email: vera.prosina2017@yandex.ru
Россия, Leninsky Prospekt, Moscow, 119049

Список литературы

  1. Dai S., Ren D., Chou C.L. et al. 2012. Geochemistry of trace elements in Chinese coals: a review of abundances. genetic types. impacts on human health and industrial utilization. International Journal of Coal Geology 94: 3-21. doi: 10.1016/j.coal.2011.02.003
  2. GN 1.2.3685-21. 2021. Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans. (in Russian)
  3. GOST 2093-82. 2001. Solid fuel: screen analysis for the determination of granulometric composition. Moscow: Izd. Standartov. (in Russian)
  4. GOST R 59176-2020. 2020. Solid mineral fuels. Determination of mercury by direct combustion. Moscow: Standartinform. (in Russian)
  5. Kasimov N.S.. Vlasov D.V. 2015. Clarkes of chemical elements as comparison standards in ecogeochemistry. Vestnik Moskovskogo Universiteta [Bulletin of Moscow University] 5(2): 7-17. (in Russian)
  6. Krasilova V.A., Epshtein S.A., Kossovich E.L. et al. 2022b. Development of method for coal dust particle size distribution characterization by laser diffraction. Gornyj Informacionno-Analiticheskij Byulleten’ [Mining Informational and Analytical Bulletin] 2: 5-16. doi: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_5 (in Russian)
  7. Krasilova V.A., Kossovich E.L., Gavrilova D.I. et al. 2022a. Laboratory installation for collection and concentration of airborne coal dust. Gornyj Informacionno-Analiticheskij Byulleten’ [Mining Informational and Analytical Bulletin] 6: 121-130. doi: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_121 (in Russian)
  8. Liu T., Liu S. 2020. The impacts of coal dust on miners’ health: a review. Environmental Research 190: 109849. doi: 10.1016/j.envres.2020.109849
  9. Yudovich Ya.E.. Ketris M.P. 2005. Toksichnyye elementy-primesi v iskopayemykh uglyakh [Toxic elements-impurities in fossil coals]. Ekaterinburg: Izd-vo UrO RAN. (in Russian)
  10. Zharov Yu.N., Meyton E.S., Sharova I.G. 1996. Cennye i toksichnye elementy v tovarnyh uglyah Rossii. [Valuable and toxic elements in commercial coals of Russia]. Moscow: Nedra. (in Russian)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис.1. Содержание ртути в пыли, находящейся в воздухе.

Скачать (98KB)

© Krasilova V., Dobryakova N., Epshtein S., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».