CN102989114B

CN102989114B - 一种处置泄漏硫酸的碱性粉剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102989114B
Application number: CN201210433566.4A
Authority: CN
Inventors: 张统; 王守中; 董春宏; 徐军; 刘士锐; 詹予忠; 邵志元
Original assignee: ZHI FENG ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Ltd Co; Zhengzhou University; Engineering Design and Research Institute of General Armament Department
Current assignee: ZHI FENG ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Ltd Co; Zhengzhou University; Engineering Design and Research Institute of General Armament Department
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102989114A

Abstract

本发明提供了一种处置泄漏硫酸的碱性粉剂及其制备方法，碱性粉剂由中和剂、助剂、吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂共6种组分按一定配比经特定方法制备得到。制备碱性粉剂的原料易得，制备方法简便、能耗低，制出的粉剂不结块、吸湿性小、喷洒后沉降性能良好。可有效处置浓度为50％～98％及以上的硫酸泄漏，处置过程具有反应速度快、温升小、无次生危害、终点判断简便等特点。

Description

一种处置泄漏硫酸的碱性粉剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及酸性危险化学品泄漏应急处置领域，具体涉及一种处置泄漏硫酸的碱性粉剂及其制备方法。

背景技术

硫酸是一种重要的工业化学品，具有极强的酸性、腐蚀性和吸湿性，在工业、农业、国防和科研等领域应用非常广泛，若在生产、运输和使用过程中突发泄漏，会造成严重的安全事故，危及人民群众的生命财产，并可能造成严重的环境污染。

硫酸本身不挥发，质量浓度在50％以上的硫酸，随浓度增加，其泄漏后遇水或可与其反应的物质时，就会释放大量的热，一方面温升高，最高可达170℃以上，另一方面会产生刺激性气味，容易引起安全事故。由于突发事故时硫酸泄漏会出现在生产单位、使用单位、库房、运输道路、桥梁、河流等地方，在处置泄漏硫酸时，首先需考虑硫酸酸性带来的危害，其次还需考虑处置过程出现的温升、酸雾、残留物等可能带来的次生影响。

有关泄漏硫酸的处置，现阶段主要有碱液中和法、水稀释法和沙土填埋法。碱液中和主要采用氢氧化钠、氢氧化钾的临配溶液，曾经发生的硫酸泄漏事故就是通过高压水管将氢氧化钠固体冲入泄漏的硫酸水中进行中和的。碱液中和硫酸一方面会放出大量的热，短时温升最高达170℃以上，极易形成硫酸酸雾，危害人体健康，并引起二次危害；另一方面中和生成的硫酸盐易溶于水，会对水环境和土壤环境造成影响；再则，由于处置缺少过程控制措施，很容易因投加的碱过量而引起二次污染。

水稀释法主要是用大量的水将泄漏硫酸的酸度稀释到环境可容许的范围，理论上稀释1m³的浓硫酸就需要大约3.7×10⁷m³的水，不仅会造成短时温升，而且扩大了泄漏污染面积，还会浪费巨大的水资源。

沙土填埋法主要是用沙土将泄漏的硫酸进行覆盖，此法只适合极少量浓硫酸泄漏的处置，虽然快速简便，但效率低、后续处置繁琐，且并未从根本上解决问题，因此会对环境和人体健康造成潜在的不利影响。

CN101693141A中公开了一种酸液泄漏处理剂，由反应物质、吸收物质、助流剂和指示剂构成，其中的反应物质相当于酸碱中和剂，可以是碱土金属氧化物(氧化钙、氧化镁)或/和碱式碳酸盐(碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙或倍半碳酸钙)，这些反应物质虽能处理泄漏浓硫酸，但会出现冒烟量很大，温升高，最高时可达150℃以上，而且容易产生刺激性气味，引起次生问题。

JP平2-145679A中公开了一种酸液泄漏的处置剂，由三种起不同作用的成分组成：一是pH指示剂(溴酚蓝、溴百里酚蓝、甲基红等)，用于指示酸碱中和的程度；二是中和剂(碳酸氢钠)，用于中和酸性；三是固结防止剂，用于阻止处置剂的结块。这种处置剂对处置过程出现的温升、流态残留物等都没有明确的解决措施，因此会引起次生危害。

CN1286680A中公开了一种聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)基的超吸收凝胶，其实质在于聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)是一种弱碱性的聚合物，通过与酸的作用生成高吸水性的聚合盐，来克服一般吸水树脂所遇到的“盐中毒”效应。尽管如此，其吸水能力并没有明显提高，最高吸水能力(0.1MHCl)也只有65g/g；再则，由于其交联的程度与吸水性之间的关系未有明确的指标指示，因此当处置泄漏硫酸时，这种超吸收凝胶的投加量可能会减少，但吸水后会变成粘稠状，同样难于直接清扫。

《功能高分子学报》17卷第3期，对超吸水聚丙烯酰胺/蒙脱土复合材料的力学性质进行了研究，结果表明复合材料的吸水膨胀时可以做功。材料越薄，膨胀速率越快，单位质量材料产生功率就越大，而改变溶液pH值可以改变复合材料的膨胀能力，但对其超吸水能力未作进一步研究。

《山西化工》1990年第2期，对聚丙烯酸胺高吸水剂的制备进行了报道。以丙烯酰胺为原料，以过硫酸钾(K₂S₂O₈)为引发剂，经聚合、水解、交联、干燥等过程，可制得高吸水性部分水解聚丙烯酸胺(HPAM)，其吸蒸馏水可达780g/g，吸0.6％的NaCl溶液为80g/g。《新疆大学学报(自然科学版)》1998年8月对聚丙烯酰胺吸水树脂的合成及性能研究进行了报道，以过硫酸钾为引发剂，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为交联剂，通过水溶液聚合AM制备出的丙烯酰胺水凝胶PAMG是一种优良的吸水剂，其碳酸钠水解体吸水倍率可达456ml/g。而《应用化工》(2012)41卷第3期，对淀粉-丙烯酸/聚丙烯酰胺复合吸水树脂的性能及制备方法进行了报道，该吸水树脂的最优吸水性能达到了578g/g。这些报道表明，引发剂、交联剂的含量以及反应条件等因素严重影响着吸水剂的吸水性能，而上述报道仅处于研究阶段；在实际应用中，分子量的大小是人们选择聚丙烯酸胺(PAM)及其改性材料的一种重要依据，分子量越大，表明其在某方面(如吸水)的性能就越优良，由于上述报道中并未提及，因此限制了它们的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种专用于处置泄漏硫酸的碱性粉剂；本发明的另一目的是提供一种专用于处置泄漏硫酸的碱性粉剂的制备方法。

本发明的这些以及其他目的将通过下列详细说明和描述来进一步阐述。

本发明专用于硫酸泄漏处置，所用原料易得，且部分原料为废物再利用，有专用制备方法。粉剂不结块、吸湿性小、易沉降，除有弱腐蚀性外，无其他毒副作用。可有效处置浓度为50％～98％以上的硫酸的泄漏，具有反应速度快、温升可显著降低10℃～20℃、冒烟极少或不冒烟、处置终点判断简便、残留物干燥蓬松，易于清扫或被吸尘器清除，对生态环境影响小。

本发明所述碱性粉剂，由中和剂、助剂、吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂共6种组分构成，各组分的质量百分比依次为：中和剂20％～70％、助剂10％～55％、吸热剂10％～35％、防潮剂0.5％～15％、分散剂0.1％～3％和指示剂0.01％～0.5％。

本发明所述碱性粉剂，其优选的组分质量配比依次为：中和剂30％～65％、助剂15％～50％、吸热剂15％～30％、防潮剂1.0％～10％、分散剂0.1％～2％和指示剂0.01％～0.3％。

本发明所述的中和剂是指含有钙、镁、钠、铝及铁的氢氧化物、酸式碳酸盐以及碳酸盐的一种或多种，其中氢氧化物为氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠、氢氧化铁以及氢氧化铝；酸式碳酸盐为碳酸氢钠，碳酸盐为碳酸钙、碳酸钠和/或碳酸镁。

本发明所述中和剂的作用是利用酸碱中和原理，将泄漏的硫酸通过碱性物质反应成中性，减轻因酸泄漏引起的安全健康和环境污染问题。

本发明所述中和剂还可以是废物电石渣的氢氧化钠的改性物；采用废物电石渣时，有利于废物再利用、节约资源。

本发明所述助剂为硅藻土，其作用是促使泄漏处置后的残留物更加蓬松，便于清扫或被负压吸走。

本发明所述吸热剂是指含水氯化钙、氯化钠、氯化钾、硝酸钾、硝酸钠等中的一种或多种混合物，其作用是部分吸收反应时放出的热量，降低温升；优选的吸热剂为硝酸钾、硝酸钠、氯化钾和硝酸钾的混合物、或者是硝酸钾和硝酸钠的混合物。

本发明所述防潮剂为超高分子量吸水树脂、硅胶等，优选的为分子量在300万以上的聚丙烯酰胺或者分子量在3万以上的聚丙烯酸钠，更优选为分子量在800万以上的聚丙烯酰胺或者分子量在5万以上的聚丙烯酸钠；当选用优选的防潮剂时，其吸水能力达50kg/kg～600kg/kg。

本发明所述防潮剂的作用是利用其巨大的吸水性能，贮存期间有利于防止粉剂受潮，使用时有利于将硫酸中的液态水或反应生成的液态水尽可能完全吸收。

本发明所述分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸镁、云母粉、滑石粉、硅酸钠等，其作用是促进粉剂本身分散、防止结块，优选的分散剂为硬脂酸钠。

本发明所述指示剂为甲基红、酚酞、中性红、溴百里酚蓝或其复合指示剂，主要用于指示泄漏硫酸处置终点的判断，当指示剂颜色显著改变时，表示终点已到，应该停止粉剂的使用，否则会浪费资源，造成新的污染，优选的指示剂为甲基红和溴百里酚蓝中的一种。

本发明所述粉剂的粒径控制在40目～160目之间，粒径太大(小于40目)时，沉降快，不利于盐酸酸雾的捕消，同时会延长中和反应完成所需的时间；粒径太小(大于160目)时，虽有利于气体反应，但沉降效果差，易造成二次污染，页不利于液体反应，并会在液体表面形成团块，阻碍粉剂与泄漏液体进行彻底的中和反应。

本发明所述粉剂的粒径，优选的控制在40目～160目之间。

本发明所述粉剂在静风条件下的3分钟沉降回收率不小于98％。

本发明所述碱性粉剂制备方法为：先在带有搅拌装置的反应罐中加入一定量清水，具体为制备粉剂量的0.60～1.5倍，然后在搅拌状态下将中和剂和助剂依次加入，待搅拌均匀后停止搅拌，静置12小时以上，再送去热风干燥，含水率小于1％后，通过研磨和筛分，收集粒度在40目～160目的部分送入混匀器，并依次加入吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂进行混匀，得到满足粒度、比表面积、堆密度要求的合格产品；对粒度不合要求的部分送入反应罐循环处理。

本发明所述碱性粉剂的包装袋需有防潮功能，包装需密封，不必单独采取保护气保护，但不得采用真空包装。

本发明所述碱性粉剂，包装好后，应放置于干燥通风环境贮存。

本发明所述碱性粉剂在满足包装及存放要求条件下，3年内性能不会明显改变。

本发明所述碱性粉剂适合用手提式、固定式或车载式应急处置装置，喷洒所用动力气源可以是惰性气体如氮气、氦气，优选氮气，不可以选用CO₂等酸性气体。

本发明所述碱性粉剂，在实验室密闭环境条件下，对泄漏硫酸形成的酸雾，3分钟捕获率不小于85％，10分钟捕获率不小于95％。

本发明所述碱性粉剂，不仅可用于处置泄漏浓度在50％～98％及以上的浓硫酸，包括发烟硫酸，还可用于处置硫酸泄漏产生的酸雾。

本发明所述碱性粉剂，在处置泄漏硫酸时，具有反应快速、放热均匀、温升小于80℃、残留物蓬松易清扫等显著特点。

本发明所述碱性粉剂，在实验室密闭环境条件下，对泄漏盐酸、硝酸的模拟处置表明，对气体捕获率3分钟不高于60％，投入的粉剂会被生成的气体带出，且残留物粘结严重，不易被清扫。

本发明所述碱性粉剂，符合相关标准要求，适合灌装于各种类型的手提式、固定式或车载式应急处置装置内。

制备本发明的碱性粉剂的原料易得，制备方法简便，原料在水中易分散，制备过程能耗低，制出的粉剂不结块、吸湿性小、喷洒后沉降性能良好，处置泄漏硫酸时具有反应速度快、温升小、终点判断简便等特点，残留物蓬松，易于清扫或被负压抽吸清除，专用于处置泄漏的浓硫酸、稀硫酸及酸雾，所制备粉剂符合国家相关标准，适合装填、喷射和贮存。

附图说明

图1为本发明处置泄漏硫酸的碱性粉剂制备方法流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本实施例所用化学品，除电石渣改性物由郑州大学催化新材料研究所提供外，其余皆市购，其纯度可以是工业纯或化学纯。本实施例所用生产设备，皆为符合生产安全要求的市购设备。

实施例15L浓硫酸(98％，约10kg)泄漏处置

制备用于处置硫酸泄漏的碱性粉剂30kg，其组成配比为：中和剂17.0kg(碳酸氢钠15.5kg，电石渣改性物1.2kg)、助剂5.1kg(硅藻土)、吸热剂6.8kg(硝酸钾)；防潮剂0.654kg(聚丙烯酰胺)；分散剂0.44kg(硬脂酸钠)；指示剂0.006kg(溴百里酚蓝)。具体制备方法是在反应罐中加入可刚好溶解中和剂和助剂的清水(约18L)，开启搅拌，将一定剂量的中和剂和助剂(各过量10％)按比例依次加入，待搅拌均匀后停止搅拌，静置12小时(过夜)，再送去减压干燥，之后通过研磨和筛分，对检验合格(40目～160目)的部分称取22.1kg送入混匀器，再依次加入上述剂量的吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂进行混匀，得到所需规格产品30kg，用于本实例浓硫酸的泄漏处置。对粒径大于40目的进行再次研磨和筛分，对粒径小于160目的送入反应罐，进行循环再利用。

用得到的30kg处置浓硫酸泄漏时，反应剧烈，有大量气泡产生，不冒烟，最高温升小于70℃，体系由黄色变蓝色，pH＝7～7.5，处置后留下的残留物呈蓬松状，可被吸尘器吸走。

实施例211L浓硫酸(98％，约20kg)泄漏处置

制备用于处置硫酸泄漏的碱性粉剂50kg，其组成配比为：中和剂26.9kg(碳酸氢钠20.6kg，氢氧化钙6.3kg)、助剂8.6kg(硅藻土)；吸热剂12.8kg(氯化钾10.8kg，硝酸钾2kg)、防潮剂0.974kg(聚丙烯酰胺)、分散剂0.72kg(硬脂酸钠)、指示剂0.006kg(甲基红)。具体制备方法是在反应罐中加入可刚好溶解中和剂和助剂的清水(约75L)，开启搅拌，将一定剂量的中和剂和助剂(各过量10％)按比例依次加入，待搅拌均匀后停止搅拌，静置12小时(过夜)，再送去减压干燥，之后通过研磨和筛分，对检验合格(40目～160目)的部分称取35.5kg送入混匀器，再依次加入上述剂量的吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂进行混匀，得到所需规格产品50kg，用于本实例浓硫酸的泄漏处置。对粒径大于40目的进行再次研磨和筛分，对粒径小于160目的送入反应罐，进行循环再利用。

用得到的50kg粉剂处置11L浓硫酸泄漏时，反应剧烈，有大量气泡产生，冒烟极少，最高温升小于75℃，体系由黄色变蓝色，pH＝7～7.2，处置后留下的残留物呈蓬松状，既可清扫，也可被吸尘器吸走。

实施例35L浓硫酸(50％，约7kg)泄漏处置

制备用于处置硫酸泄漏的碱性粉剂21.0kg，其组成配比为：中和剂6.4kg(碳酸钠3.0kg，电石渣改性物2.8kg)、助剂10.0kg(硅藻土)；吸热剂3.2kg(氯化钾2.7kg，硝酸钾0.5kg)、防潮剂1.276kg(聚丙烯酰胺)、分散剂0.12kg(硬脂酸钠)、指示剂0.004kg(溴百里酚蓝)。具体制备方法是：在反应罐中加入可刚好溶解中和剂和助剂的清水(约18L)，开启搅拌，将一定剂量的中和剂和助剂(各过量10％)按比例依次加入，待搅拌均匀后停止搅拌，静置12小时(过夜)，再送去减压干燥，之后通过研磨和筛分，对检验合格(40目～160目)的部分称取13.2kg送入混匀器，再依次加入上述剂量的吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂进行混匀，得到所需规格产品21kg，用于本实例硫酸的泄漏处置。对粒径大于40目的进行再次研磨和筛分，对粒径小于160目的送入反应罐，进行循环再利用。

用得到的21kg处置浓硫酸泄漏时，反应剧烈，有气泡产生，温升不明显，体系由黄色变蓝色，pH＝7.5，处置后留下的残留物呈蓬松状，可被吸尘器吸走。

本发明的具体实例，已经对本发明的硫酸泄漏处置粉剂及其制备方法和使用效果进行了图示和描述，但在本发明基础上，技术人员应该明白，其所做的修改和改进，如不偏离本发明权利要求书所限定的精神，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种用于处置泄漏硫酸的碱性粉剂，其特征在于：碱性粉剂由中和剂、助剂、吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂共6种组分构成，各组分的质量百分比为：中和剂20%~70%、助剂10%~55%、吸热剂10%~35%、防潮剂0.5％～15％、分散剂0.1％～3％和指示剂0.01%~0.5%，其中，

所述中和剂是指含有钙、镁、钠、铝及铁的氢氧化物、酸式碳酸盐以及碳酸盐的一种或多种，其中氢氧化物为氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠、氢氧化铁和／或氢氧化铝，酸式碳酸盐为碳酸氢钠，碳酸盐为碳酸钙、碳酸钠和／或碳酸镁；

所述助剂为硅藻土；

所述吸热剂为含水氯化钙、氯化钠、氯化钾、硝酸钾、硝酸钠中的一种或多种混合物；

所述防潮剂为分子量在300万以上的聚丙烯酰胺或分子量在3万以上的聚丙烯酸钠；

所述分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸镁、云母粉、滑石粉或硅酸钠；

所述指示剂为甲基红、中性红或溴百里酚蓝。

2.根据权利要求1所述的碱性粉剂，其特征在于：所述中和剂为废物电石渣的氢氧化钠改性物。

3.根据权利要求1所述的碱性粉剂，其特征在于：所述吸热剂为硝酸钠、氯化钾和硝酸钾的混合物，或者是硝酸钾和硝酸钠的混合物。

4.一种如权利要求1－3之一所述的用于处置泄漏硫酸的碱性粉剂的制备方法，其特征在于：

⑴ 在带有搅拌装置的反应罐中加入制备粉剂量的0.60～1.5倍的清水，开启搅拌；

⑵ 将中和剂和助剂依次加入，搅拌均匀后停止搅拌，并静置12小时以上，再经干燥至含水率小于1％为止；

⑶ 研磨和筛分，收集粒度在40目～160目的部分送入混匀器，并依次加入吸热剂、防潮剂、分散剂和指示剂进行混匀，得到满足粒度、比表面积、堆密度要求的合格产品；对粒度不合要求的部分送入反应罐循环处理。