煤中磷含量的測定及影響因素研究

摘 要：本文以煤炭資源中的磷含量為說明對象，對磷含量的測定進(jìn)行了簡單的介紹，具體深入的分析和研究了磷含量的測定過程中可能存在的影響因素。磷是煤中含有的有害元素之一，在煉焦過程中煤中的磷可能會對鋼鐵產(chǎn)品的冷脆性帶來一定的影響，將煤資源作為動力燃料時煤中的磷元素會影響到鍋爐的效率，所以磷含量可以說是煤質(zhì)中的重要指標(biāo)和參數(shù)，目前國際標(biāo)準(zhǔn)和我國現(xiàn)在實行的標(biāo)準(zhǔn)都采用的是磷鉬藍(lán)比色法，這種方法相對于其他測定方法來說在靈敏度上有著很大的優(yōu)勢，并且測定出來的結(jié)果也相對比較可靠，但是其缺點是最后分析的周期比較長，并且有很多的影響因素都會給最終測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性帶來很大的影響。所以本文從各個環(huán)節(jié)對煤中磷含量的測定進(jìn)行著手，具體闡述了使用磷鉬藍(lán)分光光度法檢測時的原理和可能存在的影響因素。

關(guān)鍵詞：煤炭資源;磷元素;測定方法;影響因素;分析研究

磷是煤中所有元素中比較有危害性的元素之一，磷在煤中的含量比較低，一般在0.001%到0.1%之間，最高也不會超過1%，在煉焦過程中煤中的磷會進(jìn)入到焦炭中，在煉鐵的過程中煤中的磷又會從焦炭中轉(zhuǎn)入到生鐵當(dāng)中，這將會給焦炭的質(zhì)量造成很大的影響，進(jìn)一步影響到鋼鐵的冷脆性，如果溫度處于零下十幾度的低溫情況下鋼鐵制品會處于脆裂的狀態(tài)，針對這種情況必須嚴(yán)格控制在煉焦過程使用的煤的磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須在0.1%以下，當(dāng)使用煤作為動力燃燒時，煤中的含磷化合物在高溫下會揮發(fā)，并且在鍋爐加熱面上會逐漸冷凝下來，然后會膠結(jié)一些飛灰微粒，最終形成一種難以清除的沉積物，最終將會影響到鍋爐的燃燒效率，正是這樣才將磷含量作為煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一，所以工作人員必須落實好煤中磷含量的測定工作。

磷在煤中主要存在形式是磷灰石和氟磷灰石等無機(jī)磷和微量的有機(jī)磷，但是其中有機(jī)磷的含量相對來說比較低，所以基本上可以忽略其的存在。由于無機(jī)磷的熔點比較高一般都處于1700℃以上，所以在煤灰化過程中磷元素一般不會揮發(fā)和損失，但是含量相對來說比較低的有機(jī)磷雖然也會揮發(fā)但是對最終磷含量的測定結(jié)果不會產(chǎn)生很大的影響。目前我國的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和國際上采用的標(biāo)準(zhǔn)一般都采用的是磷鉬藍(lán)比色法。這種方法在靈敏度方面有了很大的突破，最終得到的結(jié)果都比較可靠和準(zhǔn)確科學(xué)，對最終測定的結(jié)果產(chǎn)生的影響也不是很大，并且對工作人員的操作要求也不是很嚴(yán)格，也同時干擾元素易分離和消除的特點，所以這種方法適用于微量磷的分析和研究。

1 煤種磷元素的測定方法

1.1 磷鉬藍(lán)分光光度法

目前磷鉬藍(lán)分光光度法是國際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常采用的一種測定煤中磷元素的方法，這種方法表現(xiàn)出來的優(yōu)勢是靈敏度比較高，測定的結(jié)果比較科學(xué)準(zhǔn)確有可信度，操作也比較快捷和迅速，具有干擾元素易于分離和消除的特點，所以非常適用于微量磷含量的分析與研究工作的開展。

磷鉬藍(lán)分光光度法的原理是在已經(jīng)配置好的酸性溶液中用正磷酸和鉬酸進(jìn)行反應(yīng)和作用然后生成磷鉬酸，緊接著用抗壞血酸將其還原成藍(lán)色的磷鉬酸絡(luò)合物，當(dāng)煤中磷含量比較低的時候，這種測定的方法會符合朗伯-比爾定律，并且表現(xiàn)出來的藍(lán)色強(qiáng)度和磷含量成正比的關(guān)系。

用分光光度計在650nmB波長處來對吸光度進(jìn)行測定，用高氯酸--氫氟酸測定方法來代替硫酸--氫氟酸進(jìn)行分解熔樣工作，最終結(jié)果也表明了這種方法在操作上比較簡單容易上手，并且操作條件容易控制，在重現(xiàn)性和精密度方面都表現(xiàn)出來了比較大的優(yōu)勢。除此之外，可以采用稱取灰樣的方法在標(biāo)定工作曲線的工作開展過程中將磷的標(biāo)準(zhǔn)儲備液更換為五氧化二磷的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，在進(jìn)行結(jié)果的計算時可以直接用五氧化二磷進(jìn)行表示，這樣可以最大限度上避免了出現(xiàn)二次誤差的麻煩，并且可以節(jié)省時間和材料，使用同一種濾液對鉀和鈉元素進(jìn)行測定，然后進(jìn)行大量的重復(fù)性實驗最終得到一個令人滿意的結(jié)果，也從側(cè)面反映出來了這種方法的可行性。在國際煤中磷元素含量的測定過程中逐漸開始嘗試在溶液之中加入硝酸鉍來提高測定過程的靈敏性，最終測定的結(jié)果也是令人滿意的，所以這種方法也是可行的，也有其他人利用赤霉素代替原來使用的抗壞血酸作為還原劑，最終測定的結(jié)果也表明了在一摩爾每升的鹽酸介質(zhì)中可以將磷鉬雜多酸慢慢的還原成磷鉬雜多藍(lán)，并且其最大吸收波長可以達(dá)到670nm，表觀摩爾吸光系數(shù)也可以達(dá)到每厘米13900摩爾，并且這種方法更為準(zhǔn)確和可靠。

1.2 火焰原子吸收光譜法

在稀硝酸這種介質(zhì)中，磷與鉬酸可以發(fā)生反應(yīng)形成磷鉬雜多酸絡(luò)合物，并且在測定過程中也可以被乙酸丁酯萃取，采用火焰原子吸收光譜法可以對磷鉬雜多酸進(jìn)行測定并且間接的測定煤中磷元素的含量，煤中含有的硅和砷元素等都可以在樣品分解處理的過程中被除去，有一些技術(shù)人員利用這種方法完成了對煤中磷元素含量的測定并且測定出來磷的質(zhì)量濃度在0.20到3.8微克每毫升之間，在這個范圍之內(nèi)其質(zhì)量濃度表現(xiàn)出來比較良好的線性關(guān)系，并且相對標(biāo)準(zhǔn)的偏差在3.8%之內(nèi)，所以用火焰原子吸收光譜法對煤中磷元素的含量進(jìn)行測定的出來的結(jié)果是令人滿意的并且也具有很大的可行性。

1.3 X射線熒光光譜法

一些技術(shù)人員利用人工混配有限煤炭標(biāo)準(zhǔn)樣品的粉末來進(jìn)行直接的壓片制樣工作，X射線熒光光譜可以對煤中的砷、硫、磷和氯元素進(jìn)行同時的測定，節(jié)省了大量的工作時間，并且對處理樣品的粒度、樣品量、助磨劑、制樣壓力和保壓的時間等各種實驗中需要注意的條件利用可變α系數(shù)法進(jìn)行了基體的校正。整個樣品分析和試樣的過程中僅僅只需要消耗大約10h左右就可以完成，并且這種方法和原來使用的一些比較傳統(tǒng)和經(jīng)典的方法（下轉(zhuǎn)第73頁）（上接第71頁）在精密度和操作上手方面都有著很大的優(yōu)勢，所以這種方法在很大程度上滿足了大批量煤炭資源中磷元素含量的測定和分析。

1.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

之前有技術(shù)人員用微波熔樣的方法對已經(jīng)發(fā)生灰化的煤炭資源樣品用硝酸--氫氟酸進(jìn)行分解處理，這樣可以充分讓煤中的磷元素更加充分的進(jìn)入到溶液當(dāng)中，然后在使用硼酸絡(luò)合游離的氯離子的基礎(chǔ)上采用ICP-AES測定方法對溶液中的磷元素含量進(jìn)行深入的測定和分析，這種方法和原來使用的傳統(tǒng)的經(jīng)典的方法相比來說在操作入手方面有了很大的突破并且分析速度有了一個十分明顯的提高，精密度比較高最終測定的結(jié)果也令人滿意。在這之后有技術(shù)人員利用硝酸、硫酸、氫氟酸在高壓密封的條件基礎(chǔ)之下來微波消解體系中完全消解褐煤、煙煤和無煙煤的樣品，這個過程需要保證消解的溫度在180℃以上，并且根據(jù)多次實驗結(jié)果最終將178.283作為磷的分析譜線，然后利用ICP-AES方法對煤樣中磷元素的含量進(jìn)行深入的測定和分析研究。在這個過程中利用了扣除背景的方法對基體干擾和光譜干擾進(jìn)行了很好的消除，測定結(jié)果中磷元素濃度在0到10mg每升范圍之內(nèi)將會和等離子體的發(fā)射強(qiáng)度呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)系。

2 結(jié)語

總而言之，本文從煤中磷元素含量的測定過程中的各個環(huán)節(jié)和各個方面進(jìn)行了深入的分析和研究，具體闡述了磷鉬藍(lán)分光光度法在測定煤中磷元素含量過程中可能存在的問題以及一些其他常見的測量磷元素含量的方法，這些方法較之于之前使用的比較傳統(tǒng)和經(jīng)典的方法都有了很大的突破，但是也同時有很多必須格外注意的環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，需要技術(shù)人員嚴(yán)格按照我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)落實好每一個環(huán)節(jié)和每一個方面的控制工作，保證最終測定的數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確和科學(xué)。

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作者簡介：

高鑫（1980- ），2012年1月20日畢業(yè)于太原理工大煤化工專業(yè)，本科，現(xiàn)工程師，從事工作或者研究方向。