原油、硫铁矿和煤矿储运过程中碳、硫物质作用对自燃发生和大气环境影响.pdf

第一部分前言 第一部分前言 我国是一个能源消费大国，随着经济飞速发展，能源短缺问题日益突出，特别对各 种矿石、煤炭、石油等能源的需求与日俱增，使我国已经完全变成了能源净进口国。由 此，我国逐年加大了对能源的开采、购入和储备，如国家通过巴西、印度等国订购大宗 铁矿石、从外蒙古大量购入煤炭、建立西气东输工程，即中哈、中俄之间建立大型石油、 天然气输送管道，以及利用大型油轮从西亚国家购进大量原油等多种手段购置能源，来 最大限度满足国家经济发展对能源的需求。特别值得提到的是近几年来，国家在山东、 浙江两省建立了四大原油储备基地，并有进一步增加、扩大储备基地的态势。由此，矿 石、煤炭、石油在储运过程中的安全问题显得尤为重要。本文正是对硫铁矿、含硫煤、 原油在储运过程中的安全问题，即低温自燃问题进行了深入探讨和研究，对维护国家战 略资源的稳定和安全提供了实际的借鉴和指导。同时，对硫铁矿、含硫煤、原油自燃原 因共性问题的针对性研究，推动了地球有机化学、大气环境化学等相关学科的发展。 1．1硫铁矿、煤矿、原油在开采、储运过程中氧化自燃事故 1．1．1硫铁矿在开采、储运中的氧化自燃事故 很多大型硫铁矿矿山、含有大量硫铁矿的煤矿、矿坑、含硫的各种硫精矿，甚至大 型硫精矿运输船均常常发生自燃。 例l：地质储量1．7亿吨的新桥硫铁矿1991年建成后，开始投产，但自1992年至今， 已发生了多起重大自燃事故【¨。 例2：江苏句容硫铁矿由于部分矿石含硫达到40％以上，矿体在开采过程中极易发热， 1989年至1995年期间多次发生氧化自燃，通过北京矿业研究总院安全评估以及采取相 应安全措施，使自燃火灾明显得到控制【2】。 例3：马鞍山向山硫铁矿在1955．1980年间发生过68起氧化自燃事故【3l。 例4：国外硫化矿山同样存在类似的问题。美国克洛克矿山、前苏联乌拉尔铜矿、捷克 利铅锌矿、加拿大的沙利文矿、澳大利亚的蒙特艾萨矿、阿尔巴尼亚的普雷尼亚斯镍铁 矿、日本的下川铜矿等均都发生过自燃引发的火灾事故，均造成了重大的人身、财产损 失。目前，我国永福、临桂、潭山等许多硫化矿山也不同程度地存在着矿石氧化自燃问 原油、硫铁矿和煤矿储运过程中碳、硫物质作用对自燃发生及大气环境的影响 题【3J。 硫铁矿氧化自燃特点均是：与空气接触的部分矿石氧化，伴随热量生成，聚集出现 高温，并有刺激性S02气体放出，空气流动加快会伴有更高浓度的S02气体产生。刺激 性气味的S02和高温，使灭火人员根本无法进入采场，造成自燃火灾很难控制，通常有 效的办法是充填水泥砂浆覆盖自燃的矿石来扑灭火灾，但同时采场被充填料充满，造成 矿石无法继续开采。 1．1．2煤矿在开采、储运过程中氧化自燃造成的威胁 我国煤炭产量和消费量均居世界首位，是少数几个以煤作为主要能源的国家之一。 煤炭在我国一次能源消费中占76％，随着我国经济的飞速发展，对煤炭的需求量越来越 大，但是煤炭在开采、储运过程中氧化自燃引发的火灾是煤矿业一大突出灾害。 例1：宁夏神华煤矿在开采、堆积过程中由于煤中少量的硫铁矿裸露在空气中，发生氧 化放出大量的热量，并迅速聚集，造成局部温度升高，达到自燃发生的温度，造成自发 性火灾。神华煤曾多次因此发生类似火灾事故14】。 例2：2001年11月，北京遥感公司应用卫星遥感等综合技术对乌达煤田火区进行的初 查，发现乌达煤田由于自燃原因形成大小火灾区26个，圈出煤田火区总面积307．6万平 方米，造成煤田地表大面积塌陷下沉，同时煤火使自然环境遭到严重破坏，可见煤自燃 已经成为～种严重的灾害性问题15】。 煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。据统计，我国国有重点煤矿中存在 自燃发火危险的矿井约占51．3％，由于自燃引起的火灾占总火灾数的90％以上。煤矿自 燃火灾诱发瓦斯、煤尘爆炸等事故时有发生，严重地威胁着人民的生命财产安全，阻碍 了煤炭工业的可持续发展，影响社会稳定。由煤炭自燃导致的优质煤损失量，至今已达 42亿吨以上，现在仍以2000．3000万吨／年的速度增加，而受其影响造成的呆滞资源储 量超过2亿吨／年，每年直接经济损失高达数十亿元，并由此造成的间接损失，诸如土 地资源、大气污染、自然生态环境和人文活动等受到的影响更是难以估计16]。 1．1．3大型原油、天然气、煤气储运设施因焦硫化铁氧化发热导致自燃 在石油化工及一些生产气体燃料的工业中，铁制设备或容器易遭受硫化氢等具有高 铁化合物为焦硫化铁忉