鎢合金遮罩件與放射性同位素示蹤技術

鎢合金遮罩件與放射性同位素示蹤技術鎢合金遮罩件可用於遮罩放射性同位素示蹤技術使用過程中所產生的輻射。放射性同位素示蹤技術是利用放射性同位素作為示蹤劑(放射性示蹤劑)對研究物件進行標記的一種微量分析方法。放射性同位素及其化合物與自然界中存在的相應普通元素及化合物具有相同的化學性質和生物性質,只是物理性質不同。因此可以製成一種標記化合物代替非標記化合物。由於放射性同位素能不斷發出具有一定特徵的射線,無論其運動到哪裡,都可以隨時通過探測器檢測得到,因而可以辨別其它物質的運動情況和變化規律。放射性同位素示蹤技術具有靈敏度高、方法簡便、定位定量準確以及符合生理條件等特點。

放射性同位素示蹤技術廣泛應用於工業生產、農業及畜牧業、醫療衛生、生命科學等領域。在農業及畜牧業中,它可以用於研究農作物對肥料的吸收情況和發現昆蟲、寄生蟲、魚及動物的生命週期、遷徙規律、交配和覓食習性等;在醫學上,它主要用於診斷疾病;在工業生產中,它為使用多種高效能的檢驗方法及生產過程自動控制的方法提供了可能性,解決了不少技術和理論上的問題,如確定某些元素在金屬片內的擴散速度;在生命科學中,它可以從分子水準動態地觀察生物體內或細胞內的生理、生化過程,認識生命活動的物質基礎。放射性同位素示蹤技術還可用於環境污染的檢查、化學反應歷程的研究等。

放射性同位素示蹤技術在生活中的應用越來越廣泛,但由於它使用的放射性同位素具有輻射,會對人體造成傷害,因此在使用放射性同位素示蹤技術時應使用鎢合金遮罩件對輻射進行遮罩。鎢合金遮罩件一般採用高比重鎢合金,高比重鎢合金具有很高的密度和輻射遮罩效益,可以對輻射起到很好的遮罩作用。因此,在使用放射性同位素示蹤技術的同時使用鎢合金遮罩件,可以保護人員免受輻射傷害。

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MnOx/WO3/TiO2脫硝催化劑

SCR脫硝催化劑三氧化鎢SCR脫硝催化劑的適用溫度範圍為300~400℃,但是,一般工廠排除的廢氣溫度都沒辦法達到這一範圍,故而煙氣脫硝過程中,一般需要用GGH或者燃燒器進行升溫,從而導致了能耗和運行費用的增加。因此,降低脫硝催化劑的適用溫度,提升其性能,勢在必行。有研究指出通過調控MnOx/WO3/TiO2脫硝催化劑中三氧化鎢含量、以及反應環境,能在較低溫度下進行脫硝反應,是一種良好的低溫脫硝技術。
 
採用一步浸漬法製備MnOx/WO3/TiO2脫硝催化劑,其製備步驟為:
1.製備二氧化鈦備用;
2.按比例將一定量水合鎢酸銨溶於草酸溶液中,再加入一定量的醋酸錳溶解,在攪拌狀態下加入載體二氧化鈦,得到混合溶液;
3.步驟2得到的混合溶液先在35℃下均勻攪拌2小時,再升溫至85℃攪拌浸漬4小時,而後於110℃下乾燥12小時;
4.取出研磨成粉末,轉入馬弗爐中於450℃下煆燒3小時,得到所需的MnOx/WO3/TiO2脫硝催化劑。
 
實驗證明,這種催化劑的氮氧化物催化溫度視窗達到了80~240℃,大大降低了催化劑的反應溫度;同時,適度添加三氧化鎢可以顯著提高催化劑的活性,但是添加過量或過少都會導致催化劑的活性降低,過量的三氧化鎢會降低催化劑的低溫活性,但反而增加MnOx負載型催化劑的反應活性;另外,氧氣的存在促進NO的氧化,低溫情況下保護催化劑表面氧化活性中心,促進氨的吸收與活化。
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WO3 SCR脫硝催化劑面臨技術難點——低溫脫硝

低溫脫硝催化劑在SCR脫硝系統中,三氧化鎢SCR脫硝催化劑的成本占整體投資費用的1/3以上。目前,該技術在火電行業中已經得到了廣泛應用,國內火電行業95%的生產線採用SCR技術進行脫硝,同時在玻璃窯爐等其它工業窯爐上也成功實現應用。
 
在電力行業中氮氧化物排放量較高的情況下,三氧化鎢SCR脫硝催化劑仍可以有很好的脫硝效果,實現廢氣排放要求。理想狀態下,SCR脫硝技術可使氮氧化物的脫除率達90%以上,並且噴入到煙氣中的氨幾乎完全和氮氧化物反應,是目前最好的固定源脫硝治理技術。
 
然而,事實卻是,SCR這種高效率的脫硝技術卻在水泥行業應用甚少。這是為什麼呢?研究指明,水泥行業複雜的工況環境和脫硝系統本身較高的一次性投入等不利因素制約了SCR脫硝技術在水泥行業的應用。其成本限制表現在:增設裝置、佔用空間、投資大、運行費用較高。
 
三氧化鎢SCR脫硝催化劑最普遍使用的是多孔二氧化鈦作為載體做成蜂窩狀,以五氧化二釩和三氧化鎢為主要活性成分,反應的最佳溫度在300℃~400℃左右。而在新型工業生產中,排放尾氣的溫度已降到300℃以下,同時為貫徹國家節能降耗政策,我國2500t/d以上的生產線普遍加裝餘熱鍋爐,其排氣溫度在150℃左右,這也對脫硝催化劑提出了新的挑戰。因而,低溫脫硝成為了三氧化鎢SCR脫硝催化劑所面臨的技術難點。
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含WO3的SCR脫硝催化劑回收釩

釩元素符號V,是一種銀白色金屬,其熔點很高,常與鈮、鉭、鎢、鉬並稱為難熔金屬。五氧化二釩作為活性組分用於含三氧化鎢的SCR脫硝催化劑中,三氧化鎢則在其中表現出抗硫化、抗毒害作用。金屬釩的毒性很低,但是它的化合物(釩鹽)對人和動物具有毒性,特別是五氧化二釩為高毒,可引起呼吸系統、神經系統、胃腸和皮膚的改變。因此,為了防止環境污染、生命體遭毒害,以及資源回收利用,對廢舊的SCR脫硝催化劑中的釩進行回收變得十分必要。

各價態釩
 
有研究展現一種全新的含三氧化鎢的SCR脫硝催化劑回收釩組分的方法,步驟如下:
1.將舊釩鎢鈦基催化劑粉碎至200〜300目;
2.取電解槽,往正負兩極電解槽內各加入一定濃度抗還原的強電解質溶液,而後加入粉碎的廢催化劑,控制適當的電流密度進行恒流電解,或者控制電解電壓進行恒壓電解;
3.電解後溶液進行過濾分離,得到含釩混合溶液;
4.換一個新的電解槽,正極加入含釩混合溶液,負極加入抗還原的強電解質溶液,控制同樣的電流密度或者電解電壓進行二次電解;
5.往二次電解後所得的正極混合液中加入鹼性溶液,再加銨鹽溶液過夜沉釩,過濾得到白色固體,並灼燒得到含釩的淡黃色固體,達到回收釩的目的。
 
這種回收釩的工藝能夠在常溫下操作,反應條件較為溫和,電解反應具有較好的化學反應選擇性,並且釩基本能完全回收。
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鎢銅合金幾種燒結技術對比

鎢銅合金產品的燒結方法多種多樣,包括傳統的熔滲法、混合—壓制燒結法、壓力燒結法以及新型的放電等離子燒結技術等。其中這幾種燒結技術都存在各自的優勢以及缺陷,接下來我們將通過其原理及實際的應用對幾種工藝技術進行分析。首先是熔滲法,也被稱為熔浸法,是如今鎢銅合金產品中使用最為廣泛的。其是通過將鎢粉或者添加有少量銅粉的鎢粉製成壓坯,並將熔滲金屬銅與鎢壓坯疊置在一起,此後在高於銅熔點的溫度下及還原氣氛或者真空環境下進行燒結。整個燒結的過程中,熔融狀態的銅依靠毛細管作用滲入鎢骨架,其燒結和熔滲兩個工序可分開進行也可合併進行。該工藝的優點在於熔滲後的金屬緻密度較高,燒結性能良好,導電和導熱性能優異,耐電弧燒蝕。但是液相銅僅僅依靠毛細管力滲入鎢骨架,這樣會導致銅顆粒粗大且分佈不均,在高溫下燒結鎢顆粒容易聚集長大。熔滲後機加工去除多餘銅又增加了成本,降低了成品率。

混合—壓制燒結工藝是最為傳統的粉末冶金方法之一,其基本工藝流程是混料球磨→壓制成型→燒結。燒結可分為兩個部分,一個是固相燒結(燒結溫度低於銅的熔點),另一個則是液相燒結(燒結溫度高於銅的熔點)。由於固相W在液相Cu的溶解度很小,物質輸送無法通過溶解沉澱和顆粒圓化的方式進行,又因為鎢銅間浸潤性較差,難以實現緻密化。為了改善這種工藝,相關學者採用添加活化劑(Ni、Pd等活化元素)的方式提高了W在液相中的溶解度,有利於促進燒結過程的進行。但是活化劑的加入對電導率和熱導率的影響較大,不適合對導電導熱要求較高的場合運用。

壓力燒結也被稱作加壓燒結,其是在一次成型燒結很難達到要求的情況下進行燒結後的二次加工。如今的熱壓燒結、複壓複燒以及等靜壓工藝雖然能夠較好地改善鎢銅複合材料的性能,但是其成本和生產效率也一直是限制其發展的因素。此外,採用錘鍛或冷熱軋製對鎢銅複合材料進行二次加工,能夠極大地提高材料密度和力學性能。但是在W含量較高時,鎢銅合金延展性下降,加工難度也隨之上升。

放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering,SPS)還被稱為等離子活化燒結(Plasma Activated Sintering,PAS)或電磁輔助燒結(Field Assisted Sintering Technology,FAST)。SPS根據粉料的不同還可分為導電粉體和非導電粉料,二者的機理有著很大的區別。一般來說,導電粉體SPS通過石墨模具的直流脈衝電流會產生大量的焦耳熱;而通過粉體的電流會誘發粉末顆粒間產生放電並激發等離子體。隨著等離子體密度的不斷增大,高速反向運動的粒子對顆粒表面產生較大衝擊力,使得其吸附的氣體逸散或者氧化膜破碎,從而使得表面得到淨化和活化,利於燒結的進行。然而,放電所產生的暫態高溫會引起晶粒表面的蒸發和熔化,在晶粒的接觸點形成燒結頸。

鎢銅合金SPS燒結原理示意圖

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鎢合金輻射消毒遮罩件

鎢合金輻射消毒遮罩件

鎢合金輻射消毒遮罩件用於輻射消毒過程中的輻射遮罩。輻射消毒是利用電離輻射對病原體(包括病毒)進行殺滅,以消除其毒害的技術。其放射源是放射性同位素Co60,Co60進行衰變時會放出γ射線。當躲藏在水果、蔬菜裡的害蟲、細菌受到γ射線照射後,會造成生理功能紊亂,並失去生長發育能力,甚至死亡。目前,輻射消毒已廣泛用於各種醫療器械的消毒,如導管、插管、繃帶敷料、縫合材料、手術器械、注射器具、采血、輸血器械、節育用具、人工心肺、人工腎臟透析器、移植用生物組織等。輻射消毒還廣泛應用於製藥、食品、農產品及海關領域等。

Co60是金屬元素鈷的一個放射性同位素,其半衰期為5.27年。Co60具有極強的輻射性,能導致脫髮和人體血液內細胞組織遭到嚴重損害,造成白血球減少,引起血液系統疾病(如如再生性障礙貧血症、血癌)。Co60還會透過β衰變放出高能電子和兩束γ射線,β射線和γ射線都對人體具有一定的傷害。β射線能穿透皮膚,引起放射性傷害,當其進入人體內還能損傷遺傳物質;γ射線具有很強的穿透力,對細胞的殺傷力大。當人體受到γ射線照射時,γ射線會進入體內與體內細胞發生電離作用,破壞體內活細胞組織,導致人體內的正常化學過程受到干擾,甚至使細胞發生死亡。

鎢合金輻射消毒遮罩件主要用於輻射消毒過程中的β、γ輻射遮罩。鎢合金遮罩件一般使用高比重鎢合金,它具備密度大、無害等特點。因此鎢合金輻射消毒遮罩件具有出色的輻射遮罩性能,可以高程度地吸收和遮罩輻射消毒過程中所產生的β和γ射線輻射,避免造成人體輻射損傷。且與傳統遮罩件相比(如鉛遮罩件),鎢合金輻射消毒遮罩件環保無毒,不會對人體健康造成威脅,也不會污染環境。

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鎢合金核輻射探測儀

鎢合金核輻射探測儀鎢合金核輻射探測儀又稱鎢合金核探測元件,是利用核輻射射線與物質發生相互作用引起發光現象、電離效應、物理變化或化學變化等多種效應,測量核輻射及其性質(包括核輻射的種類、強度、能量或核壽命等)的儀器。通常由探測器、顯示部件、測量部件和電源組成,主要有半導體探測器、氣體電離探測器和閃爍探測器三大類。鎢合金核輻射探測儀廣泛用於公共場所、實驗室、採石場、金屬處理廠、油田和供油管道裝備等部門,進行地下鑽管和設備、建築材料的放射性、局部的和輻射洩漏和污染以及有核輻射危險的填埋場和垃圾場等檢查。

核輻射又稱為電離輻射,是原子核從一種結構(或能量狀態)轉變為另一種結構(或能量狀態)的過程中所釋放出來的,可以使物質引起電離或激發的微觀粒子流。核輻射主要是α、β、γ三種射線。α射線是氦核,是放射性物質所放出的α粒子流,對人體組織破壞能力較大,吸入體內會對人體造成傷害;β射線是一種帶電荷的、高速運行的放射性衰變粒子,比α射線更具穿透力,吸入體內能夠引起DNA損傷,導致下一代出現畸形、白血病等;γ射線是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線,具有很強的穿透力。當人體受到γ射線的照射時,γ射線會進入人體侵蝕體內有機分子,破壞體內活細胞,甚至使其死亡。

鎢合金核輻射探測儀採用的是密度可以達到很高的鎢合金材料。因為金屬材料的輻射遮罩能力與其密度密切相關,當密度達到很高的時候,輻射遮罩能力也會達到很高,所以鎢合金核輻射探測儀具備很好的輻射遮罩能力。在使用鎢合金核輻射探測儀時,鎢合金可以起到良好的輻射遮罩效益,可以遮罩和吸收輻射,避免其對人體造成危害,從而在達到核輻射探測目的的情況下,又不會危害人體健康。鎢合金核輻射探測儀是進行核輻射探測的最佳儀器選擇。

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鎢合金γ射線料位元計

鎢合金γ射線料位元計鎢合金γ射線料位元計也叫鎢合金γ射線液位元計、鎢合金γ射線物位元計,是利用其探頭受到的射線強度隨料位元而改變的特性進行料位元測量的儀器,屬於同位素料位元計。鎢合金γ射線料位元計主要由放射源、探測器和轉換器三部分組成。放射源通常為Co60或Cs137放射源,放射源容器為鎢合金容器。探測器又稱探頭,其主要作用是對射線進行探測,並將射線產生的光信號轉化為電信號。轉換器則用於將探測器轉化的電信號再轉化為觸點信號或標準電流信號,然後輸出給DOS或其它設備。目前,很多較為先進的鎢合金γ射線料位元計會將探測器和轉換器統稱為探測器。

鎢合金γ射線料位元計具備操作簡便、結構簡單、測量精確度高等特點,特別適用於高壓、高溫、高粘度、高腐蝕性、高毒性、煙霧濃、沸騰等惡劣條件下的料位測量,或一般儀錶難以或不能使用的複雜料位測量,或存在液滴、淋雨和液面波動的高壓容器內的液位測量。被測的物質可為粉末、顆粒固體或液體。鎢合金γ射線料位元計一般只用於兩相介面,對多介面測量則不適用。鎢合金γ射線料位元計的主要應用領域為造紙、石油化工、煤工業、礦業、鋼鐵、火電等領域。

由於γ射線料位元計的放射源主要釋放γ射線,可以造成人體的DNA和細胞損傷、染色體畸變、急性放射性疾病、癌症的誘發等。因此γ射線料位元計一般為鎢合金γ射線料位元計,其放射源容器為鎢合金容器。鎢合金γ射線料位元計密度高,輻射遮罩效益出色,可以高效地遮罩和吸收γ射線,降低其對人體的傷害程度,從而對人體起到輻射保護作用。且鎢合金γ射線料位元計環保,不會污染環境。

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廢WO3蜂窩式SCR脫硝催化劑的典型回收工藝

SCR脫硝催化劑理論上是可以的使用壽命是無限的,但由於各種原因使其具有一定的壽命;同時在經濟和市場共同作用下,目前催化劑的壽命越來越短,大量的廢三氧化鎢脫硝催化劑被生產出來。對於不斷產生的廢三氧化鎢煙氣脫硝催化劑,首先建議進行資源化再生(再生次數僅2~3次);其次是展開回收利用,確保資源最大化利用,使其迴圈使用,達到節約資源、保護環境的目的;最後進行無害化處理的安全填埋方式。

蜂窩式SCR脫硝催化劑
 
蜂窩式SCR廢催化劑的典型回收工藝步驟如下:
1.SCR廢催化劑進行水洗、除灰等預處理,再濕磨、高溫高壓浸出;
2.浸取液加入鹽酸調整pH並除雜;
3.浸出渣加入鹽酸反應,煆燒後製備金紅石鈦白粉或富鈦料;
4.製備仲鎢酸銨;
5.製備五氧化二釩;
6.廢水回用處理。
 
該工藝的主要產品純度高、回收率高,主要表現為:金紅石型鈦白粉中二氧化鈦含量可達到90%左右,二氧化鈦的回收率近90%;仲鎢酸銨中三氧化鎢含量可高於99%,三氧化鎢的回收率或將高於80%;五氧化二釩含量達到93%,其回收率高於60%。
 
另外工藝中引入的Na和Cl元素的化合物得到迴圈使用,採用化學沉澱除雜的方法進一步淨化廢水,降低回收處理的原料成本。
 
該種工藝沒有二次污染物排放,主要表現為:採用高壓水沖洗除灰、沖洗水過濾後迴圈使用的方法;濕態操作破碎、細磨及浸取等;副產物可直接銷售;廢水噴淋吸收煆燒尾氣。
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摻銫鎢青銅(CsxWO3)隔熱性能

透明隔熱材料作為一種綠色環保的節能材料,在建築和汽車領域具有十分廣闊的應用前景。目前較為常見的透明隔熱材料可分為兩種,一種是具有低熱傳導係數的透明材料,如二氧化矽氣凝膠、水玻璃和平均粒徑小於5 m 的二氧化矽膠粒合成的特殊玻璃等;另一種是具有近紅外遮蔽性能的功能材料,此類材料一般通過濺射法、化學沉積法和物理塗覆等方法在透明基體上成膜後使用。其中採用物理塗覆法在玻璃表面製備的氧化銦錫(ITO)、氧化錫銻(ATO)、氧化鋅鋁(AZO)等導電金屬氧化物隔熱薄膜的研究已有報導,塗覆隔熱薄膜常用的透明塗料的塗膜溶劑有苯丙乳液、丙烯酸酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚氨酯等。
 
在氧化鎢中摻入一價陽離子所形成的鎢青銅(MxWO3,M=H+,Li+,Na+)具有優異的光電性能,其中銫鎢青銅(CsxWO3)的低電阻率特點已早有報導,而其近紅外遮蔽性能是最近幾年才提出的。2007年,Takeda等通過固相反應利用鎢酸銨和金屬鹽為原料,先後在H2/N2混合氣(V(H2)/V(N2)一95/5)、550℃ 時和N2氣、800℃時進行熱處理得到M0.33WO3(M=T1、Rb、Cs)材料,首次提出其薄膜具有良好的近紅外遮蔽性能,有望作為智能窗在建築和汽車玻璃隔熱領域得到廣泛應用。以WC1 和CsOH 為原料,通過溶劑熱反應在200℃時製備了CsxWO3,研究了CsxWO3薄膜的透射光譜,研究表明CsxWO3薄膜具有良好的近紅外遮蔽性能。
 
以鎢酸鈉和碳酸銫為原料,通過低溫水熱法,製備了不同銫含量的CsxWO3( x=-0.1、0.2、0.3)粉體,並以PVA為塗膜劑,在普通玻璃上利用輥塗法制備了不同銫含量的CsxWO3薄膜;玻璃表面塗覆CsxWO3薄膜後,其近紅外遮蔽性能和隔熱性能隨著CsxWO3中銫含量的增加而增強,其中表面塗有Cs0.3WO3薄膜的玻璃隔熱性能最佳,與空白玻璃相比,隔熱溫差可達13.5℃ 。

CsxWO3隔熱曲線
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