元素分析技術在煤質分析中的應用

李一夫

（貴州省地質礦產勘查開發局106地質大隊，貴州遵義 563000）

1 紅外線光譜技術在煤質分析應用

近紅外光譜分析技術可用于對煤炭的水分、全硫、氫含量、工業分析、發熱量等指標進行檢測。水分是煤質分析過程中的一個重要的指標，含水量越多的煤炭質量越差，運用近紅外光譜技術組建出成分的近紅外光譜分析模型，進而可準確并且快速地檢測煤炭中水分；硫是一種有害的物質，燃燒時，會產生大量的有害氣體，例如二氧化硫、三氧化硫等，在測硫時使用近紅外光譜技術選擇性高、重復性好；氫元素是煤炭中有機質的主要成分，利用近紅外光譜技術在測氫時所需樣品用量少，操作簡單，并且分析成本低，其精密度高于國家標準中的三節爐檢測法；測定工業分析和發熱量時可大幅減少分析時間，準確度高[1]。所以，近紅外光譜分析技術非常適合在煤質分析工作當中推廣使用。

1.1 水分檢測

水分在煤炭中起著重要的作用，煤炭中水分的含量越高，煤炭的無用成分就越多，對煤炭的加工利用、運輸、貿易都產生了很大的影響，所以水是一個非常重要的指標。傳統的對水分的測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，存在檢測周期比較長，重復性較差的缺點。

為了彌補傳統方法的缺陷，采用了以近紅外線分光法為基礎，以測量煤炭模型水分為基礎，填平回歸方程的多重線性回歸方法。該方程組預測值和人工試驗之間的相對性系數回轉方程可以達到0.97，矯正標準偏差可以達到0.5，遵守國家標準復雜性邊框0.5的規定，在實用化方面企業適用更多。雷萌還使用了主要成分分析模型的近紅外線光譜數據等近紅外線光譜技術，在BP神經系統模型的輸入中，以神經元為主要成分，煤炭內水分的預測，這一方法可以在水中準確地預測煤炭。

1.2 全硫檢測

硫是有害的因素，焦化，氣化和燃燒后對環境有害。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，雨水就會落到表面，引起鋼鐵及碳酸鹽產品的腐蝕等。

在煤炭中測定總硫磺的傳統方法是艾氏卡方法、庫侖法、高溫燃燒中和。從煤炭中檢測出S含量至少10h以上的艾氏卡方法是，試驗過程復雜而繁瑣，經過高溫燃燒、洗滌、過濾、計量等復雜的工作后，仍需追加HCl BaCl2這類有害試劑，化學反應復雜且多變，對人體的影響也很大。庫侖法和高溫燃燒中和方法是為了提高自動化程度而采用通風透氣性較好的方法，但使用化學物質會對環境造成更多的污染。

在煤炭中使用了近紅外線分光法來決定S的含量，近紅外線分光法具有很高的選擇性，快速準確，也可以在其他的礦石中使用，大大縮短了分析時間，提高了效率。近紅外線分光法在硫檢測中有很高的選擇性，可獲得良好的反復性和準確的檢測結果。

1.3 氫原子的檢測

氫原子是煤炭有機物的主要成分之一，通過測定H元素的含量來計算煤炭的熱值，燃燒裝置的燃燒溫度理論和鍋爐燃燒熱平衡來計算。

傳統三節高爐的煤炭分析方是活動復雜，檢測儀器的測熱時間長等缺點，嚴重影響人類和環境，化學試劑、化學試劑等實驗廢棄物會造成環境污染等。近紅外線分光檢查樣品是200～300s的氫氣，而且試驗樣本的投入量少，操作簡單，分析費用低。研究與三個高爐相比，經過簡單的操作，短時的測試，結果具有準確的不同特點，確認了近紅外線分光H含量這一方法的妥當性。

2 Vario EL Ⅲ元素分析儀在煤質分析中的應用

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

具有非常現實的意義。

Vario EL Ⅲ元素分析儀是在德國生產特殊設備，可以檢測固體或液體樣品中的C、H、N、S等元素。包括進樣系統，氧化還原系統，色譜吸注-解吸注系統，TCD檢測系統及數據收集及分析系統。在試驗原理中，煤炭樣品分析是：煤樣放入托盤自動取樣系統取樣進入燃燒管后，樣品高溫燃燒分解。

2.1 實驗過程

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

2.2 實驗注意事項

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

（2）通過實驗發現，氧化管、還原管、干燥管中的填充物品質會影響到實驗的準確性[2]。氧化管中的氧化劑如果混入少量的三氧化鎢，可以有效促進反應，但如果加入純凈的三氧化鎢，實驗效率大大減少。還原管中，純度不高的銅在實驗結束后，可能會與石英管融合傾倒不出來，但是純度高的銅卻不會發生此類情況。

（3）通氧量的多少是實驗的關鍵步驟。氧氣過少影響煤樣的完全燃燒，使結果變低。燃燒完全，沒有留樣品在灰分管理，會對下一步試料的測試和分析結果產生影響。

（4）為了提高數據的準確性，有必要去使用校正因子的標樣測試的積分值和測試樣品的積分值相近，這樣可以有效地減少系統誤差。

3 結語

近紅外光譜分析技術是光譜測量技術、化學計量、基礎測量技術三種技術的有機融合，能夠準確對樣品進行定性與定量分析，不僅分析速度快、無污染，并且操作也十分的簡單。由于近幾年計算機技術不斷發展，近紅外光譜分析技術操作也變得越來越成熟，并逐漸發展成為分析測試技術的主要應用技術之一。盡管近紅外光譜在我國的發展較晚，但隨著人們對近紅外光譜分析技術認識的不斷加深，相信其應用領域將會越來越廣泛。Vario EL Ⅲ元素分析儀能夠很好地滿足國家標準要求、方便節約時間、測定出了煤炭中元素含量。但各種因素分析儀器對設備的日常維護和校正要求很高。如消防管道和復員管道、銅、廉價鎢等都比較貴，消耗較多，因此在購買設備和耗材時，應適當放寬技術要求中的制造需求，以節約成本。