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摘要:采用气相色谱法,分析了消失模铸造车间排放有机废气的含量;实验中用玻璃注射器取样,用氢火焰离子化检测器(FID)分析样品,该方法简便、可靠;实验结果表明,消失模车间内有机废气浓度极低,但是从抽气管道中排放到车间外的废气浓度较高,会对环境造成一定的污染。
关键词:气相色谱法;EPS;有机废气
文献标识码:A 文章编号:1000-8365(1999)04-0032-02
EnvironmentalSanitationMonitorofLostFoamCastingPlantbyGasChromatograghy
TANGDong-ling,LIYan,YANGJia-kuan,HUANGNai-yu
(HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430074,China)
Abstract:Inthispaper,theamountoforganicwastesdischargedfromLostFoamCasting(LFS),,however,theorganicwastesdischangedfromthevacuumpipeishigh,itwillpollutetheenvironmenttosomeextent.
KeyWords:Gaschromatograghy;EPS;Organicwastes
消失模铸造是60年代发展起来的铸造新工艺,以其简单的工艺、优质的铸件、可观的经济效益被誉为“明天的铸造技术”[1]。消失模铸造是用泡沫塑料模(简称泡沫模)取代传统的木模造型,在金属液浇注的过程中,泡沫模埋在石英砂中不取出,金属液烧掉泡沫模并代替它的位置,从而获得与泡沫模相同形状的金属铸件。聚苯乙烯泡沫塑料(ExpandedPolystyrene,简称EPS)是消失模铸造工艺中用来制作泡沫模最常用的一种高分子材料。在模型加工和金属液浇注的过程中,EPS热分解产生许多含苯环的有机废气,对于这些有机废气是否会超过国家环境卫生标准对环境造成危害,还缺乏一种明确和完整的认识,目前国内尚未见这方面的报导。但检测这些气体的含量,对评价气化模铸造车间的环境卫生状况以及进行废气净化处理具有十分重要的意义。
空气中有机废气的采样方法有:直接取样法和富集采样法2种[2]。其中,富集采样法一般是把大气采样器与固体吸附剂采样管配合使用,适用于测定低浓度有机废气的平均浓度,样品便于携带和保存,特别适合于采样地点和分析样品的地点相距较远的场合[3],直接采样法较简便,适用于有机废气排放时间集中,或废气浓度较高场合,而且最好是采样和分析样品在同一地方进行。本实验中测定对象是实验室中单个砂箱的浇注车间,而非流水线操作车间,单个砂箱的浇注过程中排放废气的时间较短,所以采用注射器直接取样更方便有效,取样后立即进样分析。经实践验证,此方法简便、快捷、准确。
1 实验部分
仪器与试剂
上海科创8810-A型气相色谱仪(带有氢火焰离子化检测器),SSC-932型色谱数据处理机。二硫化碳、甲苯(分析纯试剂),苯、乙苯、苯乙烯(化学纯试剂)。
色谱条件
色谱柱:
2mm×2mm不锈钢柱。固定液:%DNP,101硅烷化白色硅藻土担体粒度()。柱温:100℃,汽化室温度:120℃,检测器温度:110 ℃。载气流量26mL/min,,。灵敏度置3档,记录衰减为1/64。
标准样品的配制
本实验采用外标法定量。分别配制体积浓度为100×10-6的苯、甲苯、乙苯、苯乙烯的4种二硫化碳溶液作为标样。,以峰面积对进样量作图得到标准曲线,如图1所示。用线性回归的方法得到各物质的线性回归方程及相关系数分别为:
苯:Y=-, r=;
甲苯:Y=-, r=;
乙苯:Y=-, r=;
苯乙烯:Y=-,
r=。
图1 4种物质的标准曲线
Standardcurveoffourdifferentmatter
样品的采集
气化模铸造工艺中,有2个过程会放出有害气体:(1)在用线切割方法制造泡沫模时,高温金属丝切割EPS板材会产生一些有机气体;(2)在浇注时高温的金属液使EPS热分解会产生许多气体,可能由3种位置排放,即浇冒口、开箱处和真空泵排出口,故在这3处采集样品。此外,还直接从抽气的橡胶管道中取样,与真空泵排出口所取样品加以比较。在浇注过程中,排出废气浓度大小与消失模铸造本身的工艺参数有关。譬如,铸件越大,则EPS模型热分解产生气体越多,排出废气浓度越高。本实验中选用的铸件为集装箱角件,并控制一定的工艺参数。。×g/;;模样上涂挂一层棕刚玉涂料,~;,三维振动紧实造型,砂箱尺寸为400mm×400mm×500mm;钢液浇注温度为1560~1570℃,。金属液浇注时间较短,约2min,在每个取样位置用注射器连续取5个样品。因为废气的浓度随时间而波动,所以这5个样品的浓度不同,这里只需记录最高浓度值。
样品的分析
将线切割工位和浇注现场取得的样品立即进样分析。由峰面积定量,根据线性回归方程可以推算出每个样品中苯系物的含量,除以进样体积即可获得样品中苯系物的浓度。记录下每个取样位置的最高废气浓度值,与国家的环境标准进行比较。
2 结果与分析
以抽气管道内样品为例,实验中所得典型谱图,见图2。由图2中可以看出主要的污染物为:苯、甲苯和苯乙烯
图2 抽气管道内所取样品的典型谱图峰
Spectraltypecurveinthepipe
实验结果,见表1(附生产车间国家环境标准[2])。由表中可以看出,在消失模铸造车间内,浇冒口处和开箱处有机废气浓度远小于环境标准,不会对浇注工人造成危害。然而,抽气管道中的苯等有害气体含量远远超过了国家标准,经过水环式真空泵冷却后,部分有机废气遇循环水后会冷凝下来,因而真空泵排出口处废气浓度大大下降,但是苯含量仍然超标。另外,苯系物不溶于水,冷凝在水中的废气仍会由水中逸出,而且,冷凝在水中的有机废气也可能造成水体污染。因此,最好是将抽气管道中的废气经过真空泵之前进行净化处理。由线切割方法制造泡沫模产生的气体直接扩散到空气中,在通风条件良好的情况下,各物质含量均较低;如果通风不良,各种蒸汽不能及时扩散就易沉积在操作台附近,严重危害操作工人的身体健康。
表1 不同取样位置有机废气的浓度mg/ Wastesconcentrationatdifferentplaces
废气
种类
线切割
工位
浇冒
口处
开箱
处
真空泵
排出口
抽气管
道内
环境标准
TJ36-79
苯
40
甲苯
微量*
100
乙苯
微量
微量
微量
无**
苯乙烯
微量
微量
40
注:*微量表示浓度低于检测极限
**国家标准中暂时没有乙苯的标准
3 精密度实验
以线切割气体中苯含量的测定为例,精密度实验结果,见表2。由此可见,本方法的精密度较高,可以满足消失模铸造车间环境监测的要求。
表2 精密度实验结果(苯的浓度单位为mg/m3) Deviationoftestresult
取样次数
平均值
标准偏差
相对标准偏差/%
1
3
2
17
3
2
4 结论
(1)消失模铸造车间排放的主要污染物是苯、甲苯和苯乙烯等有机废气。
(2)消失模车间内有机废气浓度极低,不会造成环境污染;但是抽气管道内的有机废气的浓度较高,排放到车间外会对环境造成一定的污染,进行有机废气的净化处理是十分必要的。
(3)本实验中采用的取样和分析方法简单、快捷、较准确,适合于小批量生产的消失模铸造车间的环境检测。
作者简介:唐东羚(1972- ),女,湖南人,助工、学士.
作者单位:(华中理工大学,湖北武汉430074)
参考文献
[1]白天申,——21世纪中国铸造发展方向[J].机械工艺师,1994(4):32~34
[2][M].北京:中国环境科学出版社,1990.
[3]刑玉兰,[J].化工环保,1982,2(1):37~40