煤中砷的快速筛查以及准确测定实验

Introduction   简介

燃煤排放的砷是大气中砷的主要来源之一，煤中约有三分之一的砷会直接挥发排入大气中。此外，砷还具有富集于细小颗粒的特征，可以长距离传输造成大范围污染。燃煤飞灰在加工利用或填埋过程中易导致飞灰中砷的浸出，从而污染土壤、地表水和地下水，给环境和人类健康带来极大的危害。在我国，2000年约有2450t砷排放到大气中。如果不采取相应的控制措施。2020年排放到大气中的砷有可能达到5137t。

而砷及其化合物具有毒性，所以当人体砷摄入量过多时，就会造成砷中毒。一般来说，无机砷比有机砷的毒性大，三价砷比五价砷的毒性大。砷的氧化物(如三氧 化二砷)和盐类绝大部分属高毒，而砷化氢则属剧毒物质，是目前已知的砷化合物中毒性最 大的一个。过量的砷会干扰细胞的正常代谢，影响呼吸和氧化过程，使细胞发生病变。砷还可直接损伤小动脉和毛细血管壁，并作用于血管舒缩中 枢，导致血管渗透性增加，引起血容量降低，加重脏器损害。三氧 化二砷和三氧化砷对眼、上呼吸道和皮肤均有刺激作用。

因此商品煤质量管理暂行办法中规定商品煤中砷含量不能高于80ppm。

Instrumentation   仪器

5E-XRF2500: 快速简化生产控制。5E-XRF2500是高性能的台式能量色散x射线荧光(EDXRF)光谱仪，具有广泛的应用范围。其紧凑型光路和可选的轻元素(LE)配置，确保最 佳的精确度和准确度，即使是对Mg这样的轻元素。

仪器配备符合人体工程学的TouchControl™触摸式操作界面，可在孤岛模式下独立进行常规操作，不需要任何PC外设，完全适合工业环境。专门设计的仪器保护系统以及坚固的设计保证了仪器能够长时间稳定运行。

Sample preparation   样品制备

方法一、准确测试

化学法测定煤中砷需要对煤进行非常复杂的前处理，入下图所示。

化学法测定煤中砷流程

而本方法只需要按照要求进行灰化，然后研磨混匀，最 后压制成片状样品即可！

方法二、快速筛查测试

商品煤质量管理暂行办法中规定煤中砷不能超过80ppm，因而可以借鉴RoHS质量管理体系中的快速筛查测试理念——检测是否超过限制值，测试流程如下图所示，图中X可根据严格程度设置，X值越大代表越严格。

快速筛查测试流程在这种筛查测试模式下，只需要将煤样压成片状样品。
快速筛查测试模式适合于港口、海关等场景，每天有大量样品需要判断是否符合商品煤质量要求；以及煤矿和电厂等用户进行生产过程管理，避免煤中砷含量超过商品煤质量要求。这种模式因为样品准备过程简单，因而能够大大提高分析效率。

Calibration   校准

在准确测试方法中，采用4个标准煤样按照样品制备流程制备成标准样片，建立工作曲线，校准曲线如下图所示。

砷校准曲线（准确法）

在准确测试流程中，需要提前准确测定煤粉样品的空干基水分值、干基灰分值，用于换算出煤中砷的干基值。

在快速筛查测试方法中，只需要选取5个标准煤样压制成标准样片，建立工作曲线，校准曲线如下图所示。

砷校准曲线（快速筛查法）

Results   结果

5E-XRF2500的准确性可以从以下范例中表现出来。

准确测试方法

采用该校准方法，分析了部分样品（生产样和其余标准样品），其测试结果及参考值如表1 所示。表中的数据显示出测试结果与参考值具有高度的一致性。

表1: 准确测试法对比

单位：ppm

快速筛查测试方法

采用该校准方法，分析了部分样品，其测试结果及参考值如表2所示。

表2: 快速筛查测试对比结果

Summary   总结

基于紧凑型光路和SDD探测器配置，5E-XRF2500提供了优异的元素分析性能，在最 短的测量时间内获得最 佳结果。集成了真空模式，与氦气冲洗模式相比，运行成本更低。

此外，配备的触屏控制（ TouchControl ）的简单操作，使得5E-XRF2500成为工业环境中完 美的质量控制搭档。