李俊霞 郭长江

摘 要：对煤焦油分别进行干法灰化和微波消解处理，然后用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样中的金属离子，对结果进行对比分析，发现干法灰化的结果更准确，分析过程更操作简易。

关键词：煤焦油;金属离子;ICP

0 引言

煤焦油又称煤膏、煤馏油、煤焦油溶液。是煤焦化过程中得到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体，比重大于水，具有一定溶解性和特殊的臭味，可燃并有腐蚀性，煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一，其产量约占装炉煤的3%～4%。

煤焦油作为一种化工生产中的常用原料，在生产过程中会掺杂许多金属元素钙、铜、铁、钠、镍、钒，虽然金属含量很低仅为mg/kg级，但对煤焦油产品的纯度、炼制反应设备及催化剂等都影响甚大，如堵塞反应器、危害反应设备，破坏催化剂担体骨架结构、使催化剂酸性中心中毒、催化剂失活等[1-3]。因此，测定这些金属元素是评价煤焦油及其他进厂原料油的重要指标。

目前煤焦油中金属离子含量测定的前处理方法主要有干法灰化和微波消解两种，样品前处理效果的好坏直接影响分析结果的准确性。

本文就两种方法进行对比分析，研究哪种方法更适合当地原料煤焦油的分析检验。

1 实验部分

1.1 实验仪器

电感耦合等离子体（ICP）原子发射光谱仪：英国赛默飞公司生产7200型，波长范围是165～870nm。

1.2 仪器工作条件见表1

1.4 标准系列

先用标准溶液配制成100ug/mL的混合储备液，移取0.2mL、0.5mL、1mL、2mL、5mL混合储备液分别置于100mL容量瓶中，各加1mL盐酸，用娃哈哈水定容至刻度，摇匀，依次得到空白溶液和混合标准系列浓度为0.2ug/mL、0.5ug/mL、1.0ug/mL、2.0ug/mL、5.0ug/mL。用同样的方法配制一系列高浓度混合标准溶液，浓度依次为0ug/mL、2ug/mL、5ug/mL、10ug/mL、20ug/mL、50ug/mL。

1.5 样品的预处理

1.5.1 干灰化法

1.5.1.1 样品燃烧

称取5g混匀后的煤焦油样品于100mL石英烧杯中，冷却至室温后记录样品称样量，精确到0.0001g。将一张定量滤纸折叠成两折，卷成圆锥状，剪去距尖端5mm～10mm的顶端部分，将其立插于称好的煤焦油样品中盖住大部分试样表面。将插有滤纸的試样烧杯放置于电热板上，调整加热温度为200℃，缓慢加热至样品浸透滤纸，点火器点燃滤纸，持续加热烧杯控制样品平稳燃烧，直到获得干性炭化残渣时为止。在持续加热过程中，控制温度使试样不至于溅出亦不从烧杯边缘溢出。

1.5.1.2 高温灰化

对于粘稠样品，加热温度适当提高（一般在200℃～ 250℃），须防范样品溅出。试样燃烧火焰熄灭后，将盛有样品残渣的石英烧杯放入马弗炉中，750℃焙烧3h，待冷却至室温后取出石英烧杯。

1.5.1.3 溶解和定容

向冷却至室温的样品中加入5mL盐酸，将烧杯放置于电热板上加热试样至样品完全被盐酸溶解，且浓缩至2.5mL左右，注意避免试样溅出，待试样冷却后，转移至100mL容量瓶中，用少量水冲洗烧杯至少2次，并将冲洗溶液完全转移至容量瓶中。用水定容至刻度，并摇匀，获得试样溶液。

1.5.2 微波消解法

消解试剂：HNO365%～68%，H2O230%;取样量：0.1g;操作方法：①预消解：加入8mL HNO3在赶酸器上进行预加热反应（120℃，20min），然后加1mL H2O2和1mL HNO3;②消解：温控步骤：第一步，温度150℃，时间10min;第二步，温度180℃，时间5min;第三步，温度200℃，时间20min;③赶酸：将样品灌放入赶酸器进行赶酸，160℃，加热至剩余一滴溶液;④定容：用纯净水定容至100mL容量瓶中。

2 实验结果

3 实验结论

采用微波消解处理比干法灰化处理后的的煤焦油金属离子Ca、Cu、Fe、Na、V都大，尤其是含量高的Ca、Fe、Na差距很大。据文献报道，陕北煤焦油这些金属离子含量为几百个mg/kg[4-6]，湿法灰化处理煤焦油会导致实验结果普遍偏高，由于煤焦油成分复杂，湿法消解后的样品无法达到无色透明状态，会影响后期光谱测定，对样品进行过滤处理也无法达到目的反而会因为操作过程带来更大的误差，只能静置沉淀后进行测定，同时湿法处理由于使用溶剂量多会增加实验误差。通过实验证实干法灰化更适合当地煤焦油和原料油测定金属离子的前期处，测定结果更准确，操作过程更简便。

参考文献：

[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]次东辉，王锐，崔鑫，等.煤焦油中金属元素的危害及脱除技术[J].煤化工，2016，44（5）：29-32.

[3]汪旭.煤焦油加工腐蚀机理及防腐技术探讨[J].燃料及化工，2013，44（5）：50-53.

[4] ICP_AES电感耦合等离子体发射光谱油料直接进样测定原油和渣油中金属元素含量[J].安庆师范学院学报（自然科学版），2009，15（2）：61-62.

[5]田华，欧彦伟，钱梅，宋丹.干法灰化-电感耦合等离子体发射光谱法测定原油中重金属含量[J].石油炼制与化工，2014，45（2）：90-94.

[6]马洪玺，朱洪.中低温煤焦油中金属元素分析研究[J].煤化工，2017，45（5）：40-43.

作者简介：

李俊霞（1986- ），女，山西代县人，化验中级工程师。