關于用熱重分析儀進行煤的工業分析的研究報告

煤的工業分析測定的是煤的全水分。煤的灰分是指煤在完全燃燒后留下的殘渣。它與煤中存在的礦物質不完全相同，這是因為在燃燒過程中礦物質在一定的溫度下發生一系列的氧化、分解和化合等復雜反應。煤的揮發分是煤在隔絕空氣條件下受熱分解的產物。它的產生量、成分結構等與煤的加熱升溫速度及溫度水平有關。揮發分不是煤中的現存成分。

因此可知，煤工業分析必須規定明確的實驗條件，測定的水分、灰分、揮發分等含量是在一定實驗條件下得到的，是一種相對的鑒別煤工業特性的成分數據。通過煤的工業分析，即可大致了解該種煤的經濟價值和基本性質。

傳統的煤的工業分析方法為：

一、水分測定
稱取一定質量的分析試樣，置于105°C至110°C的烘箱中干燥至恒重（通常褐煤、無煙煤2小時，煙煤1.5小時），其失去的質量占試樣質量的百分數即為空氣干燥煤樣的水分M_ad。
二、揮發分測定
稱取一定量的空氣干燥基試樣，將其放于已預先在900°C下達到恒質量的坩堝中，加蓋后將其放入900±10°C的馬弗爐的恒溫區內，使試樣在爐中持續加熱7分鐘后取出，冷卻，稱量，其減輕的質量占原煤質量的百分數，減去分析煤樣的水分質量含量M_ad，即為空氣干燥煤樣的揮發分V_ad。
三、灰分測定
將空氣干燥煤樣放入逐漸升溫的馬弗爐內燃燒，然后在815±10°C下灼燒至恒重，灼燒后殘渣的質量占原試樣質量的百分數即為空氣干燥煤樣的灰分A_ad。
四、固定碳分量
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傳統的工業分析方法是我們進行煤質分析的重要依據。但由上述方法可以看出此工業分析方法用到馬弗爐、烘箱、分析天平、干燥器等一系列儀器。實驗方法繁瑣，稱重任務精細、繁重，整個實驗分為好幾個步驟，每個步驟都涉及到原煤樣的稱重和實驗之后的稱重以及計算。

表一：熱重分析儀測得的煤樣工業分析結果

實際上，若實驗室擁有一臺高精度、軟件功能強大的熱重分析儀的話，煤的工業分析也是可以在熱重分析儀上完成的。我們用梅特勒－托利多公司生產的TGA/SDTA851e型熱重分析儀已經完成了多項煤的著火點測試、煤的揮發分釋放特性測試及煤的燃燒燃盡特性測試。現在，我們又通過一系列的測試和比較，研究出用該熱重分析儀進行煤的工業分析的測試方法。

通過一系列的試驗，我們確定的實驗方法為：取一定量的煤樣放入熱重儀后，先從25°C升溫至105°C，升溫速率80°C/min，氣氛為N2，流量180ml/min；然后在105°C下保持恒溫1小時，氣氛為N2，流量180ml/min；然后105°C升溫至850°C，升溫速率80°C/min，氣氛為N₂，流量180ml/min；溫度一旦到達850°C，馬上切換氣氛為O₂，流量180ml/min，維持該溫度一個半小時，至煤樣完全灼燒干凈達到恒重為止。整個過程的保護性氣體均為N₂，流量為20ml/min。在整個過程中，煤樣一旦放入，一直到實驗完畢才取出，熱重儀自動稱取每一時刻的重量。

由熱重分析儀所獲得的工業分析結果由實驗匯總如表一，由傳統的工業分析方法所獲得的結果見表二。

表二：由傳統的工業分析方法測得的煤樣工業分析結果

比較用熱重分析儀所做的工業分析結果以及由傳統的工業分析方法所獲得的結果，發現兩種方法所得水分、揮發分、灰分與固定碳的百分含量的差別基本上在2%左右。這說明由熱重分析儀對煤質進行工業分析是完全可行的，它的結果依照傳統的工業分析結果具有較強的可靠性。

對比傳統的工業分析方法，用熱重分析儀對煤質進行工業分析的優越性是顯而易見的：樣品一旦放入爐內，整個過程連續而自動地進行，質量的測定也是在保證高精度的前提下不斷地自動完成；強大的軟件功能在實驗完成后能夠快捷而準確地給出各階段的實驗結果；避免了繁瑣的不斷反復稱量所帶來的人工誤差，也避免了復雜的勞動及手工計算。因此，熱重儀方式的工業分析的方便、自動、快捷、準確是值得我們推廣和應用的。

當然，有一點要注意的是，為了保證用熱重分析儀進行工業分析的準確度，煤樣的量應該稍大一些，不宜少于20mg。