水泥生料中的氨含量檢測方法淺析

李保軍 徐文祥 軒紅鐘 肖慧麗 王瑩 劉夢雪 丁松燕

摘要：SCR是目前國際上應用于水泥廠脫硝的常用技術，大量的氨水作為還原劑還原NOx，部分氨水進入水泥生料中以氨水或銨鹽的形式存在。該文通過對生料的水洗、真空抽濾，將氨水或銨根離子溶于水中，利用甲醛法將生料中的氨或銨根離子定量檢出，為SCR中氨的利用率的計算提供了依據。

關鍵詞： ?SCR;生料;氨水;水洗;甲醛法;定量

引言

水泥生產過程排出的大量廢氣中含有有害氣體NOx，世界各國都十分重視對NOx的控制和治理。SCR是目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術，利用SCR系統對水泥廠進行脫硝，效率通常很高。SCR脫硝技術以含有氨基的還原劑，在裝載有催化劑的反應容器內將煙氣中的NOx選擇性的還原為N2[1]。實驗過程中通常以氨水作為還原劑[2]，在噴灑氨水的過程中，一部分氨水進入水泥生料中未參與氧化還原反應中，以氨水或銨根離子的形式存在于水泥生料中，因此提供一種快速有效的定性定量檢測水泥生料中氨水或銨根離子的方法，對水泥生產過程中的有害物質監控有著十分重要的意義。

通過對水泥生料進行水洗、真空抽濾，將逃逸到水泥生料中的氨以氨水或銨根離子的形式溶于水中，利用甲醛法將生料中的氨定量檢出，建立一套快速有效的診斷體系，監控SCR技術中未反應的氨水進入生料后的氨含量。

1. 實驗過程

1.1 實驗目的

利用甲醛法對水泥生料中氨根離子含量進行定量檢測

1.2 實驗原理

生料中的銨根離子通過水洗、真空抽濾的方法進行收集，利用甲醛法進行定量檢測。

甲醛法是檢測銨根離子常用的一種方法，主要是甲醛與銨鹽反應，生產（CH2）6N4H+和H+，然后用酚酞做指示劑，用NaOH標準溶液滴定。 其反應式：

4NH4++6HCHO = （CH2）6N4H++3H++6H2O

（CH2）6N4H++3H++4OH-=（CH2）6N4+4H2O

1.3 實驗試劑及裝置

1.3.1 NaOH標準滴定液c（NaOH）=0.05mol/L;

1.3.2 酚酞指示劑（10g/L）：溶劑為95%乙醇;

1.3.3 中和后的甲醛溶液：取一定量的甲醛試劑（分析純），加入2到3滴酚酞指示劑，用氫氧化鈉標準滴定液滴定到粉紅色，半分鐘不褪色;

1.3.4 真空抽濾瓶及真空泵;

1.3.5 ?0.45μm的水系過濾膜。

1.4 實驗內容

準確稱取含有銨根離子的水泥生料樣品50g放入燒杯中，加入二次純化水50mL通過玻璃棒均勻攪拌5min，分4～5次轉移至真空抽濾瓶上通過0.45μm的水膜進行過濾，并對生料進行反復沖洗，確保銨根離子洗脫出來，將濾液全部轉移至200mL容量瓶中，用移液管轉移50mL濾液進入錐形瓶中，加2到3滴酚酞指示劑，加5mL中和后的甲醛溶液，均勻振蕩1min，粉紅色褪色至無色，靜置，用0.05mol/L的氫氧化鈉滴定液滴定到粉紅色，半分鐘內不褪色，即為滴定終點。（注：可通過滴定至終點的溶液中加入中和的甲醛溶液觀察粉紅色是否褪去，判斷甲醛是否與NH4+反應完全，加入甲醛溶液后，粉紅色不褪色，說明5mL甲醛溶液足以完全轉化生料中的NH4+）。

1.5 實驗結論

通過該方法能夠快速有效的定性及定量檢測生料中是否殘留的銨根離子，對水泥生產工藝的監控、氨逃逸計算提供一套快速、可行的檢測體系。

2. 實例分析：

某水泥廠利用SCR技術進行脫硝處理，部分氨水進入生料樣品中轉化為銨鹽形式存在，對含有銨鹽的生料樣品進行取樣、分析。具體操作如下：分別稱取生料樣品52.5318g、50.4640g放入燒杯中標識為樣品1、樣品2，各加入50mL二次純化水，用玻璃棒攪拌5分鐘，分5次轉移至真空抽濾瓶上通過0.45μm的水膜過濾，并對生料進行反復水洗，確保銨根離子洗脫出來，將樣品1的濾液全部轉移至200mL容量瓶中，將樣品2的濾液全部轉移至250mL容量瓶中。分別兩次移取樣品1的濾液50.0mL放入錐形瓶中，加3～4滴酚酞試劑，再加入用0.05N的氫氧化鈉滴定液中和的甲醛溶液5mL（甲醛中滴加3～4滴酚酞試劑，用0.05N的氫氧化鈉滴定液滴定至粉紅色，半分鐘不褪色），混勻1min，靜置。用0.05N的氫氧化鈉滴定液（實際標定值為0.04922N）進行滴定，滴定終點至粉紅色產生，半分鐘不褪色。滴定結果為：消耗的NaOH體積V1=9.02mL，V2=9.01mL。分別兩次轉移樣品2的濾液100.0mL放入錐形瓶中，同樣按上述方法進行處理滴定，滴定結果為：消耗的NaOH體積V1=13.50mL，V2=13.51mL。按照2.5的計算公式進行計算，結果如下：

樣品 消耗氫氧化鈉的體積 （NH4+）含量 兩次結果的平行性

樣品1 （1） 9.02 0.0608% 0.0015%

樣品1 （2） 9.01 0.0608%

樣品2 （1） 13.50 0.0593%

樣品2 （2） 13.51 0.0593%

通過上述實驗結果及兩個樣品結果差值，說明該方法檢測水泥生料中殘余氨含量快速、可行。實驗過程中，兩次稱取50g生料樣品，最終定容體積分別為200mL及250mL，設計實驗的目的是確保樣品真空抽濾過程中，水洗的量是否徹底洗脫生料中的銨根離子，通過上述實驗數據可知結果較為滿意。

結論：SCR脫硝技術以氨作為還原劑[3]，部分氨未參與反應進行了逃逸，通過對生料中的氨進行水洗，再通過真空抽濾，將生料中的氨浸出到水中，利用甲醛法可以定量檢測出進入水泥生料中的氨含量，為SCR技術生料中氨含量的檢測提供了一種可行的方法。

參考文獻：

[1]周蓉，韋彥斐，許明海，等. 水泥窯SCR煙氣脫硝技術的可行性分析[J].水泥，2015（2）：67-68.

[2]周延伶，春日貴史，Nagl Thomas. SCR技術在歐洲水泥工業的應用及脫硝催化劑[J].水泥，2015（12）：46-50.

[3]趙龍. 水泥窯SCR脫硝技術的應用與調試[J].水泥，2016（4）：60-64.