熱重分析法進(jìn)行煤工業(yè)分析項(xiàng)目的測(cè)定

熱重分析法進(jìn)行煤工業(yè)分析工程的測(cè)定首鋼技術(shù)研究院張芳孟祥升范立冬孫博國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2001規(guī)定煤的工業(yè)分析包括水分、灰分和揮發(fā)分的測(cè)定方法和固定碳的計(jì)算。其中規(guī)定了三種水分測(cè)定方法，包括通氮枯燥法、甲苯蒸餾法和空氣枯燥法；規(guī)定了兩種灰分測(cè)定方法，即緩慢灰化法和快速灰化法；規(guī)定了一種揮發(fā)分的測(cè)定方法。在日常分析中，我們采用國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行煤的工業(yè)分析測(cè)定，水分、灰分和揮發(fā)分都要分別測(cè)定，占用的人力和物力都比較多，時(shí)間比較長(zhǎng)，引入誤差的時(shí)機(jī)也比較多。文章背景熱重分析是檢測(cè)絕對(duì)重量損失的一個(gè)根本方法。TGA701熱重分析儀是用于檢測(cè)無機(jī)物、有機(jī)物以及合成材料的成分的儀器。在控制的環(huán)境，如空氣、富氧、富氮條件下，在溫度作用下，檢測(cè)樣品質(zhì)量的損失或增加。TGA701熱重分析儀進(jìn)行煤的工業(yè)分析的測(cè)定，采用零位參考坩堝消除溫度對(duì)重量的影響，在105℃空氣氣氛下進(jìn)行水分測(cè)定，900℃氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行揮發(fā)分測(cè)定，在815℃氧氣氣氛下進(jìn)行灰分測(cè)定，具有精度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，分析速度快，方法先進(jìn)的特點(diǎn)。一、實(shí)驗(yàn)局部１、儀器與試劑

美國(guó)LECO公司TGA701熱重儀

煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW11101g；GBW11103dGBW11110d；LECO502-442坩堝：陶瓷坩堝〔力可專用〕分析氣體：氧氣，99.5%純度氮?dú)猓?9.5%純度２、日常分析樣品制備煤樣經(jīng)過破碎、篩分、縮分等工序，全部通過孔徑為0.2mm的篩子，并使之到達(dá)空氣枯燥狀態(tài)，然后裝入煤樣瓶中?？s分剩余試樣保存做底樣。３、實(shí)驗(yàn)方法３.１方法步驟參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)見下表1。表1：方法步驟參數(shù)步驟名稱坩堝蓋開始溫度結(jié)束溫度緩變率緩變時(shí)間保持時(shí)間總時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)間氣氛流速窗口比較器最終重量水分否25105600:1300:0000:1301:30無關(guān)30.03恒定揮發(fā)分是1079004300:1800:0600:2400:00氮中3100.00步驟結(jié)束灰分否6008151500:1400:0000:1401:45氧低30.05恒定３.２儀器校準(zhǔn)：通過不同含量的煤標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定，對(duì)儀器揮發(fā)分測(cè)定進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)采用三次曲線校準(zhǔn)。３.３分析樣品的測(cè)定：將清潔的坩堝依次放入儀器托盤，登錄試樣，分別編輯試樣編號(hào)、分析方法、坩堝數(shù)量及位置編號(hào)等待分析樣品信息，確認(rèn)無誤后開始分析，樣品稱量范圍1±0.1g。儀器校準(zhǔn)圖示操作圖示二、結(jié)果與討論１、實(shí)驗(yàn)條件的選擇１.１稱樣量選擇分別參加0.5克和1.0克樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，揮發(fā)分測(cè)定在參加1.0克樣品時(shí)，分析精度比較好，灰分測(cè)定在參加0.5-1.0克范圍的測(cè)定精度都可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。１.２揮發(fā)分保持時(shí)間設(shè)置參考國(guó)標(biāo)揮發(fā)分測(cè)定方法先后選擇保持時(shí)間7分鐘和6分鐘進(jìn)行分析測(cè)試，由于熱重儀是在900℃自動(dòng)稱量，每圈有一定的稱量時(shí)間差，在保持時(shí)間為6分鐘時(shí)測(cè)試的精度和準(zhǔn)確性良好。１.３比較器參數(shù)的設(shè)置比較器是設(shè)置樣品恒重條件的參數(shù)，過低的比較器數(shù)值對(duì)環(huán)境要求較高，需要環(huán)境絕對(duì)穩(wěn)定才可以到達(dá)重量恒定的要求，使測(cè)定無法到達(dá)恒定結(jié)束；過高的比較器選擇會(huì)導(dǎo)致結(jié)果未到達(dá)真值質(zhì)量就被認(rèn)定恒重，造成結(jié)果不準(zhǔn)確。通過不同比較器數(shù)值的選擇試驗(yàn)證明，測(cè)定水分時(shí)比較器設(shè)置為0.03，測(cè)定灰分時(shí)比較器設(shè)置為0.05，可以滿足測(cè)定精度的需要，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。１.４溫度設(shè)置參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2001分別設(shè)置水分測(cè)定溫度105℃，灰分測(cè)定溫度815℃，揮發(fā)分測(cè)定溫度900℃進(jìn)行標(biāo)樣試驗(yàn)，儀器的測(cè)試精度和準(zhǔn)確性良好。１.５緩變率、緩變時(shí)間和總時(shí)間設(shè)置參考儀器說明和ASTMD5124標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置儀器水分、揮發(fā)分和灰分的緩變率、緩變時(shí)間和總時(shí)間參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表1，進(jìn)行煤標(biāo)樣品重復(fù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。１.６氣氛條件在100℃左右，樣品在空氣和氧氣中的熱失重行為是相似的，失去外表水分，所以水分測(cè)定選擇空氣氣氛是完全可以滿足測(cè)定要求的；在900℃選擇氮?dú)鈿夥者M(jìn)行揮發(fā)分測(cè)定，由于儀器須從105℃升溫至900℃，根據(jù)設(shè)置需要18分鐘的升溫時(shí)間，6分鐘的保持時(shí)間，所以選擇在氮?dú)獾亩栊詺夥障拢梢愿颈ＷC測(cè)定時(shí)隔絕空氣，樣品的反響更接近于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于揮發(fā)分的測(cè)定要求；在815℃時(shí)純氧可使煤組分快速充分的降解，所以灰分測(cè)定選擇氧氣氣氛使反響更快速完全。１.７最長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置最長(zhǎng)時(shí)間要求輸入的時(shí)間對(duì)于分析完成是絕對(duì)完全充足的，所以，參考國(guó)標(biāo)GB/T212-2001，設(shè)置水分最長(zhǎng)時(shí)間為90分鐘，灰分最長(zhǎng)時(shí)間為110分鐘。在樣品始終無法到達(dá)重量恒定的情況下，到達(dá)設(shè)置的最長(zhǎng)時(shí)間，儀器結(jié)束測(cè)定，輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明該時(shí)間設(shè)置是完全能夠使樣品充分完成反響的。２、精密度試驗(yàn)2.1對(duì)煤標(biāo)GBW11110d進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)定，數(shù)據(jù)見表2。表2：煤標(biāo)樣品精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表(n=10)樣號(hào)揮發(fā)分干基%灰分干基%GBW11110d13.2913.4131.0631.2613.4213.3731.2531.2313.5113.4931.2131.2913.4513.4831.3531.3813.4513.3731.2231.26

平均值13.4231.25標(biāo)準(zhǔn)差0.070.10RSD(%)0.520.32標(biāo)準(zhǔn)值〔%〕13.34±0.2231.24±0.252.2對(duì)日常根底分析煤樣進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)定，數(shù)據(jù)見表3。表3：日常煤樣品精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表(n=10)樣號(hào)揮發(fā)分干基%灰分干基%日常根底分析煤樣25.5925.319.419.2825.3125.349.229.3325.5325.379.399.3925.4525.339.369.3325.5025.619.389.35

平均值25.439.34標(biāo)準(zhǔn)差0.100.06RSD(%)0.390.64國(guó)標(biāo)方法測(cè)定值〔%〕25.269.25由表2、表3數(shù)據(jù)可以看出，TGA701熱重儀在測(cè)試煤標(biāo)和日常分析煤樣時(shí)，10次重復(fù)測(cè)定的數(shù)據(jù)，全部符合國(guó)標(biāo)方法的允許差要求，測(cè)試精度非常好，完全符合煤樣的分析要求。樣號(hào)揮發(fā)分干基%灰分干基%標(biāo)準(zhǔn)值%測(cè)定值%標(biāo)準(zhǔn)值%測(cè)定值%GBW11103d6.70±0.226.516.606.49

6.5716.69±0.1516.7416.6616.7916.80GBW11110d13.34±0.2213.4113.4213.3713.5131.24±0.2531.2931.3531.3831.22LECO502-44233.20±0.633.7233.8033.75

33.759.15±0.069.169.179.12

9.09３、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)對(duì)煤標(biāo)樣品GBW11103d、GBW11110d、LECO502-442分別進(jìn)行4次重復(fù)測(cè)定，數(shù)據(jù)見表4。表4：煤標(biāo)樣品準(zhǔn)確度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表(n=4)

由表4數(shù)據(jù)可以看出，所有標(biāo)樣測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值，均在標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度范圍內(nèi)，由此認(rèn)為測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值根本一致，該儀器試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度良好，符合試驗(yàn)測(cè)試要求。４、日常分析樣品國(guó)標(biāo)方法比照實(shí)驗(yàn)表5：煤樣國(guó)標(biāo)方法GB/T212-2001數(shù)據(jù)比照表

由表5數(shù)據(jù)可以看出，該方法對(duì)日常分析煤樣的測(cè)定值與國(guó)標(biāo)測(cè)定值根本一致，差值均在國(guó)標(biāo)方法允許差范圍內(nèi)，說明該方法的實(shí)踐適用性良好，完全可以投入實(shí)際測(cè)試使用。樣號(hào)名稱揮發(fā)分干基%灰分干基%儀器測(cè)定值%國(guó)標(biāo)測(cè)定值%儀器測(cè)定值%國(guó)標(biāo)測(cè)定值%1玉門溝煤12.9512.8410.3310.252神華煤