摘要：煤炭挥发分是煤炭煤化程度一个重要参数，是煤炭的一个分类定性的指标，同时也是一个重要的煤炭检验项目。但是，在实际测定过程中因为仪器、器皿及操作过程中各种因素的影响，挥发分测定的重现性较差，精密度和准确性均不好。笔者通过多年来多批次的测定、分析、总结得出一些体会和在实际操作过程中应该注意的有关事项，供大家探讨。
关键词：煤炭挥发分测定；体会；注意事项
引言
挥发分是煤样在规定条件下隔绝空气加热并进行水分校正后的挥发物质产率。煤的挥发分主要是由水分、碳、氢的氧化物和碳氢化合物（以ＣＨ４为主）组成，但不包括物理吸附水。可以看出挥发分不是煤中固有的挥发物质，而是煤在规定条件下的分解产物。挥发分是煤炭分类的主要指标，根据挥发分产率可大致判断煤的煤化程度。此外，根据煤的挥发分产率和焦渣特性可初步判断煤炭的加工利用性质和热值的高低，因此煤炭挥发分在工业上和煤质研究方面都有重要意义、。由于煤炭挥发分的测定对煤炭的工业炼焦制气、煤质分类以及环境保护中制定烟雾法令都有着重要的意义，所以煤炭挥发分的测定准确度也是必要的。在按照ＧＢ／Ｔ２１２—２００８国家标准执行的同时，也要明确各种因素对实验结果准确性的影响。以下通过对多煤种、多因素的单一变量实验总结出各个影响因素对挥发分测定的影响，以期为能更准确地测定挥发分产率提供有益的参考。
1影响挥发分测定的几种因素
1.1设备因素
1.1.1马弗炉与温控仪
马弗炉要求保温性和密封性良好,待炉膛内温度达到控制温度时要能保持恒定,最大程度的降低炉膛内外热量交换。炉门密封要严实,禁止外界空气进入,否则会造成挥发分测定结果偏高。同时马弗炉内恒温区必须达到试验要求,温控仪能准确真实的显示马弗炉内温度。因为马弗炉是测定灰分和挥发分的必用仪器,在试验中使用频繁,长时间以后,炉内保温材料的隔热性能和致密程度会降低,加热电阻丝会老化,电阻丝分布的均匀性会改变,这些因素都会导致生产炉的恒温区有所变化,所以,化验室每年要对马弗炉进行定期的炉温校正。
1.1.2坩埚和坩埚架
镍铬丝材质,镍铬丝在灼烧过程中不易变形,掉皮等GB/T212-2001对坩埚的材质、形状、尺寸和质量都作了规定,但是国内生产坩埚的厂家众多,产品质量参差不齐。有的坩埚质量达不到要求,形状不规范,坩埚盖和坩埚配合不严密,坩埚的壁厚不一致等。淄博矿业集团中心化验室根据长期工作经验,对坩埚和坩埚架提出了如下要求:(1)初次使用坩埚和坩埚架时,要在马弗炉中灼烧至质量恒定,因为新坩埚可能会有部分物质析出。坩埚架应采用。(2)经过大量实验证明,坩埚质量应控制在17～20g范围内。
1.2人为因素
1.2.1加热温度和加热时间
挥发分产率是煤在无氧的情况下加热时的热解产物,加热温度和时间决定了煤中有机质和无机矿物的分解程度。在900℃左右加热7min,煤中有机质和无机矿物的热解反应趋于完全,其测定结果较为稳定。低于规定温度或者加热少于7min规定时间,会导致煤样分解不完全,造成挥发分测定结果偏低。加热时间过长,在挥发分析出后,坩埚内压力下降,空气渗入,引起煤样氧化,会造成测定结果偏高GB/T212-2001规定要求加热7min,在实际工作中,化验人员对其理解不尽相同,国标中也没有做出更细致的表述。一种理解是:7min是在炉膛中加热的时间,这段时间不包括打开炉门放置坩埚和打开炉门取出坩埚的时间。第二种理解是,当坩埚送入恒温区时,计时开始,同时立即关上炉门,当快到7min时,提前2～3s打开炉门,正好7min时间,实践证明第二种方法比较合理。
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1.2.2煤样称取与坩埚摆放
国标要求的称样量为(1±0.01)g,相对于工业分析其他指标,如水分和灰分的称样量(1±0.1)g,称样量要求更严格。坩埚架上一般摆放6个坩埚。实验时,不管做几个样品都应将坩埚架摆满。坩埚架摆满和空缺时的结果会有差异。实验发现,坩埚架上只摆1个坩埚进行测定,较使用6个坩埚进行测定的结果偏高。实际工作中,部分操作人员未对此细节加以注意,因此,在工作中应引起重视。
2煤炭挥发分测定中的一些体会和应该注意的事项
2.1仪器设备的选择
所选择的灰挥测试仪或马弗炉，应同时具备以下条件①升温速度快，温度控制准确。因为挥发分测定的结果，首先以加热的温度最为重要。标准GB/T212-2008《煤的工业分析方法》中也要求样品加入并关闭炉门后，必须在3分钟内升温恢复到900℃，否则该次试验失败。因此所选定的仪器升温必须要快，一般以2分20秒左右升温到900℃为佳。另外炉体的保温性能要好，炉体壁厚应足够，以保证炉体温度不会过多的散失。其次，仪器的恒温区要足够大，必须要大于所放入的坩埚架一倍的空间，温度控制也必须在900±10℃的范围内。否则会造成温度不均匀，同样造成试验失败或准确性差。②计时要准确。因为加热时间也是直接关系试验成败的关键要素。因此，要求仪器的计时功能必须准确。以放入坩埚架关闭炉门时准确计时,3分钟内炉温必须升到900℃，并保持7分钟时立即取出。整个操作过程要求速度快、及时、准确。③仪器所带的排气孔或烟筒应该能够关闭或密闭。因为挥发分的测定是在隔绝空气的条件下进行的，因此要求在测定挥发分时必须关闭仪器的排气孔和烟筒，以隔绝空气。
2.2器皿的选择
①坩埚的选择首先选择的坩埚与其坩埚盖相配套，要求两者必须配合严密，隔绝空气，以保证试验的准确性。②坩埚的质量坩埚的总质量应控制在17-18g之间（标准要求15-20g），实验中的坩埚总质量多在16-21g之间，个别超过22g。经过多次的实验结果分析，坩埚质量过大会影响加热传导的速度从而影响加热的温度和时间，最终影响到测定结果的准确性。尤其是对挥发分越高的样品，坩埚的质量超过22g，其重现性越差。③坩埚架的选择一般都是六孔架。过多或过大就会超过马弗炉的恒温区，导致炉温下降过多，升温速度减慢，不能保证3分钟内升温到900℃，从而导致实验失败。
2.3测定过程中应注意事项
①测定时应注意，仪器升温后必须关闭烟筒排气孔，以隔绝空气。②测定时，放入样品坩埚的速度要快，避免炉温下降过多（温度若低于800℃，实验失败）。③测定时坩埚所放置的位置，必须保证在马弗炉的恒温区中央，以确保每个样品坩埚受热均匀一致，并且每次只能测定六个待测样品。④准确计时。整个加热过程7分钟，包括3分钟内升温到900℃，时间不多也不可少。⑤每次测定时，选择一个与待测样品预计的挥发分值最为接近的标准物质，在完全相同条件下，同炉实验。首先计算出标准物质的测定结果，与其给定值进行比较。如果标准物质测定结果与给定值差距较大，已大大超出其不确定度，则认为此次实验失败。如果标准物质测定结果与给定值接近，并在其不确定度范围内，或稍有超出，则利用标准物质测定值与给定值只差，求出一个本次实验的修正值（或加或减）。用该修正值对其他5个待测样品的测定结果进行修正，取修正后的数据作为最终待测样品的挥发分测定值。
3结语
挥发分的测定是一项规范性很强的实验,以上介绍了影响挥发分测定的一些因素,要求化验员熟练掌握其操作规程的每一个细节,在实验中积累经验,尽量减少诸多因素带来的误差,从而提高结果的准确度。
参考文献
[1]GB/T5751-2009《中国煤炭分类》.
[2]GB34169-2017《商品煤质量民用散煤》.
[3]GB34170-2017《商品煤质量民用型煤》.[4]GB/T212-2008《煤的工业分析方法》.
论文作者:李智远
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
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