关于废弃火炸药处理的几点思考

何卫东,刘大斌,陈 令

1 废弃火炸药的概念和内涵

火炸药在达到其贮存或使用寿命后,其可靠性、稳定性和安全性会发生变化,不宜继续贮存或使用。此外,火炸药生产过程中也会产生一些废品和不良品。军方报废弹药、国库退役弹药以及相关生产厂家的不良或报废品构成了废弃火炸药的主要来源。广义来说,被火炸药严重污染的水、溶剂、土壤及包装物等也可归结为废弃火炸药的范畴。

火炸药具有易燃、易爆特性,且大部分是有毒的,如何安全、有效、经济、环保地处理废弃火炸药成为亟需解决的世界性问题。同时,废弃火炸药的含能特性使其在国民经济中仍具有较高的利用价值,因此及时安全地处理废弃火炸药并回收利用具有重要的军事意义和较大的经济价值。

2 废弃火炸药的处理技术

废弃火炸药处理主要集中在两个方面:一是将废弃火炸药资源化利用,转化为其他有经济价值的产品;二是安全、环保地销毁。

2.1 废弃火炸药的资源化利用技术

(1)制备民用爆破器材。将废弃火炸药制备成民用爆破器材是废弃火炸药资源化利用的主要技术途径之一,根据不同类型废弃火炸药的组成和能量特性,综合考虑应用场景、成本等因素,废弃火炸药分别可应用于粉状炸药、浆状炸药、灌注炸药、传爆药柱等民用爆破器材。

(2)制备烟花药剂。目前,烟花行业用于实现产品抛射、开苞等目的的药剂主要是黑火药,黑火药燃烧产生大量的固体粒子(烟),严重污染环境。采用无烟火药取代黑火药,可以显著提高烟花爆竹的环保性。

(3)组分回收。对于一些废弃火药、混合炸药等,一些组分性能变化很小,同时具有较高的利用价值,如HMX、CL-20、RDX等,这些组分可以通过溶剂提取、黏结剂破坏等手段,将它们从废弃火炸药中分离出来,经精制后重新用于军事或民用。

(4)转化为化工原料或产品。将废弃火炸药中一些组分通过化学或物理反应,转化为其他化工原料,例如:将火药中的硝化棉转化为草酸、将TNT转化为医药中间体、用硝化棉制备硝基漆等。

(5)其他再利用技术。废弃火炸药经处理后可应用于石油开采压裂弹及射孔弹、射钉枪弹装药,以及用于锅炉燃料等。对于一些安定性满足要求的废弃火炸药,可以通过改性、改型重新制备成军用产品,如将双迫发射药通过补加成分改性为其他类型双基或三基发射药等。

2.2 废弃火炸药的预处理技术

废弃火炸药种类、形状繁多,在弹药中装填的形式多样,通常需要进行一定的预处理后才能开展进一步再利用工作,预处理技术主要包含弹药中火炸药取出、火炸药的切割及粉碎等。

(1)弹药中火炸药取出技术。对于弹药中的废弃火炸药,再利用前必须将其从弹药中安全取出,对于发射药、自由装填的推进剂,只需将其从药筒(发动机)或药包(药盒)中倒(取)出后分离其他装药元件即可。对于贴壁浇铸推进剂、不宜熔融处理的炸药等则需要采用机械切割、水清理等方法取出。对于熔铸炸药,可采用热水、热蒸汽等加热熔化后倒出。

(2)火炸药的粉碎技术。通常废弃火炸药尺寸不能满足再利用对粒度的要求,需要进行粉碎处理,根据不同使用要求,粉碎可采用的方法主要有机械切割、研磨和低温压裂等,粉碎过程的安全性是必须考虑的问题,粉碎过程通常在存在大量水或其他液体介质的环境下进行。

2.3 废弃火炸药的销毁技术

对于一些数量较少、性能稳定性差、杂质多、受环境污染严重的废弃火炸药,已没有再利用价值,这类废弃火炸药通常采用销毁的方法处理,主要的销毁途径有:

(1)露天焚烧、露天爆炸、深井掩埋和深海倾倒方法。这些传统的处理方法,由于环境法规等的限制,已逐渐被限制或禁止使用。

(2)化学破坏法。例如加碱水解、熔融盐破坏、超临界水氧化、高温气体净化、钝感化等,是将火炸药转化为非含能物质的处理方法,这些处理方法技术基本成熟,但由于处理成本较高等问题,并未广泛使用。

(3)可控的焚烧、爆炸法。这是将废弃火炸药放入封闭的炉体中通过燃烧、爆炸销毁,然后对燃气进行清洁处理后排放的一类方法,这种方法不仅可以销毁废弃火炸药,对被火炸药污染的废水、包装物等也是很好的销毁途径。同时,在处理过程中还能够回收部分热能,是销毁废弃火炸药的有效方法之一。

3 几点思考和建议

废弃火炸药处理是一项复杂和危险的工程,综合考虑安全、环保、经济和社会效益,科学合理地选择较佳的处理途径,是首先需要解决的问题。在此提出几点个人思考和建议:

(1)对于数量大、组分明确,安定性等满足要求的废弃火炸药,首选的处理方法为将其资源化利用,采用何种技术途径应根据安全、环保和经济效益等综合确定;对于难以再利用或再利用成本过高的废弃火炸药,可以考虑焚烧或炸毁的处理方法。

(2)对于单基、双基发射药和推进剂等以硝化棉和硝酸酯等作为主要成分的火药、单质及混合炸药,建议首先考虑将其应用于民用爆破器材、烟花药剂、射钉弹和压裂弹装药等。这些方法简便易行,安全可靠,处理成本相对较低,产生的附加值也高。需要注意的是,由于这些废弃火炸药大多数是负氧的,燃烧、爆炸后产生的CO等有毒气体含量较高,应通过添加量的控制、配方优化、应用场合的限制等措施,最低限度降低对环境的污染。对于复合固体推进剂,也可以将其作为含能组分添加到民用炸药中使用,但复合固体推进剂通常含有大量的NH4ClO3和Al粉,对可能造成的环境污染要予以充分考虑。

(3)对于含有HMX等高价值组分的发射药、推进剂等废弃火炸药,可以考虑HMX等组分的回收利用。需要控制的是分离过程中废液等产生的二次污染、处理成本等问题,同时需要解决提取的HMX进一步用于军事等用途的技术及许可问题。

(4)对于需要销毁的废弃火炸药,首选的方案是采用可控的焚烧(爆炸)炉处理方法。根据废弃火炸药的类型、性能和处理量,综合考虑经济和安全性,选择合适的焚烧炉和燃气清洁处理方法。目前的焚烧(爆炸)炉有静态炉、回转窑等,燃气清洁处理有湿法、干法及干湿混合法等。静态炉适用于小批量销毁,回转窑便于连续化操作;干法不产生废水处理等问题,但运用成本较高。湿法运用成本低但需要对产生的废水进行处理。

(5)对炸药合成等生产过程中产生的高浓度含能材料废液,可以和煤粉等以一定比例混合后作为锅炉燃料,其他废弃火炸药也可进行粉碎等预处理后作为燃料使用。

(6)建立较完整的废弃火炸药处理体系,加大其处理技术的推广应用,在政策和技术层面确保废弃火炸药处理技术的有效实施。同时加强废弃火炸药处理新技术的研究投入和力度。