苦味酸钾废水处理方法探究

陈姗姗,陈文基,刘 庆,刘 鹏

(山东泰山民爆器材有限公司,山东 五莲262300)

0 引言

苦味酸钾,系统名为2,4,6-三硝基苯酚钾,因其机械感度适中、安定性与相容性较好、爆炸性能优良而被广泛应用于生产工业雷管中的延期药、点火药、电引火药等[1-4]。苦味酸钾废水属于硝基酚类废水,若在生产过程中处置不当,可能会导致销爆不彻底,对安全构成较大威胁[5-6]。硝基酚类废水色度高,具有较大毒性,直接排入河流会造成水体污染,导致鱼虾大量死亡。硝基酚类化合物通过与皮肤、黏膜接触经肝脏解毒直接进入血液循环致使细胞被破坏并失去活力,低浓度下也可导致蛋白质变性[7-8]。长期饮用被硝基酚类化合物污染的水体会出现贫血、头晕、记忆力衰退及各种神经系统疾病,甚至导致死亡。因此,探究苦味酸钾废水的销爆、处理方法,对民爆生产企业实现苦味酸钾的安全生产及控制硝基酚类废水排放具有重要意义。

1 焚烧法处理

焚烧法通常采用燃煤锅炉处理,将含有苦味酸钾的母液、洗滤后的苦味酸钾废水等存入1号苦味酸钾废液储罐中,将废液以1∶10的比例稀释后存入2号苦味酸钾废液储罐中,将稀释后的苦味酸钾废液分批次适量拌入煤粉中,待煤粉充分吸收,略干燥后,将煤粉投入燃煤锅炉中进行焚烧。具体流程如图1所示。苦味酸钾焚烧完全后,其产物为碳氧化物、氮氧化物等,未产生重金属。金属钾普遍存在于自然界中,对环境并无危害。碳氧化物、氮氧化物与煤粉燃烧后的组分基本一致,排放的废气经脱硫、脱硝系统处理后达标排放。

图1 燃煤锅炉焚烧法处理苦味酸钾废水流程

随着环境指标要求的日益提高,部分燃煤锅炉企业因受脱硫、脱硝等处理系统效果的影响,逐步淘汰燃煤锅炉,改用清洁型的燃气锅炉、生物质锅炉等。使用燃气锅炉处理苦味酸钾废水的流程为:将苦味酸钾废水以1∶10的比例稀释后,储存于收集槽中,将被稀释后的苦味酸钾溶液以雾状形式喷洒在燃气锅炉点火系统处,天然气燃烧的理论温度达到2 300℃,实际燃烧过程中外焰温度约有1 000℃,内焰约有800℃,稀释后的溶液遇高温迅速蒸发形成气体。具体流程如图2所示。

图2 燃气锅炉焚烧法处理苦味酸钾废水流程

2 蒸发法处理

苦味酸钾与苦味酸钠在水中的溶解度不同,两者相比,苦味酸钠的结晶更细。在苦味酸钾母液中加入10%～15%的氢氧化钠水溶液,静置一段时间后,苦味酸钾溶液转化为苦味酸钠溶液。将苦味酸钠水溶液通入废液收集槽中,废液收集槽内置有热水循环管道,苦味酸钠水溶液中的水分逐渐蒸发,附着于热水循环管道内壁的苦味酸钠仍具有爆炸危险性,需将苦味酸钠及时收集起来进行销毁处理。该种处理方法需注意:苦味酸钠应在潮湿状态下进行收集,避免因干燥增加安全风险。蒸发法处理宜采用水浴循环加热,控制水浴温度为小于或等于60℃为宜。该加热法相较于蒸汽管道加热,安全性相对较高,但是,苦味酸钠水溶液中的水分蒸发相对较慢,处理周期较长。收集后的苦味酸钠固体通过烧毁法进行销毁。蒸发法处理流程如图3所示。

图3 蒸发法处理苦味酸钾废水流程

3 回收处理法

苦味酸钾是以苦味酸(2,4,6-三硝基苯酚)和碳酸钾为原材料化合而成,通常为针状、短柱状亮黄色结晶,可通过添加晶型控制剂控制结晶形状。反应方程式为:

苦味酸钾抽滤、洗涤后的母液全部进入母液收集槽中,在后续生产过程中,将收集的母液通过循环系统进入化合罐内,先注入去离子水,后通入蒸汽,加入称量完毕的苦味酸,制备苦味酸溶液,配置碳酸钾溶液,计量后进行化合。因溶液中含有苦味酸钾细小结晶,结晶迅速成长,采用回收母液的方法制备的苦味酸钾得率可提高至95%及以上,晶型控制良好,制得的苦味酸钾药剂如图4所示。采用回收利用法处理苦味酸钾母液安全、经济、可靠。

图4 回收苦味酸钾母液制得的苦味酸钾药剂

4 回收处理法制得的药剂性能试验

将高氯酸钾与硫化锑分别球磨后,过120目筛,以高氯酸钾∶硫化锑=3.9∶1.1的质量比进行投料,一次投料量5 kg,混制30 min后出料,将二元物过筛、装盒备用。利用苦味酸钾母液回收法制得苦味酸钾,将其与二元物以1∶1.3的质量比混合,加入聚乙烯醇胶液,经手工预混及混药机混合后,采用直径为0.035 mm的镍铬合金丝用于电引火元件制造及试验。

为保证电引火元件相关性能试验不受桥丝断路、短路等因素影响,选用电引火元件样本195发,进行外观检验及电阻测试,桥丝电阻范围介于3.4～4.3Ω,平均阻值为3.8Ω,外观检验及电阻值全部合格。

从195发电引火元件中选取60发样本进行百毫秒发火电流测试,具体测试结果见表1。

从195发电引火元件中选取68发样本进行最小发火电流测试,具体测试结果见表2。

从195发电引火元件中选取67发样本进行发火冲能测试,具体测试结果见表3。

表1 电引火元件百毫秒发火电流测试结果

表2 电引火元件最小发火电流测试结果

表3 电引火元件发火冲能测试结果

由试验结果可知,最小发火电流测试结果为0.394 A,发火冲能为5.855 A2·ms,符合GB 8031—2015《工业电雷管》中普通电雷管、煤矿许用电雷管Ⅰ型技术标准要求。

5 结论

综合对比焚烧法、蒸发法及回收法3种苦味酸钾废水处理方法,经试验验证,得出如下结论:

1)燃煤锅炉焚烧法安全性优于燃气锅炉焚烧法,可靠性更优,但随着各地燃煤锅炉的逐步淘汰,该方法也逐步被取代。

2)蒸发法与焚烧法、回收法相比,需要及时对沉淀物进行处理,防止蒸发结垢黏附于管道表面,水浴管道蒸发应控制水浴温度为60℃左右为宜,蒸发周期相对较长。

3)回收法从经济性、可靠性、安全性及处理周期方面,较蒸发法、焚烧法均具有显著优势,根据百毫秒发火电流、最小发火电流、发火冲能测试结果,结合公司实际应用情况,性能优良,适合在苦味酸钾、苦味酸钾系电引火药生产厂家推广应用。