第24卷第4期
核技术
VOI.24，NO.4
ApriI2001
2001年4月NUCLEARTECHNIOUES
中子活化分析在煤质分析中的应用
侯新生
马英杰
方
方
邱元德
成都
周蓉生
610059）
（成都理工学院核原料与核技术工程系
摘要利用中子活化分析方法对云、贵、川三省部分原煤中的常量、微量及有害元素的含量进行
了检测，获知燃煤中主要的固态有害元素的大致分布情况，对防治由燃煤引起的大气污染起到了积极的作用。同时介绍了原煤燃烧前后大部分固态元素的变化规律。关键词
中子活化分析，煤炭，微量元素，有害元素
0642.5+44
中图分类号
当今引起全球关注的威胁人类生存的酸雨、温室效应和臭氧层枯竭都与煤炭燃烧过程中排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物直接有关。因此提高煤炭利用率、减少污染、保护环境和生态平衡是煤炭合理利用和综合利用的重要内容和主攻方向。本工作利用灵敏度高、准确性好、多元素、无损害、基本效应小的中子活化分析方法，对我国西南云、贵、川三省部分原煤中某些常量、微量以及有害元素的含量进行了检测。
1材料和方法
!.!
样品采集
我国新的煤炭分类法将煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。这三大类型的煤炭在西南三省都有出现，其中无烟煤和烟煤主要在贵州、四川，而云南则一半以上是褐煤。本实验中无烟煤采自四川省的沐川、平武、安县、奉节，贵州省的遵义、兴仁，云南省的富源、南华、峨山。烟煤采自四川省的甘洛、峨边、峨眉、仁寿、大邑，贵州省的兴仁、荔波、普安，云南省的禄丰。褐煤采自四川省的盐源、理塘，云南省的景东、石屏、蒙自、南华、寻甸、宜良、保山、澜沧、小龙潭、华宁、景东、思矛。!."
实验方法
煤样采集后经干燥、研磨、逐级缩分，经过200目网筛后制备成样品。样品称量在45mg左右，标准称量在25mg左右。样品和标准均采用聚四氟乙烯包装，然后在中国工程物理研究院的池式反应堆内辐照，中子注量为1X1013/cm2，辐照时间30h左右，照射后的样品在成都理工
学院核分析实验室内用Ge（Li）半导体探测器进行测量。根据生成核半衰期的不同，冷却4—进行第一次测量，测量时间2000s左右；冷却15d，进行第二次测量，测量时间3500s左右，用6d，
自编NACP谱分析软件进行数据处理。所用标准物质为黄红土壤标准GSS-5，碳酸盐岩标准其中主标准GSS-5用作除Sr、GSR-6，超基性岩标准DZ!-1，Ca、Ni以外的其它所有可检出的元素的标准，GSR-6为Sr、Ca的标准，DZ!-1只作为Ni的标准。
利用中子活化分析方法测定了部分煤样中的常量、微量及有害元素的背景值。测量结果见表1。
第一作者：侯新生，男，长期从事放射性物探及核技术应用等工作，副教授1949年出生，1975年毕业于原成都地质学院，
收稿日期：1999-11-05，修回日期：2000-02-18
第4期侯新生等：中子活化分析在煤质分析中的应用265
表1西南三省部分煤炭样品中常量、微量及有害元素背景值
Table1ThebackgroundValueofinVariableelements，traceelementsandharmful
（X10-6）elementsinthecoalsamplefromSouthwestChina
元素EIementsLaCeNdSmEuTbYbLuAsSbAgAu/X10-9
MoWSeGeGaCdScCrCoNiZnRbSrCsBaZrHfTaThUFe/%Na/%K/%Ca/%Ti/%
无烟煤Anthracite（!=20）
平均值Average全距Range6.33—168.6611.37—343.907.28—163.911.57—27.360.27—2.030.31—2.940.82—8.800.09—1.160.4—1438.30.3—243.60.1—3.12.8—366.10.3—138.30.9—19.40.5—6.70.1—4.34.0—30.80.0—1.72.01—12.6610—18671.5—60.86—21610—2955—355—6930.1—15.916—46818—7030.5—18.90.3—7.981.5—19.131.3—55.60.339—11.7660.006—0.5440.021—1.5080.01—5.280.01—1.83
31.9466.2336.675.740.770.852.820.35103.418.90.756.113.25.72.91.28.70.45.631278.[1**********]2.91671473.81.206.4011.62.4860.0990.3850.670.60
烟煤SoftcoaI（!=15）
平均值Average全距Range5.70—109.366.28—213.855.89—90.811.40—17.460.31—2.330.21—3.010.90—9.360.12—1.170.1—202.00.7—10.00.1—3.35.3—117.30.5—36.20.9—12.80.2—15.00.2—18.12.3—85.60.1—1.81.87—40.3910—920.9—26.46—12025—4835—375—7170.5—3.926—21637—7120.2—12.30.19—1.901.70—30.451.2—50.80.150—6.1390.027—0.2040.050—0.5440.01—1.540.17—1.29
32.6067.9235.366.890.921.053.620.4432.32.21.036.810.83.52.32.917.90.69.79308.[1**********]2.11571623.30.809.3810.21.9090.0750.3000.640.55
褐煤WoodcoaI（!=16）
"#$
平均值Average全距Range1.81—22.322.54—46.793.01—24.690.79—6.390.11—0.910.15—1.370.35—3.910.03—0.401.7—70.90.5—9.10.1—1.34.1—56.90.2—20.70.2—4.50.1—3.70.3—2.41.0—10.90.1—2.10.61—13.176—1500.6—36.910—25322—9545—5812—2040.4—34.2129—68014—4660.3—12.90.10—0.720.65—9.670.7—7.80.530—2.4230.004—0.2680.020—1.1720.01—2.890.01—0.56
11.1422.8314.003.170.440.551.690.1822.12.20.924.38.12.00.61.14.70.65.21407.[1**********].4279782.00.324.052.91.3850.1070.3420.980.25
0.600.660.620.720.440.820.850.7927.6851.7817.34.875.352.4026.138.690.529.700.631.040.261.151.860.150.15/0.330.810.590.220.391.470.380.040.150.110.71
"为三种煤样含量的平均值，$为中国大陆地壳的丰度值
"isaverageofthecontentsofthreesampIe，$istheabundanceinChinacontinentaIcrust
266
核技术
第24卷
2结果与讨论
2.1
与中国大陆地壳中元素丰度的比较
目前对燃煤中各种化学组分的最大允许浓度尚无评价标准。因此，我们利用中国大陆地壳中元素丰度值作为研究的工作标准，并对数据进行了处理（见图l）
。
Thermalpowerplant
产地Location
隆昌泸州矿司
Longchang-LuzhoumineraIcompany
元坝练银岩
YuanbaIianyinyan
广元矿Guangyuanmine广元东矿MineineastGuangyuan
昭化广元矿ShaohuaGuangyuanmine
炉渣SIag
湿份Humidity/%
3.56.84.54.03.5
代号Codename
M-lM-2M-3M-4M-5Z-l
备注Remarks原煤RawcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI流入河流InfIuentriver
第4期
粉尘（进入烟囱）Powder（intochimney）
侯新生等：中子活化分析在煤质分析中的应用
炉温1400C
Campstovetemperature1400C
267
Z-2
表3煤炭中主要固态有害元素燃烧前后的含量对照表
（X10-6）
元素Eiements
Table3Correlationofsolidharmfulelementalcontentsforcoalbeforeandaftercombustion
As
燃烧前Beforeburning
燃烧后Afterburning
14.426.9
Cr6976
U7.9
Th16.34
备注Remarks
5个产地的平均值Averageoffivepiaces
炉渣及粉尘的平均值Theaverageofsiagandpowder
12.643.15
3结论
（1）原煤中的有害元素，如As、Cr、Cd及放射性元素U都超过中国大陆地壳的元素丰度。特别是As超过近26倍。据有关资料，西南云、贵、川三省地壳中As、Hg的背景值比中国其他地方要高得多。另外，无烟煤中有害元素As、褐煤的3倍左右。因此西Cr的含量分别是烟煤、南三省部分燃煤中As是主要的固态有害元素，据文献［5］介绍，当煤炭中As的含量>8X10-6时，不宜作食品工业加工用煤。（2）具有相似的化学性质，在大多数天然物质中以一定的Se和S在周期表中属于同一列，比例存在。因此测定原煤中Se的浓度，就有可能作为大气中含S量的一种指示剂，并按其固定比例，可估算出大气中S的浓度。原煤中Se的平均含量在0.6X10-6—2.9X10-6之间，3种据此可以得知3种原煤中S的变化规律是褐煤原煤中Se的变化规律是无烟煤>烟煤>褐煤，
>烟煤>无烟煤。
（3）原煤中稀土元素的含量都小于中国大陆地壳的元素丰度值，无烟煤和烟煤中的稀土总量要高于褐煤的稀土总量。
煤炭的燃烧对大部分固态元素来说是一个浓缩过程。因此，对原煤燃烧后的降尘处理（4）
显得十分重要。
（5）Fe、Na、K、Ca等常量元素都大大小于中国大陆地壳的背景值。
煤炭中的伴生元素虽很多，但对常见的Ge、（6）Ga、U、V、Nb、Ta等并无单独提取价值。致谢
本研究得到了重庆煤田地质研究所的大力支持，深表谢意。
参
123
：SowerbyBD.NuciGeophy，1991，（54）491—492
周蓉生，侯新生， .A瓦岗诺夫.中国地球物理学年刊，1994.452—453
ZHOURongsheng，HOUXinsheng，BaraHOB A.AnnuChinGeophysSoc，1994.452—453
中国科学院高能物理研究所中子活化分析实验室.中子活花分析在环境学、生物学和地学中的应用.北京：原子能出版社，1992，96—97
NeutronActivationAnaiysisLaboratory，InstituteofHighEnergyPhysics，theChineseAcademyofSciences.Appiicationsofneutronac-tivationanaiysisinenvironmentaiscience，bioiogyandgeosciences，Beijing：AtomicEnergyPress，1992.96—974
陈文敏，张自劭主编.煤化学基础.北京：煤炭工业出版社，1992，56—58
CHENWenming，ZHANGZhishaoed.Coaichemistrybase.Beijing：CoaiIndustryPubiishingHouse，1992.56—58
考文献
268
56
核技术
第24卷
白浚仁，刘凤歧等编著.煤质分析.北京：煤炭工业出版社，1990.34—36
BAIJunren，LIUFenggi，etaled.CoaIanaIysis.Beijing：CoaIIndustryPubIishingHouse，1990.34—36黎彤，倪守斌.地球和地壳的化学元素丰度.北京：地质出版社，1990.84—85
LITong，NIShoubin.TheabundancesofchemicaIeIementsintheearthanditscrust.Beijing：GeoIogicaIPubIishingHouse，1990.84—85
AnapplicationofNAAinanalyzingthegualityofcoal
HOUXinsheng
MAYingjie
FANGFang
Abstract
TheeIementaIcontentsincoaIproducedfromsouthwestchinaweredeterminedbyNAA.thedistri-butionoftheharmfuIeIementsincoaIwasobtained.TheresuItsareheIpfuItocontroItheairpoIIutioncausedbycoaIbuning.thetransformationbehavioursofthemajoreIementsfromtheminecoaItoburntashwereaIsopresented.
KeywordsNAA，CoaI，TraceeIement，HarmfuIeIementCLCO642.5+44
OIAOYuande
ZHOURongsheng
（ChengduUniuersityofTechnology，Chengdu610059）
中子活化分析在煤质分析中的应用
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
侯新生， 马英杰， 方方， 邱元德， 周蓉生成都理工学院核原料与核技术工程系核技术
NUCLEAR TECHNIQUES2001,24(4)16次
参考文献(6条)
1.黎彤;倪守斌 地球和地壳的化学元素丰度 19902.白浚仁;刘凤歧 煤质分析 19903.陈文敏;张自劭 煤化学基础 1992
4.中国科学院高能物理研究所中子活化分析实验室 中子活花分析在环境学、生物学和地学中的应用1992
5.周蓉生;侯新生 查看详情 19946.Sowerby B D 查看详情 1991(04)
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3. 刘忠.阎维平.高正阳.赵莉 超细煤粉粒度对煤质分析特性的影响[期刊论文]-华北电力大学学报2004,31(4)
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6. 吴延华.关雪梅.陈纯锴.陈晓杰.Wu Yanhua.Guan Xuemei.Chen Chunkai.Chen Xiaojie 用于γ射线煤质分析的多道脉冲高度分析器的设计[期刊论文]-分析仪器2008(2)
7. 张敏.李欣年 中子活化分析在环境研究中的应用[期刊论文]-化学工程师2004,18(5)
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第24卷第4期
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马英杰
方
方
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1材料和方法
!.!
样品采集
我国新的煤炭分类法将煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。这三大类型的煤炭在西南三省都有出现，其中无烟煤和烟煤主要在贵州、四川，而云南则一半以上是褐煤。本实验中无烟煤采自四川省的沐川、平武、安县、奉节，贵州省的遵义、兴仁，云南省的富源、南华、峨山。烟煤采自四川省的甘洛、峨边、峨眉、仁寿、大邑，贵州省的兴仁、荔波、普安，云南省的禄丰。褐煤采自四川省的盐源、理塘，云南省的景东、石屏、蒙自、南华、寻甸、宜良、保山、澜沧、小龙潭、华宁、景东、思矛。!."
实验方法
煤样采集后经干燥、研磨、逐级缩分，经过200目网筛后制备成样品。样品称量在45mg左右，标准称量在25mg左右。样品和标准均采用聚四氟乙烯包装，然后在中国工程物理研究院的池式反应堆内辐照，中子注量为1X1013/cm2，辐照时间30h左右，照射后的样品在成都理工
学院核分析实验室内用Ge（Li）半导体探测器进行测量。根据生成核半衰期的不同，冷却4—进行第一次测量，测量时间2000s左右；冷却15d，进行第二次测量，测量时间3500s左右，用6d，
自编NACP谱分析软件进行数据处理。所用标准物质为黄红土壤标准GSS-5，碳酸盐岩标准其中主标准GSS-5用作除Sr、GSR-6，超基性岩标准DZ!-1，Ca、Ni以外的其它所有可检出的元素的标准，GSR-6为Sr、Ca的标准，DZ!-1只作为Ni的标准。
利用中子活化分析方法测定了部分煤样中的常量、微量及有害元素的背景值。测量结果见表1。
第一作者：侯新生，男，长期从事放射性物探及核技术应用等工作，副教授1949年出生，1975年毕业于原成都地质学院，
收稿日期：1999-11-05，修回日期：2000-02-18
第4期侯新生等：中子活化分析在煤质分析中的应用265
表1西南三省部分煤炭样品中常量、微量及有害元素背景值
Table1ThebackgroundValueofinVariableelements，traceelementsandharmful
（X10-6）elementsinthecoalsamplefromSouthwestChina
元素EIementsLaCeNdSmEuTbYbLuAsSbAgAu/X10-9
MoWSeGeGaCdScCrCoNiZnRbSrCsBaZrHfTaThUFe/%Na/%K/%Ca/%Ti/%
无烟煤Anthracite（!=20）
平均值Average全距Range6.33—168.6611.37—343.907.28—163.911.57—27.360.27—2.030.31—2.940.82—8.800.09—1.160.4—1438.30.3—243.60.1—3.12.8—366.10.3—138.30.9—19.40.5—6.70.1—4.34.0—30.80.0—1.72.01—12.6610—18671.5—60.86—21610—2955—355—6930.1—15.916—46818—7030.5—18.90.3—7.981.5—19.131.3—55.60.339—11.7660.006—0.5440.021—1.5080.01—5.280.01—1.83
31.9466.2336.675.740.770.852.820.35103.418.90.756.113.25.72.91.28.70.45.631278.[1**********]2.91671473.81.206.4011.62.4860.0990.3850.670.60
烟煤SoftcoaI（!=15）
平均值Average全距Range5.70—109.366.28—213.855.89—90.811.40—17.460.31—2.330.21—3.010.90—9.360.12—1.170.1—202.00.7—10.00.1—3.35.3—117.30.5—36.20.9—12.80.2—15.00.2—18.12.3—85.60.1—1.81.87—40.3910—920.9—26.46—12025—4835—375—7170.5—3.926—21637—7120.2—12.30.19—1.901.70—30.451.2—50.80.150—6.1390.027—0.2040.050—0.5440.01—1.540.17—1.29
32.6067.9235.366.890.921.053.620.4432.32.21.036.810.83.52.32.917.90.69.79308.[1**********]2.11571623.30.809.3810.21.9090.0750.3000.640.55
褐煤WoodcoaI（!=16）
"#$
平均值Average全距Range1.81—22.322.54—46.793.01—24.690.79—6.390.11—0.910.15—1.370.35—3.910.03—0.401.7—70.90.5—9.10.1—1.34.1—56.90.2—20.70.2—4.50.1—3.70.3—2.41.0—10.90.1—2.10.61—13.176—1500.6—36.910—25322—9545—5812—2040.4—34.2129—68014—4660.3—12.90.10—0.720.65—9.670.7—7.80.530—2.4230.004—0.2680.020—1.1720.01—2.890.01—0.56
11.1422.8314.003.170.440.551.690.1822.12.20.924.38.12.00.61.14.70.65.21407.[1**********].4279782.00.324.052.91.3850.1070.3420.980.25
0.600.660.620.720.440.820.850.7927.6851.7817.34.875.352.4026.138.690.529.700.631.040.261.151.860.150.15/0.330.810.590.220.391.470.380.040.150.110.71
"为三种煤样含量的平均值，$为中国大陆地壳的丰度值
"isaverageofthecontentsofthreesampIe，$istheabundanceinChinacontinentaIcrust
266
核技术
第24卷
2结果与讨论
2.1
与中国大陆地壳中元素丰度的比较
目前对燃煤中各种化学组分的最大允许浓度尚无评价标准。因此，我们利用中国大陆地壳中元素丰度值作为研究的工作标准，并对数据进行了处理（见图l）
。
Thermalpowerplant
产地Location
隆昌泸州矿司
Longchang-LuzhoumineraIcompany
元坝练银岩
YuanbaIianyinyan
广元矿Guangyuanmine广元东矿MineineastGuangyuan
昭化广元矿ShaohuaGuangyuanmine
炉渣SIag
湿份Humidity/%
3.56.84.54.03.5
代号Codename
M-lM-2M-3M-4M-5Z-l
备注Remarks原煤RawcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI混煤MixedcoaI流入河流InfIuentriver
第4期
粉尘（进入烟囱）Powder（intochimney）
侯新生等：中子活化分析在煤质分析中的应用
炉温1400C
Campstovetemperature1400C
267
Z-2
表3煤炭中主要固态有害元素燃烧前后的含量对照表
（X10-6）
元素Eiements
Table3Correlationofsolidharmfulelementalcontentsforcoalbeforeandaftercombustion
As
燃烧前Beforeburning
燃烧后Afterburning
14.426.9
Cr6976
U7.9
Th16.34
备注Remarks
5个产地的平均值Averageoffivepiaces
炉渣及粉尘的平均值Theaverageofsiagandpowder
12.643.15
3结论
（1）原煤中的有害元素，如As、Cr、Cd及放射性元素U都超过中国大陆地壳的元素丰度。特别是As超过近26倍。据有关资料，西南云、贵、川三省地壳中As、Hg的背景值比中国其他地方要高得多。另外，无烟煤中有害元素As、褐煤的3倍左右。因此西Cr的含量分别是烟煤、南三省部分燃煤中As是主要的固态有害元素，据文献［5］介绍，当煤炭中As的含量>8X10-6时，不宜作食品工业加工用煤。（2）具有相似的化学性质，在大多数天然物质中以一定的Se和S在周期表中属于同一列，比例存在。因此测定原煤中Se的浓度，就有可能作为大气中含S量的一种指示剂，并按其固定比例，可估算出大气中S的浓度。原煤中Se的平均含量在0.6X10-6—2.9X10-6之间，3种据此可以得知3种原煤中S的变化规律是褐煤原煤中Se的变化规律是无烟煤>烟煤>褐煤，
>烟煤>无烟煤。
（3）原煤中稀土元素的含量都小于中国大陆地壳的元素丰度值，无烟煤和烟煤中的稀土总量要高于褐煤的稀土总量。
煤炭的燃烧对大部分固态元素来说是一个浓缩过程。因此，对原煤燃烧后的降尘处理（4）
显得十分重要。
（5）Fe、Na、K、Ca等常量元素都大大小于中国大陆地壳的背景值。
煤炭中的伴生元素虽很多，但对常见的Ge、（6）Ga、U、V、Nb、Ta等并无单独提取价值。致谢
本研究得到了重庆煤田地质研究所的大力支持，深表谢意。
参
123
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CHENWenming，ZHANGZhishaoed.Coaichemistrybase.Beijing：CoaiIndustryPubiishingHouse，1992.56—58
考文献
268
56
核技术
第24卷
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LITong，NIShoubin.TheabundancesofchemicaIeIementsintheearthanditscrust.Beijing：GeoIogicaIPubIishingHouse，1990.84—85
AnapplicationofNAAinanalyzingthegualityofcoal
HOUXinsheng
MAYingjie
FANGFang
Abstract
TheeIementaIcontentsincoaIproducedfromsouthwestchinaweredeterminedbyNAA.thedistri-butionoftheharmfuIeIementsincoaIwasobtained.TheresuItsareheIpfuItocontroItheairpoIIutioncausedbycoaIbuning.thetransformationbehavioursofthemajoreIementsfromtheminecoaItoburntashwereaIsopresented.
KeywordsNAA，CoaI，TraceeIement，HarmfuIeIementCLCO642.5+44
OIAOYuande
ZHOURongsheng
（ChengduUniuersityofTechnology，Chengdu610059）
中子活化分析在煤质分析中的应用
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
侯新生， 马英杰， 方方， 邱元德， 周蓉生成都理工学院核原料与核技术工程系核技术
NUCLEAR TECHNIQUES2001,24(4)16次
参考文献(6条)
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5.周蓉生;侯新生 查看详情 19946.Sowerby B D 查看详情 1991(04)
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