關于煤中氟含量的測定和原理
發布時間：2014-10-29 點擊次數：2078次
——以下內容節選自《煤質技術》2014年第五期
作者為國家煤炭質量監督檢驗中心（西安）魏寧等
氟是化學性質十分活潑的元素，也是煤中的毒害性元素之一，煤燃燒時氟幾乎全部轉化為揮發性化合物（如HF等）排放到大氣中，然后固定在土壤里貨流入水中。生長在高氟土壤中的植物則會通過根部吸收氟化物，人或牲畜則會因食用高氟食物或飲用高氟水而中毒。研究表明HF對人體的毒性是SO2的20倍，對植物的毒性是SO2的20~100倍。由于植物具有強烈吸收和積累大氣中HF的作用，不僅植物本身嚴重受害，而且通過食物鏈毒害人類和植物，破壞鈣磷的正常代謝，抑制酶的活性，影響神經系統，產生低鈣癥、氟斑牙、氟骨癥及氟中毒。我國煤含氟量一般在50μg/g~300μg/g，少數礦區高達3000μg/g。因此，準確測定煤中氟含量，對保護地球環境具有重要的現實意義。
高溫燃燒—氟離子選擇性電極法方便快捷，準確度高，實用性強，可做為煤及其他礦物質中氟含量測量的 有效方法，但其測定結果的準確性會受到燃燒水解過程及電位測量系統的影響因素的干擾，主要包括試劑、儀器、煤樣質量，通水蒸氣時間，氧氣流量，測量點位，干擾離子，氟電極實測斜率。因此，很有必要對上述因素做系統分析，從而能夠更加高效準確測定煤中氟含量。
實驗原理
實驗采用高溫燃燒水解—氟離子選擇性電極法測定煤中總氟量。煤樣與石英砂混合后，在氧氣和水蒸氣混合氣流中經過有機物燃燒和無機物熱解2個階段，經歷從煤中分離出各種形態的氟化物并定量地溶于水中的過程。其中，燃燒階段的反應機理和高溫定硫方法相似，但硫、氮、氯、氟的產物是以S
、N、HCI、Si
形態轉入冷凝管水中。煤樣進入高溫區之前，可燃物已基本燃燒完全；進入高溫區之后，煤灰全部暴露于氧氣和水蒸氣氣流中，此時含氟礦物迅速產生水解反應，氟化物全部釋放出來，并定量地轉入冷凝水中。以氟離子選擇性電極為指示電極，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，計算出煤中總氟量。計算公式如下：
CF-Ⅱ型氟離子測定儀，主要用于測定高溫燃燒水解煤樣后的含氟化物水溶液。該儀器采用電子儀表控溫，實施控制升溫電流，溫度控制精度高；燃燒爐采用管式高溫爐，長命硅碳管加熱器件可使以期能夠快速升溫無需長時間等待；整齊調節功能有電壓控制顯示，方便于實驗時快速調節到適應的正氣大小。
結語
離子選擇性電極是電化學傳感器，在一定范圍內，其他點位與溶液中特定離子活度的對數呈線性關系，通過與已知離子濃度的溶液比較可求得未知溶液的離子活度該方法簡便快捷，準確度高，實用性強。但受到電極實測斜率等因素的影響，各種試劑要準確配置 ；儀器要達到驗收合格時的最佳狀態；稱取煤樣質量過高或過低，都會造成測定結果偏低；分解第一個煤樣之前，通水蒸氣的時間15min，氧氣流量400ml/min可避免測定結果偏低；電位的準確測定能夠保證選擇合適的標準工作溶液，使得ΔE在20mV~40mV范圍內；水解冷凝液的ph值在6.0時，能夠減少測量電位的誤差，同時消除試液中的離子干擾；因為在實際操作上，不同濃度的標準工作溶液的實測斜率略有差異，所以煤中氟含量的計算結果是否準確關鍵是要選對標準工作溶液。通過對煤中氟含量測定結果的影響因素分析，使得其準確測定提供重要的參考作用。
