基于分光光度法检测煤中磷含量的机理以及影响要素探讨

引言

磷元素是生物骨骼以及核酸等的重要组成部分,在细胞活动以及生物代谢等多个领域有着非常重要的积极作用。但在某些领域,磷元素却也是有害物质。例如水环境中大量的磷元素存在会导致水体的富营养化,严重的甚至可能会造成水生生物的缺氧死亡等。而在煤中,磷元素也是典型的有害物质之一。在炼焦过程中,如若大量的磷元素掺杂进焦炭内,则会导致在后期的炼铁过程中大量磷元素侵入铁中,最终影响炼铁的质量,钢铁的冷脆性会大大降低。而煤作为燃烧材料,在燃烧期间滞留在煤中的磷会受到高温高热的影响而挥发,并在锅炉表层冷却堆积,最终导致锅表面产生大量的难以清理的沉积物,大大降低了锅炉的加热效率等等。

1.分光光度法检测机理

依据国标文件GB/T216-2003《煤中磷的测定方法》文件中显示,基于磷钼蓝分光光度检测方式判断煤中磷的含量情况,主要分为灰化、分解、还原以及测定几个步骤。其中,灰化主要是指基于国标文件GB/T212-2008低速灰化方式,促使煤中所存在的大量有机物可以得到充分的全面的氧化分解,最后对燃烧生成的矿物质氧化物等进行有效搜集。无机磷其沸点一般可以达到1700℃以上,因此在整个的灰化流程中,磷元素并不会被挥发而流失;有机磷沸点不高虽然会被进一步的挥发但是其含量本身就不高,因此对结果的影响并不高。其次,分解在对煤样等进行彻底的灰化处理后,随后需要借助氢氟酸硫酸对其进行下一步的分解操作。将其放置于电热板中并逐步升温至一百度,直至氢氟酸上的白烟彻底流失。挥发去掉其中的二氧化硅,升高温度保证氟化氢与灰样之间彻底反应生成SiF4,此时煤中所积攒的磷已被转变为正磷酸。下一阶段为还原操作,在其中添加钼酸铵、酒石酸锑钾以及抗坏血酸混合液。在相对酸性的条件下钼酸和正磷酸之间会发生反应并最终得到磷钼酸。之后选择抗坏血酸将其进一步还原反应为磷钼酸络合物。在整个的化学过程中,酒石酸锑钾中的锑离子会使得磷钼酸在常温环境下极为容易的被还原强度不高的还原剂所还原。最后一步为测定,主要是指利用分光光度计就比色计,在波长为650nm的环境下,利用空白溶液作为参照,判断其吸光度情况。

2.检测影响要素探讨

(1)存在的杂质酸根粒子的影响

假设在溶液中含有浓度较高的氯离子,则其会和溶液中的三价铁离子反应从而得到黄色的氯化铁物质,这一定程度上会影响到磷钼蓝的蓝色,从而造成整个溶液出现偏绿的情况,由此吸光度测试结果会明显降低,此外,假设溶液中存在大量的硝酸根粒子,由氧化特性会和抗坏血酸进行反应,最终也会导致检测结果值的偏离。故而酸解煤灰样时,硫酸也是较为理想的选择。

(2)SiO2的影响

在整个酸解期间,利用氢氟酸主要是因为其可以将煤中含有的大量SiO2物质进一步的转变为可挥发的SiF4,从而可以有效的挥发掉。少量的磷灰石为硅胶所包裹起来,但SiO2在全部的酸类中也只能和氢氟酸进行有效反应,如果其他的酸则不会有效去掉SiO2的影响,从而导致其中的磷无法彻底的被提取,也会造成最终测试结果偏离。

(3)显色温度不能太低、严格管控反应时间

在添加完混合液后,显示一小时,确保期间温度不能太低。温度如若过低或者显色的反应的整个时间控制过小,则势必会导致磷反应为磷钼蓝的无法彻底到位,最终显色效果也并不明显。

如若将该溶液用于检测吸光度情况的标准液,则最终结果难以准确的反馈出实际的吸光度情况和日常检测之间的变化关系。通常显色的温度保持在30℃至40℃左右,而相关研究表明,在该温度区间内实际所测得的吸光度结果和日常测定的结果之间有着较好的关联性,因此检测结果也更具代表性。假设温度达不到理想情况,则可以通过加长反应时间的方式,保证其可以彻底的转变为磷钼蓝。但需要注意,随着整个反应时间被进一步的拉长,抗坏血酸在空气中也会变得越来越不稳定,非常容易会被氧化掉,从而造成最终吸光度检测结果偏低。

故而,在环境温度较低的情况下,可以将被测液和标准曲线液一道放置于温水环境中,或者用电暖气对着被测液体提高室温,使溶液充分发色,基于对环境水文的控制从而保证整个反应的彻底。

(4)酸解过程温度的管控

如若前期加热的温度大于所要求的标准温度一百度,则位于溶液中的氟化氢由于其沸点不高则会首先被蒸发,最好从室温加热开始,从而也就无法保证氟化氢可以和灰样中的二氧化硅等进行彻底的完全反应。基于该因素,灰样中所存在的SiO2势必会造成下一阶段中煤中磷含量检测结果的偏离。

(5)抗坏血酸溶液配制

需要注意整个的检测过程中,抗坏血酸溶液务必现配现用。就其原因主要是因为抗坏血酸(维生素c)是一种典型含有六个碳原子的酸性多羟基化合物,其分子结构式为C6H8O6,因此具有非常高的可氧化还原性,长期的放置会导致其被空气所氧化,进而可能出现变质情况,也会使得其还原特性大大降低,最终导致最后结果的过低。

(6)硫酸添加要合理

需要注意,在硫酸的添加过程中应当保证切忌添加至其干涸,主要是因为一直添加直至其热到干涸,则会导致原本可溶性的硫酸盐等进一步转化为不溶性的磷的氧化物,如若蒸至干涸糊了,最终可能导致最后测试结果的过低,所以蒸到白烟刚冒尽干涸就立即取下。

(7)钼酸铵、硫酸溶液

钼酸铵溶液是典型的弱酸性溶液之一,加入硫酸进行溶解也是为了更好的为后期整个反应创造一个弱酸的环境,在相关酸性的环境下正的磷酸会和钼酸发生反应并得到磷 钼酸。

(8)氢氟酸的影响

根据上述反应过程分析,在酸碱完成后需要将氢氟酸差生的白烟彻底的散失,由于氢氟酸相较于石英以及玻璃等具有一定的腐蚀特性,因此在检测过程中所选用的比色皿如若为石英或者玻璃材质,则势必会进一步影响最终结果。故而务必确保整个试验过程中SiF4得到彻底的挥发散失。

3.结束语

在煤质的判定中,其中磷元素的含量是重要的考量指标之一。目前业内较为常用的且普遍认可的检测方式主要为磷钼蓝检测法。虽然该检测方式在整个操作过程中存在非常多的影响因素,包括氢氟酸的影响、硫酸添加、酸解过程温度的管控、显色温度不能太低、严格管控反应时间、存在的杂质酸根粒子等的影响。但实际上述各个影响因素在目前均能通过相关措施得到彻底有效的控制。对于检测人员,只需要在整个的检测过程中严格遵照相关规范标准进行,不盲目的违规作业,即可确保最终测试结果的准确性以及可靠性。

摘要：磷元素是煤中典型的有害物质之一,大量的磷元素残留在煤炭中势必会影响炼焦期间的钢铁质量。而将煤炭等作为动力燃料时,期间如若掺杂了大量的磷元素,则会进一步降低整个锅炉的燃烧效率。故而,磷元素的含量已然成为当前判断煤质量的关键指标之一。磷钼蓝分光光度法是目前业内普遍认可的用于鉴定磷元素含量的方式,故此次就该试验方法机理以及可能存在的影响要素进行探讨,尤其可以推动煤中磷含量检测工作更为科学化、合理化发展。

关键词：分光光度法,磷钼蓝,机理

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