近年來(lái)，庫(kù)侖分析技術(shù)在煤質(zhì)分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是元素的測(cè)量方法已經(jīng)日趨成熟，S、C、H的庫(kù)侖分析基本上取代了傳統(tǒng)的艾氏法和重量法，其中有些方法已列為新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如庫(kù)侖S和庫(kù)侖H的測(cè)定方法。本文介紹利用Pt - P2O5電解池進(jìn)行庫(kù)侖分析測(cè)量煤炭中水、氫、碳的方法。

   一   結(jié)構(gòu)和原理

Pt - P2O5 電解池最初是由凱德?tīng)枺╧eidel）設(shè)計(jì)的，因此常稱為keidel電解池，這種電解池最初是由兩根鉑絲平行地嵌繞在一根聚四氟乙烯管內(nèi)壁上構(gòu)成的，后來(lái)改為外徑為φ10㎜的玻璃管制成，玻璃管總長(zhǎng)度為150~155mm。這種結(jié)構(gòu)的電解池又稱為內(nèi)壁式Pt - P2O5電解池。

 Pt - P2O5電解池內(nèi)壁上均勻地涂上五氧化二磷膜，使用時(shí)涂以薄層磷酸一丙酮溶液(一定比例的混和液)通直流電進(jìn)行電解，使磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槲逖趸?，電解池與儀器之間組成一電化系統(tǒng)，無(wú)水蒸氣通過(guò)時(shí)，電解池內(nèi)阻呈現(xiàn)無(wú)窮大，正負(fù)極之間呈開(kāi)路狀態(tài)，也就沒(méi)有電流通過(guò)，當(dāng)含有水分的氣體通過(guò)電解池時(shí)，水即被五氧化二磷吸收，生成偏磷酸，兩電

當(dāng)氣體中的水分逐漸減少時(shí)，偏磷酸也越來(lái)越少，電解電流也隨之下降，當(dāng)下降到終點(diǎn)電流時(shí)(可設(shè)定)表示電解結(jié)束，電解過(guò)程所消耗的電量由積分儀或庫(kù)侖計(jì)測(cè)出，由法拉第電解定律計(jì)算出被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量。

Pt - P2O5電解池工作時(shí)外部必須加散熱套(如上圖)，分別有出水口和進(jìn)水口，通入冷卻水，冷卻的作用使通過(guò)電解池氣體中水蒸氣冷凝到電解池內(nèi)壁上，同時(shí)又可以散發(fā)電解時(shí)所產(chǎn)生的熱量，防止在過(guò)熱狀態(tài)下，電解生成氫和氧在池內(nèi)會(huì)迅速?gòu)?fù)合生成水，從而形成二次或多次重復(fù)電解，造成測(cè)值偏高或不穩(wěn)定。

二 實(shí)際應(yīng)用

煤炭作為一種固態(tài)有機(jī)物，目前的主要應(yīng)用是燃燒而產(chǎn)生熱量，水分、氫、碳含量的測(cè)定又直接關(guān)系到煤中發(fā)熱量的大小，因此這三種測(cè)定方法在煤質(zhì)分析中占有很重要的地位。使用通氮或鼓風(fēng)干燥法再收集水分可測(cè)得煤樣中的水分值；通過(guò)高溫燃燒可測(cè)得煤樣中的氫值；通過(guò)高溫燃燒及化學(xué)轉(zhuǎn)換可測(cè)得煤樣中的碳含量。從而使Pt - P2O5電解池在煤質(zhì)分析中得到應(yīng)用。

1、水分測(cè)定

煤的水分測(cè)定(空氣干燥煤樣水分)國(guó)內(nèi)主要方法有充氮干燥、鼓風(fēng)干燥、共沸蒸餾和微波干燥等幾種方法，國(guó)外較*有利用紅外加熱測(cè)定的水分分析儀等。除國(guó)外的水分測(cè)定儀能夠快速準(zhǔn)確外，干燥、蒸餾測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)(約需1.5~3h)，微波干燥法雖時(shí)間短，但不適用于無(wú)煙煤和焦炭等導(dǎo)電性較強(qiáng)的試樣。本方法可利用充氮干燥或鼓風(fēng)干燥，在105~110oC的溫度下，氣流量在80~120mL/min，密閉的狀態(tài)下，將氣流通過(guò)Pt - P2O5電解池，讓從煤樣中干燥出的水蒸氣吸附在電解池中，然后通過(guò)電解的方法測(cè)得煤中水分含量，其原理框圖如

2、氫測(cè)定

氫測(cè)定經(jīng)典的方法是重量法，即氫和氧燃燒生成水，然后通過(guò)吸收劑吸收，由吸收劑的增重而折算出氫含量，此方法不但繁瑣而且偶然誤差大，準(zhǔn)確性低，化驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)。

Pt - P2O5電解池氫值測(cè)量國(guó)內(nèi)最早有BCH-1型半自動(dòng)碳?xì)錅y(cè)定儀(姜堰市雙誠(chéng)分析儀器有限公司生產(chǎn))，其基本原理是：將一定量的煤樣放在進(jìn)樣舟內(nèi)，推進(jìn)800OC石英燃燒管中，在氧氣流中燃燒分解，氫燃燒轉(zhuǎn)化為水，以干燥過(guò)濾的氧氣為載氣，將燃燒生成的水吹過(guò)Pt - P2O5電解池，電解水而消耗的電量通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后顯示氫值毫克數(shù)。反應(yīng)方程式如下：

              燃燒

2H2 + O2         H2O

試樣中硫和氯對(duì)測(cè)定的干擾用高錳酸銀熱解產(chǎn)物除去，水分對(duì)氫測(cè)定影響可在計(jì)算中減去，系統(tǒng)對(duì)氫測(cè)定影響可通過(guò)空白測(cè)定減掉。

這種方法避免了傳統(tǒng)的三節(jié)爐法(重量法)氫值測(cè)定準(zhǔn)確性差的不足，空白值穩(wěn)定，測(cè)定時(shí)間短(10分鐘左右)，準(zhǔn)確度、精確度都符合國(guó)標(biāo)要求。在1995年列為新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T476-2008。

3、碳測(cè)定

碳值測(cè)定傳統(tǒng)的方法是吸收法，即碳在氧氣流中燃燒，生成二氧化碳，二氧化碳通過(guò)堿性吸收劑（氫氧化鈉或氫氧化鈣），通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，由吸收劑的增重計(jì)算出碳的含量。

采用Pt - P2O5電解池碳值庫(kù)侖測(cè)定國(guó)內(nèi)較*有CLCH-1型全自動(dòng)碳?xì)錅y(cè)定儀(姜堰市雙誠(chéng)分析儀器有限公司生產(chǎn))，其基本原理：煤樣在高溫800oC氧氣流中燃燒，同時(shí)在高錳酸銀熱解產(chǎn)物作用下，碳燃燒生成CO2，燃燒生成的氣體通過(guò)凈化裝置后，得到較純凈的二氧化碳，再通過(guò)裝有氫氧化鋰的轉(zhuǎn)換管，在200oC的條件下，生成等量的水，其反應(yīng)方程式如下：

200oC

CO2 + 2LiOH          　Li2O3　+  H2O

然后水蒸氣再通過(guò)Pt - P2O5電解池，通電電解而消耗電量折算出碳的百分含量。樣品中氮對(duì)碳的干擾由粒狀二氧化錳除去。

SCCH-100型微機(jī)碳?xì)浞治鰞x*由微機(jī)控制及處理數(shù)據(jù)，并打印測(cè)定結(jié)果。

三、結(jié)  論

Pt - P2O5電解池在測(cè)定水、氫、碳時(shí)，電解電流并不相同，因煤樣中水、氫含量一般是5%以內(nèi)，電解電流相對(duì)較小，而碳含量較大，一般在50%以上，電解電流相對(duì)較大。因此電解終點(diǎn)控制電流也有所差別。根據(jù)Pt - P2O5電解池的管徑及冷卻狀態(tài)，考慮到樣品燃燒所需氧氣的流速，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，氣流量控制在80~120mL/min較為適合，不，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確率較為理想。

Pt - P2O5電解池作為庫(kù)侖技術(shù)的應(yīng)用，在煤質(zhì)分析領(lǐng)域還有待進(jìn)一步的完善和提高，它能在煤質(zhì)分析方面有了立足之地，相信它的前景一定是非常光明的。