電感耦合等離子發射光譜法測煤焦油中金屬離子樣品前處理方法對照

李俊霞 郭長江

摘 要：對煤焦油分別進行干法灰化和微波消解處理，然后用電感耦合等離子體發射光譜儀ICP測定試樣中的金屬離子，對結果進行對比分析，發現干法灰化的結果更準確，分析過程更操作簡易。

關鍵詞：煤焦油;金屬離子;ICP

0 引言

煤焦油又稱煤膏、煤餾油、煤焦油溶液。是煤焦化過程中得到的一種黑色或黑褐色粘稠狀液體，比重大于水，具有一定溶解性和特殊的臭味，可燃并有腐蝕性，煤焦油是煉焦工業煤熱解生成的粗煤氣中的產物之一，其產量約占裝爐煤的3%～4%。

煤焦油作為一種化工生產中的常用原料，在生產過程中會摻雜許多金屬元素鈣、銅、鐵、鈉、鎳、釩，雖然金屬含量很低僅為mg/kg級，但對煤焦油產品的純度、煉制反應設備及催化劑等都影響甚大，如堵塞反應器、危害反應設備，破壞催化劑擔體骨架結構、使催化劑酸性中心中毒、催化劑失活等[1-3]。因此，測定這些金屬元素是評價煤焦油及其他進廠原料油的重要指標。

目前煤焦油中金屬離子含量測定的前處理方法主要有干法灰化和微波消解兩種，樣品前處理效果的好壞直接影響分析結果的準確性。

本文就兩種方法進行對比分析，研究哪種方法更適合當地原料煤焦油的分析檢驗。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

電感耦合等離子體（ICP）原子發射光譜儀：英國賽默飛公司生產7200型，波長范圍是165～870nm。

1.2 儀器工作條件見表1

1.4 標準系列

先用標準溶液配制成100ug/mL的混合儲備液，移取0.2mL、0.5mL、1mL、2mL、5mL混合儲備液分別置于100mL容量瓶中，各加1mL鹽酸，用娃哈哈水定容至刻度，搖勻，依次得到空白溶液和混合標準系列濃度為0.2ug/mL、0.5ug/mL、1.0ug/mL、2.0ug/mL、5.0ug/mL。用同樣的方法配制一系列高濃度混合標準溶液，濃度依次為0ug/mL、2ug/mL、5ug/mL、10ug/mL、20ug/mL、50ug/mL。

1.5 樣品的預處理

1.5.1 干灰化法

1.5.1.1 樣品燃燒

稱取5g混勻后的煤焦油樣品于100mL石英燒杯中，冷卻至室溫后記錄樣品稱樣量，精確到0.0001g。將一張定量濾紙折疊成兩折，卷成圓錐狀，剪去距尖端5mm～10mm的頂端部分，將其立插于稱好的煤焦油樣品中蓋住大部分試樣表面。將插有濾紙的試樣燒杯放置于電熱板上，調整加熱溫度為200℃，緩慢加熱至樣品浸透濾紙，點火器點燃濾紙，持續加熱燒杯控制樣品平穩燃燒，直到獲得干性炭化殘渣時為止。在持續加熱過程中，控制溫度使試樣不至于濺出亦不從燒杯邊緣溢出。

1.5.1.2 高溫灰化

對于粘稠樣品，加熱溫度適當提高（一般在200℃～ 250℃），須防范樣品濺出。試樣燃燒火焰熄滅后，將盛有樣品殘渣的石英燒杯放入馬弗爐中，750℃焙燒3h，待冷卻至室溫后取出石英燒杯。

1.5.1.3 溶解和定容

向冷卻至室溫的樣品中加入5mL鹽酸，將燒杯放置于電熱板上加熱試樣至樣品完全被鹽酸溶解，且濃縮至2.5mL左右，注意避免試樣濺出，待試樣冷卻后，轉移至100mL容量瓶中，用少量水沖洗燒杯至少2次，并將沖洗溶液完全轉移至容量瓶中。用水定容至刻度，并搖勻，獲得試樣溶液。

1.5.2 微波消解法

消解試劑：HNO365%～68%，H2O230%;取樣量：0.1g;操作方法：①預消解：加入8mL HNO3在趕酸器上進行預加熱反應（120℃，20min），然后加1mL H2O2和1mL HNO3;②消解：溫控步驟：第一步，溫度150℃，時間10min;第二步，溫度180℃，時間5min;第三步，溫度200℃，時間20min;③趕酸：將樣品灌放入趕酸器進行趕酸，160℃，加熱至剩余一滴溶液;④定容：用純凈水定容至100mL容量瓶中。

2 實驗結果

3 實驗結論

采用微波消解處理比干法灰化處理后的的煤焦油金屬離子Ca、Cu、Fe、Na、V都大，尤其是含量高的Ca、Fe、Na差距很大。據文獻報道，陜北煤焦油這些金屬離子含量為幾百個mg/kg[4-6]，濕法灰化處理煤焦油會導致實驗結果普遍偏高，由于煤焦油成分復雜，濕法消解后的樣品無法達到無色透明狀態，會影響后期光譜測定，對樣品進行過濾處理也無法達到目的反而會因為操作過程帶來更大的誤差，只能靜置沉淀后進行測定，同時濕法處理由于使用溶劑量多會增加實驗誤差。通過實驗證實干法灰化更適合當地煤焦油和原料油測定金屬離子的前期處，測定結果更準確，操作過程更簡便。

參考文獻：

[1] Juliana SF，Pereira DP，Moraes FG.Determination metals heavycrude oil ICP.MSaf-- ter digestion microwave-inducedcombustion[J].Micro- chemical Journal，2010，96（1）： 4-11.

[2]次東輝，王銳，崔鑫，等.煤焦油中金屬元素的危害及脫除技術[J].煤化工，2016，44（5）：29-32.

[3]汪旭.煤焦油加工腐蝕機理及防腐技術探討[J].燃料及化工，2013，44（5）：50-53.

[4] ICP_AES電感耦合等離子體發射光譜油料直接進樣測定原油和渣油中金屬元素含量[J].安慶師范學院學報（自然科學版），2009，15（2）：61-62.

[5]田華，歐彥偉，錢梅，宋丹.干法灰化-電感耦合等離子體發射光譜法測定原油中重金屬含量[J].石油煉制與化工，2014，45（2）：90-94.

[6]馬洪璽，朱洪.中低溫煤焦油中金屬元素分析研究[J].煤化工，2017，45（5）：40-43.

作者簡介：

李俊霞（1986- ），女，山西代縣人，化驗中級工程師。