苦味酸鉀廢水處理方法探究

陳姍姍,陳文基,劉 慶,劉 鵬

(山東泰山民爆器材有限公司,山東 五蓮262300)

0 引言

苦味酸鉀,系統(tǒng)名為2,4,6-三硝基苯酚鉀,因其機械感度適中、安定性與相容性較好、爆炸性能優(yōu)良而被廣泛應用于生產(chǎn)工業(yè)雷管中的延期藥、點火藥、電引火藥等[1-4]。苦味酸鉀廢水屬于硝基酚類廢水,若在生產(chǎn)過程中處置不當,可能會導致銷爆不徹底,對安全構成較大威脅[5-6]。硝基酚類廢水色度高,具有較大毒性,直接排入河流會造成水體污染,導致魚蝦大量死亡。硝基酚類化合物通過與皮膚、黏膜接觸經(jīng)肝臟解毒直接進入血液循環(huán)致使細胞被破壞并失去活力,低濃度下也可導致蛋白質(zhì)變性[7-8]。長期飲用被硝基酚類化合物污染的水體會出現(xiàn)貧血、頭暈、記憶力衰退及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,甚至導致死亡。因此,探究苦味酸鉀廢水的銷爆、處理方法,對民爆生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)苦味酸鉀的安全生產(chǎn)及控制硝基酚類廢水排放具有重要意義。

1 焚燒法處理

焚燒法通常采用燃煤鍋爐處理,將含有苦味酸鉀的母液、洗濾后的苦味酸鉀廢水等存入1號苦味酸鉀廢液儲罐中,將廢液以1∶10的比例稀釋后存入2號苦味酸鉀廢液儲罐中,將稀釋后的苦味酸鉀廢液分批次適量拌入煤粉中,待煤粉充分吸收,略干燥后,將煤粉投入燃煤鍋爐中進行焚燒。具體流程如圖1所示。苦味酸鉀焚燒完全后,其產(chǎn)物為碳氧化物、氮氧化物等,未產(chǎn)生重金屬。金屬鉀普遍存在于自然界中,對環(huán)境并無危害。碳氧化物、氮氧化物與煤粉燃燒后的組分基本一致,排放的廢氣經(jīng)脫硫、脫硝系統(tǒng)處理后達標排放。

圖1 燃煤鍋爐焚燒法處理苦味酸鉀廢水流程

隨著環(huán)境指標要求的日益提高,部分燃煤鍋爐企業(yè)因受脫硫、脫硝等處理系統(tǒng)效果的影響,逐步淘汰燃煤鍋爐,改用清潔型的燃氣鍋爐、生物質(zhì)鍋爐等。使用燃氣鍋爐處理苦味酸鉀廢水的流程為:將苦味酸鉀廢水以1∶10的比例稀釋后,儲存于收集槽中,將被稀釋后的苦味酸鉀溶液以霧狀形式噴灑在燃氣鍋爐點火系統(tǒng)處,天然氣燃燒的理論溫度達到2 300℃,實際燃燒過程中外焰溫度約有1 000℃,內(nèi)焰約有800℃,稀釋后的溶液遇高溫迅速蒸發(fā)形成氣體。具體流程如圖2所示。

圖2 燃氣鍋爐焚燒法處理苦味酸鉀廢水流程

2 蒸發(fā)法處理

苦味酸鉀與苦味酸鈉在水中的溶解度不同,兩者相比,苦味酸鈉的結(jié)晶更細。在苦味酸鉀母液中加入10%～15%的氫氧化鈉水溶液,靜置一段時間后,苦味酸鉀溶液轉(zhuǎn)化為苦味酸鈉溶液。將苦味酸鈉水溶液通入廢液收集槽中,廢液收集槽內(nèi)置有熱水循環(huán)管道,苦味酸鈉水溶液中的水分逐漸蒸發(fā),附著于熱水循環(huán)管道內(nèi)壁的苦味酸鈉仍具有爆炸危險性,需將苦味酸鈉及時收集起來進行銷毀處理。該種處理方法需注意:苦味酸鈉應在潮濕狀態(tài)下進行收集,避免因干燥增加安全風險。蒸發(fā)法處理宜采用水浴循環(huán)加熱,控制水浴溫度為小于或等于60℃為宜。該加熱法相較于蒸汽管道加熱,安全性相對較高,但是,苦味酸鈉水溶液中的水分蒸發(fā)相對較慢,處理周期較長。收集后的苦味酸鈉固體通過燒毀法進行銷毀。蒸發(fā)法處理流程如圖3所示。

圖3 蒸發(fā)法處理苦味酸鉀廢水流程

3 回收處理法

苦味酸鉀是以苦味酸(2,4,6-三硝基苯酚)和碳酸鉀為原材料化合而成,通常為針狀、短柱狀亮黃色結(jié)晶,可通過添加晶型控制劑控制結(jié)晶形狀。反應方程式為:

苦味酸鉀抽濾、洗滌后的母液全部進入母液收集槽中,在后續(xù)生產(chǎn)過程中,將收集的母液通過循環(huán)系統(tǒng)進入化合罐內(nèi),先注入去離子水,后通入蒸汽,加入稱量完畢的苦味酸,制備苦味酸溶液,配置碳酸鉀溶液,計量后進行化合。因溶液中含有苦味酸鉀細小結(jié)晶,結(jié)晶迅速成長,采用回收母液的方法制備的苦味酸鉀得率可提高至95%及以上,晶型控制良好,制得的苦味酸鉀藥劑如圖4所示。采用回收利用法處理苦味酸鉀母液安全、經(jīng)濟、可靠。

圖4 回收苦味酸鉀母液制得的苦味酸鉀藥劑

4 回收處理法制得的藥劑性能試驗

將高氯酸鉀與硫化銻分別球磨后,過120目篩,以高氯酸鉀∶硫化銻=3.9∶1.1的質(zhì)量比進行投料,一次投料量5 kg,混制30 min后出料,將二元物過篩、裝盒備用。利用苦味酸鉀母液回收法制得苦味酸鉀,將其與二元物以1∶1.3的質(zhì)量比混合,加入聚乙烯醇膠液,經(jīng)手工預混及混藥機混合后,采用直徑為0.035 mm的鎳鉻合金絲用于電引火元件制造及試驗。

為保證電引火元件相關性能試驗不受橋絲斷路、短路等因素影響,選用電引火元件樣本195發(fā),進行外觀檢驗及電阻測試,橋絲電阻范圍介于3.4～4.3Ω,平均阻值為3.8Ω,外觀檢驗及電阻值全部合格。

從195發(fā)電引火元件中選取60發(fā)樣本進行百毫秒發(fā)火電流測試,具體測試結(jié)果見表1。

從195發(fā)電引火元件中選取68發(fā)樣本進行最小發(fā)火電流測試,具體測試結(jié)果見表2。

從195發(fā)電引火元件中選取67發(fā)樣本進行發(fā)火沖能測試,具體測試結(jié)果見表3。

表1 電引火元件百毫秒發(fā)火電流測試結(jié)果

表2 電引火元件最小發(fā)火電流測試結(jié)果

表3 電引火元件發(fā)火沖能測試結(jié)果

由試驗結(jié)果可知,最小發(fā)火電流測試結(jié)果為0.394 A,發(fā)火沖能為5.855 A2·ms,符合GB 8031—2015《工業(yè)電雷管》中普通電雷管、煤礦許用電雷管Ⅰ型技術標準要求。

5 結(jié)論

綜合對比焚燒法、蒸發(fā)法及回收法3種苦味酸鉀廢水處理方法,經(jīng)試驗驗證,得出如下結(jié)論:

1)燃煤鍋爐焚燒法安全性優(yōu)于燃氣鍋爐焚燒法,可靠性更優(yōu),但隨著各地燃煤鍋爐的逐步淘汰,該方法也逐步被取代。

2)蒸發(fā)法與焚燒法、回收法相比,需要及時對沉淀物進行處理,防止蒸發(fā)結(jié)垢黏附于管道表面,水浴管道蒸發(fā)應控制水浴溫度為60℃左右為宜,蒸發(fā)周期相對較長。

3)回收法從經(jīng)濟性、可靠性、安全性及處理周期方面,較蒸發(fā)法、焚燒法均具有顯著優(yōu)勢,根據(jù)百毫秒發(fā)火電流、最小發(fā)火電流、發(fā)火沖能測試結(jié)果,結(jié)合公司實際應用情況,性能優(yōu)良,適合在苦味酸鉀、苦味酸鉀系電引火藥生產(chǎn)廠家推廣應用。