X熒光法測定煤灰中Al2O3和SiO2

秦改萍

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

原料煤的灰熔融性是影響殼牌氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，當(dāng)灰熔點(diǎn)流動(dòng)溫度低于1 250 ℃，煤渣流動(dòng)性太好，水冷壁渣層偏薄，通過渣口的熔渣顆粒直徑太小，受渣餅區(qū)域的合成氣旋流離心力在渣餅集聚，逐步形成不穩(wěn)定大塊，脫落后堵塞渣池導(dǎo)致停車；而當(dāng)灰熔點(diǎn)流動(dòng)溫度高于1 450 ℃時(shí)，流動(dòng)性太差，會在水冷壁內(nèi)表面形成滾雪球效應(yīng)，渣層變厚，逐步堵塞渣口。煤灰中Al2O3含量越大，灰熔融性越高，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%～60%時(shí)，灰熔融性隨SiO2含量增高而降低，小于45%或大于60%時(shí)灰熔融性與SiO2含量的關(guān)系不夠明顯[1]。w(SiO2)/w(Al2O3)比越高，煤灰的流動(dòng)溫度呈直線增加趨勢，氣化操作空間越大?；抑衱(SiO2)/w(Al2O3)控制在1.7～2.7之間，氣化操作空間一般可控制在160 ℃～370 ℃，增加氣化爐適應(yīng)煤種、煤質(zhì)波動(dòng)的能力，有利于穩(wěn)定操作，同時(shí)減少渣口和渣池堵渣幾率。所以，煤灰中SiO2和Al2O3含量的測定就顯得非常重要。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用X-熒光光譜法進(jìn)行測定，該方法分析速度快，操作簡便。本文對該方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，并與化學(xué)容量法結(jié)果進(jìn)行了對比。

1 實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)采用荷蘭帕納科AxiosmaX X-熒光光譜儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體參數(shù)設(shè)置見表1。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 灰樣的制備

取一定量粒度小于0.2 mm的分析煤樣于灰皿中，密度不超過0.15 g/cm3，將灰皿送入溫度不超過100 ℃的馬弗爐中，在自然通風(fēng)和爐門留有15 mm左右縫隙的條件下，用30 min緩慢升溫至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，將灰樣研磨至全部通過0.1 mm標(biāo)準(zhǔn)篩。然后再置于灰皿中，于(815±10) ℃下灼燒1 h，取出，于空氣中放置5 min，轉(zhuǎn)入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后立即制備分析樣片。如不能及時(shí)制備樣品，則在使用前于(815±10) ℃再灼燒1 h。

表1 儀器參數(shù)設(shè)置

2.2 樣品的制備

稱取0.700 0 g灰樣、7.000 g助溶劑(66.6%四硼酸鋰和33.3%偏硼酸鋰混合溶劑，優(yōu)級純)于鉑黃金坩堝中，用玻璃棒攪拌均勻后，利用熔樣機(jī)在約1 000 ℃下熔融直至樣品完全分解，加入適量脫模劑(碘化銨)，將熔融試樣快速倒在已預(yù)熱且調(diào)整好冷卻速度的鉑黃金模具中，水平靜置冷卻為玻璃圓片(制備的樣品應(yīng)表面平整、光滑，出現(xiàn)未熔物、結(jié)晶或氣泡時(shí)，應(yīng)丟棄或重新進(jìn)行熔融)。將熔片倒出后在非檢測面貼標(biāo)簽并放于干燥器中待檢。

依照2.1和2.2步驟，對5個(gè)實(shí)驗(yàn)煤樣CCM、YWM、GCM、LCM和GHM進(jìn)行處理得到實(shí)驗(yàn)樣片。

黃坩堝在使用時(shí)不能與碳接觸，否則會變脆直至開裂，因?yàn)楦邷叵绿寄苋苡阢K。也不能和鐵、鉛接觸，否則可擊穿器皿，引起中毒。所以，在灰樣制備時(shí)必須保證煤樣燃燒完全，不得有單質(zhì)碳存在，且在熔片過程中使用的坩堝鉗必須包有鉑金頭。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

選用煤灰成分分析國家標(biāo)準(zhǔn)樣品GSB06-2119-2007(ZBM0942)、GSB06-2120-2007(ZBM0952)、GSB06-2122-2007(ZBM1082)、GSB06-2123-2007(ZBM1212)、GSB06-2182-2008(ZBM1102)、GSB06-2928-2012(ZBM1072)分別用瑪瑙研缽研細(xì)到全部通過0.1 mm篩，于(815±10) ℃的烘箱內(nèi)恒重，再按照2.2的步驟制成相應(yīng)的系列樣片，然后將樣品裝入測量杯中，對各元素的X-熒光強(qiáng)度進(jìn)行測量，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 結(jié)果及討論

3.1 儀器精密度實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證儀器性能，按照本方法所設(shè)定參數(shù)條件對一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣片和分析樣品樣片進(jìn)行10次平行測定，獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差。具體結(jié)果如表2所示。

表2 儀器精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步對整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行驗(yàn)證，利用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)[2]。

稱取兩份質(zhì)量為0.7 g的YWM煤灰于2個(gè)鉑黃坩堝中，并將其中一份加入0.1 g ZBM0942，依2.2所述過程進(jìn)行處理后進(jìn)行含量測定，結(jié)果列于表3。結(jié)果顯示熔片過程沒有損失，方法準(zhǔn)確性良好。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證本方法的準(zhǔn)確性，分別用本方法和《GB/T1574-2007煤灰成分分析方法》 對CCM、YWM、GCM、LCM和GHM5個(gè)樣品進(jìn)行測量，結(jié)果見表4。

表4 準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用X熒光法測定與國標(biāo)規(guī)定的仲裁化學(xué)法相差不大，且都在誤差允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本方法操作簡單方便，節(jié)省人力和時(shí)間，而且準(zhǔn)確度和精密度較高，整個(gè)方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差和回收率都能取得滿意的結(jié)果，完全可以取代繁瑣的化學(xué)法，為氣化爐原料煤品質(zhì)監(jiān)測提供了有力技術(shù)支持。