在煤炭检测领域里，煤矸石作为一种工业废物，其排放量巨大，对环境造成重大影响；而煤中的汞主要存在于煤燃烧后产生的渣、飞灰和大气中，对人和动物的健康构成威胁。同时，煤矿开采和利用过程中的汞等重金属元素也会对环境造成严重的污染。因此，研究煤矸石中汞元素的检测方法及其应用具有重要的意义。本文旨在介绍煤矸石中汞元素检测的相关知识，并从多个角度探讨其检测的重要性、技术方法、样品处理与应用前景等。

一、煤矸石的定义和产生

煤矸石是指在煤炭开采中，由于各种原因而未能采出的煤和岩层等杂质物质。其主要成分有硅酸盐、石英、长石、黑云母等。煤矸石的产生与采煤方式、地质条件和采煤工艺有关，是煤矿开采中产生的一种重要废弃物。

二、汞元素的危害及其检测的重要性

煤矸石、煤炭生产和燃烧过程中排放出来的金属汞，会通过风化、淋滤作用进入大气、水源、土壤和植被，最终进入饮食链，对人体健康造成危害。微量的汞在人体内不会引起危害，但过量的汞则会对人体内脏和中枢神经系统造成损伤；有机汞如甲基汞更是稳定而毒性高，即使剂量很小也可累积致毒。因此，金属汞的检测和治理至关重要，以维护环境安全和人类健康。

三、检测技术方法

煤矸石中汞含量的检测方法有多种，其中包括了冷原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和测汞仪法等。

下面分别介绍这三种方法：

1.冷原子吸收光谱法：该方法是将样品中汞元素通过化学反应还原为单质汞原子，并通过射入较低温度下的石英管中，观察其在特定波长下的原子吸收信号强度来测定汞元素含量。该方法具有灵敏度高、精确度高的特点，适用于煤及煤矸石中汞含量的准确测定。

2.原子荧光光谱法：该方法是通过激发样品中汞元素产生荧光来测定汞的含量，通常使用的激发源是氩气等灯管，观察其在特定波长下的荧光强度来计算汞元素的含量。该方法具有操作简单、检测速度快等优点，但对于煤及煤矸石等复杂基质的样品，其准确度和精确度较低。

3.测汞仪法：该方法是利用测汞仪对样品中的汞元素进行检测，通常使用的是冷原子吸收光谱检测法。该方法具有操作简单、检测快速的优点，但其准确度和灵敏度受到仪器精度和校准等因素的影响，需要进行适当的质量控制和校正。

综上所述，针对煤及煤矸石中汞含量的检测，冷原子吸收光谱法和测汞仪法均可有效检测到汞元素的含量，而原子荧光光谱法则较少应用于这一领域。在选择检测方法时，应根据实际情况综合考虑各项指标，选择最适合的方法进行检测。

总之，在选择检测方法时，我们应该根据实际需求、样品类型、检测精度和检测限等方面进行综合考虑，选取最适合的检测方法来完成检测工作。

四、试样处理

采用微波消解法、氧弹燃烧法和湿法消解前处理样品测定煤及煤矸石中的汞元素

1.湿法消解法

a.取0.1000g的空气干燥试样加入到三角瓶中，再加入50mg五氧化二钒和数滴无水乙醇，使试样润湿。

b.加入10mL硝酸并盖上瓷盖，放置过夜。

c.在电热板上加热，先在约120℃加热1.5h，然后逐渐升高温度至160℃左右继续加热至刚冒三氧化硫烟雾。如果试样未完全分解，在加入3-5mL硝酸后再继续加热至刚冒三氧化硫烟雾。

d.取下三角瓶，冷却后加入20mL水和2mL过氧化氢，放置5min后在电热板上加热至煮沸。如果溶液为棕红色，需要再补加2mL过氧化氢，再加热至煮沸。

e.取下三角瓶，冷却后用水定容至50mL。

该方法的目的是使用化学方法将样品中的有机和无机物质降解为单一的无机化合物，以方便进行下一步的分析或检测。涉及的试剂主要包括了硝酸、硫酸、过氧化氢等。在进行操作时需要注意安全，避免误食、误触和误吸入。

2.氧弹燃烧法

a.取粒度小于0.2mm的空气干燥试样约0.99g~1.01g（精确到0.0001g）放入干燥的燃烧皿中。若样品易飞溅，可用擦镜纸包裹后进行测定；若不易燃烧完全，可提高充氧压力或用擦镜纸包裹后手压紧。

b.在氧弹内加入10mL水，并向氧弹中缓慢充入氧气，直至压力达到2.8MPa~3.0MPa，充氧时间不少于15s。如充氧压力超过3.2MPa，应停止试验，放气后重新充氧至3.2MPa以下。待氧弹压力降至4.0MPa以下时应更换新的钢瓶氧气。

c.把氧弹放入水中检查气密性，如无气泡漏出，则气密性良好；如有气泡出现，则表明漏气，应找出原因并纠正，重新充氧。然后把氧弹放入氧弹燃烧装置中，进行点火燃烧。

d.燃烧结束待氧弹冷却后，均匀放气，整个放气过程不少于2min。用水冲洗氧弹内各部分及放气阀、点火电极、燃烧皿内外和燃烧残渣，把全部洗液转移到100mL容量瓶中。

e.加入10mL硝酸溶液、0.5mL高锰酸钾溶液，摇匀，确保溶液5min内不褪色。如褪色，应补加适量高锰酸钾溶液，再缓慢滴加盐酸羟胺溶液，同时摇动容量瓶，直至高锰酸钾颜色恰好褪去。加入2mL硝酸后，用水稀释至刻度，摇匀。

该方法主要是利用氧化还原反应将样品中的有机和无机物质完全燃烧为二氧化碳和水，在实验中需要注意氧气充填、点火、排气等步骤，以确保实验顺利进行，并保证实验结果的准确性。

3.微波消解法

a.取粒度小于 0.2 mm 的空气干燥试样0.100 0 g～0.200 0 g（精确到0.000 1 g）于消解罐中。

b.加入6mL硝酸，并放置30 min 等待试样与硝酸反应，这样可以有效地溶解试样中的无机物质。

c.加入1 mL过氧化氢，过氧化氢能提供氧气，促进微波消解过程中的氧化还原反应，使有机物质更易于氧化分解。

d.旋紧罐盖，置于微波消解仪中，参照附录C表C.1的消解程序进行消解。这个步骤需要根据实验室所使用的微波消解仪的自身条件而定。消解时间和温度的设置应根据实验需要进行调整，以保证试样中的有机和无机物质得到完全分解。

待消解液冷却后，打开罐盖并将消解罐内溶液于80 ℃控温电热板加热1 h赶出棕色气体，这个步骤可以将剩余的有机物质溶解并去除，确保最终的试样是干燥和灰色的。

冷却后用水转移至50 mL容量瓶中，定容至刻度，摇匀，待测。这个步骤是为了将消解液稀释至指定的体积，以便进行后续测试。在转移和定容过程中，要确保样品溶液没有泡沫和气泡的存在，以保证最终测试结果的准确性。

五、精密度的重要性

煤矸石中汞元素检测技术的精密度是评价其可靠性的重要指标。精密度是指同一样品在相同条件下的多次检测结果的重复限及再现性临界差表示。不同的检测技术具有不同的精密度，冷原子吸收光谱法和原子荧光光谱法，确定方法精密度协同试验所用试样的汞范围一般为ω（Hgd）0.008µg/g～1.002µg/g。详细要求如下表：

固体进样测汞仪法，确定精密度协同试验所用试样的汞范围为ω（Hgd）0.008 µg/g～1.002 µg/g，m 为两次测定结果的平均值。详细要求如下表：

当然我们可以根据需要进行适当的质控和校正来提高检测结果的可靠性

六、煤矸石中汞元素检测的应用

检测煤矸石中汞元素的应用场景比较广泛。以下是一些情况下需要进行检测的例子：

1.煤炭开采：在煤矿生产过程中，煤矸石是一种重要的废弃物。由于煤矸石中可能含有汞等重金属元素，因此需要对其进行检测，以确定煤矸石的污染程度和对环境的影响。

2.煤电厂：煤炭是火力发电的主要燃料，煤矸石中也可能含有一定量的汞元素。因此，在煤电厂中，需要对煤炭、废弃物和废水等进行汞元素的检测，以控制排放和防止环境污染。

3.土壤污染调查：如果煤矸石被使用作为填埋场、废弃物堆放场地或其他土地开发项目的原材料，则可能对周围环境造成污染。这时需要对煤矸石中的汞元素进行检测，以确定其是否已经造成了污染。

4.冶金工艺控制：煤矸石中可能含有高浓度的汞元素，如果这些煤矸石被用作冶金原料，则会对生产过程和产品质量产生影响。因此在冶金过程中也需要对煤矸石中的汞元素进行检测，以确保生产工艺正常运行。

5.法律法规要求：政府在相关法律法规中提出了对环境保护的要求，并制定出相应的标准，规定了煤矸石中的汞元素含量的限制值。企业必须遵守这些规定，定期检测煤矸石中的汞元素含量，以确保其排放量符合标准，否则将会被追责。因此，煤矸石中汞元素检测在法律法规方面应用广泛，帮助企业保持良好的经济效益和声誉。

综上所述，检测煤矸石中汞元素的应用场景十分广泛，主要是为了控制环境污染、保障生产安全和产品质量。

七、总结

1.煤矸石中汞元素检测的现状和问题：目前，煤矸石中汞元素检测已经成为环境保护、煤矿安全和法律法规等领域的重要技术手段。然而，这种检测也存在一些问题和挑战。例如，传统的检测方法比较耗时、劳动力成本高、分析精度差等。同时，煤矸石中汞元素含量受物理化学性质的影响比较大，且高含量的汞元素可能对仪器设备造成损害，因此，需要提高检测的精密度和灵敏度，并探索新的检测技术。

2. 发展趋势和挑战：未来，煤矸石中汞元素检测的发展趋势主要包括以下几个方面。首先，新材料、新仪器和新方法的引入将有助于进一步提高检测的精确度和灵敏度。其次，人工智能、大数据和云计算等新兴技术的应用将有利于检测数据的处理、分析和管理。此外，随着监管和法律法规的日益严格，煤矸石中汞元素检测将更加重要和必要。

3. 未来研究方向：未来，煤矸石中汞元素检测的研究方向应该主要集中在以下几个方面。首先，探索新的检测方法和技术，如光谱学、电化学、化学发光等，提高检测的准确性、效率和经济性。其次，发展智能化、自动化的检测系统，以提高生产效率和数据可靠性。最后，增强检测数据的综合分析和评价能力，为煤矸石处理和利用提供相关技术支撑。