關(guān)于煤中氟含量的測定和原理
發(fā)布時間：2014-10-29 點(diǎn)擊次數(shù)：2202次
——以下內(nèi)容節(jié)選自《煤質(zhì)技術(shù)》2014年第五期
作者為國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（西安）魏寧等
氟是化學(xué)性質(zhì)十分活潑的元素，也是煤中的毒害性元素之一，煤燃燒時氟幾乎全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物（如HF等）排放到大氣中，然后固定在土壤里貨流入水中。生長在高氟土壤中的植物則會通過根部吸收氟化物，人或牲畜則會因食用高氟食物或飲用高氟水而中毒。研究表明HF對人體的毒性是SO2的20倍，對植物的毒性是SO2的20~100倍。由于植物具有強(qiáng)烈吸收和積累大氣中HF的作用，不僅植物本身嚴(yán)重受害，而且通過食物鏈毒害人類和植物，破壞鈣磷的正常代謝，抑制酶的活性，影響神經(jīng)系統(tǒng)，產(chǎn)生低鈣癥、氟斑牙、氟骨癥及氟中毒。我國煤含氟量一般在50μg/g~300μg/g，少數(shù)礦區(qū)高達(dá)3000μg/g。因此，準(zhǔn)確測定煤中氟含量，對保護(hù)地球環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
高溫燃燒—氟離子選擇性電極法方便快捷，準(zhǔn)確度高，實(shí)用性強(qiáng)，可做為煤及其他礦物質(zhì)中氟含量測量的 有效方法，但其測定結(jié)果的準(zhǔn)確性會受到燃燒水解過程及電位測量系統(tǒng)的影響因素的干擾，主要包括試劑、儀器、煤樣質(zhì)量，通水蒸氣時間，氧氣流量，測量點(diǎn)位，干擾離子，氟電極實(shí)測斜率。因此，很有必要對上述因素做系統(tǒng)分析，從而能夠更加高效準(zhǔn)確測定煤中氟含量。
實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)采用高溫燃燒水解—氟離子選擇性電極法測定煤中總氟量。煤樣與石英砂混合后，在氧氣和水蒸氣混合氣流中經(jīng)過有機(jī)物燃燒和無機(jī)物熱解2個階段，經(jīng)歷從煤中分離出各種形態(tài)的氟化物并定量地溶于水中的過程。其中，燃燒階段的反應(yīng)機(jī)理和高溫定硫方法相似，但硫、氮、氯、氟的產(chǎn)物是以S
、N、HCI、Si
形態(tài)轉(zhuǎn)入冷凝管水中。煤樣進(jìn)入高溫區(qū)之前，可燃物已基本燃燒完全；進(jìn)入高溫區(qū)之后，煤灰全部暴露于氧氣和水蒸氣氣流中，此時含氟礦物迅速產(chǎn)生水解反應(yīng)，氟化物全部釋放出來，并定量地轉(zhuǎn)入冷凝水中。以氟離子選擇性電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定樣品溶液中氟離子濃度，計(jì)算出煤中總氟量。計(jì)算公式如下：
CF-Ⅱ型氟離子測定儀，主要用于測定高溫燃燒水解煤樣后的含氟化物水溶液。該儀器采用電子儀表控溫，實(shí)施控制升溫電流，溫度控制精度高；燃燒爐采用管式高溫爐，長命硅碳管加熱器件可使以期能夠快速升溫?zé)o需長時間等待；整齊調(diào)節(jié)功能有電壓控制顯示，方便于實(shí)驗(yàn)時快速調(diào)節(jié)到適應(yīng)的正氣大小。
結(jié)語
離子選擇性電極是電化學(xué)傳感器，在一定范圍內(nèi)，其他點(diǎn)位與溶液中特定離子活度的對數(shù)呈線性關(guān)系，通過與已知離子濃度的溶液比較可求得未知溶液的離子活度該方法簡便快捷，準(zhǔn)確度高，實(shí)用性強(qiáng)。但受到電極實(shí)測斜率等因素的影響，各種試劑要準(zhǔn)確配置 ；儀器要達(dá)到驗(yàn)收合格時的最佳狀態(tài)；稱取煤樣質(zhì)量過高或過低，都會造成測定結(jié)果偏低；分解第一個煤樣之前，通水蒸氣的時間15min，氧氣流量400ml/min可避免測定結(jié)果偏低；電位的準(zhǔn)確測定能夠保證選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，使得ΔE在20mV~40mV范圍內(nèi)；水解冷凝液的ph值在6.0時，能夠減少測量電位的誤差，同時消除試液中的離子干擾；因?yàn)樵趯?shí)際操作上，不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的實(shí)測斜率略有差異，所以煤中氟含量的計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確關(guān)鍵是要選對標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。通過對煤中氟含量測定結(jié)果的影響因素分析，使得其準(zhǔn)確測定提供重要的參考作用。
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