X射线荧光光谱法鉴别废催化剂的浸出毒性

2021-01-11刘晖邵磊韩冲王国刚

云南化工 2020年12期

刘晖，邵磊，韩冲，王国刚

（青岛惠城环保科技股份有限公司，山东青岛 266500）

流化催化裂化（FCC）废催化剂，作为一种工业垃圾，其主要的危害是浸出金属毒性污染。FCC废催化剂浸出毒性污染源主要是沉积在表面上的镍［1］。行业内通用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定FCC废催化剂的浸出金属毒性浓度。ICP-AES测试时间的灵活性有很大限制，而且测试成本也高。X射线荧光仪常用来分析固体类样品，测试液体样品的功能往往被忽视，其对于液体样品的测试的有快速、高效的特点，其分析数据的准确性和稳定性也非常好。对水样的分析可以达到10-9数量级［2］。实验中心快速准确的分析，对于生产单位有重要的作用。

1 分析原理

1.1 X射线分析的理论基础

特征X射线由内层电子被激发而产生。由基态变为不稳定的激发态，外层电子跃迁到内层轨道填补电子空位，并以X射线的形式释放能量。不同元素的层电子能量不同，它们的特征X射线的波长就各不相同，一般特征射线的强度和物质浓度呈正比关系。

1.2 ICP-AES气体消耗

ICP光源自问世以来主要是在惰性气体高纯氩气氛围中工作的，需要三股不同的气流［3］，见表1。

表1 ICP-AES运行中消耗的高纯氩气

在ICP-AES分析样品前，仪器用高纯氩气吹扫2h后方可打开冷却水，否则空气残留的水分进入了CID检测器内结霜，将对CID检测器造成严重损坏。同理，仪器停止运行后也要进行约30min的驱赶空气过程。驱气过程中气体速率为4L／mim。在此过程中消耗的高纯氩气约600L。

常用的盛装气体的钢瓶体积是40L，气瓶压力一般约为12MPa。经过查询氩的体积换算系数表［4］，可以得出满瓶的高纯氩气的气体体积约5000L。一瓶高纯氩气的使用时间约为3～4h。由此可见，在分析样品过程中，高纯氩气的消耗量是非常多的。对有大批量样品的生产单位来说，频繁更换气瓶，也会降低工作效率，有损生产利益。

2 样品的分析

根据2016版《国家危险废物名录》中记载，FCC废催化剂归类于HW50型危险废物，废物代码是251-017-50，危险特性是浸出毒性。FCC废催化剂的危害成分是镍（以总镍计），浸出液中危害成分的浓度限值是 5mg／L［5］。

2.1 实验仪器和材料

S8 Tiger型波长色散型X射线荧光仪（德美国赛默飞世尔）；HT-FZD-6A型翻转式震荡装置（上海恒唐）；AL-204型精密电子天平（梅特勒.托利多）；PHS-3型pH计（上海雷磁）；Mylar膜样品杯（德国布鲁克）；分析纯硫酸（国药）；分析纯硝酸（国药）。

2.2 样品激发条件

根据镍的含量和元素性质，用S8型X射线荧光仪的分析条件，见表2。

表2 镍的分析条件

在仪器设置条件下，将每个标准样品分析3遍。将编号为N-1到N-12的标准样品的浓度，输入到分析软件的标准数据库中。然后按照激发条件设置曲线的分析条件，将每个标准样品扫描，就初步建立好了镍的标准曲线。

2.3 标准样品的配置

称取1g金属镍，用30mL HNO3（1+1）热酸溶解，冷却后用水定容到1L。得到浓度为1.00mg／mL的母标准溶液［5］。标准样品的含量范围通常由样品中的浓度范围确定，含量范围宽而且有梯度，必须满足荧光仪的校准和日常质量控制。

2.4 样品的制备

将质量比为2∶1的浓硫酸和浓硝酸混合液加入到试剂水（1L水约2滴混合液）中，使pH为3.20±0.05。以硝酸／硫酸混合溶液为浸提剂，模拟废物在不规范填埋处置、堆存、或经无害化处理后废物的土地利用时，危害物质被雨水等从废物中浸出而进入环境的过程。称取150g样品，置于2L带盖聚乙烯瓶中。根据样品的含水率，按液固比为10∶1（L／kg）计算出所需浸提剂的体积，加入浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r／min，于23±2℃ 下振荡18±2h［6］。