煤中Fe元素各种赋存形态的逐级化学提取研究毕业论文.doc 46页

'安徽理工大学毕业设计煤中Fe元素各种赋存形态的逐级化学提取研究毕业论文目录摘要IABSTRACTII目录III1文献综述11.1选题的研究背景11.2课题目的及意义21.3国内外研究现状21.3.1逐级化学提取法的应用21.3.2元素赋存状态的研究现状31.3.3逐级化学提取在赋存形态研究的应用41.4研究内容72实验部分82.1基础实验82.1.1水的测定步骤（空气干燥法）：82.1.2灰分的测定步骤82.1.3挥发份的测定步骤92.1.4碳氢的测定步骤102.1.5定硫仪操作步骤112.1.6热容量测定步骤112.1.7测定发热量测定132.1.8测定结果与讨论152.2逐级化学提取（SCEE）实验182.2.1赋存形态介绍182.2.2逐级化学提取介绍182.2.3提取实验介绍212.2.4提取步骤212.2.5提取溶液的处理与测定222.2.6工作原理与测定方法232.2.7结果分析与讨论2443 安徽理工大学毕业设计2.3煤渣的提取探究322.3.1KTL1600管式炉介绍322.3.2实验方法与步骤322.3.3结果分析373.结论与展望383.1结论383.2展望39参考文献40致谢4243 安徽理工大学毕业设计43 安徽理工大学毕业设计1文献综述1.1选题的研究背景世界各国能源结构取决于资源、经济、科技发展等综合因素。煤炭是一种可靠、廉价、可以洁净利用的能源。我国“贫油少气多煤”的能源结构决定了我国在未来一定时间内大力发展煤化工产业——洁净煤气化技术因其高效、稳定、环境友好等特点在煤化工领域占有重要一席之地。然而，我国煤气化技术的应用还存在诸多的技术瓶颈，如何改善煤气化技术，优化能源结构已势在必行。气流床气化工艺在国内有着丰富的应用经验。煤灰熔融特性是动力用煤和气化用煤的重要指标。灰熔融特性关系着炉膛出口烟温和排渣方式的选择及燃煤结渣特性的判断[1]；影响煤灰熔融特性的因素很多[2-5]煤灰熔融性的大小与炉膛内结渣情况有密切关系，并且对用煤设备的燃烧方式及排渣方式的选取影响重大。众所周知，煤灰的主要成分[6-13]为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO。而铁元素是影响煤灰熔融性最重要的元素之一。而不同形态铁对煤灰的影也不同，如下表表1-1煤中主要含铁矿物及其炉内产物的熔点和密度名称分子式熔点/℃密度/kg/m3黄铁矿FeS24505020菱铁矿FeCO36003920磁黄铁矿FeS11934620磁铁矿Fe3O415945180赤铁矿Fe2O315655260氧化亚铁FeO14295700铁Fe15357800其次，煤中铁元素对锅炉结渣的恶化也有非常重要的影响，原因主要是煤矿物形成铁，钙三相中低温共融区产物。此外煤的热解特性和燃烧特性也与铁有关。最后，煤的各种特性还与煤中铁的赋存状态有关[14]，它们对各种煤和灰因状态不同而发挥的作用以及对环境的影响也不同。目前，利用逐级化学提取法对煤中有害元素，例如As、Hg、F等的研究较为充分，而对煤中各种赋存状态的铁元素的提取研究却鲜见报道。铁元素的不同赋存状态对煤灰的熔融特性、流温特性、粘度特性和结渣性都有很大的影响，因此煤中各种赋存形态的铁元素的提取研究对丰富煤气化技术理论知识、指导气化装置安全稳定运行有着一定的理论和指导意义。43 安徽理工大学毕业设计1.2课题目的及意义利用逐级化学法对煤中铁元素的不同赋存形态进行提取以及利用原子吸收分光光度计测定提取液中铁元素含量，加深对逐级化学提取法的认识，对后续研究汽化炉中铁元素的迁移规律对汽化炉结渣堵渣提供数据参考。1.3国内外研究现状1.3.1逐级化学提取法的应用常辉[15]应用逐级化学提取法分析了气溶胶以及室内室外气溶胶中的飞灰中元素的组成和赋存形态。研究结果表明，在气溶胶中的各种元素在不同赋存形态中的分布是有差异的，其中在地球化学元素中，Sc,Al,Fe和Ti主要分布在不溶性物质中，而稀土元素主要分布在不容物态中和氧化物态中。不容物从空气中落到地面后就非常稳定即不易发生迁移与转化，所以对空气中的影响很小。而氧化物比较活泼，在空气中可以发生迁移转化。张凡[16]将汞分为四种不同的形态，它们分别为水溶态汞、酸溶态汞、过氧化氢溶态汞、晶格态汞，并将飞灰的含量分为CaSO4。和CaSO3，和没有参加反应的脱硫物以及锅炉产生的飞灰，他利用逐级化学提取法对锅炉不同部分的飞灰进行了提取，提取出来以上四个赋存形态并分析了各种赋存形态在飞灰中的分布特征。结果表明大部分汞都是以化合物的形态存在，只有很小一部分才是以汞单质的形态存在。徐丽荣[17]对大巴山地区的三十个煤样进行了逐级提取，而这几十个煤样主要分布在早古生代地层中，并根据这些煤的组分、时间对其进行分类，研究结果表明不同时代、不同类型地层中氟的化学活动性具有很大的差异，碳酸盐岩中氟均具有很强的化学活动性，其中氟的可淋失比例一般高于75％。不同时代的石煤中氟的化学活动性同样具有较大差异。丁成[18]利用逐级化学提取法对某城市污水灌溉区的土壤和生长在土壤上的植物进行了提取研究，其中主要研究对象是芦苇，并将芦苇按照不同的部位进行提取研究，对铬的含量进行了测定并评估了铬的生物有效性，研究结果表明铬的赋存形态的含量按质量百分比由大到小的顺序依次为残渣态>铁锰态>碳酸态>有机态+交换态。袁霄梅[19]43 安徽理工大学毕业设计通过逐级化学提取方法对赤泥中氟的各种赋存形态进行了逐级化学提取提取研究，并研究了氟的各种赋存形态的的迁移转化规律。研究结果显示。从赤泥中可以提取出不同赋存形态的氟,包括离子可交换态氟、水溶态氟、铁锰结合氟、有机结合态氟以及残渣态氟，残渣态氟占总氟含量的一大部分。含量大约在60％到90％之间，然后水溶态氟、可交换态氟、铁锰结合态氟、有机束缚态氟的含量依次减少；赤泥的离子可交换态氟化物的排放能力很强强，堆积时间与赤泥的总氟含量呈负相关，但可给态氟化物输出能力非但不减反而增强，因此赤泥的堆放场地对地下水的影响主要由赤泥中水溶态氟和离子可交换态氟含量来确定。1.3.2元素赋存状态的研究现状齐庆杰[20]采用碱熔烧结法将煤样分解，氟含量的测定理由氟离子选择电极法来测，将煤样与碳酸钠-氧化锌熔剂充分混合，在箱型电炉中将温度升到820℃进行灼烧。在沸水中提取半熔物，用硝酸将过滤的溶液调节到PH=6.0，将调节好的溶液加入缓冲溶液制成待测液，使用氟离子选择电极测定待测液的电极电位。研究结果表明煤中氟化物的主要赋存形态是无机物结合态，很少一部分氟化物是以氟磷灰石类赋存存在的，主要是存在于非氟磷灰石中。徐旭[21]采用艾氏联合硫氰酸钾滴定的方法，对我国几十个煤中氯的含量进行测定，并初步研究了煤中氯的含量该煤的固定碳、挥发分、灰分以及碱金属的关系。研究结果表明，我国煤中氯的含量较低，煤中氯的含量与煤的煤化程度有明显的线性关系，即煤的变质程度与煤中氯的含量呈反比关系。煤中氯含量和煤中水分与氟的含量无明显的线性关系。刘晶[22]讨论并比较了煤中痕量元素赋存形态的分析方法及其应用范围，应用逐级化学提取法对及种典型煤进行浸提，根据易挥发痕量元素不同形态的溶解度，将煤中砷、汞、硒分为可交换态、硫化物结合态、有机物结合态和残渣态。结果表明，砷在煤中主要以硫化物结合态存在，汞在煤中主要以硫化物结合态和残渣态存在，硒赋存在硫化物、有机物和残渣态中不同煤种中易挥发痕量元素各种形态的分布不同，应用浮沉法将煤按不同密度分级后，分别测定了各级煤粉中砷、汞含量，表明砷、汞主要存在于煤的矿物质中。郭少青[23]应用程序升温反应炉一汞元素在线检测联用装置，对晋城煤中汞的热稳定性以及可能与热稳定性相关的汞的赋存形态。研究结果表明，煤中的汞主要与煤中矿物质共生，有一小部分与煤中的有机物质共生。其中，在200℃到300℃与900℃到1200℃的两个温度区间内释放出的汞与煤中无机矿物质共生，而在300℃到600℃温度区间释放的汞部分与无机矿物质共生。郭兴明[24]用傅里叶红外变换光谱分析技术，对三个不同煤化程度的煤在电站典型动力用煤——铜川贫煤、神木烟煤和宜宾无烟煤中挥发份中氮的各种赋存形态进行了深入研究。研究结果表明，红外线在16m43 安徽理工大学毕业设计气池构造的作用下可以数次透过煤的挥发份，检测出微量的氮元素，克服了氮含量较少的现象，取得了较好的成果；氮元素在煤与挥发分中的各种赋存形态差异主要是煤分子中的大分子量含氮结构在温度作用下发生分解造成的。朱长生[25]应用电离耦合等离子体质谱等技术，对重庆长河碥矿2号煤层中微量元素的含量、赋存特征以及与赋存形态相关的影响因素进行了深入研究，研究结果表明，Pb在煤层中的主要赋存形态在于黄铁矿中；Cr主要是存在于粘土的矿物质中，Cr的分布情况可能与陆地的碎屑供给相关；粘土矿物和煤中黄铁矿对铜有明显的影响。研究结果表明煤中主要微量有害元素的含量和赋存特征不仅与低温热液有关，而且与陆源供给有关。1.3.3逐级化学提取在赋存形态研究的应用代世峰[26]应用了不同的提取剂提取了三个不同矿区的煤以及这些矿区顶板处的稀土金属元素的赋存形态；并根据不同稀土金属元素的溶解特性,把稀土元素分为5种不同的赋存形态这些赋存形态包括离子交换形态和水溶态、有机物结合态、碳酸盐结合态，硅铝酸盐结合态和硫化物结合态，他的研究表明了,在这三种煤中和顶板中的稀土元素的主要赋存在形态是硅铝化合物结合态然而水溶态和可交换态中含有很少量的稀土元素,这是由于稀土元素化学性质是非常稳定的。其中最高含量的碳酸盐结合态矿物、硫化物矿物和有机质也对稀土元素的赋存形态起了不可忽视的作用。刘晶[27]列举了几种赋存形态的不同分析方法，包括密度分离法、单成分分离法，逐级化学提取法以及低温灰化衍射法，应用逐级化学提取法对莱阳无烟煤、钱家营褐煤、青山烟煤进行提取，根据这三种煤中的砷、汞、硒的各自赋存形态的溶解程度不同，将煤中砷、汞、硒分为水溶态或可交换态、硫化物结合态、有机物结合态以及残渣态。研究结果表明，煤中的砷主要是以硫化物结合态的形式存在，煤中的汞主要是以硫化物结合态和残渣态的形式存在，煤中的硒主要是以硫化物的赋存形态存在以及存在于有机物结合态物质中和残渣态中。由于不同微量元素的各种赋存形态在不同煤中的分配情况不同，应用浮降法将煤按不同密度大小的不同，分别测定了不同密度的煤粉中砷、汞的含量，实验表明这三种样煤中的砷、汞主要存在于的矿物质中。彭炳先[28]综合介绍了国内外关于煤中微量溴的研究进展与现状，重点分析了直接和间接两种分析方法，其中包括碱熔法、高温水解法、微波溶解法等方法溶解煤样使溴元素进入溶液中，然后用电感耦合技术或离子色谱等技术测定煤溶解液中的溴的含量。唐磊[29]43 安徽理工大学毕业设计应用逐级化学提取法对位于陕西南部的煤中砷的赋存形态进行了提取研究，并以提取结果为基础探究了砷的不同赋存形态不煤的燃烧特性以及煤在燃烧时的迁移转化规律。研究结果表明，样品煤中砷的主要以硫化物结合态的形式存在，硫化物结合态的含量占每种砷的总量的百分之七十以上；在石煤燃烧时砷的释放率与煤中残渣态中的砷呈很明显的反比关系，相关系数为负值，其值在-0.773左右，P<0．01；煤中砷的溶出效率与可交换态中的砷以及硫化物结合态的砷呈现很显著的正比例关系，相关系数分别在0.983左右（P<0.05）和0.796左右（P<0.05）.砷在石煤中的主要赋存是硫化物结合态，其含量占煤中砷总量的55％以上，而硫化物结合态砷在高砷石煤中的含量的占总砷的75％以上，不同矿区的煤中的赋存形态的规律是各不相同的。可以推断可交换态中的砷和硫化物结合态重大砷是影响石煤砷环境稳定性的主要因素。郭欣[30]利用逐级化学提取的方法对三种典型煤进行逐级化学提取，由于各种赋存形态的溶解度不同，可以将煤中的汞，砷，硒的赋存形态依次分为水溶态及可交换态，有机物结合态，硫化物结合态及残渣态四种形态。结果表明不同的煤中的不同元素的赋存形态有不同特征分布。总的来说，汞主要以硫化物的形式存在以及以残渣的形式存在。砷的主要主要赋存形态是硫化物结合态。硒的主要赋存形态在除水溶态外的三种赋存形态。煤中汞和砷的赋存形态的分布特征有相似之处，即都是主要以硫化物结合态和残渣态存在的。吕海亮[31]采用三种间接方法考察了铁岭煤中钯，铬，钴，镍，钒五个重金属元素的赋存形态及其特性，这些方法包括密度分级法，逐级化学提取法以及土灰处理法，并应用小型模拟装置考察了上述五个重金属元素在不同温度区间下的热解过程中的挥发性行为。结果发现，铁岭煤中钯，铬，钴，镍，钒均主要与非黄铁矿类矿物质相伴生，且高达40%到60%的赋存形态元素存在于硅酸盐类矿物质中。金章东[32]对内蒙古岱海地区的14个沉积物进行了逐级化学提取实验，主要研究了18个元素，并将这18个元素的赋存形态分为离子交换态与水溶态，及18个元素在水可溶态、离子可交换态、铁锰结合态、碳酸结合态、有机物结合态以及残留态等六种赋存形态的含量进行了测试和深入研究,研究结果表明各种元素在岱海流域内仅经历了微弱的风化过程,除了Sr与Ca外,其他元素的主要赋基本存于残留态中.由于各种元素的亲和性不同以及受湖水的理化性质性质的影响,Sr与Ca的被溶出的赋存形态基本相同,Co、Pb、Be、K、Mn、Fe、Cu、等元素的溶出很少与碳酸盐类和有机质类表现出一定的亲合性。K.W.Riley[33]等研究了发生在六个澳大利亚煤的微量元素的模式，加上矿物质目前的性质和百分比。微量元素研究，B,Be,Bi,Cd,Co,Cr,Cu,Hg,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,Th,Tl,UandZn以及微量元素的S和Fe。逐级化学提取研究微量元素的赋存形态43 安徽理工大学毕业设计。相比之下，X-射线吸收精细结构（XAFS）和近边结构（XANES）光谱被用来确定在这六个煤和 Fe穆斯堡尔谱的四个赋存形态，由于铅，镍，S和锌用来估计铁物种（或形式），在相同的四个煤发生。得到的结果与一般文献中发表对煤进行了比较。综合的结果提供了最广泛的信息公布最新发生在澳大利亚煤的微量元素的赋存形态。GülbinGürdal[34]提出了微量元素的浓度和赋存形态，从土耳其西北部的CAN盆地的81号煤样。用电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法测定煤中的微量元素含量。此外，对传统的煤炭参数进行了研究，X射线衍射，岩相分析出Twenty煤中的微量元素，包括钡，铍，镉，铜，钴，氟，汞，钼，镍，铅，锑，锡，硒，钍，铊，铀，钒，和锌，受到瞩目的是，由于其相关的环境和人们对健康的关注，因在此研究灿煤是褐煤，亚烟煤的硫含量与灰产量高，微量元素含量表明品，在盆地内煤层和亲和力不同的地点之间。浓度B，钡，铍，镉，铜，钴，F，汞，钼，镍，铅，锑，硒，锡，铊，锌，施伟贤指出Çan煤在世界各地的浓度范围内，除砷，钍，铀，和钒。另一方面，与世界各地的煤相比，灿盆地煤中砷，硼，铜，钴，钼，，钍，铀，钒，锌和铅的含量较高，。根据统计分析，大多数的微量元素，除为铀，显示出亲和力灰分。包括砷，镉，汞，硒，铜，钼，镍和锌等元素，展现出与黄铁矿的可能关联;，然而，元素硒，铍和钼可以与有机和无机结合。1.4研究内容43 安徽理工大学毕业设计（1）选取有代表性煤样，进行工业分析、元素分析、发热量等基础分析；（2）逐级化学提取法对铁的赋存形态进行研究；（3）对测试的数据进行总结、处理。43 安徽理工大学毕业设计2实验部分2.1基础实验根据煤中含铁量和含硫量的不同选取了七种煤，它们分别为HM196，神华煤，镇雄煤，双林煤，龙王庙煤，华亭煤，榆神煤。到煤样库选取这七种煤的原煤，用磨煤机分别磨制这七种煤，让后用振筛机对所磨的煤进行振动筛选，选出两百目以下的煤，直径大约为。对七种煤进行了基础分析，包括水分，灰分，挥发份，硫含量，碳氢测定，使用的仪器包括电热真空干燥箱、马弗炉、碳氢测定仪，智能定硫仪，全自动量热仪,2.1.1水的测定步骤（空气干燥法）：a.用预先干燥并称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。b.打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中，在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h。c.从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.001g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查干燥。d.分析结果的计算空气干燥煤样的水分按式（3）计算：                                       （3）式中：mad——空气干燥煤样的水分含量，%；m1——煤样干燥后失去的质量，g；m——煤样的质量，g。2.1.2灰分的测定步骤a.用预选灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g。b.将灰皿送入温度不超过100℃的马弗炉中，关上炉门并使炉门留有15mm左右的缝隙。在不少于30min的时间内将炉温缓慢升至约500℃，并在此温度下保持30min。继续升到815±10℃，并在此温度下灼烧1h。43 安徽理工大学毕业设计c.从炉中取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。d.进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。空气干燥煤样的灰分按式（4）计算：                                       （4）式中：Aad——空气干燥煤样的灰分产率，%；m1——残留物的质量，gm——煤样的质量，g。2.1.3挥发份的测定步骤操作步骤：a.用预先在900℃温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚，称取粒度为0.2mm以下空气干燥煤样1±0.01g，精确至0.0002g，然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，放在坩埚架上。褐煤和长焰煤应预先压饼，并切成约3mm的小块。b.将马弗炉预先加热至920℃左右。打开炉门，迅速将放有莫过于坩埚的架子送入恒温区并关上炉门，准确加热7min。坩埚及架子刚放入后，炉温会有所下降，但必须在3min内使炉温恢复至900±10℃，否则此试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。空气干燥煤样的挥发分按式（5）计算：                                       （5-1)当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量为2%～12%时，则：                                       （5-2）当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12%时，则：           (5-3)式中：Vad——空气干燥煤样的挥发分产率，%；m1——煤样加热后的质量，43 安徽理工大学毕业设计gm——煤样的质量，g；Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；（CO2）ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量（按GB212测定），%；（CO2）ad（焦渣）——焦渣中二氧化碳对煤样量的百分数，%。2.1.4碳氢的测定步骤a.将第一节和第二节炉温控制在800±10℃，第三节炉温控制在600±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。b.在预先灼烧过的燃烧舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g，并均匀铺平。在煤样上铺一层三氧化二铬。可把燃烧舟暂存入专用的磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中。c.接上已称量的吸收系统，并以120mL/min的流量通入氧气。关闭靠近燃烧管出口端的U形管，打开橡皮帽，取出铜丝卷，迅速将燃烧舟放入燃烧管中，使其前端刚好在第一节炉口。再将铜丝卷放在燃烧舟后面，套紧橡皮帽，立即开启U形管，通入氧气，并保持120mL/min的流量。1min后向净化系统方向移动第一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子。过2min，使燃烧舟全部进入炉子。再过2min，使燃烧舟位于炉子中心。保温18min后，把第一节炉移回原位。2min后，停止排水抽气。关闭和拆下吸收系统，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不称量）。d.也可使用二节炉进行碳、氢测定。此时第一节炉控温在800±10℃，第二节炉控温在500±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。每次空白试验时间为20min。燃烧舟位于炉子中心时，保温13min，其他操作同第3.4.5、3.5.1、3.5.2和3.5.3条。e.为了检查测定装置是否可靠，可称取0.2～0.3g分析纯蔗糖（HG3-100）或分析纯苯甲酸（HG3-987），加入20～30mg纯“硫华”进行3次以上碳、氢测定。测定时，应先将试剂放入第一节炉炉口，再升温，且移炉速度应放慢，以防标准有机试剂爆燃。如实测的碳、氢值与理论计算值的差值，氢不超过±0.10%，碳不超过±0.30%，并且无系统偏差，表明测定装置可用。否则，须查明原因并彻底纠正后才进行正式测定。如使用二节炉，则在第一节炉移至紧靠第二节炉5min以后，待炉口温度降至100～200℃，再放有机试剂，并慢慢移炉，而不能采用上述降低炉温的方法。分析结果的计算空气干燥煤样的碳、氢按下式计算： ×100                                （1）43 安徽理工大学毕业设计                     （2）式中：Cad——空气干燥煤样的碳含量，%；Had——空气干燥煤样的氢含量，%；m1——吸收二氧化碳的U形管的增重，g；m2——吸收水分的U形管的增重，g；m3——水分空白值，g；m——煤样的质量，g；0.2729——将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119——将水折算成氢的因数；Mad——空气干燥煤样的水分含量（按GB212测定），%；当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于2%时，则                         （3）式中：（CO2）ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量（按GB218测定），%；2.1.5定硫仪操作步骤a.打开控制面板总开关。b.打开智能定硫仪电源开关，仪器将控制炉体自动升温。c.打开气泵开关，把适量电解液装入电解槽中（至少淹没电极），并检查电解槽气密性。气密性检查方法：关闭两通阀，看浮子是否停在0刻度线附近，如果在，打开两通阀，将气流量调节到1刻度线左右，打开搅拌器开关，调节转速；如果不在，检查各部件及其接口，然后按前面步骤，重新检查气密性。（1）在瓷舟上称取500.5mg的煤样，上面覆盖一薄层三氧化钨。（2）待炉温升到1050℃时，打开电解开关，将装有已称好的待测样瓷舟放入石英托盘上，按键，键入三位数样重，再按一下键，实验开始。每组待测样做三组平行样。d.实验完毕后，关闭电解开关，其次关闭两通阀及搅拌器，放出电解液，并用蒸馏水清洗电解槽，然后关闭净化装置，最后关闭智能定硫仪电源开关及控制面板总开关。43 安徽理工大学毕业设计2.1.6热容量测定步骤开机后的主界面状态如图1（实时）室温：16.666℃外筒：16.888℃时钟：16：18：18星期五2005.4.13按确认键进入设定菜单图2-1按确认键进入图2界面﹡编号设置硫氢水标准热值点火热冷却常熟热容量综合常数数据库上下键常数确认键图2-2﹡按↑.↓键选择参数（或项目），按确认键进入该参数（或项目）界面。a.选择“﹡”在“编号设置”前按确认键进入图3设置界面。请设置编号SO：<000000>确认键右移打印键左移上下键修改存储键记忆图2-3按↑.↓键修改闪动位的数字，按确认键闪动位右移，按打印键左移，按存储键可永久记忆修改后的数字并返回图2界面。按退出键不记忆修改后的设置而返回图2界面。其余参数输入方法同“编号设置”。但热容量、冷却常熟、综合常数一般不允许修改。2.选择“*”在“点火热”前按确认键进入该输入界面，输入热值后按存储键记忆并返回图2界面。3.选择“*”在“标准热值”前按确认键进入该输入界面，输入苯甲酸试样的标准热值，然后按存储键记忆并返回图2界面。43 安徽理工大学毕业设计*实际操作中，除了第一次操作，由于以上两项数值通常不需改变，所以标热容量时，以上两步可省略，直接从第7步开始。但热容量、冷却常熟、综合常数一般不允许修改。4.在图1主界面上按样重键进入图4样重输入界面，输入苯甲酸试样重量（0.900-1.1000g），然后按存储键记忆并返回图1主界面。请输入试样重量m=1.0000g确认键右移打印键左移上下键修改存储键记忆图2-41、在图1主界面上按热容量测试键，如果未输入新样重（未按存储键），则进入试样重量没有输入标准热值是否正确？按退出键返回补充输入图2-5如果已正确输入参数，则进入图6界面，仪器开始热容量标定全过程。正在测试热容量内筒温度16.666外筒温度16.888OO稳定00：08*************图2-6当进度条件到最右端时全部试验结束，自动计算测试结果。显示结果界面显示全部结果，并自动打印出来。如果想再次打印，可再按打印重复打印，按↑↓键↑↓滚动显示，按确认翻屏显示，按退出键返回图1主界面。2.1.7测定发热量测定1、在图2界面上选择“*”在“硫氢水”前按确认键进入图7界面。43 安徽理工大学毕业设计请输入硫氢水参数Mad=0.00%Mar=0.00%Had=0.00%S=0.00%确认键右移打印键左移上下键修改存储键记忆图2-7闪动位首先落在S参数上，输入含硫量值后按存储键，闪动位落在Mad参数上，输入新值后再按存储键就会返回到图2选择界面，这样就会将全部新值存储记忆。如果某一参数上未按存储按退出键，则不记忆该参数的新值，而保持原值。并返回到图2选择界面上，再按退出键返回图1主界面。输入的硫氢水参数中，如果S=0.00，则测试结果中不给出高位和低位发热量，只给出弹筒发热量，如果S≠0（并且按了存储键），Had=0.00，则测试结果中给出弹筒及高位，不给出低位发热量；如果S≠0（并且按了存储键），Had≠0（并且按了存储键），则测试结果中将给出弹筒、高位及低位发热量。*每次试验都必须输入S和Had新值并且按存储键，测试结果中才给出高位及低位发热量，否则只给出弹筒发热量。2、在图1主界面上按样重键进入图4样重输入界面新值后，按存储键记忆并返回图1主界面，如不按存储而按退出键则保持原值不变。3、在图1界面上按发热量测试键，如果未输入新样重（未按存储键），则进入图8界面。试样重量没有输入标准热值是否正确？按退出键返回补充输入图2-8如果样重和硫氢水参数已正确输入，则进入图9发热量测试界面，开始发热量测试的全过程。43 安徽理工大学毕业设计正在测试发热量内筒温度16.666外筒温度16.888OO稳定00：08*************图2-9当进度条件进行到最右端时，全部试验结束，仪器试验结束，仪器自动计算测试结果进入显示结果界面，显示出全部结果并自动打印出各项发热量指标。如果再按打印键，则将全部显示的内容打印出来。（三）查看数据记录1、查看历史记录在图2界面上选择“*”在数据库前按确认键进入图10界面<000006Q2005.4.15<000006Q2005.4.14<000006Q2005.4.13<000006Q2005.4.12<000006Q2005.4.11图2-10仪器可永久记录最后六次测定的结果和最后一次标定热容量的结果。编号末位Q代表发热量测试结果，E代表热容量测试结果。按↑↓键饿上下滚动选择记录，按确认键进入图11显示结果界面。试样的氢含量2.26试样的水分0.003收到基全水分4.00低位发热量27470/6333试样的硫含量3.33试样的氢含量2.26试样的水分0.003收到基全水分4.00低位发热量27470/6333试样的硫含量3.33图2-11按↑↓键上下键滚动显示，按确认键翻屏显示，按打印键打印机将显示内容全部打印出来，按退出键返回到图10界面。2.1.8测定结果与讨论43 安徽理工大学毕业设计表2-1基础分析样品工业分析元素分析Qb,adMJ/KgMadAadVadfFCadCadHadSt,ad镇雄1.8223.7312.4665.1765.482.742.4325.31双林2.5419.9614.0066.6579.963.152.5025.08HM1961.4021.4113.9166.4570.014.273.3525.37榆神6.716.8738.1253.4869.514.000.5028.12神华9.497.5333.9654.8068.723.100.3225.92华亭10.3611.5440.1946.7160.984.500.124.39龙王庙1.2315.9736.3252.7369.934.460.1328.61结果分析：①对七种煤的基础分析有助于在试验当中指导实验的作用，整个实验是以基础分析为基础的，其作用包括以下几种：由表1可知，七种煤的水分按龙王庙煤、HM196煤、镇雄煤、双林煤、榆神煤、神华煤、华亭煤依次提高，水分对煤的燃烧特性以及煤中元素的迁移转化可能会有有重要的影响，水分在水煤浆的流动性有很大影响，如果内水高的话，就会使水煤浆在相同质量浓度下煤粒流动的流动水减少，因此水煤浆的流动性减小，使得水煤浆的远程输送的压力损失增高，增加输送成本。②对灰分的测定主要是在提取煤中的铁元素之后对灰分中铁元素的提取起指导作用，例如；提取镇雄煤中硫铁矿的浓度是17.85ug/ml，在提取灰中铁元素的赋存形态时要利用灰分来预测要稀释的倍数,灰分是0.23，因为原子吸收分光光度计测量的范围是1~10ug/ml，所以在测定时提取液要稀释50倍才能是待测液的浓度在原子吸收分光光度计的测量范围之内。43 安徽理工大学毕业设计③大多煤中的铁元素以硫铁矿形式存在，而煤中的硫元素也主要以硫铁矿存在，所以我们可以从硫含量的定性的判断出铁元素含量的多少。我们可以预测出HM196煤，双林煤，镇雄煤，而神华煤、华亭煤、龙王庙煤、榆神煤的铁元素的含量相对会较低，对提取实验有一定的指导作用，尤其对铁元素的硫化物结合态有一定的指导作用。④挥发份的测定主要是预测七种煤的变质程度，一般认为挥发份小于10时煤为无烟煤，挥发份大于10小于37为烟煤，而挥发份大于37时为褐煤，由表二可以看出榆神、华亭、龙王庙属于褐煤，而镇雄、双林、神华、HM196都属于烟煤，而褐煤和和次生氧化低煤级煤,煤中包含一部分腐植酸和黄腐酸,它们可以吸附和结合一部分微量元素，因此对于褐煤,用双氧水足以氧化全部有机质从而得以完全释放与有机质结合的元素;于高煤级煤,双氧水难以彻底氧化有机质，所以需要用双氧水和硝酸结合才能提取出铁元素的有机态。43 安徽理工大学毕业设计2.2逐级化学提取（SCEE）实验2.2.1赋存形态介绍铁元素的赋存形态主要是指铁元素的结合形态，即铁元素与什么物质结合，铁元素的赋存形态赋存状态决定了其在加工利用过程中释放的难易程度及对环境的影响情况。铁是煤中主要的成灰元素之一，对我国发电用煤的统计表明，其含量约为0.5%-0.3%，在煤中，铁大多数以矿物质形式出现，主要的含铁矿物质有硫化物（主要是黄铁矿和白铁矿，统称硫铁矿），碳酸盐（主要是磷铁矿），硅酸盐矿物如伊利石（铁元素作为杂质元素介入其中）等，此外，在低级煤中，一些铁会以复杂的有机物形式存在于煤母体中。元素的赋存形态有许多分法，目前主要分为;水溶态和离子交换态即与有机质吸附及无机质吸附的元素形态，碳酸盐铁锰氧化物结合态与碳酸盐及铁锰氧化物以化学键结合的元素形态，硫化物结合态即与硫元素以化学键结合的元素形态主要是指硫铁矿与陨硫铁，铝硅酸盐结合态即与内部硫铁矿或菱铁矿与铝硅酸盐反应的产物等，有机结合态即有机物以化学键结合的元素形态等。赋存形态的研究方法包括两大类，即间接方法和直接方法。间接方法主要包括逐级化学提取法、浮沉法、单组分分析法、低温灰化、X线衍射法等。浮沉法是确定煤中微量元素有机/无机亲和性最有效的方法之一；逐级化学提取是研究赋存形态的较好的方法，在沉积物的元素形态分析方面有很大的用途；低温灰化-X衍射射线是将煤中矿物分离出来的方法，是研究矿物微细形态的有效方法之一。2.2.2逐级化学提取介绍逐级化学提取法是根据不同形态元素的溶解度，选用一系列化学试剂选择性地溶解样品中的各种矿物质态和有机态痕量元素，以提供痕量元素释放、迁移转化及各形态之间的有关信息的方法，其基本思想是根据不同形态元素的溶解度,用不同溶蚀或交换强度的化学试剂按从弱到强的顺序依次去溶蚀或交换样品,将样品中的重金属元素选择性地提取到特定的溶液中,并从每个步骤中分别分离出一个“操作上”定义的地球化学相,然后测定溶液中该金属元素的丰度,从而确定其在样品中的赋存状态,使赋存状态的研究定量化。在众多的逐级提取法中以Tessier提取法和BCR提取法最为权威，现已成为理论本作为国际通用流程使用。以下是两种提取方法的流程：43 安徽理工大学毕业设计1g样品8mL1molNaAc/HoAc,pH=5室温下连续振荡1时可交换态碳酸盐结合态20ml0.04mol/mLNH2OH25%HOAc(V/V)水浴间歇荡六小时氧化物结合态3ml,0.02mol/mLHNO3+5mL30%H2O2pH=2,加热至85℃2h间歇振荡，保温3h，间歇振荡冷却，加5ml3.2mol/LNH4OAc稀释至20ml，连续振荡0.5h.2mlHClO4+10mlHF烘干，1mlHClO4+10mlHF,烘至近干，加1mlHClO4烘至冒白烟，有机结合态残渣溶于12ml/LHCl,稀释至25ml残渣态图2-12.tessier提出的五步逐级化学提取法43 安徽理工大学毕业设计1g样品40ml0.11mol/LHOAc,室温下振荡16h,1500g下离心20min,酸可提取态40ml0.1mol/L盐酸羟胺（pH=2），室温下振荡16h,1500g下离心20min10ml,H2O2(pH=2),室温，1h,加H2O2，加热可还原态至85℃，1h，重复上述步骤，加50ml,HOAc(pH=2),shi=2),室温下振荡16h，1500g离心20minHF+HNO3+HClO4混合消化残渣态可氧化态图2-13.BCR三步提取法流程43 安徽理工大学毕业设计2.2.3提取实验介绍（1）提取剂介绍①1mol/LMgcl2的制备：取20.33gMgcl2-6H2O溶解，移至100ml容量瓶中，用去离子水定容摇匀。②NaOAc（pH=5）的配制：取50gCH3COONa-3H2O,加34ml冰醋酸，移至500ml容量瓶稀释,用去离子水定容摇匀。①2mol/LHNO3的制备：取27.70ml65%浓硝酸,移至200ml容量瓶中用去离子水定容摇匀。②⑤25%（V/V）CH3COOH(内溶0.04mol/L盐酸羟氨)的制备：取50ml冰醋酸，0.5559g盐酸羟胺溶解移至200ml容量瓶中，用去离子水定容摇匀。0.02mol/LHNO3的制备：取0.117ml65%浓硝酸，移至200ml容量瓶中，用去离子水定容摇匀。（2）实验材料介绍乙酸分析纯含量大于99%无锡市亚盛化工有限公司硝酸分析纯含量约为65%；上海振企化学试机有限公司乙酸钠分析纯含量大于99.0%天津博迪化工股份有限公司盐酸羟氨分析纯含量大于98.5%天津博迪化工股份有限公司30%过氧化氢分析纯含量大于30%无锡市亚盛化工有限公司氢氟酸分析纯含量大于30%无锡市亚盛化工有限公司（3）实验仪器仪器包括：超声波振荡器上海科导超声仪器有限公司台式离心机湖南仪器仪表总厂恒温水浴锅，国华电器有限公司分析天平上海越平科学仪器有限公司马弗炉佳敏仪表有限公司2.2.4提取步骤①水溶态及可交换态（s43 安徽理工大学毕业设计1）：把0.5g煤样放入50ml锥形瓶中，加入15mlMgcl2(1mol/L)，间歇超声振荡1.5h，然后转让离心管中高速离心1h，移去上清液，用去离子水离心管中的沉淀物，再次离心30min，取上清液，将两上清液合并于50ml容量瓶中，用去离子水定容摇匀.沉淀物供下一级提取使用。（固液分离时也可采用定量滤纸过滤）②碳酸盐结合态(S2)：将上一级沉淀物移至50ml锥形瓶中，加15mlCH3COONa（用CH3COOH调节至pH=5），间歇超声振荡1.5h,然后移至离心管高速离心1h，移去上清液，用去离子水冲洗沉淀物，再次离心30min,取上清液合并于50ml,用去离子水定容摇匀，沉淀物供下一级提取使用。（同上）③铁锰氧化物结合态（S3）：将上一级沉淀物移至50ml锥形瓶中，加入15ml25%CH3COOH（V/V）(内含0.04mol/L盐酸羟胺)间歇振荡1.5h.然后移至离心管高速离心1h，移去上清液，用去离子水冲洗沉淀物，再次离心30min,取上清液合并于50ml,用去离子水定容摇匀，沉淀物供下一级提取使用。（同上）④硫化物结合态：将上一级沉淀物移至50ml锥形瓶中，加入15ml2mol/LHNO3,间歇振荡1.5h,(同上)。⑤铝硅酸盐结合态：将步骤4沉淀物用去离子水转入聚四氟乙烯坩埚中蒸干，然后加HF，蒸干，然后加5%HNO3温热溶解，重复步骤1。⑥有机结合态：将上一级沉淀物移至50ml锥形瓶中，加入3ml0.02mol/LHNO3,+5ml30%H2O2(用冰醋酸调节pH约为2)加热至80℃左右，然后重复步骤1。（同上）2.2.5提取溶液的处理与测定将提取过程中取出的上清液移到50ml容量瓶中，加去离子水定容摇匀，之后查阅文献，由于离子交换态和碳酸盐结合态的含量很低，所以不需要稀释通用TAS-986原子吸收分光光度计介绍图2-14原子吸收分光光度计中文名称：原子吸收分光光度计英文名称：atomicabsorptionspectrophotometer定义：利用各元素的原子蒸气对光选择吸收的特性而制成的风光光度计。基本部件43 安徽理工大学毕业设计原子吸收分光光度计一般由四大部分组成，即光源（单色锐线辐射源）、试样原子化器、单色仪和数据处理系统包括光电转换器及相应的检测装置）。原子化器主要有两大类，即火焰原子化器和电热原子化器。火焰有多种火焰，目前普遍应用的是空气—乙炔火焰。电热原子化器普遍应用的是石墨炉原子化器，因而原子吸收分光光度计，就有火焰原子吸收分光光度计和带石墨炉的原子吸收分光光度计。火焰原子吸收分光光度计，利用空气—乙炔测定的元素可达30多种，若使用氧化亚氮—乙炔火焰，测定的元素可达70多种。但氧化亚氮—乙炔火焰安全性较差，应用不普遍。空气—乙炔火焰原子吸收分光光度计，一般可检测到PPm级（10－6），精密度1%左右。国产的火焰原子吸收分光光度计，都可配备各种型号的氢化物发生器（属电加热原子化器），利用氢化物发生器，可测定砷（As）、锑（Sb）、锗（Ge）、碲（Te）等元素。一般灵敏度在ng/ml级（10－9），相对标准偏差2%左右。2.2.6工作原理与测定方法元素在热解石墨炉中被加热原子化，成为基态原子蒸汽，对空心阴极灯发射的特征辐射进行选择性吸收。在一定浓度范围内，其吸收强度与试液中被的含量成正比。其定量关系可用郎伯-比耳定律，A=-lgI/Io=-lgT=KCL，式中I为透射光强度；I0为发射光强度；T为透射比；L为光通过原子化器光程(长度)，每台仪器的L值是固定的；C是被测样品浓度；所以A=KC。利用待测元素的共振辐射，通过其原子蒸汽，测定其吸光度的装置称为原子吸收分光光度计。它有单光束，双光束，双波道，多波道等结构形式。其基本结构包括光源，原子化器，光学检测系统。它主要用于痕量元素杂质的分析，具有灵敏度高及选择性好两大主要优点。广泛应用于特种气体，金属有机化合物，金属醇盐中微量元素的分析。但是测定每种元素均需要相应的空心阴极灯，这对检测工作带来不便。测定华亭煤中铁的两种赋存形态的含量，验证了路线的可行性，以后的一切工作均是提高提取测量的精确性的，探讨了几种方法，包括用超声波震荡来代替磁力搅拌器以提高震动效率、用高速离心分离代替定量滤纸分离，并分别进行了实验，结果是超声震荡和高速离心效果较好，离心管易碎需要改造等。其中主要提取了两组，第一组选取了华亭，华亭、龙王庙、神华。第二组双林、镇雄、龙王庙、榆神煤。对提取液中的铁元素进行，由于水溶态和可交换态的浓度太小，经过几次尝试，不能测到其浓度，所以将六步改成五步；碳酸盐结合态的浓度太小，所以不需要处理；将硫化物结合态、铁锰氧化物结合态、铝硅酸盐结合态、有机结合态的提取液稀释十倍，用原子吸光风光光度仪测定。43 安徽理工大学毕业设计2.2.7结果分析与讨论表2-2提取液中铁元素原子吸光测量结果样品水溶态ug/ml碳酸盐态ug/ml硫化物结合态ug/ml铁锰氧化物态ug/ml硅酸盐态ug/ml有机结合态ug/ml华亭1-0.7-1.5059.316.72.805.7华亭2-1.7-1.432.6-10.63.2018.7龙王庙-9.7-1.01.40-11.8-7.00-11.2神华-1.0-1.3-11.543.4-0.10-10.6结果讨论：①华亭1与华亭2的主要区别是华亭1固液分离是用离心分离，而华亭2固液分离是用定量滤纸，采用定量滤纸主要是希望在固液分离时尽量减少损失，但是在减少损失的同时，由于有一部分溶液附着于滤纸之上，这样就造成提取液中目标元素的损失。不仅如此，因为是连续提取每一不的虑渣都是下一步的原料，所以用滤纸过滤后须将滤渣连同滤纸一起放入。②吸收值出现负值，可能是待测元素低于检出限时，也可能溶液中杂质离子过多，出现负值，可以加掩蔽剂。③因为在测量前需要设计标准铁溶液曲线，如果制作的曲线有问题，比如所做的曲线不过原点，如果所测浓度很小接近原点，且在标准铁曲线之下就有可能出现负值。可以降低制作曲线的样品点浓度，设小点，比如0.1、0.5、1.0、2.0。④液体样品的粘度太高，使得光度计吸收的强度减弱，这也会使得所测的浓度为负值。⑤因为使用原子吸收光谱仪检测，样品处理部分需要酸溶或碱溶解将样品处理成溶液，这个过程中，使用的试剂和蒸馏水，有可能带有你要检测的元素，因此需要做空白试验，减少实验过程中，试剂、水等带来的误差。表2-3提取液中铁元素原子吸光测量结果43 安徽理工大学毕业设计样品碳酸盐态ug/ml硫化物结合态ug/ml铁锰氧化物态ug/ml硅酸盐态ug/ml有机结合态ug/ml合计ug/ml镇雄0.22178.533.9101.813.5327.92双林8.57147.830.2849.7280.27HM1960.67120.341.061.2230.07榆神0.1581.42.266.92.5153.15神华0.117521.126.69.8132.61华亭0.26661.512.50.680.86龙王庙0.2316.213.015.91.947.2343 安徽理工大学毕业设计图2-15镇雄煤XRD谱图图2-16双林煤XRD谱图图2-17HM196煤红XRD图43 安徽理工大学毕业设计图2-18榆神煤XRD谱图图2-19神华煤XRD谱图43 安徽理工大学毕业设计图2-20华亭煤XRD谱图图2-21龙王庙煤XRD谱图数据分析：①表2我们可以看出，镇雄煤中铁元素的赋存形态主要时硫化物结合态，从镇雄煤红外谱图中也可以看出其FeS243 安徽理工大学毕业设计这与逐级化学提取发所得的结果是一致的。双林煤与镇雄煤一样，提取结果与红外谱图是一致的。可以从谱图中看出，在榆神、神华、华亭、龙王庙煤中基本找不到硫铁矿的峰值，这与四种煤的提取结果即硫铁矿的含量很少是一致的。HM196煤与双林煤在铝硅酸盐的含量上的差异很大，在两种煤的红外谱图中可以看出榆神煤含有大量铝硅酸而HM196与神华、华亭、龙王庙煤的几乎没有，这与提取结果是一致的。②元素的赋存形态中，硫化物结合态的含量为最高的，而在主要形态中，硫化物结合态、铁锰氧化物结合态、铝硅酸盐结合态至少有两个是主要的赋存形态如下，并且有硫化物结合态与硅酸盐结合态或硫化物结合态与铁锰氧化物结合态是主要形态。如下图所示；图2-22双林煤硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态图2-22双林煤硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态图2-23镇雄煤硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态43 安徽理工大学毕业设计图2-24龙王庙硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态图2-25华亭煤硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态图2-26榆神煤硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态43 安徽理工大学毕业设计图2-27HM196硫化物结合态>硅酸盐结合态>铁锰氧化物结合态①正如基础数据分析的那样，硫含量的多少与铁元素的硫化物结合态的含量和总的赋存形态的含量有很大的关系，如下图所示：图2-28硫铁矿含量与铁总量的关系硫铁矿的含量增加时总铁量的含量也在增加，这就间接证明了铁的主要赋存形态是硫铁矿。④在研究镇雄煤时，各种赋存形态的分布规律基本符合上述规律，但是双林煤的碳酸盐结合态的铁相对较高，在红外谱图中可以看出其碳酸盐类的含量仅次于硫铁矿与高岭石的含。这就对煤的结渣性有很大的影响，因碳酸盐对煤的结渣性有一定的缓解作用。⑤在这7种煤中镇雄、双林、榆神煤中的硅酸盐结合态的含量很高，铁离子存在于玻璃体中会使生成的玻璃体的熔点降低，含有亚铁离子的玻璃体相对更低，这对渣渣的发展有一定作用。43 安徽理工大学毕业设计2.3煤渣的提取探究2.3.1KTL1600管式炉介绍以1800型硅钼为加热元件，采用双层壳体结构和日本岛电40段程序控温系统，移相触发、可控硅控制，炉膛采用1800型氧化铝多晶体纤维材料，双层炉壳间配有风冷系统，能快速升降温，采用99刚玉管、两端用不锈钢法兰密封，用浮子流量计控制进气流量、该炉具有温场均衡、表面温度低、升降温度速率快、节能等优点。2.3.2实验方法与步骤样品处理：将镇雄煤煤样分别按照国标进行烧灰，将每个煤样的灰分别用特制器械制成灰柱，每个灰柱大约1克。本实验用管式炉对煤灰进行加热，将炉子通入惰性气体，在不同温度下对煤灰进行加热，并对煤渣磨碎进行逐级提取，考虑到温度很高，有机结合态和碳酸盐结合态已不存在，所以只对铁锰氧化物结合态、硫化物结合态、铝硅酸盐结合态进行提取，利用XRD和上步所做的提取实验，经过对比研究各种赋存形态在不同温度下的转化情况。实验步骤：①先用标准热电偶对管式炉在不同温度下进行标定。标定温度为900、1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1400、1450、1500。②将做好的灰柱用糊精粘在灰柱托盘上并放在灰舟上，将灰柱放在管式炉中，对管式炉进行分别升温至900、1100、1300、1500。③当升到目标温度后保温30min，保温的同时通入吹扫气体，保温结束后，将灰舟有钳子迅速取出，将灰渣放入盛有去离子水的烧杯中进行淬冷。④待灰渣冷却之后取出放在空气干燥箱中干燥12小时。⑤将干燥好的渣样粉碎后用玛瑙研研磨碎。渣样的测定：①称取0.5g研磨好的渣样，用逐步提取法进行提取，方法按照上步提取实验步骤，然后用用原子吸收分光光度计测其铁元素各种赋存形态的含量。②取磨好的渣样用XRD测定。两种方法的测定结果如下：表2-4煤中铁矿物的含量温度/℃硫化物结合态/%铁锰氧化物结合态/%铝硅酸盐结合态/%总和/%110055．68279．11635．2013100120087．5542．56019．885810043 安徽理工大学毕业设计130094．11912．96562．9153100140064．8121．87993．33081100150078．616411．355710．028100图2-29温度与含量百分比关系43 安徽理工大学毕业设计图2-30815℃镇雄煤灰XRD谱图图2-311100℃镇雄煤渣XRD谱图43 安徽理工大学毕业设计图2-321200℃镇雄煤渣XRD谱图图2-331300℃镇雄煤渣XRD谱图43 安徽理工大学毕业设计图2-341400℃镇雄煤渣XRD谱图图2-291500℃镇雄煤渣XRD谱图43 安徽理工大学毕业设计2.3.3结果分析①如图2-23所示硫化物提取剂所提取的含量在1100℃与1300℃之间有少量的增加，而铝硅酸盐提取剂提取的含量有所减少，在此温度区间内铁锰结合态的含量基本平稳。从815煤灰的图中我们可以看出灰中的矿物质主要是硬石膏、石英、赤铁矿。在XRD中图2-25到图2-29在1100℃时渣中的主要矿物质主要是石英和赤铁矿，在1100℃时开始出现陨硫铁、单质铁，作为硫化物提取剂的浓硝酸所提取的不仅是陨硫铁而且有赤铁矿和单质铁。以上可能是由于温度的身高使得作为杂质元素介入其中的铁脱离硅酸盐的束缚被释放出来，被释放出的菱铁矿或赤铁矿会与硫结合形成Fe-S-O熔体[35]，所以会出现硫化物增多而硅铝酸盐减少的情况。②在1300与1400温度区间内，硫化物结合态提取剂提取的含量逐渐减少而铝硅酸盐提取剂所提取的含量逐渐增加，铁锰结合态的含量还是趋于平稳。在XRD图2-27到图2-28中可以看出随着温度的陨硫铁晶体衍射峰强度基本不变，，1350℃时，石英的衍射峰消失，这可能是因为温度的增高使得铝硅酸盐的完全失去晶体结构融化而转变成玻璃体，这时的硅酸盐活性较高，更多的铁以三价或二价的形式进入玻璃体中，且有一部分雌黄铁矿和铁氧化物熔体会与硅酸盐反应形成玻璃体。所以我们可以看出硫化物提取剂提取的含量逐渐减少而铝硅酸盐提取量增多的情况。③在1400与1500温度区间内硫化物提取剂提取的铁与锰铁结合态提取剂提取的含量有所增加。在XRD图2-29中可以看出此时只存在磁铁矿，石英的衍射分，所以硫化物结合态提取剂所提取的全部是磁铁矿，在这个温度区间石英莫来石等矿石的衍射峰基本消失，由于温度过高使得铝硅酸盐融化并且使得碱金属的活性增加，此时大量活泼的碱金属包括铁会大量析出，而析出的铁多以磁铁矿形式存在会有部分铁与锰结合形成铁锰结合态，所以会出现在1400与1500温度区间内硫化物提取剂提取的铁与锰铁结合态提取剂提取的含量有所增加的情况。43 安徽理工大学毕业设计3.结论与展望3.1结论1、煤中铁的各种赋存形态含量的总和是按镇雄、双林、HM196、榆神、神华、华亭、龙王庙依次减小，总量基本接近XRF测定的含量。而硫化物结合态的含量也是按照上述顺序排列排列。2、煤中铁元素赋存形态中硫化物结合体、铁锰结合态、铝硅酸盐结合态为主要赋存形态，其中硫化物结合态与铝硅酸盐结合态或硫化物结合态的含量在60%以上。3、初步探讨了煤灰在一定气氛下不同温度下铁元素的迁移转化情况，在高温下主要是铁的氧化物与铁的铝硅酸盐结合态的变化，两者的含量基本呈反比关系，其中在1300~1400℃时的含铁的硅铝酸盐较多，而含铁的过铝酸盐有明显降低灰熔点的作用，这对研究煤灰在气化炉中的变化有一定的启示意义。43 安徽理工大学毕业设计3.2展望1.由于实验仪器的限制不能使用更先进的仪器去测定浓度，这样就只能做重复实验来判断测量的准确性，因此此实验还可以做电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）法测定提取液的浓度，也可以做扫描电镜（SEM）来直接测量煤中铁元素的形态。2.实验在烧渣时只采用了单一的气氛，还可以在不同的气氛下进行烧渣，如可以在惰性气体氮中按不同比例来添加一氧化碳气体，或用石墨与活性炭混合产生还原性气体。3.还可以选择不同的没进行烧渣，这样可以更全面的考察不同煤中硫铁矿的变化规律，使论文更有说服力。4.本论文还可以通过铁元素的形态还讨论煤中铁的各种赋存形态与煤的煤化程度之间的关系。煤化程度不同铁元素的形态会有所变化。43 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安徽理工大学毕业设计43 安徽理工大学毕业设计致谢在我的论文完稿之际，我特别感谢指导老师李广学教授和熊金钰老师。论文的完成，离不开两位的悉心指导和无私帮助。李老师严谨治学的作风、循循善诱的教导使我终生受益。熊老师在工作中、生活中给予我巨大的支持和鼓舞。本次论文得到研究生，储杨、卜佳、赵明珠、曹祥、刘军、张子利、朱邦阳、刘军、刘峤等的帮助，在此谨向他（她）们表示衷心的感谢！同时，还要感谢一起在实验室作毕业论文的同学们两个月多来配合与帮助。本课题在研究生的审核下完成，在此也向他们致谢。最后感谢我的家人及同学们的支持与帮助！43'