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      快速響應氫氧化鈣質效測定方法

      2022-03-31
      來源:中國安全生產 作者:國家礦山應急救援芙蓉隊 茍忠 陳益能 北京賽克德利科技有限公司 王斌斌

       

         在礦山救援過程中,受災區環境中有毒有害氣體的制約,救援人員經常需要佩戴隔絕式氧氣呼吸器進行作業,當氧氣呼吸器中清凈罐內二氧化碳吸收劑存在質量問題時,會造成氧氣呼吸器內二氧化碳濃度偏高,從而影響救援人員健康甚至危及生命。通常大氣中的二氧化碳正常含量是0.04%,當二氧化碳的濃度達1%時會使人感到氣悶、頭昏、心悸,達到4%5%時人會感到氣喘、頭痛、眩暈,而達到10%的時候,會使人體機能嚴重混亂,使人喪失知覺、神志不清、呼吸停止而死亡。通常二氧化碳中毒后迅速采取通風、吸氧等方法可以對病者進行有效的救護,對患者造成的損傷較小,然而長時間的二氧化碳中毒會造成不可逆的損傷甚至死亡。按照行業標準規定,隔絕式正壓氧氣呼吸器呼吸量為30Lmin時,吸氣中的二氧化碳濃度應不大于10%。目前國內外隔絕式氧氣呼吸器使用的二氧化碳吸收劑主要為氫氧化鈣吸附劑。

        氫氧化鈣吸附劑是一種特制的專門用于氧氣呼吸器的二氧化碳吸收劑,因為它所含的主要成分是氫氧化鈣,所以人們習慣上就叫它“氫氧化鈣”,實際上氫氧化鈣吸附劑是一種混合物,主要成分為氫氧化鈣,有極少量氫氧化鈉,微量的碳酸鈣、碳酸鈉等雜質,其余為水分。氫氧化鈉可提高低濃度二氧化碳的吸收效能,有較強的潮解能力,能使吸收劑保持必要的濕度。水分含量影響二氧化碳的吸收反應速率,含水量比標準值過高或過低都會降低吸收劑效能。氫氧化鈉含量越多,吸收二氧化碳的速度越快,吸收水分也越容易,反應產生的熱量也越多,同時也易發生潮解和粘連現象。在存放過程中,久置的氫氧化鈣因為吸收了空氣中的二氧化碳而部分變質,因此在礦山行業中按照二氧化碳的吸收率X來衡量所使用氫氧化鈣是否滿足使用需求。根據中華人民共和國煤炭行業標準規定,對于應用于呼吸器的氫氧化鈣,其二氧化碳的吸收率X應不小于33%,應用于自救器的二氧化碳的吸收率X應不小于35%。因此對氫氧化鈣的二氧化碳吸收率測定非常重要。然而目前救護大隊使用的測試方法復雜,儀器占地面積大,這些條件均限制了氫氧化鈣的及時測試與使用。更多大隊受條件限制,甚至沒有測試設備。在這種情況下,開發一款占地面積小、操作簡單、響應迅速的二氧化碳吸收率測試設備,對礦山救援與安全生產來說非常有必要。

        從原理上來分析,氫氧化鈣吸收二氧化碳的有效成分可以歸功于樣品中的氫氧根,通過測試所含氫氧根的量可計算出二氧化碳的吸收能力,因此本團隊開發JC-I氫氧化鈣質效測試設備,通過電化學方法,快速有效地測量氫氧根離子濃度,并使用自主開發的軟件進行計算,讓用戶可以快速直接讀出其所使用樣品的二氧化碳吸收率。大大提高了所使用產品的被檢查概率。

       

      儀器組成與操作方法

       

        儀器組成。JC-I氫氧化鈣質效測試設備主要設備為電子酸堿度分析測定儀一臺,分析軟件或對照表一套。采用pH酸堿分析法快速、準確判斷氫氧化鈣的質效,比對出二氧化碳吸收率等主要技術指標。

        操作方法。打開電子酸堿度分析測定儀,按照說明對設備進行校準,一次校準后可多次使用。稱取一定量待測樣品,按照一定比例放入純凈水中,攪拌后,取上層液體測試。將所測得數據輸入到所配備軟件中,直接讀取二氧化碳吸收率。

       

      結果與分析

       

        原理介紹

        對于單位質量的氫氧化鈣或者其他堿性顆粒,其吸收二氧化碳的原理可以簡單表示為以下方程式:

      Ca(OH) CO CaCO 1

        簡化為

      2OH COCO 2

        對于樣品中的非氫氧根類堿性氧化物,如氧化鈣(CaO),其與二氧化碳反應方程式亦可簡化為方程式(2)。

        由上可知通過測試溶液中的OH-離子濃度就可推算出其吸收二氧化碳的能力,也就是二氧化碳吸收率,如下公式所示:


       

        式中

        X——二氧化碳吸收率;

        pH——溶液所測得pH值;

        m——待測樣品總質量,g;

        V——待測樣品所配溶液總體積,L。

        在此處,由于氫氧化鈣在水中溶解度限制,因此測試時需要注意V:m須大于2,如,0.1g待測樣品所需水溶液不低于0.2L。所測得樣品可按照表1進行對比。

        電子酸堿度分析測定儀自檢方法

      使用JC-I氫氧化鈣質效測試設備準確測定二氧化碳吸收率的關鍵操作步驟在于準確地校正電子酸堿度分析測定儀。影響電子酸堿度分析測定儀校準的原因主要有兩方面:其一,標校緩沖液失效。其二,酸堿度分析測定儀電極故障。

      二氧化碳吸收率對照表

      pH

      二氧化碳吸收率/%

      對應氫氧化鈣濃度

      pH

      二氧化碳吸收率/%

      對應氫氧化鈣濃度

      12.130768

      59.46

      100(基本不可能)

      11.7

      22

       

      11.901

      35.031

      自救器所需最低值

      11.2

      6.97

      基本無效

      11.875

      32.995

      呼吸器所需最低值

      11.1

      5.5

      基本無效

      11.85

      31.15

       

      11

      4.4

      基本無效

      11.8

      27.76

       

       

       

       

       

      電子酸堿度分析測定儀校準結果

      名稱

      標校溶液1

      標校溶液2

      標校溶液3

      復查標校溶液

      標校溶液標稱值

      溶液溫度/

      pH

      溶液溫度/

      pH

      溶液溫度/

      pH

      溶液溫度/

      pH

      17.3

      6.86

      17.8

      4

      17.8

      9.18

      17.8

      9.18

      校準操作顯示值

      17.7

      6.94

      18

      3.98

      17.4

      9.23

      17.5

      9.20

       

      氫氧化鈣溶液pH值測量值吸收率

      編號

      裝藥前質量/g

      裝藥后質量/g

      藥量/g

      pH

      溫度/

      實際吸收率/%

      編號1

      26.6668

      26.8664

      0.1996

      11.886

      16.9

      33.841

      編號2

      26.6661

      26.8644

      0.1983

      11.871

      16.8

      32.690

       

       

        標校緩沖溶液真實pH值會受溫度影響而發生變化,在使用過程中,應注意適用的環境溫度。在多次使用時同一標準緩沖溶液時,插入的電極應沖洗干凈且擦拭干凈,防止將雜質和水帶入標校緩沖溶液中改變標校緩沖溶液pH值。酸堿度分析測定儀電極故障后,將產生系統測量誤差,導致測得的待測溶液pH值偏離待測溶液的真實pH值。

        間斷使用電子酸堿度分析測定儀時,每次使用前應對儀器進行校準標定。用指定的兩種或三種不同pH值的標校緩沖液對電子酸堿度分析測定儀進行校準操作。線性校準完成后,抽取其中一瓶堿性標校緩沖溶液進行復查,測得的pH值接近標校緩沖液的標稱值,滿足誤差要求,則電子酸堿度分析測定儀完好,可進行氫氧化鈣吸收率測定操作(表2)。

        實驗數據表明:復查測得的pH值接近標校緩沖液的標稱值,電子酸堿度分析測定儀校準后,線性相關度高,測得數據準確可靠。

       

      結果分析

       

        將電子酸堿度分析測定儀校準完成后,選擇不同廠家、不同批號的氫氧化鈣進行測試。分別取0.2g氫氧化鈣藥劑,加入不同編號的400ml蒸餾水燒杯中,充分攪拌、溶解后,分別測得各燒杯中氫氧化鈣溶液pH值,具體結果見表3。

        通過實驗測得不同氫氧化鈣溶液的pH值數據準確、可靠,平行實驗結果的偏差度小,計算得出的二氧化碳吸收率符合實際情況。

       

      評價

       

        使用JC-I氫氧化鈣質效測試設備測定二氧化碳吸收率,具有以下特點。

        操作程序簡單、速度快,避免了傳統分析方法在夏季高濕度環境中使用無水氯化鈣時因潮解吸水而帶入的測量誤差。

        平行實驗重復性好,測量結果相差度小,避免了傳統分析方法二氧化碳氣源減壓器不穩定而導致流量、壓力變化情況。

        單個樣品測定時間短,適用于批量抽查工作。傳統分析方法測定一組氫氧化鈣試樣吸收率需要至少1h才能完成,使用JC-I氫氧化鈣質效測試設備,單個氫氧化鈣試樣測定只需5min左右,有效地提高了工作效率。

        相對于傳統分析方法,JC-I氫氧化鈣質效測試設備的消耗藥品中無濃硫酸和二氧化碳等有毒有害化學藥品,降低了藥品管理難度,減少了操作過程可能出現的意外傷害事故。

      【責任編輯:cheng】
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