1、第六篇 固體材料,一. 粉煤灰,以煤粉為燃料的火電廠產(chǎn)生粉煤灰。粉煤灰的主要化學(xué)成分如下：SiO2: 4356% Al2O3: 2032% ，F(xiàn)e2O3 : 410% ，CaO : 1.50.55% ，MgO：0.62.0% ,Na2O,K2O：1.02.5% ，SO3：0.31.5% ，燒失重320% 。粉煤灰化學(xué)成分與粘土相似，但二氧化硅含量偏低，三氧化二鋁含量偏高。目前粉煤灰利用技術(shù)主要有：生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚，生產(chǎn)粉煤灰蒸養(yǎng)磚，生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽砌塊，生產(chǎn)加氣混凝土，代替粘土做生產(chǎn)水泥的原料，粉煤灰用于筑路和回填等。,二、碳鋼,碳鋼也叫碳素鋼，它不僅容易冶煉，價格便宜，而且性能亦可滿足使用要

2、求，在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。碳鋼除含鐵和碳兩種元素外，還含有少量其它非特意加入的雜質(zhì)元素如：Mn、Si、S、P、H、O、N等。錳在鋼中的含量一般為0.250.8 ，除起固溶強化作用外還可與硫形成MnS,以消除硫在鋼中的有害作用，改善鋼的熱加工性能；碳鋼中硅的含量一般不超過0。4，也是一種有益的元素；硫在鋼中一般是有害元素，降低鋼的耐蝕性，并使鋼的焊接性能變壞。氫也是鋼中的有害元素，它能引起所謂氫脆和白點，降低鋼的機械性能；氮和氧的存在對鋼也是有害的。碳鋼分為低碳鋼（C0.6)。,三、合金鋼,含有合金元素的鋼稱為合金鋼 。鋼中常用的合金元素有Si (0.4%)、Mn(0.8%)、Cr、Ni、W

3、、Mo、V、Ti、Nb、Al、B 及稀土元素等按合金元素總含量分為三類：低合金鋼 (10%),我國的合金鋼是按成分和用途，以數(shù)字和化學(xué)元素符號及漢語拼音字母相結(jié)合的方法來編號。合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各類機械零件及用于各種工程結(jié)構(gòu)，這類鋼的編號是：兩位數(shù)字元素符號數(shù)字，前面兩位數(shù)字鋼中平均含碳量的萬分數(shù)，元素符號后的數(shù)字表示該元素在鋼中平均含量的百分數(shù)。合金元素在鋼中的平均含量小于1.5%時，鋼號只標(biāo)明元素。例如20Cr3MoWV 表示該鋼平均含碳量為0.2%含Cr量為2.53.5% 、Mo、 W、 V、含量均在1.5%以下。合金工具鋼主要用來制造各種刃具、量具、模具，特殊鋼是具有多種特殊物理化

4、學(xué)性能的鋼如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，這幾類鋼的編號基本相同：一位數(shù)字元素符號數(shù)字 前面一位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)（1%時略去不標(biāo)）例如9SiCr鋼，表示鋼的平均含碳量為0.9% Cr、Si含量均在1.5%.以下。,四、不銹鋼,不銹鋼是指在空氣、水、鹽的水溶液、酸及其它腐蝕性介質(zhì)中具有抵抗腐蝕能力的鋼類。當(dāng)不銹鋼基體中的含鉻大于等于11.7%時，才能保證其耐腐蝕性，根據(jù)鋼高溫加熱（9001100）空冷后的不同不銹鋼可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼，常用的馬氏體不銹鋼是Cr13型不銹鋼，其平均含鉻量為13含碳量在0.080.45范圍。熱力設(shè)備中常用的鐵素體不銹鋼是1Cr17

5、和1Cr25Ti 。其耐腐蝕性優(yōu)于Cr13型鋼，在熱力設(shè)備中主要用作鍋爐燃燒室高溫過熱器的吹灰器，吊架等。,奧氏體不銹鋼是目前生產(chǎn)應(yīng)用最為廣泛典型的是188型不銹鋼，188型不銹鋼含碳量很低(0.030.22%)含鉻量為1719含鎳量為812，低的含碳量有利于保證鋼的耐蝕性，大量的鉻使鋼完全鈍化提高了鋼的電極電位。從而提高了耐蝕性。鎳主要與白鉻配合，擴大奧氏體區(qū)。由于鎳是比較稀缺的元素，為了節(jié)省鎳，國內(nèi)外在奧氏體不銹鋼采用Mn、N代鎳，并已研制出節(jié)鎳和無鎳奧氏體鋼。如：1Cr13Mn8Ni5N、1Cr18MnCoNi5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N等。,五、工業(yè)純銅,純銅呈玫瑰紅色，表面

6、氧化后呈紫色，故常稱為紫銅。純銅的熔點為1083，比重8.9，固態(tài)下具有面心立方晶格，無同素異晶轉(zhuǎn)變。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗磁性。其導(dǎo)電率僅次于銀，居金屬元素的第二位。銅還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在大氣、淡水、水蒸氣中均有良好的耐蝕性。工業(yè)純銅的雜質(zhì)主要有鉛、鉍、氧、硫、磷等，它們都降低銅的電導(dǎo)率。除此以外，鉛和鉍還會使銅產(chǎn)生熱脆，氧和硫使銅產(chǎn)生冷脆，從而使銅的熱加工工藝性能惡化。我國的工業(yè)純銅按其所含雜質(zhì)多少分為四級，即T1、T2、T3、T4 ?！癟”是漢語拼音“銅”字的首字母，后面附以數(shù)字序號，數(shù)字愈大，其純度愈低。,六、普通黃銅,普通黃銅是銅和鋅的合金。黃銅在大氣、海水以及除氨以

7、外的堿性溶液中有較好的耐蝕性。但含鋅量7%，尤其是20%的黃銅，經(jīng)冷變形后，在潮濕的大氣或海水中（特別是在有氨的情況下）容易產(chǎn)生腐蝕，以至使黃銅制品自動發(fā)生破裂。這種現(xiàn)象稱為黃銅的自裂或應(yīng)力腐蝕破裂?；痣姀S的凝汽器原來使用普通黃銅管往往容易因腐蝕而造成脫鋅現(xiàn)象。 這是因為銅與鋅的電極電位不同，鋅的電極電位較低的緣故。防止黃銅脫鋅及自裂的方法主要有：加入一定量的錫、硅、錳、鋁、鎳等合金元素，以降低應(yīng)力腐蝕的傾向。,普通黃銅的編號是用“黃”字的漢語拼音首字母“H”加兩位數(shù)字表示；數(shù)字表示平均含銅量的百分數(shù)。如H68即表示含銅量為68%的普通黃銅。如果是鑄造普通黃銅，則只需冠以“Z”字母，例如ZH6

8、8等。在熱力設(shè)備中，主要用于汽輪機冷油器管，而原來在凝汽器中大量使用的H68及H70均已由耐蝕性更好的特殊黃銅所替代。,七、特殊黃銅,在銅鋅合金中再加入其它合金元素，即稱為特殊黃銅。其中最常用的合金元素有錫、鉛、鋁、硅、鐵、鎳等，其目的是改善黃銅的機械性能、耐蝕性和某些工藝性能。特殊黃銅的編號仍以H或ZH表示，其后附主加元素的元素符號及數(shù)字；數(shù)字依次表示含銅量及主加元素的百分數(shù)。例如：HSn70-1表示含銅量為70%，含錫量為1%，其余為含鋅量的錫黃銅；又如ZHAl67-2.5表示含銅量為67%，含鋁量為2.5%，余量為鋅的鑄造鋁黃銅。,八、活性炭,活性炭是把含碳的有機物質(zhì)首經(jīng)過加壓成型和加熱

9、碳化（300400），除去全部揮發(fā)性物質(zhì)，然后再經(jīng)粉碎機和用藥劑（ZnCl2等）或水蒸氣活化等工序而制成的一種多孔性炭質(zhì)吸附劑。,活性炭中除含有炭以外，還含有少量的O、N、S等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的含量與原材料有關(guān)，活性炭孔徑在1010nm ，比表面積為5001500 m/g 。其中孔徑小于400nm的稱為微孔，4001000nm稱為過渡孔，大于1000nm的稱為大孔。在吸附過程中，被吸附的物質(zhì)是先接近活性炭顆粒外部的大孔，然后再擴散到顆粒內(nèi)部的微孔內(nèi)，并吸附在微孔的表面上。由于活性炭是一種非極性吸附劑，而且內(nèi)部有許多非結(jié)晶部位和巨大的表面積，有著很強的氧化能力和吸附能力。因此，它是水處理中應(yīng)用最廣

10、泛的一種吸附劑，當(dāng)作一種過濾材料，讓水的過濾方式通過吸附劑層，除去水中的過剩氯和有機物。,第二部分 電廠中常用的有機 化合物,在電廠中，離子交換樹脂是用量最大的有機物，此外還有絕緣油（變壓器油），潤滑油（汽輪機油）是直接被使用和監(jiān)測的有機物。另外還常常遇到各種有機試劑如指示劑、緩蝕劑、清洗劑、有機溶劑等有機化合物。下面分篇討論。,第一篇 離子交換樹脂,離子交換樹脂又叫有機離子交換劑，它的特點是樹脂（有機高分子）中含有活性基團，可供給出氫離子或氫氧根離子，和水溶液中的陽離子和陰離子進行交換。,一、離子交換樹脂的分類,最常用的是陽離子和陰離子交換樹脂，前者分子結(jié)構(gòu)中有活潑的酸性基團，能交換陽離子；

11、后者含有堿性基團，能交換陰離子。按化學(xué)性能和機械強度比較，陰離子交換樹脂遠遜于陽離子交換樹脂。這兩類交換樹脂按酸堿性的強弱又可分為下面幾類：,1、陽離子交換樹脂,（1）強酸性：帶有磺酸基（-SO3H）交換基團是強酸性陽離子交換樹脂，最常見的是由苯乙烯與二乙烯苯的共聚體（高分子母體又稱“白球”）經(jīng)磺化而成，也稱為苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂，具有如下的結(jié)構(gòu)： (板書) 國產(chǎn)732、強酸1及強酸010離子交換樹脂即屬此類。,(2)中等酸性：帶有磷酸基（-PO3H2）或亞磷酸基（-PO2H）的交換基團為中等酸性陽離子交換樹脂，現(xiàn)在很少使用。 (3)弱酸性：帶有羧基（-COOH）或羥基（-OH）交換基

12、團的為弱酸性陽離子交換樹脂，單體有如下: 甲基丙烯酸型（ CH2CH(CH3)-COOH ）、 丙烯酸型（CH2CH-COOH）多種 目前使用最廣的是丙烯酸型，而酚醛型已被淘汰。,上海樹脂廠生產(chǎn)的724弱酸性陽離子交換樹脂是用甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲脂（ ）與二乙烯苯（ ）共聚而成的，其結(jié)構(gòu)如下： 板書:,2、陰離子交換樹脂,（1）強堿性：帶有季銨基（ NOH）交換基團的為強堿性陰離子交換樹脂，目前常用的是苯乙烯型的，如國產(chǎn)711，717及強堿201等 ，它們具有如下結(jié)構(gòu)： 板書:,（2）弱堿性：帶有伯胺（-NH2）、仲胺（=NH）等交換基團的為弱堿性陰離子交換樹脂，目前常用的也是苯乙烯型的，

13、如國產(chǎn)701、704樹脂等。,陰離子交換樹脂的堿性和伯、仲、叔、季胺一樣，都可以認為是NH4OH的四個氫原子，分別被不同烷基取代后的生成物，例如： NH4OH RNH3OH R2NH2OH R3NHOH R4NOH （NH3H2O）（RNH2H2O）（R2NHH2O） （R3NH2O） （R4NOH） 氨水 伯胺 仲胺 叔胺 季胺,在離子交換樹脂中，伯、仲、叔、季胺分子中的R基統(tǒng)統(tǒng)地用樹脂來代替，所以含有伯、仲、叔、季堿性基團的樹脂分別應(yīng)寫成下面的形式： 樹脂HN3OH 樹脂NH2OH (樹脂)3 NHOH (樹脂)4 NOH,陰離子交換樹脂堿性的強弱依據(jù)： 季胺 仲胺 叔胺、伯胺,二、離子交

14、換樹脂的制備,1、合成離子交換樹脂的原理 強酸性及強堿性離子交換樹脂都是苯乙烯型的，弱酸性及弱堿性離子交換樹脂都是聚丙烯酸的交聯(lián)共聚物制備而成，弱堿性的樹脂也有苯乙烯型的。 所謂苯乙烯型，就是以苯乙烯為單體，與二乙烯苯的交聯(lián)共聚物作為母體，再經(jīng)適當(dāng)反應(yīng)引進交換基團；所謂丙烯酸型，就是以甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯為單體，與二乙烯交聯(lián)共聚，再將生成的共聚物母體經(jīng)適當(dāng)處理引入交換基團。,苯乙烯或丙烯酸甲酯與二乙烯共聚的反應(yīng)，通常是用懸浮聚合法來進行的。所謂懸浮聚合法是單體在介質(zhì)中分散細小的顆粒，在一定溫度下，借助于強烈的攪拌進行聚合。所用的引發(fā)劑必須能夠溶于單體中，使用的溶劑既不能溶解單體，又不能溶

15、解聚合物。為了聚合時避免顆粒凝聚，在不斷攪拌的同時，常加入分散劑，如明膠甲基纖維素、聚乙烯醇或淀粉等。懸浮聚合的優(yōu)點是容易散熱而且產(chǎn)品也容易制成具有一定粒徑范圍的顆粒。,2、強酸性和強堿離子交換樹脂的制備,將一定重量比的苯乙烯和二乙烯苯在6080進行懸浮共聚，即得到一定交聯(lián)度的高聚物，在工業(yè)上稱為“白球”，結(jié)構(gòu)式如下： 板書:,將制得的“白球”與濃硫酸進行磺化反應(yīng)，即得到強酸性陽離子交換樹脂。一般認為每個苯乙烯苯環(huán)上都能引入一個磺酸基，而起交聯(lián)的二乙烯苯的苯環(huán)上則沒有磺酸基。 制備強堿性陰離子交換樹脂也用白球為母體，先與氯甲醚在無水氯化鋅（或無水三氯化鋁）的催化作用下進行氯甲基化反應(yīng)。,生成的

16、產(chǎn)物工業(yè)上稱為“氯球”，將氯球用三甲胺N(CH3)3或-羥乙基二甲胺(CH3)2NCH2-CH2-OH處理，即可得到強堿型和強堿型陰離子交換樹脂。,強堿型,強堿型,為了書寫方便起見，通常用R代表樹脂的母體，只將交換基寫在后面。 R-SO3H 強酸性陽離子交換樹脂 R-N(CH3)3Cl 強堿型陰離子交換樹脂 R-N(CH3)2CH2CH2OHCl 強堿型陰離子交換樹脂,在這樣的簡式中，由于R代表樹脂母體的骨架，是個高分子的碳鏈，所以交換基（-SO3H等）也是很多個，而不應(yīng)誤認為一個。,3、弱酸性及弱堿性離子交換樹脂的制備（略）,三、離子交換樹脂的基本性能,1、陽離子樹脂的交換作用,磺酸型 磷酸

17、型 羧酸型 R-SO3H (板書) R-COOH 在陽離子交換樹脂中，合成樹脂本身荷陰電，為了保持中性，荷陰電部分要有相反的陽離子，這些陽離子是可以流動的，容易和其它陽離子交換位置。,以強酸性陽離子交換樹脂的交換反應(yīng)為例，反應(yīng)式如下： R-SO3HNaOH R-SO3NaH2O （中和反應(yīng)） R-SO3HNaCl R-SO3NaHCl（中性鹽分解反應(yīng)） R-SO3HKCl R-SO3KNaCl （復(fù)分解反應(yīng)） R-SO3HCaCl2 R-(SO3)2Ca2NaCl,2、陰離子樹脂的交換作用：,陰離子交換樹脂在水中的離解情況如下： 季銨基型（強堿性） R NOH R NOH 伯、仲、叔胺基型（弱

18、堿型） R-NH2H2O R-NH3OH R NHH2O R NH2OH R NH2O R NHOH,陰離子交換樹脂中，合成樹脂本身荷陽電，要有荷電相反的陰離子，這些陰離子是可以流動的，容易與其它陰離子進行交換。,以強堿性陰離子交換樹脂的交換反應(yīng)為例，反應(yīng)式如下： R NOHHCl R NClH2O （中和反應(yīng)） R NOHNaCl R NClNaOH （中性鹽分解反應(yīng)） R NClNaBr R NBrNaCl （復(fù)分解反應(yīng)） R( NCl)2Na2SO4 R( N)2SO42NaCl（復(fù)分解反應(yīng)）,上面各反應(yīng)式所表示的都是無機離子的交換，有機離子同樣也可以交換，例如：水中胺類有機物： 板書:

19、,再例如：水中有機酸（腐植酸）類物質(zhì)， R-COOH+ + (R )4N+OH （腐植酸）（陰離子交換樹脂） R)4NOOC-R + H2O,陰、陽離子交換樹脂都能起顯著地中和水中酸、堿性物質(zhì)的交換反應(yīng)，以及可逆的復(fù)分解反應(yīng)，但對中性鹽分解反應(yīng)則以強酸、強堿性離子交換樹脂為最顯著，弱酸及弱堿性離子交換樹脂的交換能力就比較弱了；可逆反應(yīng)是以弱酸、弱堿性離子交換樹脂為最顯著。這些離子交換樹脂分別用酸堿處理就容易達到再生的目的。,四、氧化還原離子交換樹脂,氧化還原離子交換樹脂，又稱電子交換樹脂。是具有可逆的氧化還原作用的樹脂。分子中含有某些活性基團（如酚式羥基OH，硫醇基SH，醛基CHO等），能與其

20、它物質(zhì)作用進行電子交換，而發(fā)生氧化還原作用。主要用作溶液的氧化劑或還原劑，如除去水中的氧氣等。工作原理是：樹脂上活性氫與水中溶解氧反應(yīng)生成水?；钚詺溆裳趸€原樹脂提供，當(dāng)活性氫消耗完以后，可用加水合肼（水合聯(lián)氨），加亞硫酸鈉或氫氣的方法進行再生。將軟化水、除鹽水及純水以一定的流速流過樹脂床，即可除去水中的溶解氧。水處理技術(shù)中用于軟化水除氧，熱水鍋爐、蒸汽鍋爐給水除氧，余熱發(fā)電站給水除氧，反應(yīng)堆核電站純水除氧，有機溶液除氧，化工工藝用水除氧，以及微波管冷卻除氧等。,樹脂組成:例如：聚乙烯氫醌 聚乙烯硫醇,板書:,第二篇 有機試劑,在分析化學(xué)與測試中，常用到各種類型的有機化合物，作為定性定量的分析

21、試劑，這些試劑統(tǒng)稱為有機試劑。有機試劑多與金屬離子反應(yīng)形或內(nèi)絡(luò)合物（螯合物），而呈現(xiàn)特殊的顏色或形成沉淀等，成為鑒定金屬離子的依據(jù)。下面就從有機化合物的結(jié)構(gòu)、性能為出發(fā)點，來討論有機試劑應(yīng)用在電廠化學(xué)分析中的名稱、化學(xué)原理與結(jié)構(gòu)特征。,1 螯合劑,一、螯合物與螯合劑定義：,螯合物又叫內(nèi)絡(luò)合物，它是指由含氧、硫、氮的有機物作為配位粒子而和金屬離子（中心離子）結(jié)合成為環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物，這種能提供孤對電子而形成螯合物的有機物，稱為螯合劑。 螯合物分子中一般具有兩個或更多個含孤對電子的氧、硫、氮等原子，配位鍵就象一把鉗子一樣將中心離子鉗住，同時成螯合環(huán)，所以叫做螯合物。例如：水楊醛與銅鹽生成螯合物。

22、例如: (板書) 水楊醛 與 銅鹽 的反應(yīng),二、螯合劑的通性：,由于受結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，一般形成的螯環(huán)以五元環(huán)和六元環(huán)為最常見。如果螯環(huán)中只含有單鍵則以五員環(huán)為最穩(wěn)定。如果在螯環(huán)中含有兩對雙鍵時則以六元環(huán)為最穩(wěn)定。但在含S的螯合物中，一般以四元環(huán)比較穩(wěn)定。 例如：甘氨酸（氨基乙酸） （成五元環(huán)） 水楊醛（鄰羥基苯甲醛) (成六元環(huán)） （成四元環(huán)）,螯合劑的通性,（1）螯合劑必須有兩個以上的O、S、N等原子，稱為鍵合原子；而兩個鍵合原子在螯合劑分子中必須處于適當(dāng)?shù)奈恢?，以生成比較穩(wěn)定的四元環(huán)，五員環(huán)或六員環(huán)。 （2）在其它條件相同時，螯合物的穩(wěn)定性與金屬離子的性質(zhì)有關(guān)，金屬離子的電荷密度愈大，離

23、子半徑愈小，螯環(huán)越穩(wěn)定。,螯合劑的通性,（3）螯合劑中的鍵合原子，提供孤電子對的能力越強，生成的螯環(huán)越穩(wěn)定。 （4）有機物的空間阻礙會影響成螯環(huán)時的穩(wěn)定性。 例如：鄰菲羅啉與亞鐵生成 紅色螯合物，但2,9-二甲基菲羅啉，由于甲基在空間上阻礙菲羅啉分子與Fe2接近，所以這個試劑就不能和Fe2起顏色反應(yīng)。,除了上述內(nèi)因外，還有外因如溫度，壓力，反應(yīng)物濃度，PH值等可以影響到螯合物的穩(wěn)定性，此不詳述。,三、常用的螯合劑：,（1）6-磺基水楊酸： 分子量254.22，白色結(jié)晶，溶于水、 乙醇及醚，可用作Fe2的比色試劑。 板書:,常用的螯合劑,（2）鋁試劑：別名：玖紅三羧酸銨 分子式C23H16O9，

24、分子量468.43，磚紅色粉末，易溶于水和乙醇而呈橙色溶液，在PH9時轉(zhuǎn)為紫色。 在酸性或中性范圍，它與Al、Be、Ca、Cu、Fe、Mg等離子形成穩(wěn)定的紫紅色或藍紫色絡(luò)合物，可用做鑒定和光度測定Al的比色試劑（PH6.0，max535nm。 板書,常用的螯合劑,（3）鄰菲羅啉：又名1.10-菲羅啉 分子式C12H8N2H2O，含有分子結(jié)晶水，分子量198.22，為白色晶狀粉末，微溶于水，易溶于苯，很易溶于乙醇、丙硐和稀酸中。 常用做Fe2的比色定量分析試劑（PH29，max=522nm與Fe2呈紅色，與Fe3呈淡藍色。最適合于光度法測微量鐵。 板書:,常用的螯合劑,（4）乙二胺四乙酸（EDT

25、A）： 分子式C10H16N2O8，常用H4L表示。 EDTA游離酸為白色晶狀粉未，幾乎不溶于水和一般有機溶劑，可溶于無機堿的水溶液，作為分析試劑用的EDTA通常是它的二水合二鈉鹽（Na2H2L2H2O）。它易溶于水，具有弱酸性。 EDTA是使用范圍最廣的螯合滴定劑，尤其適合于Ca2、Mg2離子的絡(luò)合滴定劑。,常用的螯合劑,（5）8-羥基喹啉 別名：喹啉醇，分子式C9H7NO，分子量145.16，無色晶體或晶狀粉末，熔點7476，約32升華；幾乎不溶于水和乙醚，易溶于常用的有機溶劑和酸（例如乙酸和無機酸）。 溶于無水溶劑時，溶液無色，但若有水分存在即成黃色。 能與多種金屬離子（除一價陽離子外）生成螯合物沉淀，可做為沉淀劑，分離試劑