瑪瑙研缽正確使用方法

Ⅰ X衍射分析基礎

11.3.1.1 樣品制備

粉晶X射線衍射樣品的制備會直接影響衍射效果。因此，制備合乎要求的樣品是粉晶X射線衍射儀分析技術中的重要環節。X射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同、分析目的不同(定性分析或定量分析)，則樣品制備方法也不相同，如圖11.4所示。

圖11.5 粉晶衍射圖

衍射圖中的內容如下：①橫坐標為衍射角度，用2θ表示，單位為(°)；②縱坐標為強度標值，用I表示，單位為cps(計數/秒)；③峰頂標值為面網間距，用d表示，單位為Å(1 Å=10^-10m)；④基線BL；⑤背景B為基線與橫坐標之間的距離，單位為cps;⑥半高寬為峰高的1/2處，此值可用來表示某些晶體的結晶度；⑦衍射強度為去背景後的峰高h，單位為cps，也可用相對強度表示，峰值最大為100，其餘按比例換算，一般用積分面積(h×w)表示衍射強度；⑧峰背比(h/B)，此值越大越好。

在粉晶衍射圖中任何一個衍射峰都是由峰位、強度、半高寬、峰形和對稱性五個基本要素組成。峰位即衍射峰的最大強度位置；衍射強度是指衍射峰最大值的高度；半高寬是峰高的1/2處的寬度；峰形為衍射峰的形態；對稱性是指衍射峰的對稱特點。這五個基本要素都具有其自身的物理學意義，衍射峰的位置是晶體中符合布拉格條件的面網的衍射;衍射強度與物相的成分和結構以及物相在混合物中的含量有關；半高寬及峰形是晶粒大小與畸變的函數；衍射峰的對稱性與光源聚斂性、樣品吸收性、儀器機械裝置等因素及其他衍射峰或物相存在有關。

要獲得一張好的衍射圖譜，除需要選擇性能優良的儀器、保證測量精度及調試狀況良好外，採用合適的制樣方法，選擇最佳的實驗參數都很重要。除此之外，晶體本身的純度、結構以及結晶狀況對衍射圖也有影響。

在粉晶X射線衍射實驗中，有時會發現衍射圖的異常現象。衍射圖的異常不僅與衍射儀等設備有關，還與晶體本身結構有關。常見的衍射圖異常現象及原因見表11.2。

表11.2 粉晶衍射線的異常現象及其原因

Ⅱ 熔融性的測定

方法提要

煤灰熔融性是煤中礦物質在高溫下的熔融性能。礦物質中Al₂O₃含量的比例越大，灰熔融性越高;Fe₂O₃、CaO、MgO的含量比例越高，則灰熔融性越低。SiO₂的含量在45%～60%時，灰熔融性隨SiO₂含量增高而降低，小於45%或大於60%則與灰熔融性的關系不夠明顯。灰熔融性是影響煤的燃燒和氣化的重要因素，工業上對煤灰熔融性的要求各有不同，如固態排渣鍋爐和固定床氣化鍋爐中一般使用高灰熔融性煤，液態排渣的鍋爐和氣化爐使用低灰熔融性煤，以免排渣困難。因此為了正確選擇氣化用煤和鍋爐用煤，需進行煤灰熔融性的測定。分別測定灰熔性、變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度(圖73.28)。一般≤1100℃為易熔灰分，1100～1250℃為低熔灰分，1250～1500℃為高熔灰分，>1500℃為難熔灰分。

變形溫度(DT):灰錐尖端或棱開始變圓或彎曲時的溫度(圖73.28)。如灰錐尖保持原形則錐體收縮和傾斜不算變形溫度。

圖73.28 灰錐熔融特徵示意圖

軟化溫度(ST):灰錐彎曲至錐尖觸及托板或灰錐變成球形時的溫度。

半球溫度(HT):灰錐形變至近似半球形，即高約等於底長的一半時的溫度。

流動溫度(FT):灰錐熔化展開成高度在1.5mm以下的薄層時的溫度。

將煤灰製成一定尺寸的三角錐，在一定的氣體介質中，以一定的升溫速度加熱，觀察灰錐在受熱過程中的形態變化，觀測並記錄它的4個特徵熔融溫度:變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。方法適用於褐煤、煙煤和無煙煤煤灰熔融性的測定。

儀器裝置

管式硅碳管高溫爐能加熱到1500℃以上;有足夠的恆溫帶(各部位溫差小於5℃);能按規定的程序加熱;爐內氣氛可控制為弱還原性和氧化性;能在試驗過程中觀察煤樣形態變化。

鉑銠-鉑熱電偶及高溫計測量范圍0～1500℃，最小分度5℃，加氣密剛玉保護管使用。

灰錐模子由對稱的兩個半塊構成的黃銅或不銹鋼製品(圖73.29)。

圖73.29 灰錐模子(數字單位，mm)

灰錐托板模 由模座、墊片和頂板3部分構成，用硬木或其他堅硬材料製做(圖73.30)。

灰錐托板 在1500℃下不變形，不與灰錐作用，不吸收灰樣。灰錐托板可購置或按下法製作:取適量氧化鎂，用糊精溶液潤濕成可塑狀。將灰錐托板模的墊片放入模座，用小刀將鎂砂鏟入模中，用小錘輕輕錘打成型。用頂板將成型托板輕輕頂出，先在空氣中乾燥，然後在高溫爐中逐漸加熱到1500℃。除氧化鎂外，也可用三氧化二鋁或用等質量比的高嶺土和氧化鋁粉混合物做托板。

剛玉舟 耐溫1500℃以上，能盛足夠量的碳物質(圖73.31)。

圖73.30 灰錐托板模子

圖73.31 剛玉舟

常量氣體分析器 可測定一氧化碳、二氧化碳和氧氣含量。

試劑

氧化鎂 工業品，研細至粒度小於 0.1mm。

糊精 化學純，配成 100g/L 溶液。

碳物質 灰分低於 15%，粒度小於 1mm 的無煙煤、石墨或其他碳物質。

參比灰 含三氧化二鐵 20%～30%的煤灰，預先在強還原性 (100% 的氫氣或一氧化碳或它們與惰性氣體的混合物構成的氣氛) 、弱還原性和氧化性氣氛中分別測出其熔融特徵溫度，在日常測定中以它作為參比物來檢定試驗氣氛性質。在強還原性和氧化性氣氛中的軟化溫度、半球溫度和流動溫度約比還原性氣氛高 100～300℃。

二氧化碳。

氫氣或一氧化碳。

分析步驟

1) 試驗條件。試樣形狀和尺寸: 試樣為三角錐體，高 20mm，底為邊長 7mm 的正三角形，錐體的一側面垂直於底面。

試驗氣氛及控制: ① 弱還原性氣氛，可用下述兩種方法之一控制。爐內通入 50% ±10% (體積分數) 的氫氣和 50% ± 10% (體積分數) 的二氧化碳混合氣體，或 40% ±5% (體積分數) 的一氧化碳和 60% ± 5% (體積分數) 的二氧化碳混合氣體。爐內封入碳物質。② 氧化性氣氛，爐內不放任何含碳物質，並使空氣自由流通。

2) 試樣制備。

灰的制備。取粒度小於 0.2mm 的空氣乾燥煤樣，按本章 73.3.2 灰分的測定將其完全灰化，然後用瑪瑙研缽研細至 0.1mm 以下。

灰錐的製做。取 1～2g 煤灰放在瓷板或玻璃板上，用數滴糊精溶液潤濕並調成可塑狀，然後用小尖刃鏟入灰錐模中擠壓成型。用小尖刀將模內灰錐小心地推至瓷板或玻璃板上，於空氣中風干或於 60℃下乾燥。糊精溶液外，可視煤灰的可塑性用水或 100g/L 可溶性澱粉溶液。

3) 測定。

a.在弱還原性氣氛中測定。用糊精溶液將少量氧化鎂調成糊狀，用它將灰錐固定在灰錐托板的三角坑內，並使灰錐垂直於底面的側面與托板表面垂直。將帶灰錐的托板置於剛玉舟上。如用封碳法產生弱還原性氣氛，則預先在舟內放置足夠量的碳物質。一般在剛玉舟中央放置石墨粉 l5～20g，兩端放置無煙煤 40～50g (對氣疏剛玉管爐膛) 或在剛玉舟中央放置石墨粉 5～6g (對氣密剛玉管爐膛) 。

打開高溫爐爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內至灰錐位於高溫帶並緊鄰電偶熱端 (相距2mm 左右) 。關上爐蓋，開始加熱並控制升溫速度為: 900℃ 以下，15～ 20℃ / min; 900℃以上，(5 ±1) ℃ /min。

如用通氣法產生弱還原性氣氛，則從 600℃開始通入氫氣或一氧化碳和二氧化碳混合氣體，通氣速度以能避免空氣滲入為准。

隨時觀察灰錐的形態變化 (高溫下觀察時，需戴上墨鏡) ，記錄灰錐的 4 個熔融特徵溫度: 變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。待全部灰錐都達到流動溫度或爐溫升至 1500℃時斷電，結束試驗。待爐子冷卻後，取出剛玉舟，拿下托板，仔細檢查其表面，如發現煤樣與托板作用，則另換別一種托板重新試驗。

b.在氧化性氣氛中測定。測定手續與 「在弱還原性氣氛中測定」條件相同，但剛玉舟內不放任何含碳物質，並使空氣在爐內自由流通。

4) 試驗氣氛性質的檢查。定期或不定期地用下述方法之一檢查爐內氣氛性質。

a.參比灰錐法。用參比灰製成灰錐並測定其熔融特徵溫度 (ST、HT 和 FT) ，如其實際測定值與弱還原性氣氛下的參比值相差不超過 50℃，則證明爐氣氛為弱還原性。如超過 50℃，則根據它們與強還原性或氧化性氣氛下的參比值的接近程度以及剛玉舟中碳物質的氧化情況來判斷爐內氣氛。

b.取氣分析法。用一根氣密剛玉管從爐子高溫帶以一定的速度 (以不改變爐內氣體組成為准，一般為 6～7mL/min) 取出氣體並進行成分分析。如在 1000～ 1300℃范圍內，還原性氣體 (一氧化碳、氫氣和甲燒等) 的體積分數為 10%～70%，同時 1100℃以下它們的總體積和二氧化碳的體積比大於 1∶ 1、氧含量低於 0.5%，則爐內氣氛為弱還原性。

5) 試驗記錄和報告。記錄灰錐的 4 個熔融特徵溫度: DT、ST、HT 和 FT，計算重復測定值的平均值並化整到 10℃報出。記錄試驗氣氛性質及控制方法。記錄托板材料及試驗後和表面狀況。記錄試驗過程中產生的燒結、收縮、膨脹和鼓泡等現象及其相應溫度。