元素分析技術(shù)在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用

李一夫

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)大隊(duì)，貴州遵義 563000）

1 紅外線光譜技術(shù)在煤質(zhì)分析應(yīng)用

近紅外光譜分析技術(shù)可用于對(duì)煤炭的水分、全硫、氫含量、工業(yè)分析、發(fā)熱量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。水分是煤質(zhì)分析過程中的一個(gè)重要的指標(biāo)，含水量越多的煤炭質(zhì)量越差，運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)組建出成分的近紅外光譜分析模型，進(jìn)而可準(zhǔn)確并且快速地檢測(cè)煤炭中水分；硫是一種有害的物質(zhì)，燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，例如二氧化硫、三氧化硫等，在測(cè)硫時(shí)使用近紅外光譜技術(shù)選擇性高、重復(fù)性好；氫元素是煤炭中有機(jī)質(zhì)的主要成分，利用近紅外光譜技術(shù)在測(cè)氫時(shí)所需樣品用量少，操作簡(jiǎn)單，并且分析成本低，其精密度高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的三節(jié)爐檢測(cè)法；測(cè)定工業(yè)分析和發(fā)熱量時(shí)可大幅減少分析時(shí)間，準(zhǔn)確度高[1]。所以，近紅外光譜分析技術(shù)非常適合在煤質(zhì)分析工作當(dāng)中推廣使用。

1.1 水分檢測(cè)

水分在煤炭中起著重要的作用，煤炭中水分的含量越高，煤炭的無(wú)用成分就越多，對(duì)煤炭的加工利用、運(yùn)輸、貿(mào)易都產(chǎn)生了很大的影響，所以水是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。傳統(tǒng)的對(duì)水分的測(cè)量方法主要是以下三種，空氣干燥法、通氮干燥法、微博干燥法，這些方法都有缺陷，存在檢測(cè)周期比較長(zhǎng)，重復(fù)性較差的缺點(diǎn)。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的缺陷，采用了以近紅外線分光法為基礎(chǔ)，以測(cè)量煤炭模型水分為基礎(chǔ)，填平回歸方程的多重線性回歸方法。該方程組預(yù)測(cè)值和人工試驗(yàn)之間的相對(duì)性系數(shù)回轉(zhuǎn)方程可以達(dá)到0.97，矯正標(biāo)準(zhǔn)偏差可以達(dá)到0.5，遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜性邊框0.5的規(guī)定，在實(shí)用化方面企業(yè)適用更多。雷萌還使用了主要成分分析模型的近紅外線光譜數(shù)據(jù)等近紅外線光譜技術(shù)，在BP神經(jīng)系統(tǒng)模型的輸入中，以神經(jīng)元為主要成分，煤炭?jī)?nèi)水分的預(yù)測(cè)，這一方法可以在水中準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤炭。

1.2 全硫檢測(cè)

硫是有害的因素，焦化，氣化和燃燒后對(duì)環(huán)境有害。煤炭燃燒SO2和少量SO3是由于大氣中的排放污染了大氣，使空氣中的水蒸氣形成硫酸蒸汽，如果下雨，雨水就會(huì)落到表面，引起鋼鐵及碳酸鹽產(chǎn)品的腐蝕等。

在煤炭中測(cè)定總硫磺的傳統(tǒng)方法是艾氏卡方法、庫(kù)侖法、高溫燃燒中和。從煤炭中檢測(cè)出S含量至少10h以上的艾氏卡方法是，試驗(yàn)過程復(fù)雜而繁瑣，經(jīng)過高溫燃燒、洗滌、過濾、計(jì)量等復(fù)雜的工作后，仍需追加HCl BaCl2這類有害試劑，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜且多變，對(duì)人體的影響也很大。庫(kù)侖法和高溫燃燒中和方法是為了提高自動(dòng)化程度而采用通風(fēng)透氣性較好的方法，但使用化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成更多的污染。

在煤炭中使用了近紅外線分光法來(lái)決定S的含量，近紅外線分光法具有很高的選擇性，快速準(zhǔn)確，也可以在其他的礦石中使用，大大縮短了分析時(shí)間，提高了效率。近紅外線分光法在硫檢測(cè)中有很高的選擇性，可獲得良好的反復(fù)性和準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

1.3 氫原子的檢測(cè)

氫原子是煤炭有機(jī)物的主要成分之一，通過測(cè)定H元素的含量來(lái)計(jì)算煤炭的熱值，燃燒裝置的燃燒溫度理論和鍋爐燃燒熱平衡來(lái)計(jì)算。

傳統(tǒng)三節(jié)高爐的煤炭分析方是活動(dòng)復(fù)雜，檢測(cè)儀器的測(cè)熱時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響人類和環(huán)境，化學(xué)試劑、化學(xué)試劑等實(shí)驗(yàn)廢棄物會(huì)造成環(huán)境污染等。近紅外線分光檢查樣品是200～300s的氫氣，而且試驗(yàn)樣本的投入量少，操作簡(jiǎn)單，分析費(fèi)用低。研究與三個(gè)高爐相比，經(jīng)過簡(jiǎn)單的操作，短時(shí)的測(cè)試，結(jié)果具有準(zhǔn)確的不同特點(diǎn)，確認(rèn)了近紅外線分光H含量這一方法的妥當(dāng)性。

2 Vario EL Ⅲ元素分析儀在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用

同時(shí)由于利用色譜技術(shù)的VarioEL Ⅱ元件分析儀，其分析精度高，被廣泛應(yīng)用在可燃燒固體試劑中c、H、N、S元素 的檢測(cè)。“VarioEL Ⅱ元件分析儀在元素含量測(cè)量中廣泛使用，

具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

Vario EL Ⅲ元素分析儀是在德國(guó)生產(chǎn)特殊設(shè)備，可以檢測(cè)固體或液體樣品中的C、H、N、S等元素。包括進(jìn)樣系統(tǒng)，氧化還原系統(tǒng)，色譜吸注-解吸注系統(tǒng)，TCD檢測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)收集及分析系統(tǒng)。在試驗(yàn)原理中，煤炭樣品分析是：煤樣放入托盤自動(dòng)取樣系統(tǒng)取樣進(jìn)入燃燒管后，樣品高溫燃燒分解。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

煤氣燃燒后產(chǎn)生混合氣，通過載氣氦氣進(jìn)入還原系統(tǒng)，其中NOx和SO3等由還原系統(tǒng)還原為N2和SO2，其他成分基本不變。還原后的氣體進(jìn)入色譜吸注-解吸注系統(tǒng)，系統(tǒng)中的混合氣體通過不同的吸附柱進(jìn)行吸附分離。按順序分離后，被載氣推動(dòng)進(jìn)入TED系統(tǒng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）要注意的問題是，在實(shí)驗(yàn)過程中，空氣是關(guān)鍵階段，空氣中的氧氣要會(huì)加速還原性系統(tǒng)填料的氧化還原，還原系統(tǒng)中的還原銅會(huì)過早失去效力。并且空氣中的氮導(dǎo)致系統(tǒng)中的氮元素的測(cè)定含量提高。因此，樣品的包裝，填充氧化管、還原管道和干燥管道時(shí)，需要盡可能地排出空氣。

（2）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧化管、還原管、干燥管中的填充物品質(zhì)會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性[2]。氧化管中的氧化劑如果混入少量的三氧化鎢，可以有效促進(jìn)反應(yīng)，但如果加入純凈的三氧化鎢，實(shí)驗(yàn)效率大大減少。還原管中，純度不高的銅在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可能會(huì)與石英管融合傾倒不出來(lái)，但是純度高的銅卻不會(huì)發(fā)生此類情況。

（3）通氧量的多少是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟。氧氣過少影響煤樣的完全燃燒，使結(jié)果變低。燃燒完全，沒有留樣品在灰分管理，會(huì)對(duì)下一步試料的測(cè)試和分析結(jié)果產(chǎn)生影響。

（4）為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有必要去使用校正因子的標(biāo)樣測(cè)試的積分值和測(cè)試樣品的積分值相近，這樣可以有效地減少系統(tǒng)誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

近紅外光譜分析技術(shù)是光譜測(cè)量技術(shù)、化學(xué)計(jì)量、基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)三種技術(shù)的有機(jī)融合，能夠準(zhǔn)確對(duì)樣品進(jìn)行定性與定量分析，不僅分析速度快、無(wú)污染，并且操作也十分的簡(jiǎn)單。由于近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，近紅外光譜分析技術(shù)操作也變得越來(lái)越成熟，并逐漸發(fā)展成為分析測(cè)試技術(shù)的主要應(yīng)用技術(shù)之一。盡管近紅外光譜在我國(guó)的發(fā)展較晚，但隨著人們對(duì)近紅外光譜分析技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷加深，相信其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣泛。Vario EL Ⅲ元素分析儀能夠很好地滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求、方便節(jié)約時(shí)間、測(cè)定出了煤炭中元素含量。但各種因素分析儀器對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)和校正要求很高。如消防管道和復(fù)員管道、銅、廉價(jià)鎢等都比較貴，消耗較多，因此在購(gòu)買設(shè)備和耗材時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放寬技術(shù)要求中的制造需求，以節(jié)約成本。