固態(tài)廢物無害化處理技術(shù)研究

郝 捷

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024）

化工行業(yè)中所產(chǎn)生的固體廢棄物不僅會對環(huán)境造成污染，而且還會造成資源浪費(fèi)。同時，固體廢棄物的存放不僅占用土地，還會對地下水、土壤造成二次污染。三聚氰胺作為化工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的中間原料，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的廢渣，在當(dāng)前環(huán)保嚴(yán)峻形勢下實(shí)現(xiàn)對固態(tài)廢棄物的分離、回收以及資源化利用尤為重要[1]。本文將針對三聚氰胺廢渣的固態(tài)廢棄物進(jìn)行無害化處理，對其進(jìn)行回收、資源化利用展開研究，重點(diǎn)基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸和三聚氰胺氰尿酸鹽，并重點(diǎn)對最佳制備工藝進(jìn)行探討。

1 基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的工藝流程

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

經(jīng)分析可知，三聚氰胺廢渣中除包含有少量的三聚氰胺外，還包括有三聚氰酸-酰胺、三聚氰酸二酰胺以及三聚氰酸等成分。從理論上講，上述廢渣通過一定的水解反應(yīng)可以將氨基轉(zhuǎn)化為羥基，從而制備成三聚氰酸[2]。本文將采用實(shí)驗(yàn)的方式對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最佳工藝進(jìn)行探討。本實(shí)驗(yàn)涉及到的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備如表1 所示。

表1 三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸關(guān)鍵儀器和設(shè)備

除了表1 中的儀器外，還包括有馬弗爐、過濾篩、研缽、布氏漏斗、石棉網(wǎng)以及電爐等。實(shí)驗(yàn)需要提前準(zhǔn)備98%的濃硫酸、酚酞指示劑、三聚氰胺、氫氧化鈉和硫酸氫鈉等。在制備之前需要充分對三聚氰胺廢渣的主要成分進(jìn)行分析，采用事先準(zhǔn)備的儀器和試劑，測得本文所研究三聚氰胺廢渣中主要包括有三聚氰胺、OAT、硅藻土三種物質(zhì)，占比分別為48%、40%和12%。為保證實(shí)驗(yàn)效果，需要對廢渣進(jìn)行預(yù)處理，主要目的是將廢渣中的硅藻土去除。

1.2 制備工藝過程

稱取預(yù)處理后的三聚氰胺廢渣15 g，并在其中加入800 mL 8%的硫酸溶液和100 g 硫酸氫鈉溶液；根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定高壓反應(yīng)釜的攪拌速度和反應(yīng)溫度，在此初步設(shè)定攪拌速度為200 r/min，反應(yīng)溫度為160 ℃，并在此環(huán)境下恒溫反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，在冷卻水的作用下對反應(yīng)釜進(jìn)行快速冷卻，并將反應(yīng)所得的混合物去除[3]?；旌衔镌谑覝丨h(huán)境下靜態(tài)處理24 h 后對其進(jìn)行真空抽濾操作，并采用300 mL 的蒸餾水進(jìn)行洗滌處理，洗滌后的產(chǎn)物在120 ℃的環(huán)境下進(jìn)行干燥處理，干燥時間為4 h。

本節(jié)通過單因素實(shí)驗(yàn)法對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最佳工藝進(jìn)行研究，重點(diǎn)對硫酸氫鈉的添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間這三個參數(shù)下三聚氰酸的回收率進(jìn)行對比。

2 最佳工藝參數(shù)的確定

2.1 硫酸氫鈉用量對三聚氰酸回收率的影響

分別對硫酸氫鈉用量為20、40、60、80、100、120 g下三聚氰酸的回收率進(jìn)行對比；其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：添加8%硫酸800 mL，反應(yīng)溫度設(shè)定為120 ℃，反應(yīng)時間為2 h，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準(zhǔn)備的儀器對三聚氰酸的回收率進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表2 所示。

表2 不同硫酸氫鈉用量對三聚氰酸回收率的影響

如表2 所示，隨著硫酸氫鈉用量的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當(dāng)硫酸氫鈉用量達(dá)到80 g 以后，隨著用量的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮硫酸氫鈉用量增加會增加制備成本，將硫酸氫鈉的用量控制在80 g 為最佳。

2.2 反應(yīng)溫度對三聚氰酸回收率的影響

分別對反應(yīng)溫度為100、110、120、130、140、150、160、170 ℃下三聚氰酸的回收率進(jìn)行對比；其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：所添加8%硫酸800 mL，硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)時間為2 h，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準(zhǔn)備的儀器對三聚氰酸的回收率進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表3所示。

表3 不同反應(yīng)溫度對三聚氰酸回收率的影響

如表3 所示，隨著反應(yīng)溫度的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到160 ℃以后，隨著溫度的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮反應(yīng)溫度過高會制備設(shè)備造成一定的負(fù)擔(dān)且對應(yīng)的成本較高的問題，將反應(yīng)溫度控制在160 ℃為最佳。

2.3 反應(yīng)時間對三聚氰酸回收率的影響

分別對反應(yīng)時間為1、2、3、4、5、6 h 下三聚氰酸的回收率進(jìn)行對比。其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：所添加8%硫酸800 mL，硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)溫度160 ℃，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準(zhǔn)備的儀器對三聚氰酸的回收率進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表4 所示。

表4 不同反應(yīng)時間對三聚氰酸回收率的影響

如表3 所示，隨著反應(yīng)時間的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到3 h 以后，隨著時間的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮反應(yīng)時間較長時會影響三聚氰酸的制備效率而且增加成本，將反應(yīng)時間控制在3 h 為最佳。

將上述經(jīng)單因素對比實(shí)驗(yàn)研究所得的最佳工藝參數(shù)應(yīng)用于與實(shí)際生產(chǎn)中，對最終三聚氰酸的回收率進(jìn)行測定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，在上述最佳工藝參數(shù)下，基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最高回收率約為69.5%，而且制備所得的三聚氰酸的純度約為97%左右[4]。

同理，采用單因素實(shí)驗(yàn)法對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰胺氰尿酸的最佳工藝進(jìn)行研究，不能夠得出最佳工藝參數(shù)：反應(yīng)溫度110 ℃，反應(yīng)時間9 h，三聚氰酸和三聚氰胺的質(zhì)量比1.05∶1；最終制備所得三聚氰胺氰尿酸的回收率為77%，純度為94%。

3 結(jié)語

三聚氰胺為化工行業(yè)中的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，應(yīng)用較為廣泛。三聚氰胺在制備過程中會產(chǎn)生廢渣，對廢渣的無害化處理不僅可以解決資源浪費(fèi)的問題，而且還能夠解決廢渣儲存的占地和對土壤、地下水污染的問題[5]。本文基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸和三聚氰胺氰尿酸，實(shí)現(xiàn)對其固態(tài)廢棄物的無害化處理，并得出最佳工藝參數(shù)：

1）基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)時間為3 h，反應(yīng)溫度為160 ℃；最高回收率約為69.5%，純度約為97%。

2）基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰胺氰尿酸反應(yīng)溫度為110 ℃，反應(yīng)時間為9 h，三聚氰酸和三聚氰胺質(zhì)量比1.05∶1；最終制備所得三聚氰胺氰尿酸的回收率為77%，純度為94%。