趙曉梅

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，我國(guó)在工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中對(duì)能源的需求量將越來(lái)越大。煤是我國(guó)的主要能源物質(zhì)，短期內(nèi)以煤為主要能源的格局不會(huì)發(fā)生改變。由于煤中含有大量的微量元素，在對(duì)煤開(kāi)采和使用的過(guò)程中，微量元素會(huì)以不同的形式釋放到周圍的環(huán)境中，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，因此，我們要研究對(duì)煤中微量元素的測(cè)定方法，精確掌握煤中微量元素的成分和含量，對(duì)有害微量元素的釋放做出相應(yīng)的預(yù)防和整治措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1、煤中微量元素的研究歷程

最初對(duì)煤炭微量元素的研究，基本上是以發(fā)現(xiàn)煤炭中存在的微量元素為主。隨著時(shí)間的推移，人們?cè)诿禾恐邪l(fā)現(xiàn)越來(lái)越多種的微量元素，直到今天，人們重點(diǎn)測(cè)定和研究的多達(dá)46種。隨著人們觀念的不斷進(jìn)步，對(duì)煤中微量元素的研究不再僅僅停留在種類上，而是開(kāi)始研究各種微量元素在不同的煤礦、同種煤礦的不同煤層之間的差異以及產(chǎn)生這種差異的原因，并分析這些差異對(duì)煤質(zhì)、環(huán)境的影響。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在開(kāi)采、加工過(guò)程中，生態(tài)環(huán)境被破壞的越來(lái)越嚴(yán)重，人們對(duì)煤中微量元素的研究更深入了一個(gè)層次，即研究煤中各種微量元素與周圍環(huán)境的關(guān)系。直到今天，人們已經(jīng)可以使用不同的方法對(duì)煤中的微量元素進(jìn)行測(cè)定入。

2、煤中微量元素的存在狀態(tài)及原因

2.1煤中微量元素的存在狀態(tài)

研究煤中微量元素的存在狀態(tài)使人們能夠判斷哪些元素更容易分解、釋放，對(duì)全面預(yù)防有害元素污染環(huán)境具有重要意義。從當(dāng)前的研究成果來(lái)看，微量元素在煤中有以下幾種存在狀態(tài)：第一，以單礦物的形式吸附在煤炭中，這種形式的微量元素并不參與煤炭的組成；第二，有些微量元素參與煤的構(gòu)成，也就是說(shuō)，這些微量元素本身就是煤炭的一部分；第三，有些學(xué)者認(rèn)為，有些微量元素可能結(jié)合煤中諸如羥基、氨基、羧基一類的官能團(tuán)，形成一種獨(dú)特的存在形式；第四，有些學(xué)者認(rèn)為，諸如鋅、銅、錳、鉻等微量元素可能會(huì)置換羧基、羥基里的氫元素，形成另一種獨(dú)特的存在狀態(tài)；第五，還有一些學(xué)者認(rèn)為，諸如銅、砷、鋅、硼、鎳、硒、鉻等微量元素能夠和煤中的有機(jī)物質(zhì)結(jié)合，形成絡(luò)合物等。

2.2煤中微量元素形成各種狀態(tài)的原因

對(duì)于煤炭各種存在狀態(tài)產(chǎn)生的原因，許多學(xué)者各執(zhí)一詞，近幾年來(lái)，比較有說(shuō)服力的一種說(shuō)法是，有些煤中存在的一些有機(jī)物質(zhì)有富集部分微量元素的能力，例如褐煤和泥炭中的黃腐酸和腐殖酸。隨著時(shí)間的推移，煤化程度會(huì)逐漸增高，腐殖酸的官能團(tuán)逐漸減弱，被富集來(lái)的微量元素以各種各樣的方式釋放。一部分以單獨(dú)的礦物形態(tài)存在于煤層中間，一部分可能被運(yùn)出煤層外，釋放到周圍的土壤和大氣中，另一部分與煤當(dāng)中的有機(jī)物質(zhì)結(jié)合，成為煤炭的一部分?？傊⒘吭卦诿褐写嬖诘臓顟B(tài)各種各樣，不同狀態(tài)下的穩(wěn)定性也有一定的差異，形成這些狀態(tài)的原因也不盡相同。對(duì)于這些存在狀態(tài)以及這些狀態(tài)形成的原因，我們應(yīng)該進(jìn)行更深入的研究，逐漸明確其對(duì)煤質(zhì)的以及周圍環(huán)境的影響，為煤礦的回收利用打下理論基礎(chǔ)。

3、煤中微量元素測(cè)定方法的發(fā)展歷程

只有測(cè)定方法逐漸先進(jìn)，我們才能夠?qū)γ褐形⒘吭氐姆N類、含量以及狀態(tài)進(jìn)行精確的掌握。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，煤中微量元素測(cè)定的方法也逐漸豐富。對(duì)于含量極少的微量元素也能用先進(jìn)的方法檢測(cè)出來(lái)，對(duì)于同一種微量元素有多種不同的檢測(cè)方法，一種測(cè)定方法也可以檢測(cè)多種微量元素。根據(jù)不同的情況，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢?duì)精確測(cè)定煤中微量元素具有重要意義。

4、煤中微量元素的測(cè)定方法

4.1傳統(tǒng)的化學(xué)方法

比較常見(jiàn)的化學(xué)方法為比色法和容量法。比色法的原理是分子當(dāng)中的某些基團(tuán)在吸收了輻射后，電子會(huì)產(chǎn)生躍遷，從而形成吸收光譜，將形成的吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)比，對(duì)檢測(cè)成分進(jìn)行分析。容量法就是我們平時(shí)所說(shuō)的人工滴定法，這種方法的滴定終點(diǎn)是由指示劑顏色的變化情況決定的，滴定結(jié)束后，觀察標(biāo)準(zhǔn)溶液所消耗的體積，根據(jù)體積變化計(jì)算、分析，得出結(jié)論。這些傳統(tǒng)的化學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)員的要求較高，如果實(shí)驗(yàn)員的經(jīng)驗(yàn)不豐富，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。

4.2利用原子發(fā)射、吸收光譜對(duì)微量元素進(jìn)行測(cè)定

利用原子發(fā)射光譜的原理使低價(jià)態(tài)電子被激發(fā)后會(huì)躍遷到高價(jià)態(tài)電子，測(cè)量這種變化得到圖譜，與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論。這種方法能夠測(cè)定的元素比較多，例如銅、砷、鋅、硼、鎳、硒、鉬、鍺、鈦等多種元素。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)悠愤M(jìn)行多種元素的“普查”，缺點(diǎn)是精密度較低，不能對(duì)樣品進(jìn)行精確的定量分析。原子吸收光譜是需要先將所需測(cè)定的樣品制成溶液，經(jīng)過(guò)火焰激發(fā)后，使元素處于原子蒸發(fā)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)測(cè)定。原子吸收光譜的優(yōu)點(diǎn)是成本比較低，儀器比較先進(jìn)。缺點(diǎn)是對(duì)樣品的要求較高，進(jìn)行測(cè)定前必須對(duì)固體樣品進(jìn)行處理，使其變?yōu)橐簯B(tài)。

4.3X射線熒光光譜測(cè)定法

這種方法依據(jù)的原理是煤樣里的元素在受到外界的刺激后，會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)、不同能量的X射線，與被激發(fā)原子的原子序數(shù)成正比，X射線的強(qiáng)度與被激發(fā)元素的濃度成正比，從而判定被激發(fā)原子的種類和濃度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，因此被廣泛應(yīng)用于微量元素的種類與濃度的測(cè)定。缺點(diǎn)是靈敏度不高，不能滿足精度要求高的微量元素測(cè)定。

4.4中字活化分析測(cè)定法

中字活化分析是比較廣義的定義，實(shí)際它包含了許多方法，這里介紹一種最常用的儀器中子活化分析技術(shù)。這種方法的原理是用低能量的中子直接照射固體煤樣，被照射元素的同位素能夠捕獲低能量的中子，形成放射性的同位素，這種放射性同位素又能夠發(fā)射出γ射線，分析γ射線的強(qiáng)度，就能夠判斷出該元素的含量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)固體煤樣直接定，步驟比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是需要中子反應(yīng)器，設(shè)備比較昂貴。

4.5火花源質(zhì)譜檢測(cè)法

這種方法的原理是將高頻火花當(dāng)做離子源，對(duì)所測(cè)樣品進(jìn)行無(wú)機(jī)成分分析，準(zhǔn)確測(cè)定出樣品中微量元素的種類。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)所測(cè)樣品的形態(tài)沒(méi)有嚴(yán)格要求，測(cè)量結(jié)果比較精確，但是對(duì)設(shè)備的質(zhì)量要求較高。

5、結(jié)語(yǔ)

在對(duì)煤這一能源使用的過(guò)程中，人們對(duì)其研究不斷深入，從最初的對(duì)煤中微量元素種類的測(cè)定，到對(duì)其存在狀態(tài)及形成原因進(jìn)行分析，使我們對(duì)煤中微量元素的了解更加深入。隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，人們?cè)趯?duì)煤中微量元素進(jìn)行研究時(shí)，更是聯(lián)系了環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)，深入的分析在開(kāi)采和加工煤炭時(shí)所釋放的微量元素對(duì)周圍地質(zhì)、大氣環(huán)境的影響，為今后制定保護(hù)環(huán)境的策略奠定良好的理論基礎(chǔ)。

（作者單位：神華神東煤炭集團(tuán)公司質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)檢驗(yàn)中心）