煤灰成分分析方法及其影响因素

煤灰成分分析方法及其影响因素

作者：武旭星

来源：《环球市场信息导报》2016年第14期

针对国标GB/T1574-2007煤灰成分分析方法进行了详细的解释。指出了易对测定结果准确性产生影响的因素并对其产生原因进行了分析，提出了一些解决方法。针对日常实验的操作提出了建议，可提高日常实验效率，快速准确的得到实验结果，从而减轻实验人员的实验强度。

煤灰是煤完全燃烧后产生的一种混合物，主要是由煤中各种矿物质燃烧后生成的金属及非金属氧化物及硫酸盐、硅酸盐等物质混合而成

煤灰中的主要成分包括：Si、Fe、Mg、P、K、Al、Ca、Na、Ti、S等元素的氧化物及其盐类。煤灰成分分析是通过化学分析方法，利用各组分不同的化学性质，将各种组分分离开进行测定。测定结果以各元素氧化物占煤灰的百分含量的形式报出。

煤灰成分分析方法

煤灰成分是依据国标GB/T1574-2007来进行分析，国标中规定的分析方法主要有3种：半微量分析法、常量分析法、原子吸收分光光度法。

煤灰成分分析国标中规定了11种元素的分析方法，由于MnO2含量很低，分析数据准确性较低故一般只进行其余十种元素的分析。在日常实验中一般选用常量分析法进行分析。

煤样前处理

煤样灰化。煤样灰化时一般使用取少量煤样缓慢灰化的方法。

具体方法是：称取少量粒度

熔融灰样。烧好的煤灰应用玛瑙研钵研细至0.1mm。再置于灰皿中于（815±10）℃下灼烧30min，直至质量恒定。取出在空气中放置5min后放到干燥器中冷却至室温；称取处理好的灰样0.48～0.52g（称准至0.0002g）于银坩埚中。加入几滴乙醇润湿灰样，再加入4g固体氢氧化钠，盖上坩埚盖，并保留一定的缝隙；将准备好的银坩埚放入马弗炉中，从室温缓慢升温至650℃～700℃灼烧15～20min。

样品浸出。取出坩埚，用冷水激冷后擦尽坩埚外壁，放于250ml烧杯中，向坩埚中加入

1ml无水乙醇和适量沸水。立即盖上表面皿。等剧烈反应停止后，用1+1的盐酸和热水交替洗净银坩埚和坩埚盖；向烧杯中加入20ml浓盐酸，搅匀，于电热板上缓慢蒸干至带黄色盐粒。取下、稍冷加入浓盐酸20ml，盖上表面皿，加热至80℃左右，向溶液中加入70～80℃的动物胶溶液10ml，剧烈搅拌1min，保温10min。取下，稍冷后加入热水50ml搅拌，使盐类完全溶

解；用中速定量滤纸将溶液过滤至250ml容量瓶中。先用1+3盐酸洗涤4～5次再用热水洗涤，用带胶头的玻璃棒用1+50的热盐酸溶液交替洗涤干净，并洗涤沉淀3～5次。在用热水将沉淀洗涤干净。

沉淀用重量法进行二氧化硅含量的测定，滤液用于测定三氧化二铁等其余8种氧化物含量的测定。

各元素的测定

SiO2的分析方法。SiO2分析使用的是上诉样品前处理过程中产生的沉淀，其主要成分是H2SiO3。将洗涤干净的沉淀连同滤纸一起取下放入已称重的瓷坩埚中，盖上盖并保留一定缝隙以保证滤纸燃烧完全。放入马弗炉中从低温开始缓慢升温至1000℃±20℃，灼烧1h后取出。冷却，称重。

Fe2O3和Al2O3的连续滴定：

Fe2O3测定原理。Fe3++HIn⇋ FeIn++H+ Fe3++H2Y2- ⇋ FeY- +2H+ H2Y2-+FeIn+⇋ FeY-+HIn+H+ 在PH=1.8～2.0条件下指示剂磺基水杨酸可与Fe3+形成稳定的紫红色络合物FeIn+。由于它的稳定性小于Fe3+与EDTA络合物的稳定性，滴定终点时，EDTA与FeIn+反应生成亮黄色络合物FeY-。滴定终点时溶液呈亮黄色，鉄含量低时为无色。

Al2O3的测定原理。过量的EDTA在酸性下加热可与溶液中的Fe3+、Al3+、Cu2+、Ti4+等金属离子发生络合反应。在PH=5.9的条件，以二甲酚橙为指示剂用Zn（Ac）2溶液滴定剩余的EDTA。再加入氟化钾溶液，加热生成稳定的络离子TiF62-和ALF63-，再用Zn（Ac）2标准溶液以二甲酚橙为指示剂滴定置换出的EDTA。终点时溶液为橙红（或紫红色）。

主要反应方程式：Al3++H2Y2- ⇋ AlY- +2H+ Ti4++ H2Y2- ⇋ TiY+2H+ AlY- +2H++6F-

→ALF63- + H2Y2- TiY+2H++6F- →TiF62- + H2Y2- Zn2++ H2Y2-→ZnY2- +2H+ Zn2++

HIn→ZnIn+ +H+

CaO的滴定（EDTA络合滴定）。在酸性条件下以三乙醇胺为掩蔽剂，使之与溶液中的Fe3+、Al3+、Ti4+等干扰离子反应生成更加稳定的络合物，从而避免对Ca2+离子的滴定产生影响。

然后加入氢氧化钾溶液使溶液PH>12.5，使Mg2+离子生成Mg（OH）2沉淀，避免Mg2+离子对Ca2+离子的滴定产生干扰。

MgO的滴定（EDTA络合滴定、差减法）。在酸性条件下以三乙醇胺为掩蔽剂，使之与溶液中的Fe3+、Al3+、Ti4+等干扰离子反应生成更加稳定的络合物，从而避免对Mg2+离子的滴定产生影响。加入铜试剂与溶液中微量的Cu2+、Hg2+、Bi2+等离子生成沉淀，从而避免这

些离子对Mg2+离子的滴定干扰。在PH>10的氨性溶液中以酸性铬蓝K-萘酚绿B为指示剂用EDTA标准溶液滴定溶液中钙、镁总量。终点时溶液为纯蓝色。

TiO2的测定。在盐酸介质中Fe3+会生成黄色的[FeCl4]-，加入磷酸使Fe3+生成无色的[Fe （HPO4）2]-，从而避免对TiO2的测定产生干扰。

在强酸性条件下：TiO2+H2O→TiO2++2H+

TiO2++H2O2→[TiO（H2O2）2] 2+（黄色络合物）

用分光光度计在430nm波长处测定溶液吸光度。

P2O5的测定。国标中给出了两种P2O5的测定方法。一种是使用HF-HClO4分解灰样的磷钼蓝分光光度法，另一种是使用HF-H2SO4分解灰样的磷钼蓝分光光度法。

两种方法的主要区别在于灰样分解时使用的酸不同。HClO4危险性较大，但灰样分解完全，分解后无残渣，且操作简单。而使用H2SO4虽较使用HClO4安全但灰样不易分解完全且操作步骤较多，故一般采用HF-HClO4分解灰样的方法。

注意事项及操作建议

注意事项

煤样灰化时，灰化温度低、灰化时间短会导致煤样燃烧不完全。灰样中混有煤颗粒从而导致测定结果偏低；灰样未研细或研磨后粒度>0.1mm，会导致熔样时灰样熔融不完全，从而导致SiO2结果偏高，其余迹象结果偏低；加入氢氧化钠熔样时炉温要从室温开始缓慢升温。升温过快易导致样品熔融不完全，导致各项目测定值偏低。当坩埚内熔融物溢出时则熔样失败需重新熔样；熔样过程中熔融温度过高或时间过长会导致银坩埚中银熔下再加入浓盐酸后形成AgCl沉淀，使SiO2结果偏高；熔样浸出时，要用滤纸将银坩埚外壁擦拭干净才可放入烧杯中，否则易从坩埚架上沾上铁锈物质，影响实验结果；判断灰样是否完全熔融：完全熔融的灰样是红色透明的液体，熔样浸出后加入浓盐酸后没有黑色颗粒。熔融过程中没有灰样飘出；动物胶溶液应现用现配。用刚煮沸的配置并晾凉至70～80℃。动物胶溶液温度太高会在酸性条件下部分分解导致H2SiO3凝聚不完全。温度太低会吸附其他杂质；洗涤硅酸沉淀时应少量多次冲洗并尽量少用盐酸冲洗。避免盐酸分解时产生的Cl2与SiO2使测定结果偏低；国标规定滴定使用250ml烧杯。但在滴定CaO、MgO时溶液体积在烧杯一半左右，电磁搅拌器搅拌速度稍快就会使溶液飞溅，过慢又会导致反应慢、溶液不均匀对滴定结果造成影响。所以在滴定时可以使用容量为300ml的烧杯；滴定所用EDTA标准溶液浓度较低，长时间放置时温度、空气等因素均会对溶液浓度产生一定的影响。为保证实验数据的准确性。应在每次使用前对溶液重新进行标定；滴定时指示剂的用量也会影响最终结果。当指示剂用量较大时会使判定误差急剧增大。因此在不影响终点颜色的前提下应尽量减少指示剂用量；PH的大小影响Fe3+与EDTA和磺基水杨酸的络合稳定程度。PH值2.0时Fe3+、Al3+等离子易形成沉淀，使滴定无