【国家标准(GB)】 煤中碳和氢的测定方法 电量-重量法

中华人民共和国国家标准
煤中碳和氢的测定方法
电量一重量法
Determination of carbon and hydrogen in coal-Electric quantity and weighting method1主题内容与适用范围
本标准规定了用电量法测定煤中氢、用重量法测定煤中碳的方法。本标准适用于褐煤、烟煤和无烟煤。本标准不作仲裁用。
2引用标准
GB212煤的工业分析方法
GB218煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定方法3方法提要
GB/T 15460—1995
煤样在氧气流中燃烧，生成的水与五氧化二磷反应生成偏磷酸后，经电解生成氢、氧和五氧化二磷。根据电解所消耗的电量，计算煤中氢的含量；生成的二氧化碳用吸收剂吸收，由吸收剂质量的增加，计算煤中碳的含量。煤样中硫氧化物和氯用高锰酸银热解产物吸收，氮氧化物用粒状二氧化锰吸收，以消除它们对测定的干扰。
4试剂和材料
4.1碱石棉：化学纯，粒度1～2mm。4.2无水高氯酸镁：化学纯，粒度1~3mm。4.3无水氯化钙：化学纯，粒度2～5mm。4.4线状氧化铜（HG3--1289）：分析纯，长约5mm。4.5变色硅胶工业品。
4.6氢氧化钠（GB629）：化学纯。4.7硅酸铝棉，工业品。
4.8三氧化二铬（HG3一933）：化学纯，粉状；或按下法由重铬酸铵或铬酸铵加热分解制成：取少量重铬酸铵或铬酸铵放在较大的蒸发皿中，微微加热，即分解成墨绿色、疏松状的三氧化二铬将其放在马弗炉中，在600士10℃下灼烧40min，然后放在空气中使其呈空气干燥状态，备用。4.9氧气（GB3863）：由氧气钢瓶供给，氧气钢瓶需配有可调节流量的带减压阀的压力表。4.10涂液：磷酸(GB2091)与丙酮(GB686)以（3+7)比例混和。4.11粒状二氧化锰：用化学纯硫酸锰（HG3—1081)和化学纯高锰酸钾(GB643)按下法制备：称取25g硫酸锰（含5分子结晶水），溶于500mL蒸馏水中，另称取16.4g高锰酸钾，溶于300ml国家技术监督局1995-01-12批准1995-10-01实施
GB/T 15460-
—1995
蒸馏水中，分别加热到50～60℃。然后将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸锰溶液中，并剧烈搅拌，再加入10mL（1+1)硫酸（GB625，化学纯）。将溶液加热到70～80℃，继续搅拌5min，停止加热，静置2~～3h。用热蒸馏水以倾泻法洗至溶液呈中性，将沉淀物移至漏斗过滤后放入干燥箱中，在150℃左右干燥，得到褐色、疏松状的二氧化锰，小心破碎和过筛，取粒度0.5～2mm的备用。4.12高锰酸银热解产物：用高锰酸钾(GB643)和硝酸银（GB670)接下法制备：称取100g化学纯高锰酸钾，溶于2L沸蒸馏水中，另取107.5g化学纯硝酸银溶于约50mL蒸馏水中，在不断搅拌下，倾入沸腾的高锰酸钾溶液中，搅拌均勾，逐渐冷却，静置过夜。将生成的具有光泽的、深紫色晶体用蒸馏水洗涤数次，在6080℃下干燥4h。将晶体一点一点地放在瓷血中，在电炉上缓缓加热至骤然分解，得疏松状、银灰色产物，收集在磨口瓶中备用。注意：未分解的高锰酸银不宜大量贮存，以免受热发生爆炸。5仪器、设备
电量-重量法碳氢测定仪（简称测定仪）由氧气净化系统、燃烧装置、铂-五氧化二磷电解池、电量积，分器和吸收系统等构成。测定仪结构如图1所示。18
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图1电量-重量法碳氢测定仪示意图f9
1-氧气钢瓶；2—氧气压力表；3净化炉，4线状氧化铜，5净化管，6-变色硅胶；7…固体氢氧化钠，8一氧气流量计；9一无水高氯酸镁10一带推棒的橡皮塞，11一燃烧炉，12一燃烧舟，13一燃烧管；14一高锰酸银热解产物，15一硅酸铝棉：16—Pt-P2Os电解池（简称电解池），17—冷却水套，18—除氮U形管，19-吸水U形管；20--吸收二氧化碳U形管，21-气泡计?22-电量积分器，23--催化炉，24一气体干燥管5.1氧气净化系统
5.1.1净化炉：长约300mm，炉外径约100mm，炉膛直径约25mm的管式电炉，可加热到800士10℃，装有热电偶，数字高温表和控温装置。5.1.2净化管：长约350mm，外径约22mm的石英管或瓷管。5.1.3气体干燥管：三个，容量约150mL的玻璃管。5.1.4氧气流量计：测量范围0~150mL/min。5.2燃烧装置
5.2.1燃烧炉和催化炉：长约450mm，炉外径约100mm，炉膛直径约25mm连成-一体的二节管式炉，其中催化段长约150mm，可加热到300士10℃，燃烧段长约300mm，可加热到800士10℃。分别装有热电偶.数字高温表和控温装置。
5.2.2燃烧管：总长约650mm，一端外径约22mm，内径约19mm、长约610mm，距管口约100mm376
GB/T 15460-- 1995
处接有外径约8mm、内径约6mm，长约50mm的支管；另-端外径约7mm、内径约3mm、长约40mm的i英管（见图2)。
图2燃烧管示意图
燃烧舟：长70～77mm瓷舟。新舟使用前应在约800℃下灼烧2h。5.2.3
带推棒的橡皮塞（见图3）。
镍铬丝推棒：直径约2mm，长约700mm，-端卷成直径约10mm的圆环。翻胶帽。
硅橡胶管：内径约6mm，外径约11mm。玻璃管：外径约7mm，长约60mm。d.
橡皮塞：4号。
在橡皮塞上打---直径约6mm的孔，将玻璃管的一端穿过该孔并伸出约2mm;玻璃管的另--端通过硅橡胶管与翻胶帽紧密连接，在翻胶帽的正中穿一小孔，使镍铬丝推棒的一端通过玻璃管后由翻胶帽上的小孔穿出。
图3带推棒的橡皮塞示意图
1—镍铬丝推棒;2—翻胶帽;3.--硅橡胶管；4—橡皮塞;5—玻璃管
5.2.5镍铬丝钩：直径约2mm，长约700mm，端弯成小钩。5.2.6硅橡胶管：内径约5mm，外径约9mm。5.2.7聚氯乙烯软管：外径约8mm，内径约6mm。5.3电解池：
长约100mm，外径约8mm，内径约5mm的专用电解池（见图4），铂丝间距约0.3mm，池内表面涂有五氧化二磷。电解池外有外径约50mm，内径9～10mm，长约80mm的冷却水套。377
5.4电量积分器
GB/T 15460--1995
图4Pt—P2O电解池示意图
1-冷却水套；2一池体，3电极抽头电解电流50～700mA范围内积分线性误差小于士0.1%；配有四位数字显示器，数字显示精确到0.001 mg氢。
5.5吸收系统
5.5.1除氮U形管：如图5所示。直径约15mmU形管，内装粒状二氧化锰，装药部分高100~120mm，两端堵以硅酸铝棉。
5.5.2吸水U形管：如图5所示。直径约15mmU形管，内装无水高氯酸镁或无水氯化钙，装药部分高100~120mm。
5.5.3吸收二氧化碳U形管：2个，如图5所示，直径约15mmU形管，4/5装碱石棉，1/5装无水高氯酸镁或无水氯化钙，装药部分高100~120mm。on
图5U形管示意图
5.5.4气泡计：容量约10ml。
6测定准备
6.1净化系统各容器的充填和连接GB/T 15460—1995
6.1.净化管内充填线状氧化铜，装药部分长约280mm，两端堵以硅酸铝梯。6.1.2三个气体干燥管内按氧气流入方向依次充填变色硅胶、固体氢氧化钠和无水高氯酸镁。6.1.3按图1所示顺序将净化系统各容器连接好。6.2燃烧的充填和安装
图6燃烧管充填示意图
在燃烧管细颈端先充填约10mm长的硅酸铝棉，然后填入约100mm长的高锰酸银热解产物，最后再充填约10mm长的硅酸铝棉如图6所示。将带推棒的橡皮塞塞在燃烧管入口端并将燃烧管放入燃烧炉内，使装药部分的位置在催化段。6.3电解池涂液及五氧化二磷膜的生成先用外径5mm的毛刷和洗涤剂清洗电解池内壁，然后依次用自来水、蒸馏水冲洗，最后用丙酮或无水乙醇(GB678)清洗并用热风吹于。此时，电解池两铂极间电阻应为无穷大。将电解池前端向上竖起，从前端滴入涂液。涂液沿池内壁流下，当涂液流到池体1/3处时，立即倒转电解池，使多余的涂液流出，并用滤纸拭净池口。边转动电解池，边用冷风吹至无丙酮气味。以同样方法涂液三次，但第二次使涂液流到池体的2/3处时，倒出多余涂液；第三次使涂液流到距池体尾端约10mm处时，倒出多余的涂液。
接通氧气，调节氧气流量约为80mL/min。按照图1所示，用硅橡胶管将涂液后的电解池与燃烧管细颈端口对口连接。装好电解池冷却水套，通入冷却水，将电解池两电极与电解电源引线相接。选择10V电压，启动电解，每隔3min改变电解电源极性-一次，直至电解终点。选择24V电压，启动电解，直到电解终点；改变电解电源极性，启动电解，至电解终点。如此重复4～5次，五氧化二磷膜形成完毕。6.4吸收系统各容器的充填和连接把按5.5条要求准备的吸收系统各容器按图1顺序连接好，氧气净化系统与燃烧管间以聚氯乙烯软管连接，电解池与U形管及U形管与U形管间均以硅橡胶管(5.2.6)连接。当出现下列现象时，应更换U形管中试剂：a．某次试验后，第二个吸收二氧化碳U形管的质量增加50mg以上时，应更换第一个U形管；b．二氧化锰、无水高氯酸镁或无水氯化钙一般使用约100次应更换。6.5测定仪系统气密性检查
将仪器按图1所示连接好。将所有U形管旋塞旋开，接通氧气；调节氧气流量约80mL/min。然后关闭靠近气泡计处U形管旋塞，此时若氧气流量降至20mL/min以下，表明整个系统气密。注意，检查气密性时间不宜过长，以免U形管旋塞因系统内压力过大而弹开。6.6检验测定仪的可靠性
为了检查测定仪是否可靠，可称取0.070～0.075g标准煤样，精确至0.0002g，进行碳、氢测定。如果实测的碳、氢值与标准值的差值不超过标准煤样规定的不确定度，并且无系统偏差，表明测定仪可用，否则需查明原因并纠正后才能进行正式测定。379
7测定步骤
GB/T 15460--1995
7.1选定电解电源极性（每天应互换1次），通入氧气并将流量调节约为80mL/min，接通冷却水，通电升温。
7.2升温同时，接上吸收二氧化碳U形管和气泡计，使氧气流量保持约80mL/min，接下电解键，电解至终点。然后，每隔2～3min按一次电解键。10min后取下吸收二氧化碳U形管，关闭所有U形管旋塞，在天平旁放置10min左右，称量。然后再与系统相连，重复上述试验，直到两个吸收二氧化碳U形管质量变化不超过0.0005g为止。7.3将燃烧炉、净化炉和催化炉温度控制在指定温度。将煤样以转瓶法混和均匀，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0.070~~0.075g，精确至0.0002g，并均匀铺平。在煤样上盖一层三氧化二铬。如不立即测定，可把燃烧舟暂存入不带于燥剂的容器中。7.4接上已恒重的吸收二氧化碳U形管，保持氧气流量约80mL/min，启动电解至电解终点。打开带有镍铬丝推棒的橡皮塞。迅速将燃烧舟放入燃烧管入口端，塞上带推棒的橡皮塞，将氢积分值和时间计数清零。用推棒推动燃烧舟，使其一半进入燃烧炉口。煤样燃烧后（一般30s），按电解键，当煤样燃烧平稳，将全舟推入炉口，停留2min左右，再将燃烧舟推入高温带并立即拉回推棒（不要让推棒红热部分拉到近橡皮塞处，以免使橡皮塞过热分解）。7.5约10min后（电解达到终点，否则需适当延长时间），取下吸收二氧化碳U形管，关闭其旋塞，在天平旁放置约10min后称量；记录电量积分器显示的氢毫克数。打开带推棒的橡皮塞，用镍铬丝钩取出燃烧舟，塞上带推棒的橡皮塞。7.6空白值的测定
7.6.1氢空白值的测定可与吸收二氧化碳U形管的恒重试验同时进行，也可在碳氢测定之后进行。7.6.2在燃烧炉、净化炉和催化炉达到指定温度后，保持氧气流量约为80mL/min，将电解池电解到终点。在一个预先灼烧过的燃烧舟中加入三氧化二铬（数量与7.3煤样分析时相当），打开带推棒的橡皮塞，放入燃烧舟，塞紧橡皮塞。将氢积分值和时间计数清零。用推棒直接将燃烧舟推到高温带，立即拉回推棒。9min后按下电解键，到达电解终点后，记录电量积分器显示的氢毫克数。重复上述操作，直至相邻两次空白值相差不超过0.050mg，取这两次测定的平均值作为当天氢的空白值。8结果计算bzxZ.net
碳含量（Cad）（%）和氢含量（Ha)（%）按式(1)、（2)计算：0. 272 9 ml×100
Cad 9
Ha = m oo × 100 - 0. 111 9M.am × 1000
煤样质量，g；
式中: m---
吸收二氧化碳U形管的增量，g；电量积分器显示的氢值，mg；
电量积分器显示的氢空白值，mg；~将二氧化碳折算成碳的因数；
将水折算成氢的因数；
空气干燥煤样水分，%。
当煤中碳酸盐二氧化碳含量大于2%时，则0. 272 9m1 × 100 - 0. 272 9(CO,)adCad
式中：（CO,)ad
9精密度
GB/T15460-1995
空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量（按GB218测定），%碳、氢测定的精密度应符合下表中的规定：项
附加说明：
重复性
本标准由中华人民共和国煤炭工业部提出。本标准由全国煤炭标准化技术委员会归口。项
本标准由煤炭科学研究总院北京煤化学研究所起草并负责解释。本标准主要起草人鲍世齐、贾延。再现性
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