ICP分析法測定煤灰中鋁含量

王建強

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

現(xiàn)代大型煤氣化裝置穩(wěn)定運行對使用的原料煤的性質(zhì)和特性依賴性很強，影響著裝置的長周期運行，其中煤灰的熔融性直接影響著裝置的調(diào)整空間，而影響煤灰熔融特性的主要是煤灰中鋁含量的高低。一般大型煤氣化裝置運行前都會對所用的煤炭進行篩選，尋找合適的煤種以保證裝置的穩(wěn)定運行，其中煤灰成分的分析以及煤灰中鋁含量是關(guān)注重點。

1 實驗部分

1.1 方法原理

分析樣品經(jīng)高溫矩管激發(fā)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時發(fā)射的光譜經(jīng)過單色器按照波長順序分解成特征光譜，形成的鋁離子光譜，經(jīng)檢測器檢測鋁離子光譜譜線的波長和強度，對其進行定性和定量的分析[1]。

1.2 試劑

高純?nèi)然X，純度99.999%，氫氟酸，分析純；高氯酸，分析純；鹽酸(1+1)。

1.3 儀器

AgiLent5100 ICP-OES耦合光譜分析儀，配有耐酸矩管和耐酸霧化器，光譜工作站，內(nèi)裝AgiLent工作軟件。排風量2.4～5.7 m/s。水冷系統(tǒng)：加入純水設(shè)置溫度20 ℃，壓力3.5 kPa。

1.4 儀器測定條件

通用條件：重復項3；泵速12 r/min；快速泵提升延時8 s。載氣：氬氣，99.996%以上，壓力500～600 kPa；讀取時間5 s；RF功率1.20 kW；穩(wěn)定時間15 s；霧化器流量0.7 L/min；等離子體氣流量12.0L/min；輔助氣流量1.0 L/min。觀察方式：軸向。

1.5 儀器分析流程

樣品→樣品霧化化室→矩管→發(fā)射光譜→單色器→檢測器

1.6 開機

打開電腦主機、顯示器，打開排風系統(tǒng)，氣源減壓閥，水冷系統(tǒng)。打開AgiLent5100 ICP-OES左側(cè)主電源開關(guān)，再打開正前方左下角電源開關(guān)。打開電源開關(guān)后，儀器前方指示燈會閃爍，待黃燈閃爍時，雙擊桌面軟件圖標，進入軟件界面。選擇菜單中，進入儀器狀態(tài)界面：選擇軟件界面右上角“連接”鍵，檢查儀器是否處于聯(lián)機狀態(tài)，儀器聯(lián)機時右前方LED指示燈顯示為綠色。如儀器剛剛開機，請等待多色器溫度達到35 ℃才能進行正常測試，視環(huán)境溫度而定，一般需要2～3 h。如儀器一直處于待機狀態(tài)，則可直接進行后續(xù)操作。確保已安裝標準玻璃同心霧化器、雙通道旋流霧化室和炬管(用于垂直或雙向觀測)。采用手動進樣。建議進樣蠕動泵泵管采用白色/白色，排廢液泵管采用藍色/藍色。在狀態(tài)選項卡，檢查多色器部分選擇“單色器吹掃”和“接口吹掃”，打開氣體吹掃。如有一段時間未使用儀器，可以在點火前設(shè)置氣體流量吹掃管路5 min左右，預熱大約20 min，請注意此時多色器溫度為35 ℃，檢測器Peltier溫度為-40 ℃然后點火。

1.7 標準曲線的建立

鋁標準工作液1 mg/mL。稱取高純?nèi)然X4.942 g(準確稱量至0.000 2 g)，移入1 000 mL容量瓶中，用高純水稀釋至刻度，搖勻。

準確吸取鋁標準工作溶液1、2、3、4、5 mL，分別注入50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。光譜儀穩(wěn)定后，設(shè)置標樣和序列條件。在測定界面點擊“元素”，選取鋁元素進行添加，然后選取396.152、308.215 nm的波長作為測定波長。標樣個數(shù)添加為5 mg/L，將標準溶液搖勻，將取樣毛細管外壁擦凈。分別測定空白和標準工作液。得到標準曲線見圖1、圖2。

圖1 396.152 nm處標準曲線

圖2 308.215 nm處標準曲線

1.8 樣品測定

1.8.1測定樣品的制備

灰樣的制備。稱取一定量的一般分析煤樣或水煤漿試樣于灰皿中(對于一般分析煤樣使其每1 cm2不超過0.15 g，對于水煤漿試樣則稱取15～18 g并預先在105～110 ℃下烘干)，將灰皿送入溫度≤100 ℃的馬弗爐中，在自然通風和爐門留有15 mm縫隙的條件下，用30 min緩慢升至500 ℃，在此溫度下保持30 min后，升至(815±10)℃，在此溫度下灼燒2 h，取出冷卻后，用瑪瑙乳缽將灰樣研細到0.1 mm。然后，再置于灰皿內(nèi)，于(815±10)℃下再灼燒30 min，直到其質(zhì)量變化不超過灰樣質(zhì)量的0.1%為止，即為質(zhì)量恒定。取出，于空氣中放置約5 min，轉(zhuǎn)入干燥器中。如不及時稱樣，則需在稱樣前于(815±10)℃下再灼燒30 min。煤樣灰化后，將煤灰收集至稱量瓶，放入干燥器內(nèi)備用。

1.8.2樣品的制備

稱取灰樣0.050 0 g(稱準至0.000 2 g)于30 mL聚四氟乙烯坩堝中，用水濕潤，加高氯酸2 mL、氫氟酸10 mL，置于電熱板上低溫緩緩加熱(溫度≤250 ℃)蒸發(fā)近干，在升高溫度繼續(xù)加熱至白煙基本冒盡，溶液蒸至干涸但不焦黑為止。取下坩堝稍冷，加入鹽酸溶液(1+1)10 mL、水10 mL，再放在電熱板上加熱至近沸，并保溫2 min；取下坩堝，用熱水將坩堝中的試樣溶液移入100 mL容量瓶中，冷至室溫，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.8.3樣品測定

在光譜儀穩(wěn)定后，調(diào)出鋁標樣曲線。設(shè)置序列測定個數(shù)為5，重復項為10 mg/L，將樣品溶液搖勻，將取樣毛細管外壁擦凈。點擊“運行”，按照提示窗口進行操作。樣品測定結(jié)果的標準偏差和相對標準偏差見表1。

表1 樣品標準偏差和相對標準偏差

2 標準曲線的選擇

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，標準溶液在308.215 nm處信號值穩(wěn)定無干擾，相對標準偏差(RSD%)小，相關(guān)系數(shù)0.999 86線性好。在樣品測定過程相對標準偏差(RSD%)，所以308.215 nm是最優(yōu)波長，該波長的標準曲線是最優(yōu)選擇。

在以上實驗條件下，鋁含量在20.00～100.00mg/L，在308.215 nm波長處與光譜掃描信號強度呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.999 86，光譜在308.215 nm處對鋁的檢出限0.025 mg/L滿足本方法的測定要求。

3 樣品分析結(jié)果的精密度與準確度

樣品和樣品加標后標準偏差、相對標準偏差、回收率見表2。

由表2可以看出，該方法樣品的相對平均偏差0.83%～3.02%，加標樣品相對平均偏差0.97%～2.83%，其精密度較好。加標回收率為98.2%～101.6%[3]。準確度高，滿足目前樣品的測定要求。

表2 樣品和樣品加標后標準偏差、相對標準偏差、回收率

4 樣品中鋁含量的計算

煤灰中鋁含量一般以Al2O3的質(zhì)量百分比計，根據(jù)測定結(jié)果計算公式如下：

式中：V，樣品定容體積，mL；c，測定溶液濃度，mg/L；m，煤灰稱量質(zhì)量，g。

計算后樣品中Al2O3含量和容量分析法Al2O3含量對比見表3[4]。經(jīng)計算儀器分析結(jié)果和容量法分析結(jié)果相對平均偏差在0.14%～0.76%，偏差較小，結(jié)果吻合。

表3 儀器分析和容量分析方法對比

5 結(jié)論

根據(jù)實驗得出使用光譜法測定煤灰中鋁的含量在308.215 nm處線性關(guān)系好，誤差小，無干擾，精密度高，準確度高。與容量分析方法相比相對平均偏差小滿足國標要求的分析標準。該儀器分析方法速度快、靈敏度高，可同時進行大批量樣品分析，對生產(chǎn)過程的指導性較強。

6 注意事項

①樣品使用氫氟酸和高氯酸熔融樣品酸性強，操作時戴防護手套。②樣品含有氫氟酸，測試前檢查是否采用相配套的矩管和霧化器。③分析時矩管溫度較高，要嚴格按照儀器的安全操作規(guī)程進行操作。④使用完畢后按照操作要求清洗管路，按照停機步驟停機。