煤炭中硫含量測定方法的應用分析

韓媛媛

（潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200）

0 引言

硫是煤炭中的一種有害元素，如果煤炭中的硫含量過高，會導致煤炭在燃燒后形成大量的硫化物，不僅會對設備產生較大的腐蝕，而且還會造成環境污染。因此需要對煤炭中的硫含量進行測定，根據硫含量的不同對煤的用途進行分類，提高煤炭應用時的經濟性和環保性。目前對煤炭中硫含量的測試方法主要是紅外光譜法或者庫倫滴定法，紅外光譜法的測定速度快，但測試精度較低；庫倫滴定法測試精度較高，但效率低而且對操作人員技能要求高，操作繁瑣[1]。

離子色譜測試法是一種近年來興起的新的測試方案，具有靈敏度高、一致性好等優點，而且能夠同時對多種離子進行檢測。因此本文提出了一種基于離子色譜法的煤炭中硫含量測試技術方案，先將煤炭樣本進行高溫水解，然后再經過微孔過濾、分離柱分離、離子色譜測定等，實現對煤炭中硫含量的快速測定。根據實際應用表明，新的測試方案能夠有效地提升煤炭中硫含量的測試精度和效率，具有較大的應用推廣價值。

1 試驗方案設置

煤炭中硫含量的測定方案主要包括了試劑選擇、試驗儀器及試驗條件、煤樣品處理、標準溶液配比等。

1.1 試劑

為了保證試驗的可靠性，所需要的試劑主要包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、濃硫酸、三氧化鎢、硫酸根標準溶液、粒度為0.5～1 mm 的石英砂、純度在99.5%以上的氧氣。各類試劑純度都需要保證為優級[2]，超純水的電阻率也需要在18.2 MΩ·cm。

1.2 試驗儀器及試驗條件

基于離子色譜法的煤炭中硫含量測試技術，主要是把煤炭樣本先進行高溫水解然后再處理后進行處理離子色譜分析。其所使用的核心設備為高溫水解裝置和離子色譜儀。

所使用的高溫水解裝置如圖1 所示[3]，其能夠加熱到1 300 ℃，管路內連通氧氣和水蒸氣。所使用的離子色譜儀為瑞士萬通882 型離子色譜儀，設置有電導監測器，所需的淋洗液是濃度為1.6 mmol/L 的碳酸鈉溶液及濃度為1.9 mmol/L的碳酸氫鈉混合液。在流動時的相流速為1.2 mL/min，再生液為濃度為50 mmol/L的硫酸溶液，進樣量約為15 μL。

1.3 煤炭樣本處理

1）煤炭樣本的選擇。為了驗證該處理方案的可靠性，在進行煤炭樣本選擇時應選擇煤炭中含硫量在低、中、高的3 種煤炭樣本。經過綜合分析后，選擇了w（S）為0.48%的樣本A、w（S）為0.82%的樣本B、w（S）為1.66%放入樣本C。

2）每種樣本均取0.1 g，放在燃燒舟鋪平，然后再在上面鋪設一層三氧化鎢催化劑[4]。

3）取10 mL 的氫氧化鈉溶液，然后加入到容量為100 mL 的燒杯中，然后把燒杯放在冷凝管的下部，使冷凝管插入到燒杯內的溶液中。在溶液中通入氧氣，然后取下送樣推桿，將放有樣品的瓷舟放到燃燒管中并插入送樣推桿。

把瓷舟的淺部放到溫度為300 ℃的區域中保持4 min，然后再把瓷舟推入到溫度為500 ℃的區域內保持4 min，繼續把瓷舟推入到溫度為900℃的區域內保持4 min，最后把瓷舟推入到溫度為1 200 ℃的區域內，在恒溫的狀態下水解10 min。

在整個操作時，對蒸汽發生器中的蒸發量進行調整，在水解開始的前12 min 內，每個容量瓶中收集量約為3 mL/min。在后10 min 內每個容量瓶中收集量約為2.5 mL/min，然后把容量的總體積控制在80 mL。

4）空白試驗分析。按3）的步驟，除了不加試樣外，制備同樣的試樣，做空白對比試驗。

1.4 標準溶液配比

取10 mL 質量濃度為1 000 μg/mL 的硫酸根溶液放入到100 mL 的燒杯中，然后用蒸餾水稀釋到刻度線處，獲取到質量濃度為100 μg/mL 的標準溶液。然后再取標準溶液2、4、6、8、10 mL 分別加入到100 mL的燒杯中，再次用水稀釋到刻度線處。獲取質量濃度分別為2、4、6、8、10 μg/mL 的標準溶液。

2 試驗結果分析

2.1 標準曲線分析

根據所設置的試驗條件，把硫酸根標準溶液按濃度從低到高的順序依次進樣分析，所繪制的離子圖譜[5]如圖2 所示。

圖2 標準溶液色譜示意圖

由圖3 可知，硫酸根色譜的峰值出現在第7.8 min左右，頻譜峰值處峰寬分布較窄，具有良好的對稱性，各個波峰之間的分布較遠，相互之間不會產生干擾。因此表明了所選擇的測試方案能夠較為精確地測定煤炭中的硫含量。

圖3 硫酸根標準曲線圖

以硫酸根質量分數為橫坐標，來繪制作業曲線并來計算線性回歸方程y=0.16x-0.07，該標準曲線如圖3 所示。

2.2 樣本檢測

取10 mL 的煤炭樣品加入到100 mL 的燒杯中，定容。然后取0.2 μm 的水相過濾膜[6]進行過濾，利用外標法并以硫酸根來保留時間定性，峰面積定量。對其進行3 次測定并取平均值，保證數據的精確性。

2.3 測定結果分析

樣本中的硫含硫計算方式如式（1）：

式中：w 為樣品中硫的質量分數，%；C 為試樣中硫酸根質量濃度，μg/mL；V 為定容獲取的試樣體積，mL；M 為試樣質量，g；f 為試驗的稀釋倍數。

3 測定方案準確性分析

為了確定該檢測技術方案的可靠性和精確性，采用該技術方案對w（S）為0.48%的樣本A 進行10 次測定，結果如表1 所示。

表1 測定值分析

由實際分析結果可知，測定值和實際值的偏差量為0.01%，表明了該測定方案的精確性。按同樣的方案對不同測試方案下溶液的測定效果進行分析。其測定結果和實際結果的偏差量在0.8%～1.2%之間，表明了該測定方案的精確性。而且通過實際驗證，該方案的測試周期為24 min，比采用傳統滴定測試方案周期降低了46.4%，有效地提升了煤炭中硫含硫的效率和精確性。

4 結論

提出了一種新的基于離子色譜法的煤炭中硫含量測試技術方案，對該方案的試劑選擇、試驗儀器及試驗條件、煤樣品處理、標準溶液配比等進行了分析。根據實際測試表明，新的測定方案能夠將測試周期降低46.4%，將測試偏差降低到0.8%～1.2%以內，有效提升測試效率和精確性。