固体本科实验讲义

实验一样品的制备一、试验目的：学会取样、制样及均匀地分制样品二、分析样品的制备采集的原始平均样品的量一般很大(数千克至数十千克)，要将它处理成200～500 g 左右的分析样品，一般可分为如下步骤：破碎、过筛、混匀和缩分。

1.破碎：用机械或人工的方法把样品逐步破碎，一般分为粗碎、中碎和细碎等阶段。

粗碎：用颚式破碎机把取来的样品粉碎至8mm左右。

中碎：用盘式碎样机把粗碎后的样品磨碎至能通过约10~20目筛。

细碎：用电磁粉碎制样机进一步磨碎，必要时再用研钵研磨，直至样品全部通过所要的筛孔为止(通常为l00～200目筛)。

2.缩分样品每经过一次破碎后，使用机械或人工的方法取出一部分有代表性的样品，再进行下一步处理，这样就可以将样品量逐渐缩小，这个过程称为缩分。

常用的缩分法是四分法。

如图1所示。

这种方法是将已破碎的样品充分混匀，堆成圆锥形，然后将它压成圆饼，图1再通过中心将其切为四等份，弃去任意对角的两份。

缩分后再过筛，将大于筛号者再研磨，直至全部过筛。

缩分的次数不是随意的，每次缩分时，样品的粒度与保留的样品量之间，都应符合取样量公式。

否则就进一步破碎后才能缩分。

分样筛一般用钢合金丝制成，有一定的孔径，用筛号(又称网目)表示。

各种筛号规格可参考《分析化学》。

三、采取与制备样品应注意的事项1.采取与制备样品的现场和工具、设备必须干燥清洁，无油污和其它杂物，以确保样品的纯净。

2.在过筛时凡未通过筛孔的颗粒，绝不能丢弃，必须反复破碎或研磨，直至全部过筛不留筛余物，以保证所制得的样品能真实地反映被测物料的平均组成。

3.制备好的样品应立即装袋或置于样品瓶中，按要求编号，干燥避光保存。

四、制样工具制样工具包括100×60型颚式破碎机，RT-34桌上型连续投料粉碎机，DF-4型电磁制样粉碎机，搪瓷盘，标准套筛，采样铲，缩分板，毛刷，100ml烧杯，500ml大口试剂瓶，125ml大口试剂瓶，塑料药勺，电子天平（DJ2000A+）等。

五、制样程序1. 粉碎称取煤矸石500g左右，通过颚式破碎机将样品粗碎，进料尺寸为45mm，出料尺寸为8mm；再用桌上型连续投料粉碎机将样品全部进一步细碎。

2.缩分采用四分法进行缩分。

将粉碎的样品于清洁、平整不吸水的板面上堆成圆锥型，每铲物料自圆锥顶端落下，使均匀地沿锥尖散落，不可使圆锥中心错位。

反复转堆，至少三周，使其充分混合。

然后将圆锥顶端轻轻压平，摊开物料后，用平板自上压下，分成四等份，取两个对角的等份，过10目的筛，将大于筛号者再研磨。

尽量全过，剩余少量（大约3.0g左右）倒入塑料桶内，直至不少于200.0g试样。

装入500ml大口试剂瓶中贴上标签备用。

3.细碎将缩分后剩余的煤矸石称取40.0g再用DF-4型电磁制样粉碎机进行粉碎，过100目筛，必要时再用研钵研磨，再过筛，装入125ml大口试剂瓶中帖上标签备用。

过筛剩余少量（大约1.0g左右）倒入塑料桶内。

六、试验要求1.在制样全过程中，应防止样品产生任何化学变化和污染。

若制样过程中，可能对样品性质产生显著影响，则应尽量保持原来状态；2.湿样品应在室温下自然干燥，使其达到适于破碎、筛分、缩分的程度；3.使用三种不同的粉碎机时一定要严格按照操作方法及注意事项进行操作。

实验二水分的测定一、试验目的掌握测定水分的方法二、实验原理水分是煤矸石中的不可燃成分，它是评价动力用煤矸石经济价值的最基本指标之一。

根据煤矸石所处的状态可分为全水分和空气干燥基水分。

全水分是指煤矸石在使用状态时存在的水分，它包括外在水分和内在水分（一般测定时间为2～3h）；空干基水分是指分析煤矸石样在规定条件下测得的水分，即分析水分。

三、试剂与仪器煤矸石样，称量瓶2个，干燥器，药匙，AL204型电子天平（210g/0.1mg），YX-SF 水份仪。

四、操作步骤空气干燥法测空干基水分：用预先干燥并称量过的（精确到0.0002g）的称量瓶称取0.2mm以下（小于80目）的煤矸石样1 0.1g，精确0.0002g，记录m1值，将样品平摊在称量瓶中。

打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的烘箱中。

在一直鼓风的条件下，煤矸石干燥1h。

从烘箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量m2。

最后将数据输入计算机中，由计算机显示、打印出煤矸石样的空气干燥基水分。

1.打开烘箱和电脑，双击“水分仪”图标，启动测试程序。

点击“设置”选择“水分[Mad]”。

2.点击出现窗口中“系统设置”菜单，然后单击“烘箱”程序弹出系统设置对话框，设置水分[Mad]、110℃、60min等参数。

点击出现窗口中的“水分仪A”，出现测试界面后，点击“电源关”，将电源打开，可观察到下面显示的“炉温”在升高。

3.先测称量瓶的重量（g），然后再称量1.000g样品于称量瓶中，平行称两份，用记号笔在称量瓶及瓶盖上标号。

4.当温度达到110℃时，烘箱发出声音，此时，将称量瓶盖子打开放入烘箱中，点击程序窗口中的“测试”或烘箱上的红色按钮，开始自动测试。

5.测试时间为1小时，1小时之后，烘箱再次发出声音，打开仪器，取出样品，盖上盖子放入干燥器中恒重冷却至室温后（约20min），称量。

6.然后点击程序窗口中的“计算”按钮，输入提示要输入的质量。

此时将自动计算出煤矸石样的空气干燥基水分（两个差值不超过±0.05％）。

空气干燥基水分（％）=121 m mm-×100%7.测试完成后，点击“关电源”按钮，结束烘箱加温。

8.在主菜单中，点击“退出”项，退出测试程序。

注：样品的粒度应≤0.2mm，即小于80目的煤矸石。

五、试验要求1.得到煤矸石的空干基水分结果（注意有效数字取舍）；2.保存烘干后100目的煤矸石测硫分时使用。

实验三灰分及挥发分的测定一、测试原理灰分是煤矸石中的不可燃成分，其含量的高低是评价煤矸石质的重要标准，确切的讲，煤矸石的灰分是指煤矸石中所有可燃物质完全燃烧，以及煤矸石中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后残存的残渣。

挥发分是煤矸石中可燃成分。

煤矸石的挥发分含量基本随煤矸石的变质程度加深而减少，它不是煤矸石中的固有物质，是煤矸石在特定条件下受热分解的产物。

二、试验目的掌握测定灰分及挥发分的方法三、试剂与仪器煤矸石（<80目），灰皿，灰皿架，石棉板，带盖瓷坩埚，坩埚架，药匙，AL204型电子天平（210g/0.1mg），YX-HF灰（挥发）分仪。

四、操作步骤（一）快速灰化法测量灰分1.打开电脑、电炉控温盒、马弗炉，点击电脑中的“灰（挥发）分仪”图标，启动测试程序进入主界面。

查看“设置”选择“灰分”。

2.点击主窗口中的“灰分仪A”，进入灰分测试窗口。

3.点击“电源开[F10]”，则马弗炉开始升温。

4.用预先灼烧至质量恒重的灰皿，称取灰皿的重量m1（精确0.0001g），再称取粒度为2mm以下的空气干燥煤矸石m2（1±0.1g），均匀地摊平在灰皿中，平行称取两份记下编号放在灰皿架上以备用。

5.当马弗炉的温度升至815℃时，电炉控温盒发出声音，此时，快速将装有灰皿的灰皿架放入马弗炉中，点击“测试”按钮或按电炉控制盒上的“复位”，开始自动测试。

6.测试中马弗炉的门微开一点(防止所测灰分偏高)，炉后面小烟囱的盖子拿下，且测试过程中应保持温度在815 10℃，测试时间为40min。

7.40min时，控温盒再次发出声音，此时将样品取出放于石棉网上空气冷却5min 左右，移入干燥器中恒重至室温（约20min）后称重m3。

8.点“计算”按钮，进入计算功能模块，将称好的数据输入后，将自动计算出该样品的灰分数据。

测量误差不超过±0.5％。

（二）挥发分的测量对挥发分的测量，是在程序主界面中点击“设置”，在“测试类型”中选择“挥发分”，其余过程中与测灰分的大致相同，不同的是它的称量用带盖瓷坩埚及瓷坩埚架，样品放入瓷坩埚后，轻轻振动坩埚，使样品摊平，盖上盖，放在坩埚架上以备用。

测试温度为900±1℃，时间为7min，且测量中要关紧门，小烟囱盖上。

测量误差不超过±0.2％。

注：测量挥发分时，一次最多测4个样，防止温度难以回升（3min内必须回升至890℃）。

五、试验要求1.计算煤矸石的灰分及挥发分，并列出求灰分及挥发分的计算公式；2.分析水分、灰分及挥发分测量值之间的关系。

实验四 硫分的测定一、试验目的掌握用定硫仪测定煤矸石中硫分的方法二、试验原理：1、库仑滴定法的定义定硫仪采用库仑滴定法进行测定。

库仑滴定法是根据库仑定律提出来的，库仑定律也就是法拉第电解定律。

即当电流通过电解液中，在电极下析出物质的量与通过电解液的电量成正比。

库仑滴定法有测量结果比较准确、操作简单、自动化程度高、实验时间短等优点，所有被广泛应用。

2、测定全硫含量的原理根据库仑滴定法原理，煤矸石样在1150℃高温条件及催化剂的作用下，在净化过的空气流中燃烧，煤矸石中各种形态的硫均被燃烧分解为SO 2 和少量SO 3气体，而被净化过的空气流带到电解池内，生成H 2SO 3或少量H 2SO 4，H 2SO 3立即被电解液中的I 2(Br 2)氧化成H 2SO 4，结果溶液中的I 2(Br 2)减少而I -(Br -)增加，破坏了电解液的平衡状态，指示电极间的电位升高，仪器自动判断启动电解，并根据指示电极上的电位高低，控制与之对应的电解电流的大小与时间，使电解电极上生成的I 2(Br 2)与H 2SO 3反应所消耗的数量相等，从而使电解液重新回到平衡状态，重复这些过程，直到实验结束。

最后，仪器根据对电解产生的I 2(Br 2)所消耗用电流积分，再根据法拉第电解定律计算试样中全硫的含量。

3、全硫含量的计算公式为： S(%)=G C ⨯⨯⨯9650010016式中：S(%)－空干基的全硫；C －毫库仑电流＝电流（mA ）×时间（S ）16－物质的摩尔质量96500－法拉第常数G－试样重量（mg）三、试剂与仪器煤矸石，三氧化钨，瓷舟，镊子，AL204型电子天平（210g/0.1mg），YX-DL一体化定硫仪。

四、电解液的配置称取5g碘化钾，5g溴化钾，溶于250～300毫升蒸馏水（去离子水）中，然后加10毫升冰醋酸即可。

加入电解液时，先打开放液管，开气泵夹住电解池左边气管将电解液吸入电解池，电解液一般不超过电极片端2厘米。

实验结束后，关闭载气系统，最后放出电解液，并用蒸馏水清洗电解池。

五、操作步骤1.打开电脑、定硫仪，双击“定硫仪”图标，启动测试程序。

2.打开定硫箱右侧小铁门，点击出现的窗口中的“测硫仪A”，出现测试界面，此时样车退出高温炉。

3.点击“电源关”，转化为“电源开”状态，可观察到下面显示的“炉温”在升高。