b) Tro được chuẩn bị trong phòng thử nghiệm được hòa tan hoặc bằng cách nung chảy (xem AS 1038.14.3^[8]) hoặc bằng hỗn hợp các axit (axit nitric, clohydric và flohydric). Các qui trình hòa tan này có thể áp dụng để phân tích tro than. Chú ý là thori và uran có thể tạo thành các florua không tan và đặc biệt chú ý để tránh sự xuất hiện của axit flohydric. Có thể xác định thori và uran trong vòng 2 h chuẩn bị dung dịch axit hỗn hợp với tro than hoặc florua có thể bị loại do bay hơi.

Dung dịch nhận được theo qui trình hòa tan trong đó florua được tạo phức với axit boric, và có thể sử dụng để xác định các nguyên tố dạng vết bằng ICP-AES và ICP-MS.

c) Nồng độ của các chất phân tích trong dung dịch được xác định bằng các kỹ thuật quang phổ. Thông thường áp dụng phương pháp AAS. Hiện nay đã được thay thế bằng phương pháp ICP- AES, phương pháp được sử dụng để xác định phần lớn các nguyên tố này, trừ antimon, cadimi, chì, tali, thori và uran. Sáu nguyên tố này xuất hiện trong than với các hàm lượng rất thấp, khó xác định bằng ICP-AES, nhưng có thể xác định được chính xác bằng ICP-MS.

CHÚ THÍCH 2: Cadimi (xem ISO 15238) và chì cũng có thể xác định bằng GFAAS.

5.4.2  Nuclit phóng xạ

Nuclit phóng xạ có trong than một cách tự nhiên. Tính phóng xạ của nguyên tố này có thể đo được bằng cách sử dụng phổ gama có độ phân giải cao, tham khảo Fardy^[14]. Hoạt tính phóng xạ này do sự phân rã của 238U, 235U, 232Th, và các hạt nhân con, cũng như 40K, và 87Rb.

5.5  Clo

Có thể xác định clo theo nhiều phương pháp, bao gồm TCVN 5230 (ISO 587)^[1] và ASTM D 4208^[9]. Các qui trình này đòi hỏi than phải được đốt và clo sẽ bị giữ lại trong hỗn hợp Eschka hoặc trong dung dịch kiềm. Các phương pháp này kém độ nhạy và nếu xác định theo các qui trình này độ lặp lại sẽ cao. Dung dịch này thu được bằng phương pháp nhiệt phân (xem 5.6) có thể sử dụng để xác định clo theo phương pháp IC hoặc ICP-AES. Việc sử dụng XRF có thể là phương pháp thực tế và chính xác để xác định trực tiếp clo trong than.

CHÚ THÍCH: Thông thường không báo cáo kết quả clo là nguyên tố dạng vết, mà báo cáo là phần tử nhỏ và biểu thị bằng phần trăm.

5.6  Flo

Áp dụng TCVN 7987 (ISO 11724)^[4] để xác định flo. Phương pháp này là qui trình nhiệt phân/ISE hoặc nhiệt phân/IC. Có thể sử dụng qui trình này để xác định tro than. Khoa học đã chứng minh rằng các phương pháp dựa trên sự phân hủy của than cùng với qui trình đốt bằng bom oxy có thể cho các kết quả thấp.

5.7  Thủy ngân

Áp dụng TCVN 7984 (ISO 15237)^[5] để xác định thủy ngân. Trong qui trình này than được đốt trong bom oxy và thủy ngân giải phóng được hấp thụ trong dung dịch axit nitric loãng. Có rất nhiều qui trình hiện hành khác, chính xác để xác định thủy ngân. Có thể xử lý than với các axit, hoặc đốt trong bình áp lực trong lò vi sóng, hoặc trong bình kín trong bể nước được gia nhiệt, hoặc bằng cách cho hồi lưu với hỗn hợp các axit nitric và axit sulfuric, (xem ASTM D 6414)^[11]. Cũng có các phương pháp đo bằng thiết bị, trong đó than được đốt cháy và thủy ngân giải phóng được hấp phụ vào bộ thu bằng vàng. Sau đó thủy ngân được giải phóng bằng nhiệt và được cô đặc (xem ASTM D 6722)^[12]

6  Sử dụng mẫu chuẩn được chứng nhận

Việc sử dụng các mẫu chuẩn được chứng nhận (CRMs) phù hợp là đặc biệt quan trọng khi kiểm tra tính chính xác của các phương pháp để xác định các nguyên tố dạng vết có trong than, (xem TCVN 8056 (ISO Guide 33). CRMs cho than là sẵn có và yêu cầu phải đảm bảo rằng không bị thất thoát các chất phân tích trong quá trình tro hóa theo bất kỳ phương pháp nào. Có thể sử dụng CRMs cho tro than đối với các phương pháp này và yêu cầu việc tro hóa than là một phần của qui trình.

Bắt buộc phải kiểm tra xác nhận phương pháp đã chọn để xác định các nguyên tố dạng vết, đảm bảo bằng cách sử dụng các qui trình tại TCVN 6910 (ISO 5725) (tất cả các phần) và việc kiểm tra xác nhận phương pháp được lập thành văn bản.

Khuyến nghị là CRM được phân tích cho từng loạt mẫu và kết quả của phép phân tích này được báo cáo trong báo cáo thử nghiệm, cùng với các giá trị được chứng nhận hoặc khuyến nghị.

7  Tính kết quả

Hàm lượng của nguyên tố X, C_x, _{than khô}, biểu thị bằng miligam trên kilogam than ở trạng thái khô, trong đó chất phân tích đã xác định không bao gồm quá trình tro hóa mẫu, tính theo Công thức (1):

                     (1)

trong đó

M_ad  là hàm lượng ẩm của than khô-không khí, tính bằng phần trăm;

C_{X, than ad}  là hàm lượng của nguyên tố X trong than ở trạng thái khô-không khí, tính bằng miligam trên kilogam.

Tính C_{X, than ad} đối với than ở trạng thái khô-không khí, khi mẫu đã được tro hóa trước khi xác định chất phân tích theo công thức (2):

                       (2)

trong đó

C_{X, tro} là hàm lượng của nguyên tố X, tính bằng miligam trên kilogam tro;

A₅₀₀ là lượng tro tại 500 °C.

8  Độ nhạy

Tất cả các phương pháp sử dụng để xác định các nguyên tố dạng vết trong than phải có độ nhạy như nhau để phát hiện các mức hàm lượng trong than. Dải hàm lượng điển hình của các nguyên tố dạng vết trong than thương phẩm được nêu tại Bảng 1. Các giới hạn phát hiện và độ chụm yêu cầu của các phương pháp này cũng được nêu trong bảng.

Bảng 1 - Dải hàm lượng của các nguyên tố dạng vết trong than thương phẩm và các giới hạn phát hiện và độ chụm yêu cầu đối với phép phân tích

9  Báo cáo kết quả

Các kết quả được báo cáo đến các số thập phân như nêu tại Bảng 2. Báo cáo ký hiệu các nguyên tố dạng vết theo bảng thứ tự chữ cái, trừ trường hợp clo, nguyên tố này thường không được báo cáo là nguyên tố dạng vết.

Bảng 2 - Báo cáo kết quả

10  Độ chụm

Độ chụm của phép đo được nêu tại Bảng 1.

11  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm gồm các nội dung sau:

a) nhận dạng đầy đủ về mẫu thử;

b) viện dẫn phương pháp sử dụng;

c) hàm lượng của từng nguyên tố trong than, biểu thị bằng miligam trên kilogam;

d) trạng thái để báo cáo, ví dụ: khô-không khí;

e) hàm lượng ẩm ở trạng thái khô-không khí của than.

Phụ lục A

(tham khảo)

Sơ đồ phân tích các nguyên tố dạng vết

^a  Nếu phân tích tro của mẫu-nhỏ, xác định phần trăm tro để có thể tính các kết quả ở các trạng thái của than.

^b  Có thể sử dụng dung dịch pha loãng nhận được bằng cách nung chảy borat đối với phép đo bằng ICP-MS nếu độ nhạy nhận được bằng hoặc tốt hơn độ nhạy nêu tại Bảng 1.

^c Sơ đồ phân tích biểu thị bằng đường đứt nét thể hiện là hòa tan than bằng axit hỗn hợp. Đây là phương pháp khác để tro hóa than trước khi hòa tan.

CHÚ THÍCH: Độ chính xác của các qui trình đã nêu có thể đảm bảo bằng cách phân tích CRMs thích hợp.

Hình A.1 - Sơ đồ phân tích các nguyên tố dạng vết

Phụ lục B

(tham khảo)

Các quy trình khác hòa tan than

Các qui trình nêu tại các tiêu chuẩn khác và các tài liệu khoa học (xem thư mục tham khảo) có thể sử dụng để nung cả than và tro than để chuẩn bị các dung dịch sử dụng cho phép xác định các nguyên tố dạng vết bằng nhiều phương pháp kỹ thuật phân tích khác nhau như ICP-AES và ICP-MS.

Hầu hết các qui trình đều yêu cầu hòa tan tro than bằng cách nung chảy hoặc với hỗn hợp axit bao gồm cả axit flohydric. Hầu hết các qui trình có thể được sử dụng để hòa tan than đều cần phải sử dụng axit flohydric trong hỗn hợp axit và cũng sử dụng H₂O₂ để oxy hóa các chất carbon trong than, ví dụ: CEN/TS 15297^[13]. Có một qui trình hòa tan than không cần sử dụng axit flohydric là phương pháp của Wang^[16].

Sự cần thiết sử dụng axit flohydric đã được tranh luận rất nhiều. Quan điểm về nội dung này là tất cả các chất phân tích được giải phóng ra từ nền chất khoáng khi không có axit flohydric. Wang^[16] ghi lại rằng tại nhiệt độ và áp suất cao nhận được trong quy trình sử dụng sóng micro, không cần sử dụng axit flohydric.

Đồng thời các ưu điểm và yếu điểm của các phương pháp dựa trên cơ sở hòa tan than cũng đã được tranh luận, và các phương pháp đó yêu cầu cần tro hóa than trước khi hòa tan tro.

Có một vài ưu điểm khi hòa tan than trực tiếp trong axit để thu được các dung dịch, trong đó các chất phân tích có thể xác định được, vấn đề quan trọng ở chỗ là liệu các chất phân tích có bị giải phóng từ các tạp chất carbon của than trong quá trình đốt cùng axit hỗn hợp và H₂O₂ không. Ngược lại, có luận cứ cho rằng quá trình tro hóa than có thể dẫn đến nhiễm tạp chất và cũng có thể thất thoát một vài nguyên tố dạng vết. Sự nhiễm tạp chất là mối nguy hiểm đối với tất cả các qui trình sử dụng để phân tích các nguyên tố dạng vết và mối nguy hiểm này phải được kiểm soát. Cũng có thể trong quá trình tro hóa một vài nguyên tố dạng vết bị thất thoát. Còn chắc chắn là các nguyên tố dạng vết như: B, Hg, Se và các halogen thì bị thất thoát (bay hơi) trong quá trình tro hóa. Các nguyên tố dạng vết đang quan tâm khác không hề bị thất thoát trong quá trình tro hóa than tại nhiệt độ bằng hoặc nhỏ hơn 500 °C.

Trong tiêu chuẩn này không nêu các phương pháp cụ thể. Trách nhiệm thuộc về các nhà phân tích hóa phải sử dụng các qui trình đã được đánh giá bằng các phép phân tích CRMs thích hợp (tức là than và tro than). Rõ ràng khẳng định được là tất cả các bước của qui trình chấp nhận không gây ra mối nguy hiểm như nhiễm tạp chất hoặc thất thoát các chất phân tích. Ví dụ, nếu các chất phân tích không được thu hồi từ quá trình hòa tan CRM của than hoặc bị thất thoát trong quá trình tro hóa CRM của than, thì qui trình là không phù hợp để tiến hành xác định các chất phân tích này.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 5230 (ISO 587), Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định clo dùng hỗn hợp Eschka.

[2] TCVN 11152 (ISO 11722), Solid mineral fuels - Hard coal - Determination of moisture in the general analysis test sample by drying in nitrogen (Nhiên liệu khoáng rắn - Than đá - Xác định độ ẩm trong mẫu phân tích chung bằng phương pháp làm khô trong nitơ).

[3] TCVN 7986 (ISO 11723), Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định asen và selen - Phương pháp hỗn hợp Eschka và phát sinh hydrua.

[4] TCVN 7987 (ISO ISO 11724), Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định tổng flo trong than, cốc và tro bay.

[5] TCVN 7984 (ISO 15237), Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong than.

[6] TCVN 7985 (ISO 15238), Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định tổng hàm lượng cadimi trong than.

[7] AS 1038.10.3 Coal and coke - Analysis and testing - Determination of trace elements - Coal and coke - Determination of boron content - ICP-AES method (Than và cốc - Phân tích và thử nghiệm - Xác định các nguyên tố dạng vết - Than và cốc - Xác định hàm lượng bo - Phương pháp ICP-AES).

[8] AS 1038.14.1, Coal and coke - Analysis and testing - Determination of trace elements - Coal and coke - Determination of boron content - ICP-AES method (Than và cốc - Phân tích và thử nghiệm - Xác định các nguyên tố dạng vết - Than và cốc - Xác định hàm lượng bo - Phương phép ICP-AES).

[9] ASTM D 4208, Standard test method for total chlorine in coal by the oxygen bomb combustion/ion selective electrode method (Phương pháp xác định tổng clo trong than bằng phương pháp đốt trong bom oxy/phương pháp điện cực chọn lọc ion).

[10] ASTM D 6357-00a, Test methods for determination of trace elements in coal, coke & combustion residues from coal utilization processes by inductively coupled plasma atomic emission, inductively coupled plasma mass, & graphite furnace atomic absoption spec (Phương pháp xác định các nguyên tố dạng vết trong than, cốc và cặn đốt từ các quy trình, sử dụng bằng phương pháp phổ hấp thụ phát xạ nguyên tử plasma cặp cảm ứng, phổ khối plasma cặp cảm ứng và phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit).

[11] ASTM D 6414-01, Standard test method for total mercury in coal and coal combustion residues by acid extraction or wet oxidation/cold vapour atomic absoption (Phương pháp xác định tổng thủy ngân trong than và cặn đốt than bằng chiết xuất bằng axit hoặc hấp thụ nguyên tử hơi lạnh/oxy hóa ướt).

[12] ASTM D 6722-01, Standard test method for total mercury in coal and coal combustion residues by direct combustion analysis (Phương pháp xác định tổng thủy ngân trong than và cặn đốt than bằng phép phân tích đốt trực tiếp).

[13] CEN/TS 15297, Solid mineral fuels - Determination of minor elements (Nhiên liệu khoáng rắn - Xác định các nguyên tố phụ).

[14] Fardy J.J. McORIST, G.C. and FARRAR, Y.J. The analysis of coal and flyash for trace elements and natural radioactivity, Proceedings Australian Coal Science Conference Churchill, 3 to 5 December 1984, pp.159 to 160 (Fardy J.J. McORIST, G.C. and FARRAR, Y.J. Phương pháp phân tích than và tro bay xác định các nguyên tố dạng vết và phóng xạ tự nhiên, Trích từ Hội nghị Khoa học của Úc về Than, Churchill, 3-5/12/1984, trang 159-160)

[15] Swaine, D.J. Trace elements in coal. Butterworths, London, 1990 (Nguyên tố dạng vết trong than).

[16] Wang, J., NAKAZATO, T., SAKANISHI, K., YAMADA, O., TAO, H. and SAITO, I. Microwave digestion with HNO₃/H₂O₂ mixture at high temperatures for determination of trace elements in coal by ICP-OES and ICP-MS, Analytica Chimica Acta, 514(1), 2004, pp. 115 to 124 (Wang, J., NAKAZATO, T., SAKANISHI, K., YAMADA, O., TAO, H. và SAITO, I. Nung bằng lò vi sóng với hỗn hợp HNO₃/H₂O₂ tại nhiệt độ cao để xác định các nguyên tố dạng vết trong than bằng phương pháp ICP-OES và ICP-MS, Analytica Chimica Acta, 514(1), 2004, trang 115-124).