水泥生料中的氨含量检测方法浅析

李保军 徐文祥 轩红钟 肖慧丽 王莹 刘梦雪 丁松燕

摘要：SCR是目前国际上应用于水泥厂脱硝的常用技术，大量的氨水作为还原剂还原NOx，部分氨水进入水泥生料中以氨水或铵盐的形式存在。该文通过对生料的水洗、真空抽滤，将氨水或铵根离子溶于水中，利用甲醛法将生料中的氨或铵根离子定量检出，为SCR中氨的利用率的计算提供了依据。

关键词：  SCR;生料;氨水;水洗;甲醛法;定量

引言

水泥生产过程排出的大量废气中含有有害气体NOx，世界各国都十分重视对NOx的控制和治理。SCR是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，利用SCR系统对水泥厂进行脱硝，效率通常很高。SCR脱硝技术以含有氨基的还原剂，在装载有催化剂的反应容器内将烟气中的NOx选择性的还原为N2[1]。实验过程中通常以氨水作为还原剂[2]，在喷洒氨水的过程中，一部分氨水进入水泥生料中未参与氧化还原反应中，以氨水或铵根离子的形式存在于水泥生料中，因此提供一种快速有效的定性定量检测水泥生料中氨水或铵根离子的方法，对水泥生产过程中的有害物质监控有着十分重要的意义。

通过对水泥生料进行水洗、真空抽滤，将逃逸到水泥生料中的氨以氨水或铵根离子的形式溶于水中，利用甲醛法将生料中的氨定量检出，建立一套快速有效的诊断体系，监控SCR技术中未反应的氨水进入生料后的氨含量。

1. 实验过程

1.1 实验目的

利用甲醛法对水泥生料中氨根离子含量进行定量检测

1.2 实验原理

生料中的铵根离子通过水洗、真空抽滤的方法进行收集，利用甲醛法进行定量检测。

甲醛法是检测铵根离子常用的一种方法，主要是甲醛与铵盐反应，生产（CH2）6N4H+和H+，然后用酚酞做指示剂，用NaOH标准溶液滴定。 其反应式：

4NH4++6HCHO = （CH2）6N4H++3H++6H2O

（CH2）6N4H++3H++4OH-=（CH2）6N4+4H2O

1.3 实验试剂及装置

1.3.1 NaOH标准滴定液c（NaOH）=0.05mol/L;

1.3.2 酚酞指示剂（10g/L）：溶剂为95%乙醇;

1.3.3 中和后的甲醛溶液：取一定量的甲醛试剂（分析纯），加入2到3滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准滴定液滴定到粉红色，半分钟不褪色;

1.3.4 真空抽滤瓶及真空泵;

1.3.5  0.45μm的水系过滤膜。

1.4 实验内容

准确称取含有铵根离子的水泥生料样品50g放入烧杯中，加入二次纯化水50mL通过玻璃棒均匀搅拌5min，分4～5次转移至真空抽滤瓶上通过0.45μm的水膜进行过滤，并对生料进行反复冲洗，确保铵根离子洗脱出来，将滤液全部转移至200mL容量瓶中，用移液管转移50mL滤液进入锥形瓶中，加2到3滴酚酞指示剂，加5mL中和后的甲醛溶液，均匀振荡1min，粉红色褪色至无色，静置，用0.05mol/L的氢氧化钠滴定液滴定到粉红色，半分钟内不褪色，即为滴定终点。（注：可通过滴定至终点的溶液中加入中和的甲醛溶液观察粉红色是否褪去，判断甲醛是否与NH4+反应完全，加入甲醛溶液后，粉红色不褪色，说明5mL甲醛溶液足以完全转化生料中的NH4+）。

1.5 实验结论

通过该方法能够快速有效的定性及定量检测生料中是否残留的铵根离子，对水泥生产工艺的监控、氨逃逸计算提供一套快速、可行的检测体系。

2. 实例分析：

某水泥厂利用SCR技术进行脱硝处理，部分氨水进入生料样品中转化为铵盐形式存在，对含有铵盐的生料样品进行取样、分析。具体操作如下：分别称取生料样品52.5318g、50.4640g放入烧杯中标识为样品1、样品2，各加入50mL二次纯化水，用玻璃棒搅拌5分钟，分5次转移至真空抽滤瓶上通过0.45μm的水膜过滤，并对生料进行反复水洗，确保铵根离子洗脱出来，将样品1的滤液全部转移至200mL容量瓶中，将样品2的滤液全部转移至250mL容量瓶中。分别两次移取样品1的滤液50.0mL放入锥形瓶中，加3～4滴酚酞试剂，再加入用0.05N的氢氧化钠滴定液中和的甲醛溶液5mL（甲醛中滴加3～4滴酚酞试剂，用0.05N的氢氧化钠滴定液滴定至粉红色，半分钟不褪色），混匀1min，静置。用0.05N的氢氧化钠滴定液（实际标定值为0.04922N）进行滴定，滴定终点至粉红色产生，半分钟不褪色。滴定结果为：消耗的NaOH体积V1=9.02mL，V2=9.01mL。分别两次转移样品2的滤液100.0mL放入锥形瓶中，同样按上述方法进行处理滴定，滴定结果为：消耗的NaOH体积V1=13.50mL，V2=13.51mL。按照2.5的计算公式进行计算，结果如下：

样品 消耗氢氧化钠的体积 （NH4+）含量 两次结果的平行性

样品1 （1） 9.02 0.0608% 0.0015%

样品1 （2） 9.01 0.0608%

样品2 （1） 13.50 0.0593%

样品2 （2） 13.51 0.0593%

通过上述实验结果及两个样品结果差值，说明该方法检测水泥生料中残余氨含量快速、可行。实验过程中，两次称取50g生料样品，最终定容体积分别为200mL及250mL，设计实验的目的是确保样品真空抽滤过程中，水洗的量是否彻底洗脱生料中的铵根离子，通过上述实验数据可知结果较为满意。

结论：SCR脱硝技术以氨作为还原剂[3]，部分氨未参与反應进行了逃逸，通过对生料中的氨进行水洗，再通过真空抽滤，将生料中的氨浸出到水中，利用甲醛法可以定量检测出进入水泥生料中的氨含量，为SCR技术生料中氨含量的检测提供了一种可行的方法。

参考文献：

[1]周蓉，韦彦斐，许明海，等. 水泥窑SCR烟气脱硝技术的可行性分析[J].水泥，2015（2）：67-68.

[2]周延伶，春日贵史，Nagl Thomas. SCR技术在欧洲水泥工业的应用及脱硝催化剂[J].水泥，2015（12）：46-50.

[3]赵龙. 水泥窑SCR脱硝技术的应用与调试[J].水泥，2016（4）：60-64.