微波消解法在水泥工业样品分析中的应用_奥地利安东帕有限公司.pdf

应用报告 微波消解法在水泥工业样品分析中的应用 Microwave Digestion of Samples for Cement Industry 奥地利安东帕有限公司上海代表处地址 上海市北京西路 1701 号 静安中华大厦 1002 室邮编 200040 电话 86 －21 －62887878传真 86 －21 －62886810E- mail info． cn anton- paar． com 网址 www． anton- paar． com． cn 在过去的几年中， 辅助燃料 如旧轮胎和塑料垃圾 在 水泥行业应用越来越重要， 不仅是价格原因， 更重要的是这 些应用在经济和环境方面对于处理废弃材料起到了重要作 用。水泥回转窑的高温是塑料垃圾焚烧的最好条件。 旧轮胎作为辅助燃料的应用已经很长时间了， 因为它们 的材料、 反应行为及对最终产品的影响都已经得到了很好的 认知， 而塑料垃圾的分析相对比较困难。如塑料瓶子及塑料 薄膜往往添加各种不同的色素及添加剂。水泥对锌和其他痕 量元素非常敏感， 尤其是氯元素。因此， 在燃烧前， 必须先将 PVC 材料挑出， 而食品包装材料必须先经过清洗避免氯化钠 残留而带入氯元素。这就是粉碎垃圾需要完全消解及分析的 关键原因。因为垃圾的组成是不均一的， 完全消解必须要有 更高的微波功率， 并且需要对反应的进程进行精确的控制。 水泥行业传统的实验室样品制备方法是将样品在坩埚 中熔化和在加热板上用盐酸浸提。熔化的样品采用 X 射线 荧光光谱法测定， 而浸提的溶液则由原子吸收光谱法测定。 现在湿法消解日渐取代了传统的干法消解， 避免了由 于固体试剂而带入的污染， 因为固体试剂不可能具备酸同 样级别的纯度。通常湿法消解可以节约较多的时间及人 力， 比熔融处理速度快， 因而效率更高。 本文介绍了微波辅助湿法消解在水泥行业的不同应 用， 范围覆盖了作为辅助燃料的原材料到水泥的成品。 1仪器 样品消解采用奥地利安东帕公司 Anton Paar GmbH 生产的 Multiwave 3000 微波消解仪， 配有 16HF100 高压转 子［ 100 mL PTFE － TEM 反应罐、 反应压力 4． 0 MPa 40 bar 、 反应温度 240℃］ 。消解后的样品在 Optima 3000 XL 等离子体原子发射光谱仪 ICP － OES， 美国 PerkinElmer 公 司 上进行元素分析。 2样品和主要试剂 250 mg 旧轮胎 剪碎 ; 250 mg 流化床灰渣 干燥 ; 200 mg 塑料废料 高无机填充料， 剪碎 ; 250 mg 高炉渣 磨碎 ; 250 mg 泥灰岩 磨碎 ; 250 mg 渣块 磨碎 。 HNO3 亚沸蒸馏， 65 ; HF suprapur 纯，40; 德国 Merck 公司 ; HCl suprapur 纯， 30， 德国 Merck 公司 ; 饱 和 H3BO3溶液 分析纯， 三重结晶， 德国 Merck 公司 。 水泥行业各样品消解和络合所用试剂见表 1。 3样品消解过程及分析 1 分别称量样品， 倒入消解罐， 避免样品粘到罐口处。 2 加入相应体积的酸。空白对照直接加酸， 制备标 准溶液和验证空白。 3 按表2 消解程序和表3 络合程序消解样品及空白。 4 所有样品消解结束后得到澄清溶液。将消解好的 样品定容至 25 mL 塑料废料定容至 50 mL 。 5 标准溶液及样品的 ICP － OES 测定。各元素分析 结果见表 4。 表 1水泥行业各样品消解和络合用试剂 样品消解试剂络合试剂样品消解试剂络合试剂 旧轮胎 4 mL HNO3 2 mL H2SO4 0．5 mL HF 3 mL 饱和 H3BO3溶液 塑料废料 6 mL HNO3 0．5 mL HCl 1mL HF 6 mL 饱和 H3BO3溶液 流化床 灰渣 4 mL HNO3 1 mL HCl 1 mL HF 6 mL 饱和 H3BO3溶液 渣块 5 mL HNO3 1 mL HCl 0．5mL HF 3 mL 饱和 H3BO3溶液 高炉渣、 泥灰岩 5 mL HNO3 1 mL HF 6 mL 饱和 H3BO3溶液 表 2微波消解程序① 旧轮胎、 流化床灰渣和 高炉渣、 泥灰岩和渣块 步骤 Power P/W Ramp t爬坡/ min Hold t保持/ min Fan 风扇 塑料废料 步骤 Power P/W Ramp t爬坡/ min Hold t保持/ min Fan 风扇 11000151511100010351 20－15320－153 ① 旧轮胎、 流化床灰渣和高炉渣、 泥灰岩和渣块继续络合消解程序; 塑料 废料建议采用内置磁力搅拌， 需要继续络合消解程序。 表 3络合消解程序 步骤 Power P/W Ramp t爬坡/min Hold t保持/min Fan 风扇 110005151 20－153 表 4样品分析结果 wB/ mgkg －1 元素 辅助燃料 旧轮胎塑料废料 材料产品 泥灰岩渣块 燃料残渣 流化床灰渣 高炉渣 As3． 212． 78． 65． 410． 8 Cd2． 821． 1 1． 33． 61． 94． 12． 5 Cr7． 482． 4 4． 341． 241． 563． 630． 6 Ni3． 228． 639． 868． 03． 3 Pb4． 8133． 8 7． 515． 119． 887． 0＜0． 02 Tl0． 42． 31． 00． 71． 8 V1． 836． 837． 443． 135． 8 Zn10400． 0180． 036． 15780． 0255． 0 4结语 安东帕公司的 Multiwave 3000 微波消解仪可以完全消 解无机/有机混合样品， 如塑料废料和旧轮胎; 对传统干法消 解很难消解的材料如泥灰岩和渣块也可以完全消解。混合 酸的组成比例及后处理中对氢氟酸的络合反应对样品的完 全消解也非常重要。Multiwave 3000 为水泥行业实验室常规 测试提供了一个既经济又快速精准的样品前处理手段。 致谢 M． Zischka，Inst． for Analytical Chemistry，Micro- and Radiochemistry，TU Graz，Austria Anton Paar Application Laboratory and External Partner 奥地利安东帕有限公司供稿 Ⅱ ChaoXing