关于煤中氟含量的测定和原理

关于煤中氟含量的测定和原理

——以下内容节选自《煤质技术》2014年第五期

作者为国家煤炭质量监督检验中心（西安）魏宁等

氟是化学性质十分活泼的元素，也是煤中的毒害性元素之一，煤燃烧时氟几乎全部转化为挥发性化合物（如HF等）排放到大气中，然后固定在土壤里货流入水中。生长在高氟土壤中的植物则会通过根部吸收氟化物，人或牲畜则会因食用高氟食物或饮用高氟水而中毒。研究表明HF对人体的毒性是SO2的20倍，对植物的毒性是SO2的20~100倍。由于植物具有强烈吸收和积累大气中HF的作用，不仅植物本身严重受害，而且通过食物链毒害人类和植物，破坏钙磷的正常代谢，抑制酶的活性，影响神经系统，产生低钙症、氟斑牙、氟骨症及氟中毒。我国煤含氟量一般在50μg/g~300μg/g，少数矿区高达3000μg/g。因此，准确测定煤中氟含量，对保护地球环境具有重要的现实意义。

高温燃烧—氟离子选择性电极法方便快捷，准确度高，实用性强，可做为煤及其他矿物质中氟含量测量的有效方法，但其测定结果的准确性会受到燃烧水解过程及电位测量系统的影响因素的干扰，主要包括试剂、仪器、煤样质量，通水蒸气时间，氧气流量，测量点位，干扰离子，氟电极实测斜率。因此，很有必要对上述因素做系统分析，从而能够更加高效准确测定煤中氟含量。

实验原理

实验采用高温燃烧水解—氟离子选择性电极法测定煤中总氟量。煤样与石英砂混合

后，在氧气和水蒸气混合气流中经过有机物燃烧和无机物热解2个阶段，经历从煤

中分离出各种形态的氟化物并定量地溶于水中的过程。其中，燃烧阶段的反应机理

和高温定硫方法相似，但硫、氮、氯、氟的产物是以S O X、N O X、HCI、Si F4形态转

入冷凝管水中。煤样进入高温区之前，可燃物已基本燃烧完全；进入高温区之后，煤灰全部暴露于氧气和水蒸气气流中，此时含氟矿物迅速产生水解反应，氟化物全

部释放出来，并定量地转入冷凝水中。以氟离子选择性电极为指示电极，饱和甘汞

电极为参比电极，用标准加入法测定样品溶液中氟离子浓度，计算出煤中总氟量。

计算公式如下：

F ad=C S

−1）

m(10△E

S

F ad——空气干燥煤中含氟量μg/g

S——氟电极的实测斜率

ΔE——E1-E2

C S——氟标准溶液浓度

M——煤样质量，g

CF-Ⅱ型氟离子测定仪，主要用于测定高温燃烧水解煤样后的含氟化物水溶液。该仪器采用电子仪表控温，实施控制升温电流，温度控制精度高；燃烧炉采用管式高温炉，长命硅碳管加热器件可使以期能够快速升温无需长时间等待；整齐调节功能有电压控制显示，方便于实验时快速调节到适应的正气大小。

结语

离子选择性电极是电化学传感器，在一定范围内，其他点位与溶液中特定离子活度的对数呈线性关系，通过与已知离子浓度的溶液比较可求得未知溶液的离子活度该方法简便快捷，准确度高，实用性强。但受到电极实测斜率等因素的影响，各种试剂要准确配置；仪器要达到验收合格时的最佳状态；称取煤样质量过高或过低，都会造成测定结果偏低；分解第一个煤样之前，通水蒸气的时间15min，氧气流量400ml/min可避免测定结果偏低；电位的准确测定能够保证选择合适的标准工作溶液，使得ΔE在20mV~40mV范围内；水解冷凝液的ph值在6.0时，能够减少测量电位的误差，同时消除试液中的离子干扰；因为在实际操作上，不同浓度的标准工作溶液的实测斜率略有差异，所以煤中氟含量的计算结果是否准确关键是要选对标准工作溶液。通过对煤中氟含量测定结果的影响因素分析，使得其准确测定提供重要的参考作用。