煤炭化驗設備--煤中氟的測定原理

我國煤中含氟一般在0.005%~0.03%之間，少數礦區含氟可達0.08%左右，個別礦區則可達到0.3%。氟是人體中不能缺少，更不可攝取過多的元素，也是環境保護要求控制的元素。燃煤過程中，氟多以四氟化硅形態隨煙塵排放，到環境中，然后經過雨淋等環境因素作用進入水源，直接或間接影響人體健康。

測定煤中含氟量有混合溶劑半容煤樣-氟離子選擇性電極測量電位和高溫燃燒水解-氟離子選擇性電極法測量電位兩種方法。前者要用大量化學試劑，與煤樣在820℃溫度下進行半熔，除了引入大量試劑空白外，還由于半熔溫度不易控制而引入較大的測量誤差。如果問賭片噶破，則有部分鋁酸鹽進入樣品熔解；溫度偏低，則有部分含氟礦物沒有被破壞，這些都會造成測值偏低。

高溫燃燒水解法所得到的樣品溶液李子成分簡單，測量電位準確度高，而且分析周期也比半融法短。因此，我國標準（GB/T4633）只采用高溫水解法。

一、 測定原理

煤樣和少量石英砂混合，在1100℃高溫下與氧氣和水蒸氣混合氣流中燃燒和水解，煤中各種形態的氟化物被轉化為揮發性氟化物進入了冷凝水中。在含大量硝酸鉀和檸檬酸三鈉溶液中一負離子選擇性電極位置是點擊、飽和甘汞電極為參比電極，用標準加入法測定樣品溶液中氟離子濃度，計算出煤中含氟量。

二、 試劑和材料

1) 水：電阻率為3*?·m以上的去離子水

2) 石英砂：粒度0.5~1mm。

3) 氫氧化鈉溶液：100g/L。稱取優級純氫氧化鈉10g溶于100ml水中。

4) 硝酸溶液：1+5（V+V）.

5) 溴甲酚綠指示劑：1g/L，稱取0.1g溴甲酚綠指示劑溶于100mL乙醇中。

6) 氟標準溶液：稱取預先在120℃干燥約2h的優級純氟化鈉2.2101g于燒杯中，加水溶解，用水洗入1000mL容量瓶中并稀釋到刻度，搖勻，貯于塑料瓶中備用。此溶液每毫升含氟1000μg、250μg和500μg的工作溶液并貯于塑料瓶中。

7) 總離子強度調節緩沖溶液：稱取294g檸檬酸三鈉和20g硝酸鉀溶于約800mL水中，用（1+5）硝酸溶液調節PH為6.0再用水稀至1L，貯于塑料桶中備用。

8) 氧氣：純度99%以上。

9) 燃燒舟：長77mm，高和寬各10mm。

三、 儀器設備

1) 離子計：數字式，輸入阻抗大于?，精度0.1mV,也可用數字或毫伏計代替。

2) 磁力攪拌器：連續可調。

3) 氟離子選擇性電極：測量線性范圍（~）mol/L。

4) 飽和甘汞電極。

5) 分析天平：感量0.1mg。

6) 高溫燃燒-水解裝置：如圖21-6所示，主要不見規格如下：①高溫爐：常用溫度1100℃，有80~100mm長的恒溫區（1100±5）℃用自動溫度控制器調節溫度。②燃燒管：透明石英管，能耐問1300℃，規格尺寸如圖21-7所示；

四、 測定步驟-

1) 準備工作。按圖21-6所示將全套儀器裝配好，連接好電路，氣路，水路各個系統。將單節爐升溫到1100℃，將燒瓶內加入約300mL水并加熱至沸騰。向冷凝管通入冷水，塞進進樣推棒橡膠塞，調節氧氣流量為400mL/min，檢查并確認不漏氣后，通水蒸氣和氧氣15min（每日試驗前空通15min）

2) 試樣處理。稱取0.5g（準到0.0002g）空氣干燥煤樣和0.5g石英砂，放在燃燒舟里混合，再用適量石英砂鋪蓋在上面。將100ml容量瓶放在冷凝管末端接受冷凝液。取下進樣推棒，把燃燒舟放入管內，插入進樣推棒、塞緊橡皮塞。將瓷舟前端推到預先測好的低溫（約300℃），然后再15min內分3次把瓷舟逐漸推到高溫恒溫去。拔出進樣推棒以免融化。燃燒舟在恒溫區停留15min。在整個操作過程中，要用自藕調壓器調節燒瓶內水的蒸發量，以控制收集的冷凝液體積。前15min，每分鐘約收集3ml，后15min，每分鐘收集約2.5ml。最后總體積應控制在85ml內。

.燃燒-水解完成后，水蒸汽發生器停止加熱。取下容量瓶，停止送氧氣。取下金樣推棒，用帶鉤的鎳鉻絲取出燃燒舟。

往盛有冷凝液的容量瓶中加1滴溴甲酚綠指示劑，用氫氧化鈉溶液中和到指示劑剛變藍色。加入10ml總離子強度調節緩沖溶液，定容，搖勻，放置0.5h后進行電位測量。

五、 電位測量及結果計算

1) 按圖21-10連接好一起裝置，開動攪拌器，更換燒杯中水數次，直至毫伏計顯示的電位達到氟電極的空白電位。

2) 氟電極實際斜率測定。

3) 將制備好的試液，倒入100ml燒杯中，放入攪拌子，插入氟電極和甘汞電極，開動攪拌器。待電位穩定后記錄平衡點位，立即加入1.00ml氟標準溶液，待電位穩定后記錄平衡電位。用下試計算煤中的含氟量：=K

式中——空氣干燥煤中含氟量

S——氟電極的實測斜率

ΔE——平衡電位差，ΔE=-,

——氟標準溶液的濃度，μg/mL

——系數，稱樣0.5g時，K=2；1g時，K=1

六、 精密度

七、 注意事項

測量電位時，用控制攪拌速度一致。因為電極電位的穩定時間長短決定于電極表面離子的擴散度，而擴散度則與離子到達電極傳感膜表面的速度有關。教版可以加快栗子到達膜表面的速度，加快電極電位平衡的時間。所以在測量未知溶液時，攪拌速度應和測量標準時一樣，以減小由此引起的測量誤差。

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