淺析煤的揮發(fā)分測定影響因素和應(yīng)對方法

何海軍+李小燕

摘 要：鑒于揮發(fā)分測定是一項(xiàng)規(guī)范性較強(qiáng)且影響因素比較多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，本文通過在揮發(fā)分測定實(shí)際操作過程中所采取有效措施來提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)分；影響因素；測定結(jié)果；準(zhǔn)確性

煤中揮發(fā)分是指煤在規(guī)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(fā)性物質(zhì)。根據(jù)煤的揮發(fā)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(yè)中的加工利用途徑，是進(jìn)行煤炭分類的重要參考依據(jù)。在配煤煉焦過程中，可以利用揮發(fā)分測定結(jié)果和煤的粘結(jié)指數(shù)值來指導(dǎo)煉焦配煤，以確定最經(jīng)濟(jì)的配煤比；根據(jù)揮發(fā)分還可估算煤中碳?xì)湓睾考懊旱臒嶂?，除此以外，在煤的氣化和液化工藝條件的選擇上揮發(fā)分也有一定的參考作用。因此，準(zhǔn)確測定揮發(fā)分結(jié)果具有非常重要意義[1]。

揮發(fā)分不是煤中所固有的揮發(fā)性物質(zhì)，而是煤在一定實(shí)驗(yàn)條件下經(jīng)過加熱以后的熱分解產(chǎn)物，不同實(shí)驗(yàn)條件都會產(chǎn)生不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因次，人們所說揮發(fā)分測定實(shí)際上是一項(xiàng)規(guī)范性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。影響揮發(fā)分測定結(jié)果的準(zhǔn)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(shí)間的長短；另外實(shí)驗(yàn)所用器材的選擇，如坩堝的材質(zhì)、大小、薄厚、坩堝架的大小、坩堝與坩堝蓋配套的嚴(yán)密程度也都會影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性；實(shí)驗(yàn)所用煤樣的粒度和質(zhì)量、分析煤樣的種類和性質(zhì)，煤樣中所含內(nèi)水和外水的高低在一定程度上都可以影響揮發(fā)分結(jié)果的測定。因此，要想得到準(zhǔn)確的揮發(fā)分測定結(jié)果，必須嚴(yán)格把控好測定過程中的各個環(huán)節(jié)。

1 馬弗爐加熱溫度、時(shí)間和速度

根據(jù)國標(biāo)GB/T212-2008規(guī)定[2]：稱取按照國標(biāo)GB/T474-2008煤炭制樣方法所制取的一定質(zhì)量的空氣干燥基分析煤樣放置在坩堝內(nèi)，在（900+10）℃溫度下，在馬弗爐內(nèi)隔絕空氣加熱7min，以減少的煤樣質(zhì)量占分析煤樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，減去水分含量后即為所測定的揮發(fā)分結(jié)果，揮發(fā)分是煤經(jīng)加熱到一定溫度以后的熱解產(chǎn)物，加熱溫度高低和時(shí)間長短決定了煤中有機(jī)質(zhì)和無機(jī)礦物質(zhì)的分解程度。在（900+10）℃的溫度條件下準(zhǔn)確加熱7min（從開爐門放入樣品立即開始計(jì)時(shí)到快速取出樣品的總加熱時(shí)間），煤中有機(jī)物和無機(jī)礦物質(zhì)的熱解反應(yīng)趨于完全，因而測定結(jié)果比較可靠、準(zhǔn)確；加熱溫度高或低都會使煤的揮發(fā)分結(jié)果發(fā)生偏差。如果加熱時(shí)間太短，煤中揮發(fā)性物質(zhì)可能還有未分解的部分存在；若加熱時(shí)間太長，坩堝內(nèi)壓力下降，會使空氣進(jìn)入到坩堝內(nèi)，從而引起坩堝內(nèi)的實(shí)驗(yàn)煤樣被空氣氧化，使實(shí)驗(yàn)測定值高于煤樣正常值。因此，測定揮發(fā)分時(shí)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(nèi)加熱，并在3 min內(nèi)使馬弗爐爐溫回升至900℃（3min內(nèi)溫度如果不能迅速回升到900℃，則此次實(shí)驗(yàn)作廢。必要時(shí)可手動控制來達(dá)到溫度要求），溫度要嚴(yán)格控制在（900+10）℃下，加熱時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在7min。送樣和取樣都應(yīng)迅速。

加熱溫度的高低、時(shí)間長短和實(shí)驗(yàn)人員操作動作的快慢都會直接影響到實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，特別是加熱溫度對揮發(fā)分測定結(jié)果影響最明顯，要控制好馬弗爐的加熱溫度，必須在關(guān)閉爐門的狀態(tài)下，定期對熱電偶和毫伏計(jì)進(jìn)行校正，對恒溫區(qū)定期或不定期的進(jìn)行測定，使得馬弗爐的恒溫區(qū)溫度與指示溫度一致。

2 實(shí)驗(yàn)所用坩堝和坩堝架

對坩堝的材質(zhì)、形狀、尺寸和質(zhì)量以及坩堝蓋和坩堝的配套嚴(yán)密程度，是否存在裂紋、缺口和畸形，在國標(biāo)中都有規(guī)定。但是目前市面上存在的坩堝生產(chǎn)廠家不一，各種式樣的都有，有的質(zhì)量超出國標(biāo)要求的坩堝總質(zhì)量15～20g，不能符合我們測試的需要。選用不同質(zhì)量的坩堝測定時(shí)發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量在15至20g范圍內(nèi)的坩堝測定揮發(fā)分時(shí)測定結(jié)果值無太大差異，但是當(dāng)坩堝質(zhì)量大于20g時(shí)揮發(fā)分的測定值會隨坩堝質(zhì)量的增加而降低。因此，為了使揮發(fā)分結(jié)果測定準(zhǔn)確，一般我們選用同一坩堝架上的坩堝質(zhì)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(yán)密，若坩堝蓋不能蓋嚴(yán)或坩堝有裂縫、缺口和畸形，那么在揮發(fā)分測定過程中，由于坩堝內(nèi)揮發(fā)分氣體的不斷溢出，會使坩堝內(nèi)部壓力逐漸下降，從而使空氣進(jìn)入坩堝內(nèi)在坩堝上形成一層白色氧化物而使揮發(fā)分的測定值偏高。因此，實(shí)驗(yàn)人員在操作前應(yīng)仔細(xì)檢查坩堝和坩堝蓋。新坩堝在使用前一定要經(jīng)過灼燒且質(zhì)量恒定后才可使用。

為使得放入馬弗爐內(nèi)的帶蓋坩堝和坩堝架保持熱容量一致，因此建議每次實(shí)驗(yàn)時(shí)坩堝架上應(yīng)放滿6個質(zhì)量、薄厚、材質(zhì)接近的坩堝，如果實(shí)驗(yàn)樣品不足放滿一坩堝架時(shí)，盡量用已恒重好的空坩堝擺滿所剩坩堝架位置，以使得實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果最大程度接近真實(shí)值。若坩堝架所剩位置不擺滿空坩堝，一般會導(dǎo)致?lián)]發(fā)分測定結(jié)果偏高。另外，坩堝材質(zhì)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(qū)越遠(yuǎn)會導(dǎo)致?lián)]發(fā)不充分而使揮發(fā)分測定結(jié)果偏低。因此，坩堝放在坩堝架上放入馬弗爐后應(yīng)使坩堝底部緊鄰熱電偶節(jié)點(diǎn)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(zhì)量和粒度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2008煤的工業(yè)分析方法規(guī)定煤中揮發(fā)分分析所用煤樣粒度應(yīng)是小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1+0.0001）g，要嚴(yán)格要求制樣人員按照GB/T474-2008煤樣的制備方法認(rèn)真制取煤質(zhì)分析試樣，稱取樣品時(shí)要用稱樣勺順時(shí)針旋轉(zhuǎn)攪拌樣品30s，以使得稱樣瓶內(nèi)的分析試樣混合均勻。樣品粒度不均勻，會導(dǎo)致測定結(jié)果不準(zhǔn)確。

4 實(shí)驗(yàn)煤的種類

對于褐煤和長焰煤測定揮發(fā)分時(shí)，需進(jìn)行壓餅后，切成3mm的小塊后再進(jìn)行揮發(fā)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(fā)分含量比較高，而且以松散狀態(tài)存在，若不經(jīng)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(fā)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(jié)果比較準(zhǔn)確。 對于其它煙煤和無煙煤而言，可在實(shí)驗(yàn)樣品中滴加幾滴甲苯或苯等易揮發(fā)性的液體，以避免由于實(shí)驗(yàn)樣品自身揮發(fā)分含量過少，在加熱后期坩堝內(nèi)部壓力降低而使得空氣進(jìn)入坩堝內(nèi)，引起測定結(jié)果不準(zhǔn)確。

5 煤中水分

在揮發(fā)分測定計(jì)算中最后要進(jìn)行水分校正，所以在測定揮發(fā)分的同時(shí)要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)煤樣的空氣干燥基水分測定，一般空氣干燥基水分對揮發(fā)分低的煤影響要大于對高揮發(fā)分煤的影響，空氣干燥基水分測定結(jié)果的準(zhǔn)確性對揮發(fā)分有著直接的影響，因此，必須要求實(shí)驗(yàn)人員嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，以減少由于檢測方法和設(shè)備不當(dāng)所引起的誤差。除此以外實(shí)驗(yàn)所用坩堝必須經(jīng)過多次恒重并保存在干燥器內(nèi)，但是恒重好的坩堝不宜放置太久，否則長時(shí)間放置坩堝的質(zhì)量會因吸濕空氣而使測定值變大。一般將盛有實(shí)驗(yàn)煤樣的坩堝從馬弗爐中取出后在外放置不應(yīng)超過5min，移至干燥器內(nèi)的時(shí)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(yán)密，經(jīng)常檢查（觀察硅膠的顏色變化），適當(dāng)涂一定量的凡士林；干燥器內(nèi)盛放的硅膠應(yīng)時(shí)常更換，以使干燥器內(nèi)保持干燥狀態(tài)，否則會引起焦渣吸水，使揮發(fā)分測定結(jié)果偏低。

6 實(shí)驗(yàn)人員個體因素

實(shí)驗(yàn)人員要本著科學(xué)認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，把好質(zhì)量每一道關(guān)，定期或不定期地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間比對實(shí)驗(yàn)或參加實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證 ，以提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英華.煤質(zhì)分析應(yīng)用指南[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2] GB/T212-2008，煤的工業(yè)分析方法[M]endprint