Question

【煤质分析及分析仪器简介】 常用的化学分析仪器

Answer 1

　　【摘 要】能源的日渐匮乏对经济的发展起到了很大程度的制约，这就要求在煤炭利用方面愈加合理。本文主要介绍了煤样采制过程及目前国内先进的分析仪器，并对分析方法也做了简单介绍。对煤炭的加工和利用有一定借鉴意义。
　　【关键词】煤质分析；选煤厂；分析仪器
　　1、煤样的制备
　　由于煤炭是一种化学组成和粒度组成很不均匀的混合物，要从大量的煤样中取出少量的有代表性的样品，就必须按照一定的操作程序对煤样进行加工。在制样的过程中，破碎到一定粒度进行缩分之后，留下一部分，弃掉一部分，这种缩分必须严格按照规定操作，使保留和弃去两部分样品质量接近，如果有很大的差异，即使下一步分析化验再准确，其结果也毫无意义。由此来看，制样是关系到分析试验结果是否准确的最重要环节。
　　煤样的制备是按照规定把较大量的煤样加工成少量的具有代表性试样的过程。它包括：破碎、筛分、混和、缩分和干燥。具体操作就是将不少于3.75kg的煤样全部破碎到3mm以下，并且全部通过圆孔筛用二分器缩分出100g，再制成分析煤样，制好的煤样要在室温下干燥1h后，质量变化不超过0.1%，达到空气干燥状态，以保证测试结果的稳定性。
　　2、煤的工业分析
　　2.1灰份的测定
　　煤的灰份不是煤中的固有成分，而是煤在规定条件下完全燃烧的残留物，测定灰份的方法有两种，一种是缓慢灰化法(慢速法)，另一种是例常分析的快速法。
　　2.2挥发份的测定
　　煤的挥发份是指煤的气体可燃物。它主要由碳氢化合物组成，工业分析中测定的挥发份不是煤中原来固有的挥发物质，而是煤在严格规定下加热时的热分解产物，改变任何试验条件都会给测定结果带来不同程度的影响。
　　2.3全硫的测定
　　国家标准中规定测硫有重量法（艾氏卡法）、高温燃烧中和法和库仑滴定法。我们目前采用的是国标库仑滴定法，该方法操作简便、快捷、准确。
　　煤在1150℃的管式炉中燃烧，煤中各种形态的硫均被氧化和分解为二氧化硫和三氧化硫，生成三氧化硫与水化合生成亚硫酸，以电生碘、电生溴来氧化滴定亚硫酸，根据电生碘或电生溴所消耗的电量，计算煤中全硫的含量[1]。
　　2.4胶质层测定
　　煤在炼焦加热过程中，煤粒表面形成一种气态、液态、固态比例不稳定的混合物即我们所说的胶质体。各煤粒之间的结合就通过胶质体粘结在一起，随着温度的提高，胶质体固化，就形成了焦炭。那么胶质层最大厚度Y值就是指煤在加热过程中，形成和消失胶质体过程中瞬间所产生胶质体的最大值。它只是数量的概念，没有质量的概念。有时Y值相同，质量却不同，也就是说胶质体产生的多，粘结性不一定好。它只是评价炼焦煤产生胶质体的数量。
　　胶质层指数的测定过程反映了工业焦炉炼焦的全过程。Y值直接反映了煤的胶质体特性和数量。是煤结焦性好坏的一个标志。它被列为煤分类的工艺性指标。
　　2.5粘结指数
　　炼焦用煤中也有不产生或产生少量胶质体的组分存在，我们称其为惰性物质，这些物质通过其他煤粒表面产生的胶质体结合在一起，形成焦炭。粘结指数G值就是评价胶质体粘结惰性物质能力的指标。其测定就是以一定质量的炼焦煤试样和专用的无烟煤(没有粘结性）混合均匀，在规定条件下加热成焦，所得焦炭在一定规格的转鼓内进行强度检验，以焦块的耐磨强度表示试验煤样的粘结能力。粘结指数是煤分类中判别煤的一个重要指标，它的优点是方便、快捷、煤样用量少[2]。
　　3、煤质分析仪器与现代化分析方法简介
　　3.1一般分析仪器
　　具有一般煤质分析能力的煤质化验室需购置的仪器主要有：测试煤中热值的量热仪；测试煤的水分、灰分、挥发分和固定碳4项指标的工业分析仪；测试煤中元素含量的测硫仪、碳氢测试仪；还有关系到锅炉燃煤安全的煤灰熔融性测试仪等。
　　3.2E-MAC红外快速煤质分析仪
　　通过应用5E-MAC红外快速煤质分析仪进行煤的工业分析，其结果是具有很高的可信度的。原GB212-91法用电子天平精确称取一个试样1。0000±0。0002g大约需3min左右，而用5E-MAC红外快速煤质分析仪电子天平只需要几秒钟就可完成一个试样的称量，而且用5E-MAC红外快速煤质分析仪还能够进行批量分析，这不仅加快了分析速度，提高了分析质量，也减少了人为因素对分析结果的影响。故用5E-MA红外快速煤质分析仪进行煤的工业分析具有很好的应用前景。
　　3.3红外快速分析仪
　　红外快速分析仪的检测原理为热重分析法，将远红外加热设备与称量用的电子天平结合在一起在特定的气氛条件、规定的温度(可设定)、规定的时间(可设定)内对受热过程中的试样予以称重，以此计算出试样的水分、灰分等工业分析指标。相对于烘箱、马弗炉测定水分灰分的方法，该仪器具备很多优点。自动称量，减少了人工称量产生的误差。利用0号坩埚校正省去了试样冷却时间，缩短了试验时间。试验过程中免除了人工干预。试验过程中消除了安全隐患(人员高温烫伤)。自动计算、打印试验结果，减少了人工计算产生的误差，降低了劳动强度，提高了工作效率。试验数据保存在电脑中，便于查询和统计。自动化程度高，试验时只要将样品放入坩埚内，测定结果将自动报出[3]。
　　3.4脉冲中子煤质分析仪
　　使用中子技术可以减少费用和测量时间，而这两项指标对煤炭工业来说十分重要。其他的分析技术包括X射线荧光(XRF)和瞬发γ中子活化分析对于分析C和O等元素不利。脉冲快热中子活化分析可直接测量物质中的元素组成，非常适合分析不同的样品，利用脉冲中子束可以测量低原子序数的C和O元素。脉冲快热中子分析的基础是脉冲中子发生器，脉冲D-T中子发生器可以引发多种核反应。由这些反应生成的γ射线可被适合的探测器测到(常用的是锗酸铋晶体)。在中子脉冲期间，γ射线谱主要包括(n，n′γ)，(n，pγ)，(n，γ)反应产生的γ射线。在中子间歇期间，一些快中子仍然与物质中的轻元素碰撞而损失能量。当中子能量低于1eV时，中子被一些元素如H，N和Fe通过(n，γ)反应被俘获。由这些反应生成的γ射线可以被存储在多道分析器(MCA)的不同存储区。利用计算机可计算出精确的结果。
　　结 论
　　煤炭是国家的重要能源，即使在石油需求量不断增长的今天，做为一次能源的煤炭仍占有相当重要地位。为了更充分有效地利用煤炭资源，在煤炭资源勘探阶段，就开始了一系列的煤炭质量的检验，以便规划开发计划。煤炭在开采过程中也要对煤炭质量进行检验和监测。煤炭在销售中还要通过煤质分析对煤炭质量作出评估，以确定商品煤的售价。重要的是煤炭做为重要的煤化工原料被利用时，煤质化验分析就更为必要。总之，无论是煤炭的开发、利用或是精加工、深加工都离不开煤质分析。
　　参考文献
　　[1]钟蕴英等.煤化学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1995
　　[2]冯安祖.炼焦化工卷.中国冶金百科全书[M].
　　[3]张棋,刘翠华.煤工业分析方法的改进,燃料与化工,1994,25(4): 169～170.