張宗娥

（龍口東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265700）

在進(jìn)行化工生產(chǎn)過程中，氧化鋁工廠在化學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，其主要應(yīng)用于制作吸附劑與化學(xué)分析試劑，在其生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)堿性的鋁酸鈉，鋁酸鈉本身具有一定危險(xiǎn)性，其溶液危險(xiǎn)性較弱，但根據(jù)其濃度不同，其產(chǎn)生的危險(xiǎn)性也不同，因此對(duì)鋁酸鈉溶液進(jìn)行組分濃度檢測(cè)是在氧化鋁廠生產(chǎn)過程中重要的環(huán)節(jié)之一[1]，本文通過實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)氧化鋁廠生產(chǎn)過程中鋁酸鈉溶液組分濃度的快速化驗(yàn)檢測(cè)方法進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，通過針對(duì)不同濃度的鋁酸鈉溶液的選擇，對(duì)其進(jìn)行鋁酸鈉溶液濃度特征數(shù)據(jù)預(yù)處理，將特性進(jìn)行歸納整合，光纖的光功率消耗量對(duì)鋁酸鈉溶液的溫度與電導(dǎo)率之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，最終通過向上查表法計(jì)算處理，可以獲得相應(yīng)的溶液組分及其濃度，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，加強(qiáng)化工生產(chǎn)過程中的安全性。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)象

在實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行選擇，根據(jù)不同溫度下、不同濃度下的鋁酸鈉溶液進(jìn)行組分濃度測(cè)試。

根據(jù)機(jī)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)采樣，分別準(zhǔn)備10g、20g、30g、40g、50g的固體鋁酸鈉白色粉末，將其進(jìn)行溶液溶解，從而得到不同濃度的鋁酸鈉溶液[2]。

本實(shí)驗(yàn)通過利用光纖輸出功率差（可視為傳感光纖的光功率損耗）對(duì)鋁酸鈉溶液的濃度進(jìn)行檢測(cè)，將經(jīng)過檢測(cè)后得出的濃度與通過計(jì)算得到的理論實(shí)際濃度進(jìn)行對(duì)比，探究檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性。

在實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇完畢后，分成五組進(jìn)行鋁酸鈉溶液濃度組分的檢測(cè)測(cè)試，分別對(duì)10g、20g、30g、40g、50g的鋁酸鈉溶液進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)光纖的光功率損耗對(duì)鋁酸鈉溶液濃度進(jìn)行檢測(cè)，不同濃度導(dǎo)致的光纖的光功率損耗程度不同，設(shè)置檢測(cè)裝置為光纖實(shí)驗(yàn)儀器，其進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣的周期設(shè)置為6s，每6s進(jìn)行一次中位值濾波處理，以溶液的透明度為標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)置每70s進(jìn)行一次數(shù)據(jù)記錄[3]。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，由人工進(jìn)行鋁酸鈉溶液的采樣工作，對(duì)其每20分鐘進(jìn)行一次記錄，相比于實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)記錄間隔較短，從而能夠獲得多組數(shù)據(jù)。

進(jìn)行人工采樣記錄時(shí)，應(yīng)記下溶液的溫度與電導(dǎo)率的數(shù)值，其對(duì)溶液進(jìn)行不同溫度的加熱，分別為：設(shè)置高溫為85℃～90℃、混合溫度為75℃～80℃、冷卻溶液溫度為60℃～65℃，不同溫度下電導(dǎo)率也不同，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄最終得到520組數(shù)據(jù)，其中篩選出離心數(shù)據(jù)、建模數(shù)據(jù)，最終用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)為120組[4]。

通過對(duì)120組數(shù)據(jù)進(jìn)行光纖光功率損耗量的類別分配，最終得到鋁酸鈉溶液濃度與光纖的光功率損耗量之間的線性關(guān)系，從而檢測(cè)到了不同鋁酸鈉溶液的濃度數(shù)據(jù)[5]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終通過光纖的光功率損耗與鋁酸鈉溶液濃度之間的線性關(guān)系，通過兩者之間的線性關(guān)系進(jìn)行判斷，最終得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如下表所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

如上表所示，根據(jù)不同的鋁酸鈉固體，其對(duì)應(yīng)的溶液濃度也均不同，其中鋁酸鈉溶液濃度最高的為50g的實(shí)驗(yàn)組，其溶液濃度為27.87%，對(duì)應(yīng)的光纖的光功能損耗為31.933μW，其光纖的光功率損耗量與鋁酸鈉溶液濃度之間的關(guān)系主要為隨著光纖的光功率損耗值的增大，其對(duì)應(yīng)的鋁酸鈉溶液的濃度也增大，兩個(gè)元素之間的形成如下公式所示的線性關(guān)系。

其中y代表光纖的光功率損耗（μW），x為鋁酸鈉溶液的濃度，設(shè)置兩者之間的線性擬合度為R2=0.7897，得到如下圖所示的函數(shù)線性關(guān)系。

圖1 光功率損耗量與溶液濃度線性關(guān)系圖

如上圖所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行光纖的光功率損耗量與鋁酸鈉溶液濃度之間的線性關(guān)系，圖中原點(diǎn)表示通過理論計(jì)算得出的溶液的實(shí)際濃度，可以從圖中的關(guān)系看出，通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)鋁酸鈉溶液的濃度與理論計(jì)算得到的實(shí)際濃度，兩者之間差值較小，論證了利用光纖的光功率消耗量進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

由此可以得出鋁酸鈉溶液在一定范圍內(nèi)，其光功率損耗成正比關(guān)系，不同直徑的鋁酸鈉溶液顆粒對(duì)光纖的靈敏度也不同。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行討論，確定光纖的透明折射率與光功率損耗之間的關(guān)系，在鋁酸鈉溶液中，其中包含溶液渾濁顆粒，顆粒的直徑不同，其對(duì)光纖的透明折射率也不同，因此，本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)渾濁顆粒的直徑為出發(fā)點(diǎn)，通過光功率的損耗，能夠得出溶液濃度的不同，對(duì)光纖的折射率也不同，從而對(duì)光纖的光功率損耗量也不同，進(jìn)而檢測(cè)出鋁酸鈉溶液的濃度。

本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行過程中，造成的微小誤差主要由于以下幾方面；

實(shí)驗(yàn)儀器的選擇與局限，導(dǎo)致在配置溶液濃度的過程中，出現(xiàn)些許漏液的情況，從而可能導(dǎo)致部分溶液的水分蒸發(fā)，造成溶液的濃度較大，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程中產(chǎn)生影響。

在實(shí)驗(yàn)過程中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程所用時(shí)間較長，實(shí)驗(yàn)容器暴露在空氣中，從而對(duì)溫度的影響較大，溫度無法進(jìn)行嚴(yán)格把控的情況下，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果。

因此，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，無法避免地受外界的干擾，因而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)光纖的涂層等因素進(jìn)行嚴(yán)格把控，減少可控的操作而造成的實(shí)驗(yàn)誤差。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)氧化鋁廠生產(chǎn)過程中鋁酸鈉溶液的組分濃度的快速化驗(yàn)檢測(cè)方法進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)論證，在氧化鋁廠生產(chǎn)過程中，探究鋁酸鈉溶液的組成成分，針對(duì)不同濃度的鋁酸鈉溶液，進(jìn)行不同層次的實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)鋁酸鈉溶液濃度特征信息數(shù)據(jù)的預(yù)處理，根據(jù)溶液自身溫度與電導(dǎo)率之間的特性進(jìn)行濃度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，本文在實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格把控實(shí)驗(yàn)變量，具有一定的嚴(yán)謹(jǐn)性，為氧化鋁廠生產(chǎn)過程中，針對(duì)鋁酸鈉溶液組分濃度的快速化驗(yàn)檢測(cè)研究提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。