劉 欣 李 杰 李建強(qiáng)
(力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司滄州渤海新區(qū)分公司,河北 滄州 061113)
隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)各類礦產(chǎn)資源的需求迅速增加,且其增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度,因此礦產(chǎn)儲(chǔ)存、生產(chǎn)、消耗之間的矛盾日益突出[1]。
鎢是稀有金屬,現(xiàn)階段我國對(duì)含鎢的工業(yè)廢料回收率相對(duì)比較低。而隨著鎢資源日益貧乏,綜合利用各種鎢資源顯得日益迫切[2]。因此,煤中硫氫測定后三氧化鎢的回收與再利用,可以節(jié)約資源,并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
三氧化鎢是穩(wěn)定的化合物,常溫下不容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成污染環(huán)境的物質(zhì)[3]。三氧化鎢在煤中碳?xì)錅y定過程中,僅為催化劑使用,目的是降低煤中礦物質(zhì)的分解溫度,提高反應(yīng)速度[4],其本身不參與化學(xué)反應(yīng),因此廢料中的三氧化鎢具有可回收再利用性。
《煤中碳和氫的測定方法》(GB/T 476-2008)和《煤中全硫的測定方法》(GB/T 214-2007)中規(guī)定煤樣測定時(shí)需覆蓋一層三氧化鎢。
在煤燃燒時(shí),為保證煤中礦物質(zhì)均能分解,必須有較高的爐溫,但溫度過高會(huì)縮短檢測設(shè)備中加熱和受熱部件的使用壽命。因此,三氧化鎢作為催化劑覆蓋至煤樣表層,有效降低了燃燒溫度,同時(shí)又保證礦物質(zhì)在較低的溫度下完全分解。
廢料中的三氧化鎢回收主要有物理方法和化學(xué)方法兩種回收方式。
煤中硫氫測定后的三氧化鎢廢料通過180 μm(80 目)標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分[5],將篩上物棄掉,篩下物留下。將篩下物在980 ℃的馬弗爐中灼燒1 h,取出冷卻至室溫,并充分混合均勻后裝入帶磨口的玻璃瓶中使用。
三氧化鎢為酸性氧化物,與強(qiáng)堿反應(yīng)生成強(qiáng)堿弱酸鹽。強(qiáng)堿弱酸鹽與強(qiáng)酸反應(yīng),通過強(qiáng)酸制弱酸生成強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽和弱酸(生成鎢酸沉淀)。弱酸經(jīng)高溫分解為水和酸性氧化物。其反應(yīng)式如下:
廢料三氧化鎢來源為力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司滄州渤海新區(qū)分公司收集的硫氫檢測后的瓷舟中殘留物。
(1)取200.0 g 廢料三氧化鎢,通過180 μm標(biāo)準(zhǔn)篩,將篩上物棄掉,篩下物稱重為182.4 g,回收率為91.2%。為減少測定誤差,確保廢料中的礦物質(zhì)完全分解,將過篩后的廢料放入980 ℃馬弗爐中灼燒1 h,冷卻后待用,記作“物WO3”。
(2)取標(biāo)記為“物WO3”的三氧化鎢100.0 g,加入150 mL 的10 mol/L 氫氧化鈉溶液攪拌溶解,靜止30 min。使用抽濾裝置過濾,沉淀物使用100 mL 蒸餾水洗滌3 次,取抽濾瓶中無色澄清濾液。緩慢向?yàn)V液中滴加入濃鹽酸并攪拌,生成黃綠色沉淀,直至無沉淀生成。使用抽濾裝置過濾,沉淀物使用100 mL 蒸餾水洗滌3 次。將沉淀物放入105~110 ℃的鼓風(fēng)干燥箱,保持1 h,得到淺黃色塊狀鎢酸。將塊狀鎢酸使用研缽研磨成小顆粒后,置于400 ℃馬弗爐中灼燒1 h,收集產(chǎn)物并研磨至全部通過180 μm(80 目)標(biāo)準(zhǔn)篩,稱重76.6 g,回收率為76.6 %(整體回收率為69.9 %),記作“化WO3”。
(1)天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純?nèi)趸u,記作“WO3”。
(2)通過物理方法回收的三氧化鎢“物WO3”。
(3)通過化學(xué)方法回收的三氧化鎢“化WO3”。
(1)湖南三德科技股份有限公司生產(chǎn)的SDS616 型庫侖測硫儀。
(2)泰州市萬盛分析儀器有限公司生產(chǎn)的KS-1B 型碳?xì)浞治鰞x。
使用4.1 規(guī)定的3 種三氧化鎢,使用4.2 規(guī)定的兩類檢測設(shè)備,分別選取4 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)煤樣進(jìn)行煤中氫和全硫的測定。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)值見表1,添加回收三氧化鎢與正常三氧化鎢檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析見表2、表3。
表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)值
據(jù)表2、表3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析:
表2 “物WO3”與正常三氧化鎢檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表
表3 “化WO3”與正常三氧化鎢檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表
(1)添加兩種方法回收的三氧化鎢的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)煤樣測試結(jié)果均在其各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度范圍內(nèi)。
(2)通過兩表中Hd統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),添加“物WO3”同“WO3”的氫測定結(jié)果無顯著性偏倚,而添加“化WO3”同“WO3”的氫測定結(jié)果存在顯著性偏倚,表明物理方法回收的三氧化鎢適用于煤中氫的測定,而不適用于煤中全硫的測定。
(3)通過兩表中St,d統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),添加“物WO3”、“化WO3”同“WO3”的全硫測定結(jié)果無顯著性偏倚,表明化學(xué)方法回收的三氧化鎢均適用于煤中全硫和氫的測定。
本文以從煤中硫氫測定后的廢料中回收三氧化鎢作為主要研究目標(biāo),進(jìn)行了大量的探索性實(shí)驗(yàn)。
使用兩種方法回收的三氧化鎢在測定煤中氫時(shí),無顯著性偏倚,可相互替代;但在測定煤中全硫時(shí),物理方法回收的三氧化鎢存在顯著性偏倚,因此僅可使用化學(xué)方法回收的三氧化鎢作為催化劑。綜合以上數(shù)據(jù)分析結(jié)論得出,在測定煤中硫氫元素時(shí),化學(xué)方法回收的三氧化鎢可代替正常三氧化鎢使用。
綜上所述,廢料中的三氧化鎢可以循環(huán)多次使用,通過化學(xué)方法回收的三氧化鎢不但可保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,還能節(jié)省試驗(yàn)耗材,降低試驗(yàn)成本。