中子活化分析在煤质分析中的应用.pdf

第 2 4卷第 4期 2 0 01 年 4月 核 技 术 NU C L E A R T E CH N I Q UE S Vo I 2 4 No 4 Ap r i 1 2 0 01 中子 活 化 分 析 在 煤 质 分 析 中的 应 用 侯 新生 马莫杰方 方邱 元穗周蓉 生 诚都理工学院桩原料与拉技术工程系成都6 1 0 0 5 9 摘要利用中子括化分析方法对云 贵 川三省部分原煤 中的常量 微量及有害元 素的含量进行 了检 测 获知燥煤中主要的固态有害元素的大致分布情况 对防治 由燃煤引起 的大气污染起到 了 积极 的作 用 同 时 舟绍 了原 煤 燃烧前 后 大部 分 固态 元 素 的变化 规律 关键 词中子活 化 分析 煤 炭 微 量 元素 有害 元 素 中图 分类 号0 6 4 2 5 4 4 当今 引起全球关 注 的威胁人 类生存 的酸雨 温 室效 应 和臭 氧层 枯 竭都 与煤炭 燃烧 过 程 中 排放的二氧化硫 二氧化碳和氮氧化台物直接有关 因此提高煤炭利用率 减少污染 保护环 境和生态平衡是煤炭合理利用和综合利用的重要内容和主攻方 向 本工作利用灵敏腰高 准 确性 好 多元素 无损 害 基本 效应 小 的中子 活化分析方法 对我 国西南 云 贵 J 1 l 三省部 分原煤 中某 些常量 微量 以及有 害元 素的含量进行 了检测 1 材料 和方法 1 1样 品 采 集 我 国新 的煤 炭分类法将煤 炭分 为无烟煤 烟煤 和褐煤三 大类 这 三大 类 型的煤 炭在 西 南 三省都 有出现 其 中无 烟煤 和烟煤 主要 在贵州 四川 而 云南 则 一半 以上是褐 煤 本 实验 中无 烟煤采 自四川省 的沐 川 平 武 安县 奉节 贵 州省的遵 义 兴仁 云南省 的富源 南华 峨 山 烟 煤采 自四川省 的甘洛 峨边 峨 眉 仁 寿 大 邑 贵卅l 省 的兴仁 荔渡 普 安 云南省的禄丰 褐煤 采 自四川 省的盐源 理塘 云南省 的景东 石 屏 蒙 自 南 华 寻 甸 宜 良 保 山 澜 沧 小 龙 潭 华 宁 景东 思 矛 1 2实验 方 法 煤样 采集后 经干燥 研 磨 遂级 缩 分 经过 2 0 0 目网筛 后 制备 成 样 品 样 品 称量 在 4 5 rag 左右 标准 称量在 2 5 n a g左右 样品和标准 均采 用聚 四氟 乙烯包 装 然后 在 中 国工 程物 珀 研 究 院的池 式反应 堆 内辐 照 中子注量 为 I 1 0 e ra 辐 照时 间 3 0 h左 右 照射后 的样 品 在成 都 理 工学 院核分析 实验室 内用 G e 半导体 探测器进行测量 根据生成 桉半 衰期 的不 同 冷 却 4 6 d 进行第一次测量 测量时间2 0 0 0 s 左右 冷却 1 5 d 进行第二次测量 测量时间 3 5 0 0 s 左 右 用 自编 N AC P谱 分析软 件进行 数据 处理 所用 标 准物质 为黄红 土壤标 准 G S S一5 碳酸盐 岩标准 G S R一6 超 基性 岩标 准 D z 一I 其 中主标准 G S S一5用 作除 s r c a N i 以外 的其它所 有 可检 出的元素 的标 准 G S R一6为 s r ca的标 准 D z 一1只作为 M 的标准 利用 中子活化分 析方 法测定 了部 分煤样 中的常量 微量 及 有 害元 素 的背 景 值 测 量结 果 见表 1 第一作者 候新生 男 1 9 4 9年出 1 9 7 5年毕业于原成都地质学院 长埘从事放射性物撵及桩技术应 H 等 作 数授 收稿 H划 1 9 9 9 1 1 0 5 修 回 日期 2 0 0 0 0 2 1 8 维普资讯 第 4期 候 新 生等 中子 活化 分 析在煤 质分 析 中的 应用 2 6 5 表 1西 南三 省部 分煤 炭样 品 中常量 微 量殛 有害 元素 背 景值 Tabl e 1 The ba ckg r oun d v al ue o f i nv ar i abl e e l e m e nt s t r a c e e l e m e n t s a n d h a r mf u l e l e m e n t s i n he c o al s a m p l ef ro m S o u t h we s t C hi n a f 1 0 元素 无烟煤 A n t h ra c i t e n 2 0 烟煤 S o f l c 1 5 褐煤 w x H l c 0 a l l 竺堕 皇堕 竺 望堕 全距R a n g e 平均值A v e r a g e 全距 R a n g e 平均值 A v e l a t e c为三种煤样台量的平均值 K为中国大陆地壳 的丰度值 C i s a v e mg e o f t h e c o n l e T I 1 日o f t h r e e s a mp l e K i s t h e m b u n d u n c e i n Ch i n n fin e h a l 维普资讯 核 技 术 第2 4卷 2 结果与讨论 2 1 与 中国大 陆地壳 中元素 丰度的 比较 目前对燃 煤 中各种 化学组分 的最 大允许浓度 尚无 评价标 准 因此 我 们利 用 中 国大陆 地 壳 中元素丰度值作为研究的工作标准 并对数据进行 了处理 见图 1 图 1 原煤 中常量 微量及有害元素的含量与 中国大陆地壳 的比值图 F i g 1 Ra t i o s o f c o n t e n t s o f i n v a ria b l e t r a c e a n d h a r m f u l e l e me n t s i n c o al a n d Ch i n a c o n tin e n t a l c n s t 2 2煤炭 中有 害元素燃烧 前后的变化 规律 对成 都热 电厂 的燃煤 煤渣和进人 烟 囱的漂尘进行 了微量元素 的分析 发 现煤炭燃烧 后 的 炉渣及进人烟囱的漂尘中微量元素含量都比原来的燃煤要高 以有害元素砷为例 炉渣及漂尘 中砷的含量比原煤中高近一倍 表 2 是成都热电厂 1 9 9 4年 4月的燃煤状况表 表 3是煤炭 中主要 固态有 害元素燃 烧前后 的对照表 表 2 成 都 热 电厂燃 煤 状况 表 T a b l e 2 T h e c o mb u s t i o n s t a t e o f c o a l i n C h e n g d u T h e r ma l p o w e r p a n t 维普资讯 第 4期 侯新 生 等 中子活 化 分析在 煤 质 分析 中的 应 用 表 3煤炭 中 主要 固态 有 害元 素燃 烧前 后 的含 量 对照 表 Ta b l e 3 Co r r e l a t i o n o f s o l i d h a r m f u l e l e m e n t a l c o n t e n t s f o r c o al b e f o r e a n d a f t e r c o m b u s ti o n f 0 1 垂童里 兰 备注l 盯 k As Cr U Ti t 3结 论 1 原煤 中的有害元 素 如 A s c r c d及放射性元 素 u 都超 过 中 国大 陆地 壳 的元素 丰度 特别是 A s超过近 2 6倍 据有关 资料 西南云 贵 J I l 三省 地壳 中 A s H g的背景值 比 中匡 l 其 他 地方 要高 得多 另外 无烟煤 中有害元素 A s c r 的含量分别是 烟煤 褐煤 的 3倍左 右 因此 西 南三省部 分燃 煤 中 As是 主要 的 固态有 害元 素 据 文献 5 介 绍 当煤 炭 中 As的 含量 8 l 0 时 不宜作 食品工业 加工 用煤 2 s e和 S在周期表 中属 于同一列 具有 相似 的化学性质 在大 多数天然物质 中 以一 定 的 比例 存在 因此测 定原 煤 中 s e的浓度 就有 可能作 为 大气 中含 S量 的一种 指示 剂 并 按其 固 定 比例 可估 算 出大 气 中 s的浓度 原 煤 中 s e的平 均含量 在 0 6 1 0I 2 9 1 0 之 间 3 种原煤 中 s e的变化 规律是无烟煤 烟煤 褐煤 据此可 以得知 3种原煤 中 S的变 化规律 是褐 煤 烟煤 无烟煤 3 原煤 中稀土元素 的含量都 小 于中 国大 陆地壳 的元素 丰 度值 无 烟煤 和 烟煤 中的稀 土 总量要高 于褐 煤 的稀土 总量 4 煤炭 的燃 烧对大部 分固态 元素来 说是 一个 浓缩 过程 因此 对原 煤 燃 烧后 的降尘 处 理显得 十分重 要 5 F e N a K C a 等常量元素都大大小于中国大陆地壳的背景值 6 煤炭 中 的伴 生元素 虽很 多 但 对常见 的 G e G a u V N h T a等并 无单独 提取价值 致谢本研 究得 到 了重庆煤 田地质研 究所 的大力支持 深表谢意 参考文献 1 S o w y B D Nu d G p h y L 9 9 L 5 4 4 91 4 9 2 2 周蓉生 佞 新生 n A瓦岗诺走 中国地球物理学年刊 1 9 9 4 4 5 2 3 ZHOU Ro n g s h e n g H OU Xi n s h e n g 6 日 n A An n u Ch i n Ge o ph y s S l 1 9 9 4 4 5 2 45 3 3 中国科学院高能物理研究所巾子活化分析实验室 中子话花分析在环境学 生物学和地学中的应用北京 娘子能I I 版 社 I 9 9 2 9 6 9 7 N e u t r o n A c t i a ti o n An 山 枷 L a b o r a t o O I n s t i t u t e o f Hi E n e r k v P h y s i c s t h e C h i n e s e A c a d e my S c i e n c e s Ap p l i c a ti o n s 1 1 t l I IT O n a c ti v a t i o n aly s i s i n e n v i r o n me n t a l s c i ence b 0 口 a n d 0 s c e s e ij in g At e mi c E n e r P r e s s 1 9 9 2 9 6 9 7 4陈史敏 张 自劭主编 煤化学基础北京 煤炭工业 出版社 l 9 9 2 5 6 5 8 C HE N We n mi n g Z HA N G Z h i s h a o e d C o a l c h e mi s t O b a s e 1 t e l j i n g Co a l l n d u s h P u b l i s h i n g H o u s e 1 9 9 2 5 6 5 8 5 白演 刘风歧等编著煤质分析北京 煤炭工业山版社 9 9 0 3 4 3 6 B A I J u n mn L I U F e n g q i a l e d C o a l a t t aly s l s B e ij i n g C o a l l n d u s t r y P u b l i s h i n g H o u s e 1 9 9 0 3 4 0 6 维普资讯 核 技 术 第 2 4卷 6黎彤 倪守 斌 地 球和 地 壳的 化学 元索 丰度北 京 地质 出版社 1 9 9 0 8 4 8 5 L 1 T o n g f S h o u b i n T h e a b u n d s o f c h e mic a l e e r a e n t s i n t h e e ml h a n d e n l S t B e i i i n g G e o l o g i e P u b l i s h i n g H u s e t 99 0 8 4 8 5 An a ppl i c at i o n o f NAA i n an al yz i ng t he qua l i t y o f c oal HO U X i n s h e n g MA Y i n g j i e F A N G F a n g Q I A O Y u a n d e Z HO U R o n g s h e n g C h e n g d u U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y 6 1 0 0 5 9 Ab s I 1 a c t T h e e l e me n t a l c o n t e n t s i n C O a l p r o d u c e d f r o m S O U 山we s t c h i n a we r e d e t e r mi n e d b y NAA t h e d i s t fibu t i o n o f t he h a t mf ul e l e me nt s j 1 1 e o a l wa s o bt a i ne d The r e s u l t s a r e h e l pf u l t o c o n t r o l t h e ai r p o l l u t i o n c