煤炭中硫含量测定方法的应用分析

韩媛媛

（潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200）

0 引言

硫是煤炭中的一种有害元素，如果煤炭中的硫含量过高，会导致煤炭在燃烧后形成大量的硫化物，不仅会对设备产生较大的腐蚀，而且还会造成环境污染。因此需要对煤炭中的硫含量进行测定，根据硫含量的不同对煤的用途进行分类，提高煤炭应用时的经济性和环保性。目前对煤炭中硫含量的测试方法主要是红外光谱法或者库伦滴定法，红外光谱法的测定速度快，但测试精度较低；库伦滴定法测试精度较高，但效率低而且对操作人员技能要求高，操作繁琐[1]。

离子色谱测试法是一种近年来兴起的新的测试方案，具有灵敏度高、一致性好等优点，而且能够同时对多种离子进行检测。因此本文提出了一种基于离子色谱法的煤炭中硫含量测试技术方案，先将煤炭样本进行高温水解，然后再经过微孔过滤、分离柱分离、离子色谱测定等，实现对煤炭中硫含量的快速测定。根据实际应用表明，新的测试方案能够有效地提升煤炭中硫含量的测试精度和效率，具有较大的应用推广价值。

1 试验方案设置

煤炭中硫含量的测定方案主要包括了试剂选择、试验仪器及试验条件、煤样品处理、标准溶液配比等。

1.1 试剂

为了保证试验的可靠性，所需要的试剂主要包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、浓硫酸、三氧化钨、硫酸根标准溶液、粒度为0.5～1 mm 的石英砂、纯度在99.5%以上的氧气。各类试剂纯度都需要保证为优级[2]，超纯水的电阻率也需要在18.2 MΩ·cm。

1.2 试验仪器及试验条件

基于离子色谱法的煤炭中硫含量测试技术，主要是把煤炭样本先进行高温水解然后再处理后进行处理离子色谱分析。其所使用的核心设备为高温水解装置和离子色谱仪。

所使用的高温水解装置如图1 所示[3]，其能够加热到1 300 ℃，管路内连通氧气和水蒸气。所使用的离子色谱仪为瑞士万通882 型离子色谱仪，设置有电导监测器，所需的淋洗液是浓度为1.6 mmol/L 的碳酸钠溶液及浓度为1.9 mmol/L的碳酸氢钠混合液。在流动时的相流速为1.2 mL/min，再生液为浓度为50 mmol/L的硫酸溶液，进样量约为15 μL。

1.3 煤炭样本处理

1）煤炭样本的选择。为了验证该处理方案的可靠性，在进行煤炭样本选择时应选择煤炭中含硫量在低、中、高的3 种煤炭样本。经过综合分析后，选择了w（S）为0.48%的样本A、w（S）为0.82%的样本B、w（S）为1.66%放入样本C。

2）每种样本均取0.1 g，放在燃烧舟铺平，然后再在上面铺设一层三氧化钨催化剂[4]。

3）取10 mL 的氢氧化钠溶液，然后加入到容量为100 mL 的烧杯中，然后把烧杯放在冷凝管的下部，使冷凝管插入到烧杯内的溶液中。在溶液中通入氧气，然后取下送样推杆，将放有样品的瓷舟放到燃烧管中并插入送样推杆。

把瓷舟的浅部放到温度为300 ℃的区域中保持4 min，然后再把瓷舟推入到温度为500 ℃的区域内保持4 min，继续把瓷舟推入到温度为900℃的区域内保持4 min，最后把瓷舟推入到温度为1 200 ℃的区域内，在恒温的状态下水解10 min。

在整个操作时，对蒸汽发生器中的蒸发量进行调整，在水解开始的前12 min 内，每个容量瓶中收集量约为3 mL/min。在后10 min 内每个容量瓶中收集量约为2.5 mL/min，然后把容量的总体积控制在80 mL。

4）空白试验分析。按3）的步骤，除了不加试样外，制备同样的试样，做空白对比试验。

1.4 标准溶液配比

取10 mL 质量浓度为1 000 μg/mL 的硫酸根溶液放入到100 mL 的烧杯中，然后用蒸馏水稀释到刻度线处，获取到质量浓度为100 μg/mL 的标准溶液。然后再取标准溶液2、4、6、8、10 mL 分别加入到100 mL的烧杯中，再次用水稀释到刻度线处。获取质量浓度分别为2、4、6、8、10 μg/mL 的标准溶液。

2 试验结果分析

2.1 标准曲线分析

根据所设置的试验条件，把硫酸根标准溶液按浓度从低到高的顺序依次进样分析，所绘制的离子图谱[5]如图2 所示。

图2 标准溶液色谱示意图

由图3 可知，硫酸根色谱的峰值出现在第7.8 min左右，频谱峰值处峰宽分布较窄，具有良好的对称性，各个波峰之间的分布较远，相互之间不会产生干扰。因此表明了所选择的测试方案能够较为精确地测定煤炭中的硫含量。

图3 硫酸根标准曲线图

以硫酸根质量分数为横坐标，来绘制作业曲线并来计算线性回归方程y=0.16x-0.07，该标准曲线如图3 所示。

2.2 样本检测

取10 mL 的煤炭样品加入到100 mL 的烧杯中，定容。然后取0.2 μm 的水相过滤膜[6]进行过滤，利用外标法并以硫酸根来保留时间定性，峰面积定量。对其进行3 次测定并取平均值，保证数据的精确性。

2.3 测定结果分析

样本中的硫含硫计算方式如式（1）：

式中：w 为样品中硫的质量分数，%；C 为试样中硫酸根质量浓度，μg/mL；V 为定容获取的试样体积，mL；M 为试样质量，g；f 为试验的稀释倍数。

3 测定方案准确性分析

为了确定该检测技术方案的可靠性和精确性，采用该技术方案对w（S）为0.48%的样本A 进行10 次测定，结果如表1 所示。

表1 测定值分析

由实际分析结果可知，测定值和实际值的偏差量为0.01%，表明了该测定方案的精确性。按同样的方案对不同测试方案下溶液的测定效果进行分析。其测定结果和实际结果的偏差量在0.8%～1.2%之间，表明了该测定方案的精确性。而且通过实际验证，该方案的测试周期为24 min，比采用传统滴定测试方案周期降低了46.4%，有效地提升了煤炭中硫含硫的效率和精确性。

4 结论

提出了一种新的基于离子色谱法的煤炭中硫含量测试技术方案，对该方案的试剂选择、试验仪器及试验条件、煤样品处理、标准溶液配比等进行了分析。根据实际测试表明，新的测定方案能够将测试周期降低46.4%，将测试偏差降低到0.8%～1.2%以内，有效提升测试效率和精确性。