煤灰成分分析的重要意义

一、灰成分分析意义

煤炭完全燃烧后，煤中的可燃部分燃烧释放热量，煤中水分蒸发，剩余部分为煤的矿物质中金属与非金属的氧化物与盐类形成的残渣，这些就是灰分。

煤灰成分复杂，主要由硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类组成。分析结果以氧化物质量百分含量形式报出。

根据煤灰组成，可以大致判断出煤的矿物成分。

因为同一煤层的煤灰成分变化较小，而不同成煤时代的煤灰成分往往变化较大，因此在地质勘探过程中，可以用煤灰成分作为煤层对比的参考依据之一。

煤灰成分可以为灰渣的综合利用提供基础技术资料。

根据煤灰成分还可初步判断煤灰的熔融温度，根据煤灰中钾、钠和钙等碱性氧化无成分的高低，大致判断煤在燃烧时对锅炉的腐蚀情况。

二、煤灰成分分析项目与分析方法

煤灰成分分析项目一般有：SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、CaO、MgO、SO3、K2O和Na2O，有时也测定Mn3O4和P2O5。

国家标准中规定的分析方法有三种常量法、半微量法和原子吸收分光光度法。

1常量法

1.1常量法流程

1.2仪器

1）分析天平

2）马弗炉

3）分光光度计波长范围200-1000nm，精度±2nm

4）原子吸收分光光度计

5）火焰光度计

6）库仑定硫仪

7）银坩埚

8）铂坩埚

1.2检验步骤与注意事项

1)样品灰化

规定煤样厚度<0.15g/cm2，采用缓慢灰化法的步骤，在815℃灼烧2h，研细至0.1mm，再灼烧30min，直至恒重，放入干燥器。

当灰量厚度不超过时，其三氧化硫值变化不大。此外不同硫分的煤样不应在同一炉内烧灰。

2）熔样

称取0.5±0.02g灰样，在银坩埚中，用几滴乙醇润湿，加粒状NaOH 4g，盖盖，放入马弗炉中，在1-1.5h内将炉温从室温缓慢升至650-700℃，熔融15-20分钟。

在银坩埚中熔融灰样，因为银的熔点960.5℃，所以熔融温度不能过高，熔融时间不能过长，规定650-700℃熔融15-20min即可熔融完全，否则银熔下太多，当用盐酸酸化时，将形成氯化银沉淀，影响二氧化硅测定。

灰样熔融时用氢氧化钠而非氢氧化钾做熔剂，原因，氢氧化钾吸水性和挥发性较强，熔融温度较高时容易逸出，而且熔融后酸解过程溶液会浑浊。

3）浸出熔样

取出坩埚，用水激冷后，擦净坩埚外壁，平放于250ml烧杯中，加入1ml 乙醇和适量沸水后，立即盖上表面皿，待剧烈反应停止后，用少量盐酸和热水交替冲洗坩埚和坩埚盖，再加盐酸20ml搅匀。

尽量不加盐酸，因坩埚易腐蚀导致溶下大量银离子。实验表明，乙醇的作用明显，乙醇与水的共沸点低，加入沸水后反应剧烈，可以加快熔样的浸出。

4）SiO2的测定

将烧杯置于电热板上，缓慢蒸干（带黄色盐粒），取下，稍冷，加盐酸20ml，盖上表面皿，热至约80℃。加70-80℃动物胶溶液10ml，剧烈搅拌1min，保温10min，取下稍冷，加热水约50ml，搅拌，使盐类完全溶解。取下稍冷，加除盐水约50ml，搅拌，使盐类完全溶解，用中速定量滤纸过滤于250ml容量瓶中，将沉淀先用盐酸洗涤4-5次，再用带橡皮头的玻璃棒~~以热盐酸擦净杯壁和玻璃棒，并洗涤沉淀3-5次，再用热水洗涤10次左右。灰化灼烧，温度1000±20℃，灼烧1小时，称重。

a 加浓盐酸20ml。

硅酸溶胶的形成：

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

SiO2.Al2O3.2H2O+4NaOH=2NaAlO2+Na2SiO3+4H2O

MeSiO3+2NaOH=Me(OH)2+Na2SiO3

熔块用水提取，盐酸酸化后

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3

生成的H2SiO3，一部分成白色片状水凝胶析出，一部分成水溶胶，同时一部分成分子溶胶状态存在，单分子硅酸再经聚合作用变成溶胶状态。

加盐酸的作用：一灰样加氢氧化钠熔融后，硅的化合物变成硅酸钠，用水提取并酸化后，可使硅酸钠转变成不宜离解的偏硅酸和金属氧化物。二形成的硅酸呈溶胶状态，带有负电荷，同性电荷排斥，降低胶粒碰撞形成较大颗粒的可能，同时硅酸溶胶具有亲水性，胶体微粒周围形成的水化层也阻碍胶粒析出。因此必须脱水破坏胶体稳定性，使之聚沉。

采用盐酸最适宜原因

盐酸是比较适宜的脱水剂，因为盐酸和水的恒沸点组成固定，浓度20.2%，当盐酸的浓度超过此含量时，氯化氢首先挥发，反之，如果盐酸的浓度低于此含量时，首先是水被蒸发，当盐酸浓度达到20.2%时，二者共同蒸发，因而在加热时可将硅酸颗粒的水分不断脱去。用盐酸脱水的另一优点是其沸点较低110℃，（硝酸120℃硫酸330℃）用一般的加热方法就可以将盐酸除去。

使用硝酸脱水常会形成碱式盐，用硫酸则常形成碱土金属硫酸盐，都比较难溶，会夹杂在硅酸沉淀中，某些情况下，用高氯酸脱水比盐酸还好些，一方面可使硅酸析出较完全，另一方面夹带的杂质也较少，而且容易蒸干，但高氯酸属于危险药品，与有机物一起容易爆炸，并且价格较贵，所以在日常分析中不采用。

b蒸干脱水

将溶液蒸干脱水，温度约100℃左右，不能过高，但如干燥进行不彻底，则可溶性硅酸不能完全转为不溶性硅酸，结果偏低。可以采用沙浴。

C加盐酸20ml，加动物胶

动物胶是一钟富含氨基酸的蛋白质，在水中能形成胶体，溶液属亲水性。结构

R NH2

COOH

其中羧基能电离释放出H+，形成带负电荷的R NH2

-

胺基也能与氢离子结合生成-NH3+，形成带正电的R +

COOH 因此，动物胶是两性物质。

PH=4.7时，动物胶粒子的总电荷为零，即体系处于等电态。

PH<4.7时，胶粒吸附溶液中的氢离子带正电荷。

PH>4.7时，胶粒羧基电离出氢离子而带负电荷。

但配制溶液以后易变质，需现用现配。

*为什么加动物胶以前要先加20ml浓盐酸？

硅酸胶体带负电荷，要破坏胶体，需加入相反电荷的胶体，动物胶在酸性条件下带正电荷，因此加动物胶以前先加盐酸使溶液呈酸性。试验证明，当加入盐酸20ml，盐酸酸度在c(HCl)=8mol/L以上时，硅酸凝聚最完全。

*为什么控制温度70-80℃，并且充分搅拌1min ,保温10min

因为动物胶在温度高的情况下，特别是在强盐酸溶液中，会部分地分解而使其凝聚硅酸的能力减弱，影响与硅酸的碰撞机会，使凝聚作用减缓，甚至不完全，当温度过低时，会吸附较多杂质，经实验证明，温度控制在70-80℃为宜。在加入动物胶时，要搅拌和保温的目的都是为了使动物胶与硅酸充分接触以加速凝聚。

D过滤，洗涤沉淀

洗涤硅酸沉淀时，为什么先用热的稀演算洗再用热水洗至无氯离子。

稀盐酸是电解质，可以将硅酸吸附的Fe3+、Al3+、Ti4+等金属盐类除去。如果开始用热水洗，铁铝钛等离子会水解形成难溶或不溶的碱式盐或氢氧化物，与硅酸沉淀共存，使二氧化硅测值偏高，同时也可能使硅酸重新形成胶体溶液透过滤纸造成损失。

洗涤完全与否用氯离子检验，因为氯离子是最难洗净的阴离子。用热水洗涤除洗出杂质离子外，还可将硅酸沉淀中存在的少量盐酸和残留的氯化钠微粒沉淀除去。

过滤洗涤沉淀注意事项：

硅酸被动物胶凝聚后，加水溶解可溶性盐类时，溶液体积增大、酸度降低，硅酸沉淀将部分复溶，放置时间越长，造成复溶量越大，因此在加热水50ml、搅拌使盐类溶解后应立即过滤，在洗涤沉淀的过程中，随着洗涤液用量的增多和洗涤时间的增长，硅酸沉淀会有极少量复溶，因此洗涤时，操作要迅速，洗涤液少量多次。

e 灰化灼烧

先低温烤干除去水分并使滤纸灰化，再高温灼烧，防止形成碳化硅。