热重分析法进行煤工业分析项目的测定

1、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

2、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 ； GBW11103d GBW11110d ；LECO 502-442,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

3、、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10.1g。,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，

4、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

5、精度的需要，数据准确。,.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ASTM D5124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、，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

7、度试验数据表(n=10) 样号 挥发分干基% 灰分干基% GBW11110d 13.29 13.41 31.06 31.26 13.42 13.37 31.25 31.23 13.51 13.49 31.21 31.29 13.45 13.48 31.35 31.38 13.45 13.37 31.22 31.26 平均值 13.42 31.25 标准差 0.07 0.10 RSD(%) 0.52 0.32 标准值（%） 13.340.22 31.240.25,2.2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%

8、 日常基础分析煤样 25.59 25.31 9.41 9.28 25.31 25.34 9.22 9.33 25.53 25.37 9.39 9.39 25.45 25.33 9.36 9.33 25.50 25.61 9.38 9.35 平均值 25.43 9.34 标准差 0.10 0.06 RSD(%) 0.39 0.64 国标方法测定值（%）25.26 9.25,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、LECO 502-442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