關于高頻紅外碳硫分析儀測定煤、焦炭及硫元素方法探討

關于高頻紅外碳硫分析儀測定煤、焦炭及其冶金石灰材料中碳、硫元素方法探討

　　高頻紅外碳硫分析儀測定金屬材料中碳，硫快速而準確。近幾年，隨著高頻紅外碳硫不斷改進，其精度更是大幅度提高，從而使其在低含量和高含量范圍有更好的應用。本文針對生產中用的煤、焦炭以及冶金材料分析中存在的方法不便和不足問題，探討高頻紅外碳硫吸收法測定這類材料中的碳和硫的方法，實現了快速分析，且結果可與經典的國家標準化學分析法相比。 
　　一、試驗部分 
　　（一）儀器與試劑 
　　儀器：無錫英之誠HF-2000高頻紅外碳硫分析儀 
　　試劑：（1）.助熔劑：純鐵（C≤0.0005 S≤0.0005）（2）.鎢粒：（C≤0.0005 S≤0.0005 ） 
　　（3）.基準碳酸鈣（99.99%） 
　　（4）瓷坩堝￠20×20（mm）（950℃燃燒4小時） 
　　（二）試驗方法 
　　將瓷坩堝分別加入不同量的助溶劑和試樣，在預調好的碳硫設備上按操作規程分別測定碳硫含量。 
　　二、結果與討論 
　　（一）試樣量的選擇 
　　樣品中碳含量為7%-80%左右，試驗結果，含碳為 70.36%的煤標樣最大允許稱樣量50mg左右，含碳45%煤標樣最大允許稱樣量80mg左右，含碳12%的基準碳酸鈣最大允許稱樣量100mg左右，為了盡可能減少稱樣少引起的較大相對誤差，選最大允許稱樣量，含碳在7%-45%范圍，稱樣量80mg，含碳45%-80%范圍，稱樣量為50mg。 
　　試驗結果表明，由于樣品質輕，因此體積大，80mg樣量占坩堝體積的1/4-1/3，稱樣量達200mg時，助溶劑少，覆蓋不良，樣品燃燒不完全；或助溶劑過多會引起泛溢沾污石英管。為此，4%以下硫含量的樣品，稱樣量選15mg，高含量樣品盡肯能選最大允許量，以減少稱量誤差。 
　　（二）試驗條件選擇 
　　1、頂氧和分析氣體的選擇 
　　試驗結果表明，根據煤炭、焦炭、冶金石灰樣質輕特性，頂氧和分析氣壓力調節過大，會造成樣品損失，碳和硫結果偏低；頂氧和分析氣壓力調節過小，樣品燃燒過程中碳和硫的釋放出峰不平穩，拖尾嚴重，積分時間大于39秒。因此針對煤、焦炭、冶金質輕樣品，頂氧調節壓力為 （1.0MPa）分析氣體壓力調解壓力為：（1.2MPa）。 
　　2、助熔劑選擇 
　　試驗表明，焦炭標樣隨著鐵粒的增加，碳、硫的釋放曲線出峰好，不拖尾，39秒內均完成釋放。故和其他非金屬材料一樣，選擇鐵盒鎢粒助熔。 
　　3、 助熔劑的配比 
　　理論上，助熔劑多有利于燃燒。但試驗表明，不合適的配比會產生許多不利影響，如浪費熔劑，沾污、侵蝕石英管，增加維護次數，提高成本。 
　　（1）鐵量與樣量配比 試驗表明，使樣品完全熔燃的最小最佳鐵量為2.0-2.5倍的試樣量。 
　　（2）鎢量與鐵量配比 試驗表明，加入過多的鎢粒，分析完的坩堝壁上黃色粉塵多，原因是產生大量的黃色的三氧化鎢，表明鎢粒過量；加入的鐵粒過多，分析完的坩堝壁上呈黑褐色，嚴重時四周壁上有泛濺的熔體，原因是產生鐵的氧化物、鐵塵和濺溢，說明純鐵粒過多，當純鐵粒為300mg，鎢粒為1600mg和鐵粒為50mg、鎢粒為2000mg時，分析完的坩堝呈原色，即均無上述多余產物，說明配比最佳。 
　　另外，當鐵量過多時，使石英管內壁產生黑色鐵融渣，經試驗統計，一般必須周期清洗石英管。如果出現溢濺，則清洗周期更短。而盡可能保證上述最佳配比，石英管的清洗周期可長達兩三個月以上，而且減少管中清洗刷的磨損。 
　　本文試樣和助熔劑的最佳配比為：試樣量：純鐵粒：鎢粒=50-80mg：300mg：1600mg。 
　　4、試樣和助熔劑的分布方式 
　　按以下三種極端不同的加入順序和分布方式試驗。 
　　（1）純鐵粒先熔融在坩堝底層，冷卻后，樣品在其上，鎢粒覆蓋。結果是中層包渣，樣品熔燃不好，釋放曲線非銳峰，拖尾嚴重，積分時間大于39秒，精度差。 
　　（2）樣品均勻分布于坩堝底層，純鐵粒堆于中央，鎢粒覆蓋。結果是熔塊在中央，周圍有不熔樣品，釋放曲線非銳峰，拖尾嚴重，積分時間大于39秒，精度差。 
　　（3）樣品均勻分布于坩堝底層，純鐵粒均勻鋪入，鎢粒覆蓋。熔完物光滑一體不夾渣，釋放曲線為銳峰，積分時間小于39秒，精度好。 
　　試樣結果，試樣和助熔劑的加入順序及分布方式不當，分析時嚴重影響樣品的燃燒，使釋放曲線出峰不穩定，拖尾，從而影響分析精度和準確度。按方式（3）進行操作，純鐵粒咋樣品中均勻分布，使每個鐵粒所在的樣品區自成的渦流，從而帶動周圍樣品融化燃燒。因此，鐵粒與樣品接觸面積越大，鐵粒分布越均勻，渦流質點越多，越易于燃燒。 
　　5、輕質樣品飛散問題 
　　在高頻紅外碳硫分析儀器上，分析操作合爐運行中，隨著管刷向下同時向下吹氣清掃，這堆金屬重質樣品不會有任何影響，但對此類輕質樣品卻產生吹散，影響分析精度和準確度。因此采用了定量濾紙加蓋坩堝的方法，對煤標樣GBW （E ）110016 的硫進行了10次測定，試驗結果加濾紙蓋后標準偏差為0.03，不加濾紙蓋的標準偏差為0.06。 
　　6、校正 
　　（1）碳的校正 由于樣品中碳含量高（7%-80%），通過對基準碳酸鈣（C=12%），及兩個煤標樣（含碳43.89%和70.36%）進行試驗，結果用基準碳酸鈣校正可準確測到含碳6.88%的鉻鐵（GSB03-1562-2003）標樣和含碳43.89%的煤標樣（GBW11107L）。以含碳43.89%校正，可測定含碳70.36%的煤標樣（GBW（E）110016）。 
　　對含碳為43.89% 的煤標樣分別進行a稱樣量與 校正標樣相同和b稱樣量為校正標樣樣量的一半兩種情況對比試驗表明，后者情況下超出了國家標準允許差近2倍。因此在校正中必須遵循校正標樣與被測樣品稱樣量一致性的原則，這對樣品結果的準確性起決定性作用。 
　　（2）硫的校正 由于煤、焦炭以及冶金石灰與鐵礦石，爐渣等導電性基本類似，以鐵礦石標樣進行校正，結果表明，焦炭標樣和煤、冶金石灰標樣均滿足國家標準允許差，說明可以用礦石標樣統一校正。 
　　7、樣品分析 
　　用本法對實際樣品（比如煤、焦炭、冶金石灰，煤灰、焦灰、瓦灰、等）進行試驗分析，并與化學法結果進行了比較，分析結果表明，本法操作簡單、快速，且精度優于常規燃燒氣體容量法測定碳、碘量法定硫。