煤中氮元素測定中應注意的問題
科技專論
作者：劉曉芳
【摘要】在日常工作中遇到的影響半微量開氏法測定煤中氮元素準確性的一些細節性問題，進行了對於相關問題的解析，提出了相應的解決方法。
【關鍵詞】半微量開氏法；消化分解；蒸餾；標定；指示劑；準確性；影響
1、前提
煤中的氮元素主要是成煤植物中的蛋白質轉化而來的，煤中的氮通常以有機形式存在。煤燃燒產生大量的氮氧化物，是大氣中氮氧化物的主要人為來源。其中的氧化亞氮（N2O）既有產生溫室效應的作用又可以破壞平流層臭氧，在全球環境變化中起著重要作用。煤在燃燒時生成氨等氣體，會腐蝕燃煤設備及管道，但這些氣體又可以被回收利用，用來生產化工產品。因此，煤在環保及加工利用方麵都需要測定煤中氮的含量。煤中氮的含量比較低，一般在2%以下，因此檢測結果的準確性就顯得尤為重要。我們在檢測煤中氮含量時，一般采用《煤中氮的測定方法》中的半微量開氏法，所以在煤的消化分解、蒸餾過程、滴定終點、標定溶液等方麵，都會直接影響結果的準確性，需要我們多加注意。
2、消化分解溫度的設定
在消化分解過程中，溫度的設定非常關鍵。在GB/T19227-2008中規定：接通放置鋁加熱體的圓盤電爐的電源，緩緩加熱到350℃左右。因為消化分解煤樣所用試劑有濃硫酸，所以應緩慢加熱：①是為防止煤樣起泡沫，而溢出開氏瓶外或碳化後的顆粒粘附於開氏瓶壁，導致消化不完全，所測結果偏低。②是以免溶液暴沸，引起噴濺，造成濃硫酸的損失，影響測定結果，同時也避免對操作人員造成傷害。濃硫酸的沸點為336.5℃，混合催化劑中的無水硫酸鈉的主要作用是提高濃硫酸的沸點，使濃硫酸在350℃達到沸騰狀態，從而使消化溫度增高，縮短了煤樣的消化時間。如果溫度過高，溫度超過350℃，濃硫酸在沸騰狀態下，則會導致濃硫酸在加熱過程中被揮發掉，使煤樣的消化分解不能充分進行，以致會影響結果，最終的煤中氮測定值會偏低。所以在消化分解煤樣的過程中，鋁加熱體的溫度應控製在350℃，過高或過低都會對測定結果有影響，導致測值偏低。
3、消化分解時間的控製
3.1在GB/T19227-2008中規定：保持此溫度，直到溶液清澈透明，漂浮的黑色顆粒完全消失為止。所以煤樣消化分解的時間不宜過長，如果時間過長，濃硫酸揮發，消耗了過多量的濃硫酸，在蒸餾的過程中，沒有過量的濃硫酸與氫氧化鈉反應，則會使氫氧化鈉過剩，使測定結果不準。3.2消化分解時間過長，也會使生成的硫酸氫銨受熱分解，於是在蒸餾過程中，與氫氧化鈉反應的硫酸氫銨則會減少，使煤中氮的測值偏低。所以消化分解的時間不宜過長，隻要煤樣分解後無漂浮的黑色顆粒，溶液清澈透明即可。
4、硫化鈉的使用
將氫氧化鈉370g和硫化鈉30g溶解於水中，配製成1000ml溶液，即混合堿溶液。混合堿溶液中的硫化鈉主要是與汞離子生成黑色的硫化汞沉澱，以破壞汞-氨絡合物，使氨全部被蒸出。但固體硫化鈉易風化水解，在空氣中潮解，並碳酸化而變質，不斷釋出硫化氫氣體。硫化鈉水溶液在空氣中會緩慢地氧化成硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫酸鈉和多硫化鈉，所以在配製時雖然稱取的質量相同，但風化了的硫化鈉的實際含量已經降低，所以硫化鈉在水解較嚴重並伴有臭雞蛋氣味時就不應再使用，應該使用固體硫化鈉配製出深黃色的溶液，這樣才能保證檢測結果的準確性。硫化鈉在存放時一定注意隔絕空氣，嚴禁其水解，以免影響實驗的結果。
5、消化液的轉移
煤樣消化分解結束以後，從鋁加熱體中取出，放在耐高溫的容器中冷卻。此時一定要注意安全，戴稍厚的耐高溫手套拿取，防止燙傷。冷卻至室溫後加入蒸餾水10～20ml，把消化液充分搖勻然後轉移到250ml的開氏瓶內，並少量多次進行潤洗。若消化分解完畢後，消化液不能當天轉移，需隔夜保存時，應先將開氏瓶內加入少量的蒸餾水，搖勻，防止消化液結晶，再把開氏瓶口封好，防止吸收空氣中的氨而影響結果的準確性。消化液若結晶，不好轉移時，可將開氏瓶放在電爐上稍微加熱一下，待結晶融化後再加入蒸餾水搖勻，轉移。