煤中微量元素含量常用测定方法

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　　随着社会生产力的发展，我国在工业生产以及人们的日常生活中对能源的需求量将越来越大。煤是我国的主要能源物质，短期内以煤为主要能源的格局不会发生改变。由于煤中含有大量的微量元素，在对煤开采和使用的过程中，微量元素会以不同的形式释放到周围的环境中，会对生态环境产生严重的破坏，因此，我们要研究对煤中微量元素的测定方法，精确掌握煤中微量元素的成分和含量，对有害微量元素的释放做出相应的预防和整治措施，保护生态环境。
　　1、煤中微量元素的研究历程
　　最初对煤炭微量元素的研究，基本上是以发现煤炭中存在的微量元素为主。随着时间的推移，人们在煤炭中发现越来越多种的微量元素，直到今天，人们重点测定和研究的多达46种。随着人们观念的不断进步，对煤中微量元素的研究不再仅仅停留在种类上，而是开始研究各种微量元素在不同的煤矿、同种煤矿的不同煤层之间的差异以及产生这种差异的原因，并分析这些差异对煤质、环境的影响。随着工业产业的快速发展，在开采、加工过程中，生态环境被破坏的越来越严重，人们对煤中微量元素的研究更深入了一个层次，即研究煤中各种微量元素与周围环境的关系。直到今天，人们已经可以使用不同的方法对煤中的微量元素进行测定入。
　　2、煤中微量元素的存在状态及原因
　　2.1煤中微量元素的存在状态
　　研究煤中微量元素的存在状态使人们能够判断哪些元素更容易分解、释放，对全面预防有害元素污染环境具有重要意义。从当前的研究成果来看，微量元素在煤中有以下几种存在状态：第一，以单矿物的形式吸附在煤炭中，这种形式的微量元素并不参与煤炭的组成；第二，有些微量元素参与煤的构成，也就是说，这些微量元素本身就是煤炭的一部分；第三，有些学者认为，有些微量元素可能结合煤中诸如羟基、氨基、羧基一类的官能团，形成一种独特的存在形式；第四，有些学者认为，诸如锌、铜、锰、铬等微量元素可能会置换羧基、羟基里的氢元素，形成另一种独特的存在状态；第五，还有一些学者认为，诸如铜、砷、锌、硼、镍、硒、铬等微量元素能够和煤中的有机物质结合，形成络合物等。
　　2.2煤中微量元素形成各种状态的原因
　　对于煤炭各种存在状态产生的原因，许多学者各执一词，近几年来，比较有说服力的一种说法是，有些煤中存在的一些有机物质有富集部分微量元素的能力，例如褐煤和泥炭中的黄腐酸和腐殖酸。随着时间的推移，煤化程度会逐渐增高，腐殖酸的官能团逐渐减弱，被富集来的微量元素以各种各样的方式释放。一部分以单独的矿物形态存在于煤层中间，一部分可能被运出煤层外，释放到周围的土壤和大气中，另一部分与煤当中的有机物质结合，成为煤炭的一部分。总之，微量元素在煤中存在的状态各种各样，不同状态下的稳定性也有一定的差异，形成这些状态的原因也不尽相同。对于这些存在状态以及这些状态形成的原因，我们应该进行更深入的研究，逐渐明确其对煤质的以及周围环境的影响，为煤矿的回收利用打下理论基础。
　　3、煤中微量元素测定方法的发展历程
　　只有测定方法逐渐先进，我们才能够对煤中微量元素的种类、含量以及状态进行精确的掌握。随着现代科技的快速发展，煤中微量元素测定的方法也逐渐丰富。对于含量极少的微量元素也能用先进的方法检测出来，对于同一种微量元素有多种不同的检测方法，一种测定方法也可以检测多种微量元素。根据不同的情况，选择适当的方法，对精确测定煤中微量元素具有重要意义。
　　4、煤中微量元素的测定方法
　　4.1传统的化学方法
　　比较常见的化学方法为比色法和容量法。比色法的原理是分子当中的某些基团在吸收了辐射后，电子会产生跃迁，从而形成吸收光谱，将形成的吸收光谱与标准光谱进行对比，对检测成分进行分析。容量法就是我们平时所说的人工滴定法，这种方法的滴定终点是由指示剂颜色的变化情况决定的，滴定结束后，观察标准溶液所消耗的体积，根据体积变化计算、分析，得出结论。这些传统的化学方法对实验员的要求较高，如果实验员的经验不丰富，可能会导致测定结果不准确。
　　4.2利用原子发射、吸收光谱对微量元素进行测定
　　利用原子发射光谱的原理使低价态电子被激发后会跃迁到高价态电子，测量这种变化得到图谱，与相应的标准图谱进行对比，得出结论。这种方法能够测定的元素比较多，例如铜、砷、锌、硼、镍、硒、钼、锗、钛等多种元素。这种方法的优点是能够对样品进行多种元素的“普查”，缺点是精密度较低，不能对样品进行精确的定量分析。原子吸收光谱是需要先将所需测定的样品制成溶液，经过火焰激发后，使元素处于原子蒸发状态，实现测定。原子吸收光谱的优点是成本比较低，仪器比较先进。缺点是对样品的要求较高，进行测定前必须对固体样品进行处理，使其变为液态。
　　4.3X射线荧光光谱测定法
　　这种方法依据的原理是煤样里的元素在受到外界的刺激后，会发出不同波长、不同能量的X射线，与被激发原子的原子序数成正比，X射线的强度与被激发元素的浓度成正比，从而判定被激发原子的种类和浓度。这种方法的优点是成本低，因此被广泛应用于微量元素的种类与浓度的测定。缺点是灵敏度不高，不能满足精度要求高的微量元素测定。
　　4.4中字活化分析测定法
　　中字活化分析是比较广义的定义，实际它包含了许多方法，这里介绍一种最常用的仪器中子活化分析技术。这种方法的原理是用低能量的中子直接照射固体煤样，被照射元素的同位素能够捕获低能量的中子，形成放射性的同位素，这种放射性同位素又能够发射出γ射线，分析γ射线的强度，就能够判断出该元素的含量。这种方法的优点是可以对固体煤样直接定，步骤比较简单。缺点是需要中子反应器，设备比较昂贵。
　　4.5火花源质谱检测法
　　这种方法的原理是将高频火花当做离子源，对所测样品进行无机成分分析，准确测定出样品中微量元素的种类。这种方法的优点是过程简单，对所测样品的形态没有严格要求，测量结果比较精确，但是对设备的质量要求较高。
　　5、结语
　　在对煤这一能源使用的过程中，人们对其研究不断深入，从最初的对煤中微量元素种类的测定，到对其存在状态及形成原因进行分析，使我们对煤中微量元素的了解更加深入。随着生态环境的恶化，人们在对煤中微量元素进行研究时，更是联系了环境学、生态学，深入的分析在开采和加工煤炭时所释放的微量元素对周围地质、大气环境的影响，为今后制定保护环境的策略奠定良好的理论基础。
　　（作者单位：神华神东煤炭集团公司质量技术检测检验中心）
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