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、爆炸性能優良而被廣泛應用于生產工業雷管中的延期藥、點火藥、電引火藥等[1-4]?？辔端徕洀U水屬于硝基酚類廢水,若在生產過程中處置不當,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、黏膜接觸經肝臟解毒直接進入血液循環致使細胞被破壞并失去活力,低濃度下也可導致蛋白質變性[7-8]。長期飲用被硝基酚類化合物污染的水體會出現貧血、頭暈、記憶力衰退及各種神經系統疾病,甚至導致死亡。因此,探究苦味酸鉀廢水的銷爆、處理方法,對民爆生產企業實現苦味酸鉀的安全生產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?？辔端徕浄贌耆?其產物為碳氧化物、氮氧化物等,未產生重金屬。金屬鉀普遍存在于自然界中,對環境并無危害。碳氧化物、氮氧化物與煤粉燃燒后的組分基本一致,排放的廢氣經脫硫、脫硝系統處理后達標排放。

圖1 燃煤鍋爐焚燒法處理苦味酸鉀廢水流程

隨著環境指標要求的日益提高,部分燃煤鍋爐企業因受脫硫、脫硝等處理系統效果的影響,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℃,內焰約有800℃,稀釋后的溶液遇高溫迅速蒸發形成氣體。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,廢液收集槽內置有熱水循環管道,苦味酸鈉水溶液中的水分逐漸蒸發,附著于熱水循環管道內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下進行收集,避免因干燥增加安全風險。蒸發法處理宜采用水浴循環加熱,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。蒸發法處理流程如圖3所示。

圖3 蒸發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、短柱狀亮黃色結晶,可通過添加晶型控制劑控制結晶形狀。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,在后續生產過程中,將收集的母液通過循環系統進入化合罐內,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晶,結晶迅速成長,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的質量比混合,加入聚乙烯醇膠液,經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,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發電引火元件中選取60發樣本進行百毫秒發火電流測試,具體測試結果見表1。

從195發電引火元件中選取68發樣本進行最小發火電流測試,具體測試結果見表2。

從195發電引火元件中選取67發樣本進行發火沖能測試,具體測試結果見表3。

表1 電引火元件百毫秒發火電流測試結果

表2 電引火元件最小發火電流測試結果

表3 電引火元件發火沖能測試結果

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

5 結論

綜合對比焚燒法、蒸發法及回收法3種苦味酸鉀廢水處理方法,經試驗驗證,得出如下結論:

1)燃煤鍋爐焚燒法安全性優于燃氣鍋爐焚燒法,可靠性更優,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,防止蒸發結垢黏附于管道表面,水浴管道蒸發應控制水浴溫度為60℃左右為宜,蒸發周期相對較長。

3)回收法從經濟性、可靠性、安全性及處理周期方面,較蒸發法、焚燒法均具有顯著優勢,根據百毫秒發火電流、最小發火電流、發火沖能測試結果,結合公司實際應用情況,性能優良,適合在苦味酸鉀、苦味酸鉀系電引火藥生產廠家推廣應用。