XRF校正曲線法直接測(cè)定煤中灰分元素

1、科技信息2010年第21期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 科教前沿0引言煤灰成分是煤炭利用中的一項(xiàng)重要參數(shù),煤灰成分中的三氧化硫、五氧化二磷等物質(zhì)與大氣的污染有關(guān)。根據(jù)煤灰成分可以大致推測(cè)煤的礦物組成,通過(guò)煤中灰分的精確測(cè)量,結(jié)合當(dāng)?shù)孛禾康娜帐褂昧炕蚰晔褂昧?可推測(cè)出大氣中煤燃燒造成的污染物的含量。XRF 是目前地質(zhì)、石油化工、冶金、材料和環(huán)境等領(lǐng)域的重要分析手段。XRF 校正曲線精確定量方法是一種快速、準(zhǔn)確而又經(jīng)濟(jì)的多元素精確定量分析方法;該方法要求標(biāo)準(zhǔn)樣品和測(cè)試樣品的物理化學(xué)形態(tài)、分析元素范圍盡可能一致。目前國(guó)內(nèi)的兩個(gè)煤和煤灰系列標(biāo)樣由于成分范圍及梯

2、度等問(wèn)題,無(wú)法直接用于XRF 校正曲線精確定量方法直接測(cè)煤中灰分元素。本項(xiàng)目研究力爭(zhēng)解決煤中灰分多元素XRF 直接測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題,改進(jìn)和完善XRF 校正曲線精確定量方法直接測(cè)定煤灰組分技術(shù);同時(shí)對(duì)其他固體可燃礦物的XRF 直接測(cè)定提供參考。1材料與方法1.1材料硬脂酸(分析純,石墨粉(光譜純,乙醇(分析純,。國(guó)家一級(jí)地球化學(xué)標(biāo)樣:煤灰標(biāo)樣GBW11129、GBW11130;高嶺石標(biāo)樣GBW03121-1、頁(yè)巖標(biāo)樣GSR-5、多金屬貧礦標(biāo)樣GOS-1、GOS-2;水系沉積物標(biāo)樣GSD-13;土壤標(biāo)樣GSS-4、GSS-12、GSS-13、GSS-14、GSS-16。1.2試樣制備根據(jù)不同原煤灰

3、分以及礦物基本組成的特點(diǎn)找出與之相匹配的標(biāo)準(zhǔn)樣品,做到對(duì)原煤無(wú)機(jī)組分的有效模擬,按灰分標(biāo)樣30%、硬脂酸52.5%、石墨17.5%用電子天平按表1稱量混樣:用電子天平先稱量1.800g 左右灰分標(biāo)樣,再繼續(xù)加硬脂酸至3.000g 左右,最后加石墨粉至6.000g 左右,實(shí)際稱量如表2。1.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)樣庫(kù)的確定用X 射線熒光光譜儀測(cè)量3-14號(hào)壓片中灰分元素的含量,根據(jù)測(cè)試結(jié)果(如表3,選擇線性范圍和數(shù)據(jù)梯度好的樣品建立擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)樣庫(kù)。表3標(biāo)樣中各元素含量表1.4標(biāo)準(zhǔn)煤樣的測(cè)試說(shuō)明包括5個(gè)不同硫含量的煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),除硫以外,還對(duì)灰分、揮發(fā)份、發(fā)熱量、碳、氫、氮和真密度進(jìn)行頂定值。1.5煤

4、灰/礦物質(zhì)測(cè)試校正系數(shù)的確定方法依據(jù)測(cè)試所得元素含量值與表5中煤樣灰分與全硫的數(shù)值對(duì)于需要找出相關(guān)系數(shù)的元素乘以其相關(guān)系數(shù),不需要的乘以1,總的元素含量值加起來(lái)與總的灰分建立等式。2結(jié)果與討論根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和查閱相關(guān)資料,有醋酸纖維素C 11H 14O 7、硼XRF 校正曲線法直接測(cè)定煤中灰分元素陳龍雨吳兵龍楊先偉張滿滿王潤(rùn)沛(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221008【摘要】煤中灰分大部分來(lái)源于煤中的礦物質(zhì),煤在燃燒時(shí)礦物質(zhì)大部分被氧化、分解,并失去結(jié)晶水;因此高溫灰化后的煤灰組成和含量與煤中礦物質(zhì)的組成和含量差別較大;找出兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系或建立經(jīng)驗(yàn)公式,就可以利用煤灰標(biāo)樣直接測(cè)定煤的灰分。本次

5、實(shí)驗(yàn)通過(guò)人工混配方法建立煤炭/煤灰系列標(biāo)樣庫(kù),在煤樣未經(jīng)高溫/低溫灰化預(yù)處理的前提下,用X 射線熒光光譜分析(XRF 校正曲線精確定量直接測(cè)定煤中灰分的化學(xué)元素組成?！娟P(guān)鍵詞】煤灰;XRF 分析法;大氣污染編號(hào)名稱灰分標(biāo)樣硬脂酸石墨1GBW11129 1.500g 2.625g 0.875g 2GBW03121-11.500g2.625g0.875g編號(hào)名稱灰分標(biāo)樣(30%硬脂酸(20%石墨(50%3GBW11129 1.800 1.162 3.1414GBW11130 1.824 1.165 3.0375GBW03121-1 1.840 1.179 2.9866GSR-5 1.806 1.1

6、60 3.0027GOS-1 1.826 1.179 3.0188GOS-2 1.803 1.200 3.0149GSD-13 1.803 1.197 3.00010GSS-12 1.807 1.193 2.99911GSS-13 1.800 1.236 2.97112GSS-14 1.880 1.123 3.00213GSS-16 1.804 1.189 3.00914GSS-41.8271.1862.984表2表1元素元素樣品Fe1Fe 2O 3M n1M n0.440.00650.0410.0050.00131科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION

7、 2010年第21期科酸H 3BO 3、酒石酸C 4H 6O 6、淀粉C 6H 10O 5、硬脂酸C 18H 36O 2可用。醋酸纖維素溶于丙酮,且灰分0.15%;硼酸溶于水、酒精,比重1.435,用時(shí)要帶橡皮手套、口罩,穿工作服;酒石酸溶于乙醇;淀粉不溶于水、乙醇,特級(jí)灰分0.1;硬脂酸溶于乙醇。液體粘結(jié)劑有乙醇1。經(jīng)過(guò)比較,硬脂酸中C 、H 、O 各元素的質(zhì)量比為76%:12.7%:11.3%,而且又有:標(biāo)樣無(wú)煙煤中C:65.9%80.1%、H:0.94%2.82%、N:0.23%0.96%;標(biāo)樣煙煤中C:51.97%77.4%、H:1.42%4.47%、N:0.36%1.42%。而在實(shí)際

8、總含量方面,腐植煤C:55%97%、H:1.5%6%、O:1.5%30%;無(wú)煙煤和煙煤C:0.23%0.96%、H:5.5%、(煙煤O:1.5%20%。所以選擇硬脂酸。劉敏2模擬石煤組分配制標(biāo)樣(國(guó)家級(jí)標(biāo)樣:石墨:纖維素粉=2:1:1,經(jīng)以下嘗試:石墨(C 與硬脂酸(C 18H 36O 2質(zhì)量比為1:4時(shí),C:H:O=80.8%:10.2%:9%;石墨(C 與硬脂酸(C 18H 36O 2質(zhì)量比為1:3時(shí),C:H:O=82%:9.5%:8.5%。石墨(C 與硬脂酸(C 18H 36O 2質(zhì)量比為1:3時(shí),石墨、硬脂酸混合物與灰分按下列質(zhì)量比配合:灰分加33%,即比例為2:1,總C:54.67%

9、H:6.33%O:5.67%;灰分加20%,即比例為4:1,總C:65.6%H:7.6%O:6.8%;灰分加10%,即比例為9:1,總C:73.8%H:8.55%O:7.65%。經(jīng)過(guò)比較,得出按灰分標(biāo)樣(30%硬脂酸(52.5%石墨(17.5%配標(biāo)樣滿足表7中的范圍,(經(jīng)過(guò)查閱資料得到配得的54.67%的C 偏低,最低的腐植煤的C:55%-97%。接著,從煤的比重方面考慮是否滿足,石墨的比重為1.92.2,硬脂酸的比重為0.94,灰分的比重為2.52.8。對(duì)大多數(shù)樣品,用2×10003×1000MPa 5壓力。經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試,在25MPa 壓力下樣品保持50s 的結(jié)果令人滿意

10、,壓片表面光滑,而且在光學(xué)顯微鏡下觀察白色硬脂酸顆粒分布均勻。2.2標(biāo)樣庫(kù)的建立從表3可以得出Na 的線性范圍為0.005-0.71,Mg 的線性范圍為0.037-0.73Al 的線性范圍為2.90-9.38,Si 的線性范圍為15.54-24.17,K 的線性范圍為0.10-1.17,Ca 的線性范圍為0.016-1.85,Fe 的線性范圍為0.15-3.14,Mn 的線性范圍為0.0008-0.0433,Ti 的線性范圍為0.041-0.329,P 的線性范圍為0.005-0.112,S 的線性范圍為0.001-0.145。線性范圍足夠大,數(shù)據(jù)梯度也不錯(cuò)。在考慮了樣品線性范圍數(shù)據(jù)梯度以及數(shù)

11、據(jù)基本線性相關(guān)性的基礎(chǔ)上,由以上數(shù)據(jù)經(jīng)X 射線熒光光譜儀擬合各灰分元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.3煤灰/礦物質(zhì)測(cè)試校正系數(shù)的確定由于Na 的測(cè)試靈敏度過(guò)高,不宜用相關(guān)系數(shù)取校正,只需通過(guò)本身測(cè)試的能量進(jìn)行校正之后乘以1作為總的灰分的組成部分。另外Ti 、K 由于線性一直都很好,而對(duì)于Mn 、P 、Ca 、Mg 由于儀器本身的特點(diǎn)加之除Ca 以外在煤樣中含量都不多,并且從擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線上看Ca 的線性很好,故Mn 、P 、Ca 、Mg 也只是通過(guò)能量校正就可以了,不需要再通過(guò)系數(shù)校正,系數(shù)定為1。而對(duì)于Al 、Si 兩種元素為煤灰中的主要元素不僅要通過(guò)能量校正,還要通過(guò)相關(guān)系數(shù)來(lái)校正。由于S 和Fe 兩種

12、元素在原礦中和煤灰中化學(xué)和物理狀態(tài)發(fā)生了很大變化,所以也需要通過(guò)能量校正和相關(guān)系數(shù)校正。具體先由全硫含量得出S 的相關(guān)系數(shù)為1.2,再由S 與Fe 在原礦中的相互關(guān)系得出Fe 的相關(guān)系數(shù)為1.05,再根據(jù)測(cè)試值與總灰分之間的等式關(guān)系得出Al 的相關(guān)系數(shù)為0.97,Si 的為1.12。3結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即建立了煤炭/煤灰混合系列標(biāo)樣庫(kù);建立了直接測(cè)定煤中灰分主量/微量元素的XRF 定量分析標(biāo)準(zhǔn)文件。煤灰成分中的三氧化硫、五氧化二磷等物質(zhì)與大氣的污染有關(guān)。利用本次實(shí)驗(yàn)的成果可以準(zhǔn)確測(cè)定煤中污染元素的含量,推測(cè)大氣中由于煤炭燃燒造成的污染物的含量。【參考文獻(xiàn)】1陳永君,劉以建.鈮鉭與

13、稀土類單礦物的X 射線熒光光譜分析研究J.分析化學(xué),1991,19(5:560-563.2劉敏.石煤中鎵的X 熒光光譜分析.化學(xué)世界,1993,34(7:328-330.3劉尚華,陶光儀,吉昂.X 射線熒光光譜分析中的粉末壓片制樣法J.光譜實(shí)驗(yàn)室,1998,15(6:9-15.4劉尚華,陶光儀,吉昂.納米粉末ZrO 2-CeO 2-La 2O 3的XRF 分析研究J.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào),1999,14(6:1005-1010.5趙合琴,鄭先君,魏麗芳,魏明寶.X 射線熒光光譜分析中樣品制備方法評(píng)述J.河南化工,2006,23(10:8-11.責(zé)任編輯:王靜科(上接第30頁(yè)出來(lái)即可。但實(shí)際情況是,有機(jī)

14、廢水(尤其是工業(yè)廢水所含有機(jī)物成分都較為復(fù)雜,這就與產(chǎn)PHAs 的菌種對(duì)有機(jī)底物的成分需求較單一,形成一對(duì)矛盾。在有機(jī)廢水處理過(guò)程中,活性污泥是一個(gè)復(fù)雜的微生物群體多菌種混合,只有這樣才能將廢水凈化達(dá)標(biāo)。實(shí)際上多菌種混合而成的活性污泥除了能更徹底凈化廢水,充分利用有機(jī)廢水中的有機(jī)成分外,還可以巧妙地利用了菌種的共生關(guān)系,將那些原本不能被微生物用于合成PHAs 的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為能被微生物積累PHAs 的成分。研究表明多數(shù)微生物都不能利用木糖積累PHAs ,但如將乳酸桿菌與Rbodobacter 或Cbromatium 混合培養(yǎng),就會(huì)發(fā)現(xiàn)Rbodobacter 或Cbmmatium 合成了PHAs

15、 ,這是由于乳酸桿菌先將廢水中的木糖轉(zhuǎn)化為乙酸,Rbodobacter 或Cbmmatium 再利用生成的乙酸合成PHAs 。3在污水處理工程實(shí)踐中,我們將能利用廢水中有機(jī)碳源產(chǎn)PHAs 的微生物作為廢水處理菌種,經(jīng)好氧生物處理運(yùn)行后,再將剩余污泥中的微生物回收,就可以從中分離純化出大量的PHAs 。既處理了有機(jī)廢水,又生產(chǎn)了PHAs ,變廢為寶。4結(jié)論與展望聚羥基烷酸PHAs ,由于優(yōu)良的理化性能,且對(duì)環(huán)境有好,未來(lái)必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化塑料。然而,現(xiàn)階段利用純種微生物生產(chǎn)PHAs ,價(jià)格相對(duì)高昂,尋求較低的生產(chǎn)成本,是我們要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。以工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物或利用有機(jī)廢水作為生產(chǎn)原料,是一種變廢為寶的過(guò)程,既解決了環(huán)境污染又生產(chǎn)了性能優(yōu)異的生物塑料,從而降低PHAs 生產(chǎn)成本,對(duì)推進(jìn)生物塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化塑料,大有裨益。但是要進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn),還有一些技術(shù)問(wèn)題有待我們?nèi)ヌ接?。在發(fā)酵過(guò)程方面,我們需要探索微生物在利用有機(jī)物進(jìn)行PHAs 積累的環(huán)境條件,以便為未來(lái)規(guī)模生產(chǎn)提供技術(shù)參數(shù)。而培養(yǎng)特異的菌種則是積累PHAs 的重要內(nèi)在因素,發(fā)酵過(guò)程控制是積累PHAs 的外在環(huán)境,二者缺一不可。此外開(kāi)發(fā)出可靠的培