淺析煤的揮發分測定影響因素和應對方法

何海軍+李小燕

摘 要：鑒于揮發分測定是一項規范性較強且影響因素比較多的實驗項目，本文通過在揮發分測定實際操作過程中所采取有效措施來提高測定結果的準確性和真實性。

關鍵詞：揮發分；影響因素；測定結果；準確性

煤中揮發分是指煤在規定溫度（900+10）℃，在隔絕空氣條件下加熱7min，逸出組分除去水分以外的揮發性物質。根據煤的揮發分高低和焦渣型號特征可以判斷煤的煤化程度和種類以及煤在工業中的加工利用途徑，是進行煤炭分類的重要參考依據。在配煤煉焦過程中，可以利用揮發分測定結果和煤的粘結指數值來指導煉焦配煤，以確定最經濟的配煤比；根據揮發分還可估算煤中碳氫元素含量及煤的熱值，除此以外，在煤的氣化和液化工藝條件的選擇上揮發分也有一定的參考作用。因此，準確測定揮發分結果具有非常重要意義[1]。

揮發分不是煤中所固有的揮發性物質，而是煤在一定實驗條件下經過加熱以后的熱分解產物，不同實驗條件都會產生不同實驗結果。因次，人們所說揮發分測定實際上是一項規范性較強的實驗項目。影響揮發分測定結果的準確性的因素有很多，其主要影響因素有加熱溫度的高低、加熱速度的快慢、加熱時間的長短；另外實驗所用器材的選擇，如坩堝的材質、大小、薄厚、坩堝架的大小、坩堝與坩堝蓋配套的嚴密程度也都會影響測定結果的準確性；實驗所用煤樣的粒度和質量、分析煤樣的種類和性質，煤樣中所含內水和外水的高低在一定程度上都可以影響揮發分結果的測定。因此，要想得到準確的揮發分測定結果，必須嚴格把控好測定過程中的各個環節。

1 馬弗爐加熱溫度、時間和速度

根據國標GB/T212-2008規定[2]：稱取按照國標GB/T474-2008煤炭制樣方法所制取的一定質量的空氣干燥基分析煤樣放置在坩堝內，在（900+10）℃溫度下，在馬弗爐內隔絕空氣加熱7min，以減少的煤樣質量占分析煤樣總質量的百分數，減去水分含量后即為所測定的揮發分結果，揮發分是煤經加熱到一定溫度以后的熱解產物，加熱溫度高低和時間長短決定了煤中有機質和無機礦物質的分解程度。在（900+10）℃的溫度條件下準確加熱7min（從開爐門放入樣品立即開始計時到快速取出樣品的總加熱時間），煤中有機物和無機礦物質的熱解反應趨于完全，因而測定結果比較可靠、準確；加熱溫度高或低都會使煤的揮發分結果發生偏差。如果加熱時間太短，煤中揮發性物質可能還有未分解的部分存在；若加熱時間太長，坩堝內壓力下降，會使空氣進入到坩堝內，從而引起坩堝內的實驗煤樣被空氣氧化，使實驗測定值高于煤樣正常值。因此，測定揮發分時先將馬弗爐的起始溫度加熱升到900℃，再將盛有煤樣的帶坩堝蓋的坩堝迅速放入馬弗爐內加熱，并在3 min內使馬弗爐爐溫回升至900℃（3min內溫度如果不能迅速回升到900℃，則此次實驗作廢。必要時可手動控制來達到溫度要求），溫度要嚴格控制在（900+10）℃下，加熱時間應嚴格控制在7min。送樣和取樣都應迅速。

加熱溫度的高低、時間長短和實驗人員操作動作的快慢都會直接影響到實驗測定結果的準確性，特別是加熱溫度對揮發分測定結果影響最明顯，要控制好馬弗爐的加熱溫度，必須在關閉爐門的狀態下，定期對熱電偶和毫伏計進行校正，對恒溫區定期或不定期的進行測定，使得馬弗爐的恒溫區溫度與指示溫度一致。

2 實驗所用坩堝和坩堝架

對坩堝的材質、形狀、尺寸和質量以及坩堝蓋和坩堝的配套嚴密程度，是否存在裂紋、缺口和畸形，在國標中都有規定。但是目前市面上存在的坩堝生產廠家不一，各種式樣的都有，有的質量超出國標要求的坩堝總質量15～20g，不能符合我們測試的需要。選用不同質量的坩堝測定時發現總質量在15至20g范圍內的坩堝測定揮發分時測定結果值無太大差異，但是當坩堝質量大于20g時揮發分的測定值會隨坩堝質量的增加而降低。因此，為了使揮發分結果測定準確，一般我們選用同一坩堝架上的坩堝質量盡量一致，大概16g左右比較合適。

其次，坩堝與坩堝蓋配合程度要嚴密，若坩堝蓋不能蓋嚴或坩堝有裂縫、缺口和畸形，那么在揮發分測定過程中，由于坩堝內揮發分氣體的不斷溢出，會使坩堝內部壓力逐漸下降，從而使空氣進入坩堝內在坩堝上形成一層白色氧化物而使揮發分的測定值偏高。因此，實驗人員在操作前應仔細檢查坩堝和坩堝蓋。新坩堝在使用前一定要經過灼燒且質量恒定后才可使用。

為使得放入馬弗爐內的帶蓋坩堝和坩堝架保持熱容量一致，因此建議每次實驗時坩堝架上應放滿6個質量、薄厚、材質接近的坩堝，如果實驗樣品不足放滿一坩堝架時，盡量用已恒重好的空坩堝擺滿所剩坩堝架位置，以使得實驗測定結果最大程度接近真實值。若坩堝架所剩位置不擺滿空坩堝，一般會導致揮發分測定結果偏高。另外，坩堝材質一般要求采用耐高溫的鎳鉻絲或其它耐熱金屬絲制成，不能掉皮且符合孔要求；坩堝大小要合適，太大易晃動，太小灼燒后會和坩堝架粘在一起；坩堝離恒溫區越遠會導致揮發不充分而使揮發分測定結果偏低。因此，坩堝放在坩堝架上放入馬弗爐后應使坩堝底部緊鄰熱電偶節點上方，坩堝架的后端離馬弗爐后端大約50mm比較適宜。

3 分析煤樣的質量和粒度

根據國家標準GB/T212-2008煤的工業分析方法規定煤中揮發分分析所用煤樣粒度應是小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1+0.0001）g，要嚴格要求制樣人員按照GB/T474-2008煤樣的制備方法認真制取煤質分析試樣，稱取樣品時要用稱樣勺順時針旋轉攪拌樣品30s，以使得稱樣瓶內的分析試樣混合均勻。樣品粒度不均勻，會導致測定結果不準確。

4 實驗煤的種類

對于褐煤和長焰煤測定揮發分時，需進行壓餅后，切成3mm的小塊后再進行揮發分測定。這樣做的目的主要是由于褐煤和長焰煤中水分和揮發分含量比較高，而且以松散狀態存在，若不經過壓餅，將裝有褐煤或長焰煤的帶蓋放入（900+10）℃的馬弗爐中后揮發分會一下大量釋放，頂起坩堝蓋帶出部分煤粒而使測定值偏高；壓餅后可以減慢釋放速度，有效防止爆燃，使測定結果比較準確。 對于其它煙煤和無煙煤而言，可在實驗樣品中滴加幾滴甲苯或苯等易揮發性的液體，以避免由于實驗樣品自身揮發分含量過少，在加熱后期坩堝內部壓力降低而使得空氣進入坩堝內，引起測定結果不準確。

5 煤中水分

在揮發分測定計算中最后要進行水分校正，所以在測定揮發分的同時要進行實驗煤樣的空氣干燥基水分測定，一般空氣干燥基水分對揮發分低的煤影響要大于對高揮發分煤的影響，空氣干燥基水分測定結果的準確性對揮發分有著直接的影響，因此，必須要求實驗人員嚴格按照國家標準所要求的實驗方法進行實驗測定，以減少由于檢測方法和設備不當所引起的誤差。除此以外實驗所用坩堝必須經過多次恒重并保存在干燥器內，但是恒重好的坩堝不宜放置太久，否則長時間放置坩堝的質量會因吸濕空氣而使測定值變大。一般將盛有實驗煤樣的坩堝從馬弗爐中取出后在外放置不應超過5min，移至干燥器內的時間也不易過長，大概15～20分鐘為宜，其次，干燥器與干燥器蓋之間要保持嚴密，經常檢查（觀察硅膠的顏色變化），適當涂一定量的凡士林；干燥器內盛放的硅膠應時常更換，以使干燥器內保持干燥狀態，否則會引起焦渣吸水，使揮發分測定結果偏低。

6 實驗人員個體因素

實驗人員要本著科學認真負責的態度，把好質量每一道關，定期或不定期地進行實驗室間比對實驗或參加實驗室能力驗證 ，以提高測定結果的準確性和可靠性。

參考文獻

[1] 李英華.煤質分析應用指南[M].北京：中國標準出版社，2009.

[2] GB/T212-2008，煤的工業分析方法[M]endprint