實(shí)驗(yàn)八　煤的工業(yè)分析（儀器法）（參考GB/T 30732—2014）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1.學(xué)習(xí)和掌握測(cè)定煤樣水分的方法及原理；

2.學(xué)習(xí)和掌握煤灰分產(chǎn)率的測(cè)定方法和原理，了解煤的灰分與煤中礦物質(zhì)的關(guān)系；

3.掌握煤的揮發(fā)分產(chǎn)率測(cè)定方法及固定碳計(jì)算，學(xué)會(huì)運(yùn)用揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣特征判斷煤化程度，初步確定煤的加工利用途徑。

二、實(shí)驗(yàn)原理

稱取一定量的一般分析實(shí)驗(yàn)煤樣，于加熱爐Ⅱ內(nèi)，在105～110℃下于空氣或氮?dú)饬髦懈稍镏临|(zhì)量恒定，根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計(jì)算煤樣的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。稱取一定量的一般分析實(shí)驗(yàn)煤樣，于加熱爐Ⅱ內(nèi)，按規(guī)定的程序加熱至（815±10）℃，并在此過程中于空氣或氧氣流中灰化并灼燒至質(zhì)量恒定，根據(jù)殘留物的質(zhì)量計(jì)算煤樣的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

稱取一定量的一般分析實(shí)驗(yàn)煤樣，于加熱爐Ⅰ內(nèi)，在（900±10）℃的溫度下隔絕空氣加熱7min，以減少的質(zhì)量占煤樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為煤樣的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

煤的工業(yè)分析也稱為煤的技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觥Ｋㄋ帧]發(fā)分、灰分的測(cè)定和固定碳的計(jì)算。工業(yè)分析的結(jié)果是煤炭分類、加工利用和科學(xué)研究的基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)，具有十分重要的意義。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試劑

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

長(zhǎng)沙開元儀器股份有限公司生產(chǎn)的5E-MAG6700全自動(dòng)工業(yè)分析儀，外形如圖3-21所示。如圖3-22所示，其主要由測(cè)試儀主機(jī)（儀器的控制與溫度的采集、可控溫加熱爐、內(nèi)置萬分之一的精密電子天平）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（應(yīng)用軟件一套）、打印機(jī)與氣源等部分組成。采用熱重分析，將遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備與稱量用的進(jìn)口電子天平結(jié)合在一起，在規(guī)定的氣氛條件、規(guī)定溫度、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)受熱過程中的試樣予以稱重，并以此自動(dòng)計(jì)算出試樣的水分、灰分及揮發(fā)分等工業(yè)分析指標(biāo)。

如圖3-23所示，分析系統(tǒng)Ⅰ測(cè)揮發(fā)分。如圖3-24所示，分析系統(tǒng)Ⅱ測(cè)水分和灰分。爐溫范圍為100～1000℃。試樣質(zhì)量0.5000～1.2000g。水分、灰分部分采用淺壁坩堝20個(gè)，可同時(shí)測(cè)試19個(gè)試樣；揮發(fā)分部分采用深壁坩堝20個(gè)，每次送2個(gè)坩堝到高溫爐恒溫7min。

2.實(shí)驗(yàn)材料

（1）氮?dú)狻〖兌?gt;99.9%；減壓后壓力0.1MPa。

（2）氧氣　純度>99.9%；減壓后壓力0.1MPa；使用自帶氣泵組件，不需要通氧氣。

（3）減壓器　高端0～25MPa，低端0～0.4MPa。

（4）天平最小分度值0.1mg。

（5）有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

（6）螺旋式或杠桿式壓餅機(jī)，能壓制直徑約10mm的煤餅。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

①按順序打開打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、測(cè)試儀主機(jī)的電源開關(guān)。進(jìn)行測(cè)試前（稱重前），儀器必須預(yù)熱半小時(shí)以上，否則可能會(huì)使測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。

②按照規(guī)定，制備煤樣和稱重煤樣。

③在電腦桌面上雙擊“5E全自動(dòng)工業(yè)分析儀測(cè)試系統(tǒng)”圖標(biāo)進(jìn)入工作程序。主菜單如圖3-25所示。主菜單分為“設(shè)置”“開始測(cè)試”“功能”“查看”“數(shù)據(jù)管理”“幫助”六個(gè)部分。

④單擊“設(shè)置”菜單→“系統(tǒng)設(shè)置”，出現(xiàn)如圖3-26所示界面。設(shè)置好各欄目后，然后單擊“功能”菜單→“硬件調(diào)試”。硬件調(diào)試窗體包括如圖3-27所示“測(cè)水，灰部分”（分析儀Ⅱ）和如圖3-28所示“測(cè)揮發(fā)分”（分析儀Ⅰ）部分。試運(yùn)行分析儀的各部件是否正常。單擊“轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)位”按鈕，看轉(zhuǎn)盤是否回零號(hào)位置。

化驗(yàn)設(shè)置說明：

a.“水實(shí)驗(yàn)方法”對(duì)話框。設(shè)定水實(shí)驗(yàn)方法分為經(jīng)典法與快速法兩種。“經(jīng)典法”（適用于仲裁）：水分測(cè)試時(shí)煤樣在107℃恒溫45min后（默認(rèn)恒溫時(shí)間為45min，用戶可自定義恒溫時(shí)間），稱量到坩堝恒重時(shí)，經(jīng)坩堝動(dòng)態(tài)校正后得出水分。“快速法”（僅適用于指導(dǎo)生產(chǎn)）：水分測(cè)試時(shí)煤樣直接加熱到135℃后，恒溫10min（默認(rèn)恒溫時(shí)間為10min，用戶可自定義恒溫時(shí)間），稱量到坩堝恒重時(shí)，經(jīng)0號(hào)坩堝校正后得出水分。

b.“灰實(shí)驗(yàn)方法”對(duì)話框。設(shè)定灰實(shí)驗(yàn)方法分為經(jīng)典法與快速法兩種。“經(jīng)典法”（適用于仲裁）：灰分測(cè)試時(shí)，煤樣在500℃恒溫30min后（默認(rèn)恒溫時(shí)間為30min，用戶可自定義恒溫時(shí)間），再加熱到815℃，恒溫30min后（默認(rèn)恒溫時(shí)間為30min，用戶可自定義恒溫時(shí)間），稱量到坩堝恒重時(shí)，經(jīng)坩堝動(dòng)態(tài)校正后得出灰分。“快速法”（僅適用于指導(dǎo)生產(chǎn)）：灰分測(cè)試時(shí)煤樣直接加熱到815℃后，恒溫30min（默認(rèn)恒溫時(shí)間為30min，用戶可自定義恒溫時(shí)間），稱量到坩堝恒重時(shí)，經(jīng)0號(hào)坩堝校正后得出灰分。

c.“水灰稱樣方式”和“揮發(fā)分稱樣方式”對(duì)話框。

“連續(xù)稱量”：在分析儀轉(zhuǎn)盤上坩堝中依次放入樣品并攤平搖勻后，蓋上上爐蓋，鼠標(biāo)單擊“稱水灰樣重”，系統(tǒng)自動(dòng)完成所有坩堝稱重。

“單個(gè)稱量”：系統(tǒng)稱完分析儀轉(zhuǎn)盤上空坩堝后，打開上爐蓋，鼠標(biāo)單擊“稱水灰樣重”，按照系統(tǒng)提示，即放樣即稱。（主機(jī)天平讀數(shù)顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示樣品質(zhì)量功能，轉(zhuǎn)盤下降到位后，單片機(jī)叫兩聲，天平顯示屏讀數(shù)為0.0000時(shí)開始放樣，按下放樣“確認(rèn)”按鈕。）

⑤如正常則單擊“開始測(cè)試”菜單，進(jìn)入測(cè)試數(shù)據(jù)輸入界面，如圖3-29所示。該界面對(duì)話框有“添加樣品”“位置輸入”兩個(gè)對(duì)話框。當(dāng)需要將揮發(fā)分和水灰實(shí)驗(yàn)分開做且同時(shí)進(jìn)行時(shí)，需要在這個(gè)界面點(diǎn)擊“顯示>>”按鈕，彈出界面，其中前面坩堝示意圖為設(shè)置水灰坩堝位置，后面坩堝示意圖為設(shè)置揮發(fā)分坩堝位置。設(shè)置完畢后，單擊“下一步”進(jìn)入如圖3-30所示測(cè)試工作界面。

⑥測(cè)試工作界面是程序的主界面，是實(shí)驗(yàn)的核心界面。該界面上半部分是分析儀Ⅱ（水灰）試樣的數(shù)據(jù)表格，下半部分是分析儀Ⅰ（揮發(fā)分）試樣的數(shù)據(jù)表格。

⑦在“系統(tǒng)設(shè)置-測(cè)試內(nèi)容”中，如果選擇了不測(cè)試水分的測(cè)試方法，系統(tǒng)會(huì)要求逐個(gè)輸入每個(gè)試樣的水分含量，以便計(jì)算揮發(fā)分、固定碳等數(shù)據(jù)。其他操作均可按系統(tǒng)提示進(jìn)行操作，詳細(xì)操作步驟參閱說明書。

⑧選擇了測(cè)試內(nèi)容后，在系統(tǒng)的模擬轉(zhuǎn)盤上順次選取坩堝位置。如果測(cè)試試樣不足19個(gè)，請(qǐng)從1號(hào)位置開始按順序?qū)⒃嚇盂釄宸胖玫睫D(zhuǎn)盤上，為保持水灰轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，水灰轉(zhuǎn)盤的其他位子也請(qǐng)放上坩堝。稱量坩堝或試樣時(shí)分析儀必須蓋上爐蓋。空坩堝稱量完畢（系統(tǒng)自動(dòng)記錄空坩堝質(zhì)量）就可加入試樣，試樣稱量完畢后，高溫爐開始升溫進(jìn)行測(cè)試。其他操作均可按系統(tǒng)提示進(jìn)行操作，詳細(xì)操作步驟參閱說明書。

a.分析儀Ⅰ測(cè)定流程。進(jìn)入測(cè)試程序工作測(cè)試菜單，輸入相關(guān)的試樣信息后儀器自動(dòng)稱量揮發(fā)分空坩堝（注意：坩堝應(yīng)該帶蓋。如果單測(cè)揮發(fā)分，在稱量前系統(tǒng)會(huì)提示輸入水分?jǐn)?shù)值），空坩堝稱量完畢，系統(tǒng)提示放置試樣，然后系統(tǒng)稱量試樣質(zhì)量并開始加熱高溫爐。當(dāng)高溫爐溫度到達(dá)900℃后，恒溫2min，打開隔熱板送0號(hào)空白坩堝和19號(hào)坩堝至高溫爐中后關(guān)閉隔熱板灼燒7min，7min到后打開隔熱板將0號(hào)坩堝和19號(hào)坩堝送回恒溫爐中，然后送第1、2號(hào)坩堝到高溫爐中關(guān)閉隔熱板并灼燒7min，7min后打開隔熱板將1、2號(hào)坩堝送回到恒溫爐中，待所有分析樣品灼燒完畢后，恒溫爐開始加熱至130℃，所有分析樣品在恒溫爐中恒溫一段時(shí)間后，以減少質(zhì)量占樣品的百分?jǐn)?shù)減去該煤樣空氣干燥基水分含量作為煤樣的揮發(fā)分。系統(tǒng)報(bào)出揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果，并打印結(jié)果或報(bào)表（如果在系統(tǒng)設(shè)置中設(shè)置了打印）。（備注：如果本次實(shí)驗(yàn)還測(cè)水灰，則分析儀Ⅱ也分析完畢才自動(dòng)打印報(bào)表。）

b.分析儀Ⅱ測(cè)定流程。進(jìn)入測(cè)試程序工作測(cè)試菜單，輸入相關(guān)的試樣信息后儀器自動(dòng)稱量空坩堝，空坩堝稱量完畢，系統(tǒng)提示放置試樣，然后系統(tǒng)稱量試樣質(zhì)量并開始加熱高溫爐（系統(tǒng)會(huì)打開氮?dú)忾y，向高溫爐內(nèi)通氮?dú)猓瑲怏w流量控制在4～5L/min）先將高溫爐加熱到107℃恒溫45min（按國(guó)標(biāo)方法，溫度與恒溫時(shí)間可自定義設(shè)置）后開始稱量坩堝并進(jìn)行檢查性干燥，當(dāng)坩堝質(zhì)量變化不超過系統(tǒng)設(shè)定值（推薦為0.0007g）時(shí)水分分析結(jié)束，系統(tǒng)報(bào)出水分測(cè)定結(jié)果，同時(shí)關(guān)閉氮?dú)忾y，打開氧氣閥，高溫爐繼續(xù)加熱至500℃恒溫30min（快速法在此不恒溫）后再加熱至815℃恒溫，之后系統(tǒng)開始稱量坩堝并進(jìn)行檢查性灼燒，當(dāng)坩堝質(zhì)量變化不超過系統(tǒng)設(shè)定值（推薦為0.0007g）時(shí)灰分分析結(jié)束，系統(tǒng)報(bào)出灰分測(cè)定結(jié)果，并打印結(jié)果或報(bào)表（如果在系統(tǒng)設(shè)置中設(shè)置了打印）。（備注：如果本次實(shí)驗(yàn)還測(cè)揮發(fā)分，則分析儀Ⅰ也分析完畢才自動(dòng)打印報(bào)表。）

⑨測(cè)試結(jié)束后，單擊“數(shù)據(jù)管理”菜單，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)操作，如圖3-31和圖3-32所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示例如圖3-33所示。

⑩退出測(cè)試軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。

每次測(cè)試完成后需打開加熱爐爐門，將坩堝從轉(zhuǎn)盤上取出，并使用散熱組件進(jìn)行散熱，待轉(zhuǎn)盤和加熱爐內(nèi)腔表面溫度降到室溫后方可進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，否則可能會(huì)使測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。

測(cè)試結(jié)束后，請(qǐng)小心取出坩堝，將其放置在專用工作臺(tái)面上，因?yàn)榇藭r(shí)坩堝溫度很高，所以請(qǐng)不要將坩堝隨意亂放，以免燙傷。

五、精密度

空氣干燥基水分、灰分的精密度分別如表3-15所示，揮發(fā)分的精密度如表3-16所示。

六、注意事項(xiàng)

①爐體在加熱或散熱過程中，請(qǐng)不要用手或其他物體接觸高溫爐壁，以防灼傷手或損壞其他物體。在放試樣時(shí)請(qǐng)戴上清潔、干燥的手套。

②為了獲得和GB/212一致的結(jié)果，不推薦使用一個(gè)爐膛連續(xù)測(cè)定水分、灰分和揮發(fā)分的設(shè)備，應(yīng)使用具有兩個(gè)爐膛的設(shè)備，因?yàn)閾]發(fā)分應(yīng)單獨(dú)一個(gè)爐膛測(cè)定。

③使用5E-MAG6700全自動(dòng)工業(yè)分析儀時(shí)，推薦使用水分、灰分和揮發(fā)分同時(shí)測(cè)定的程序，儀器應(yīng)定期用標(biāo)煤檢驗(yàn)。

④熱電偶應(yīng)每年檢定一次，也需每年校準(zhǔn)一次爐溫，以確保樣品受熱溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

⑤高溫時(shí)物體所受的浮力作用的影響不能忽略，必須對(duì)此進(jìn)行校正。

七、知識(shí)擴(kuò)展

康堅(jiān).煤的工業(yè)分析儀器法的影響因素［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2017，43（5）：83-84.

　　（昆明理工大學(xué)　李艷紅和長(zhǎng)沙開元儀器股份有限公司　胡存良、董佳執(zhí)筆）