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热重分析法进行煤工业分析项目的测定 首钢技术研究院张芳孟祥升范立冬孙博 国家标准GB T212 2001规定煤的工业分析包括水分 灰分和挥发分的测定方法和固定碳的计算 其中规定了三种水分测定方法 包括通氮干燥法 甲苯蒸馏法和空气干燥法 规定了两种灰分测定方法 即缓慢灰化法和快速灰化法 规定了一种挥发分的测定方法 在日常分析中 我们采用国标方法进行煤的工业分析测定 水分 灰分和挥发分都要分别测定 占用的人力和物力都比较多 时间比较长 引入误差的机会也比较多 文章背景 热重分析是检测绝对重量损失的一个基本方法 TGA701热重分析仪是用于检测无机物 有机物以及合成材料的成分的仪器 在控制的环境 如空气 富氧 富氮条件下 在温度作用下 检测样品质量的损失或增加 TGA701热重分析仪进行煤的工业分析的测定 采用零位参考坩埚消除温度对重量的影响 在105 空气气氛下进行水分测定 900 氮气气氛下进行挥发分测定 在815 氧气气氛下进行灰分测定 具有精度高 数据准确 分析速度快 方法先进的特点 一 实验部分 仪器与试剂美国LECO公司TGA701热重仪 煤标准物质 GBW11101g GBW11103dGBW11110d LECO502 442 坩埚 陶瓷坩埚 力可专用 分析气体 氧气 99 5 纯度氮气 99 5 纯度 日常分析样品制备煤样经过破碎 筛分 缩分等工序 全部通过孔径为0 2mm的筛子 并使之达到空气干燥状态 然后装入煤样瓶中 缩分剩余试样保留做底样 实验方法 方法步骤参数的设置 数据见下表1 表1 方法步骤参数 仪器校准 通过不同含量的煤标准样品的测定 对仪器挥发分测定进行校准 校准采用三次曲线校准 分析样品的测定 将清洁的坩埚依次放入仪器托盘 登录试样 分别编辑试样编号 分析方法 坩埚数量及位置编号等待分析样品信息 确认无误后开始分析 样品称量范围1 0 1g 仪器校准图示 操作图示 二 结果与讨论 实验条件的选择 称样量选择分别加入0 5克和1 0克样品进行重复测定 挥发分测定在加入1 0克样品时 分析精度比较好 灰分测定在加入0 5 1 0克范围的测定精度都可以满足实验要求 挥发分保持时间设置参考国标挥发分测定方法先后选择保持时间7分钟和6分钟进行分析测试 由于热重仪是在900 自动称量 每圈有一定的称量时间差 在保持时间为6分钟时测试的精度和准确性良好 比较器参数的设置比较器是设置样品恒重条件的参数 过低的比较器数值对环境要求较高 需要环境绝对稳定才可以达到重量恒定的要求 使测定无法达到恒定结束 过高的比较器选择会导致结果未达到真值质量就被认定恒重 造成结果不准确 通过不同比较器数值的选择试验证明 测定水分时比较器设置为0 03 测定灰分时比较器设置为0 05 可以满足测定精度的需要 数据准确 2020 3 17 13 可编辑 温度设置参考国家标准GB T212 2001分别设置水分测定温度105 灰分测定温度815 挥发分测定温度900 进行标样试验 仪器的测试精度和准确性良好 缓变率 缓变时间和总时间设置参考仪器说明和ASTMD5124标准 设置仪器水分 挥发分和灰分的缓变率 缓变时间和总时间参数 具体数据见表1 进行煤标样品重复测定实验 数据准确可靠 气氛条件在100 左右 样品在空气和氧气中的热失重行为是相似的 失去表面水分 所以水分测定选择空气气氛是完全可以满足测定要求的 在900 选择氮气气氛进行挥发分测定 由于仪器须从105 升温至900 根据设置需要18分钟的升温时间 6分钟的保持时间 所以选择在氮气的惰性气氛下 可以基本保证测定时隔绝空气 样品的反应更接近于国家标准对于挥发分的测定要求 在815 时纯氧可使煤组分快速充分的降解 所以灰分测定选择氧气气氛使反应更快速完全 最长时间设置最长时间要求输入的时间对于分析完成是绝对完全充足的 所以 参考国标GB T212 2001 设置水分最长时间为90分钟 灰分最长时间为110分钟 在样品始终无法达到重量恒定的情况下 到达设置的最长时间 仪器结束测定 输出数据 经实验证明该时间设置是完全能够使样品充分完成反应的 精密度试验 2 1对煤标GBW11110d进行10次重复测定 数据见表2 表2 煤标样品精密度试验数据表 n 10 样号挥发分干基 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标准差0 070 10RSD 0 520 32标准值 13 34 0 2231 24 0 25 2 2对日常基础分析煤样进行10次重复测定 数据见表3 表3 日常煤样品精密度试验数据表 n 10 样号挥发分干基 灰分干基 日常基础分析煤样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标准差0 100 06RSD 0 390 64国标方法测定值 25 269 25 由表2 表3数据可以看出 TGA701热重仪在测试煤标和日常分析煤样时 10次重复测定的数据 全部符合国标方法的允许差要求 测试精度非常好 完全符合煤样的分析要求 准确度实验 对煤标样品GBW11103d GBW11110d LECO502 442分别进行4次重复测定 数据见表4 表4 煤标样品准确度试验数据表 n 4 由表4数据可以看出 所有标样测定值与标准值的差值 均在标准值的不确定度范围内 由此认为测定值与标准值基本一致 该仪器试验方法的准确度良好 符合试验测试要求 日常分析样品国标方法对比实验表5 煤样国标方法GB T212 2001数据对比表由表5数据可以看出 该方法对日常分析煤样的测定值与国标测定值基本一致 差值均在国标方法允许差范围内 说明该方法的实践适用性良好 完全可以投入实际测试使用 结论 本文通过一系列的实验探讨