關于廢棄火炸藥處理的幾點思考

何衛東,劉大斌,陳 令

1 廢棄火炸藥的概念和內涵

火炸藥在達到其貯存或使用壽命后,其可靠性、穩定性和安全性會發生變化,不宜繼續貯存或使用。此外,火炸藥生產過程中也會產生一些廢品和不良品。軍方報廢彈藥、國庫退役彈藥以及相關生產廠家的不良或報廢品構成了廢棄火炸藥的主要來源。廣義來說,被火炸藥嚴重污染的水、溶劑、土壤及包裝物等也可歸結為廢棄火炸藥的范疇。

火炸藥具有易燃、易爆特性,且大部分是有毒的,如何安全、有效、經濟、環保地處理廢棄火炸藥成為亟需解決的世界性問題。同時,廢棄火炸藥的含能特性使其在國民經濟中仍具有較高的利用價值,因此及時安全地處理廢棄火炸藥并回收利用具有重要的軍事意義和較大的經濟價值。

2 廢棄火炸藥的處理技術

廢棄火炸藥處理主要集中在兩個方面:一是將廢棄火炸藥資源化利用,轉化為其他有經濟價值的產品;二是安全、環保地銷毀。

2.1 廢棄火炸藥的資源化利用技術

(1)制備民用爆破器材。將廢棄火炸藥制備成民用爆破器材是廢棄火炸藥資源化利用的主要技術途徑之一,根據不同類型廢棄火炸藥的組成和能量特性,綜合考慮應用場景、成本等因素,廢棄火炸藥分別可應用于粉狀炸藥、漿狀炸藥、灌注炸藥、傳爆藥柱等民用爆破器材。

(2)制備煙花藥劑。目前,煙花行業用于實現產品拋射、開苞等目的的藥劑主要是黑火藥,黑火藥燃燒產生大量的固體粒子(煙),嚴重污染環境。采用無煙火藥取代黑火藥,可以顯著提高煙花爆竹的環保性。

(3)組分回收。對于一些廢棄火藥、混合炸藥等,一些組分性能變化很小,同時具有較高的利用價值,如HMX、CL-20、RDX等,這些組分可以通過溶劑提取、黏結劑破壞等手段,將它們從廢棄火炸藥中分離出來,經精制后重新用于軍事或民用。

(4)轉化為化工原料或產品。將廢棄火炸藥中一些組分通過化學或物理反應,轉化為其他化工原料,例如:將火藥中的硝化棉轉化為草酸、將TNT轉化為醫藥中間體、用硝化棉制備硝基漆等。

(5)其他再利用技術。廢棄火炸藥經處理后可應用于石油開采壓裂彈及射孔彈、射釘槍彈裝藥,以及用于鍋爐燃料等。對于一些安定性滿足要求的廢棄火炸藥,可以通過改性、改型重新制備成軍用產品,如將雙迫發射藥通過補加成分改性為其他類型雙基或三基發射藥等。

2.2 廢棄火炸藥的預處理技術

廢棄火炸藥種類、形狀繁多,在彈藥中裝填的形式多樣,通常需要進行一定的預處理后才能開展進一步再利用工作,預處理技術主要包含彈藥中火炸藥取出、火炸藥的切割及粉碎等。

(1)彈藥中火炸藥取出技術。對于彈藥中的廢棄火炸藥,再利用前必須將其從彈藥中安全取出,對于發射藥、自由裝填的推進劑,只需將其從藥筒(發動機)或藥包(藥盒)中倒(取)出后分離其他裝藥元件即可。對于貼壁澆鑄推進劑、不宜熔融處理的炸藥等則需要采用機械切割、水清理等方法取出。對于熔鑄炸藥,可采用熱水、熱蒸汽等加熱熔化后倒出。

(2)火炸藥的粉碎技術。通常廢棄火炸藥尺寸不能滿足再利用對粒度的要求,需要進行粉碎處理,根據不同使用要求,粉碎可采用的方法主要有機械切割、研磨和低溫壓裂等,粉碎過程的安全性是必須考慮的問題,粉碎過程通常在存在大量水或其他液體介質的環境下進行。

2.3 廢棄火炸藥的銷毀技術

對于一些數量較少、性能穩定性差、雜質多、受環境污染嚴重的廢棄火炸藥,已沒有再利用價值,這類廢棄火炸藥通常采用銷毀的方法處理,主要的銷毀途徑有:

(1)露天焚燒、露天爆炸、深井掩埋和深海傾倒方法。這些傳統的處理方法,由于環境法規等的限制,已逐漸被限制或禁止使用。

(2)化學破壞法。例如加堿水解、熔融鹽破壞、超臨界水氧化、高溫氣體凈化、鈍感化等,是將火炸藥轉化為非含能物質的處理方法,這些處理方法技術基本成熟,但由于處理成本較高等問題,并未廣泛使用。

(3)可控的焚燒、爆炸法。這是將廢棄火炸藥放入封閉的爐體中通過燃燒、爆炸銷毀,然后對燃氣進行清潔處理后排放的一類方法,這種方法不僅可以銷毀廢棄火炸藥,對被火炸藥污染的廢水、包裝物等也是很好的銷毀途徑。同時,在處理過程中還能夠回收部分熱能,是銷毀廢棄火炸藥的有效方法之一。

3 幾點思考和建議

廢棄火炸藥處理是一項復雜和危險的工程,綜合考慮安全、環保、經濟和社會效益,科學合理地選擇較佳的處理途徑,是首先需要解決的問題。在此提出幾點個人思考和建議:

(1)對于數量大、組分明確,安定性等滿足要求的廢棄火炸藥,首選的處理方法為將其資源化利用,采用何種技術途徑應根據安全、環保和經濟效益等綜合確定;對于難以再利用或再利用成本過高的廢棄火炸藥,可以考慮焚燒或炸毀的處理方法。

(2)對于單基、雙基發射藥和推進劑等以硝化棉和硝酸酯等作為主要成分的火藥、單質及混合炸藥,建議首先考慮將其應用于民用爆破器材、煙花藥劑、射釘彈和壓裂彈裝藥等。這些方法簡便易行,安全可靠,處理成本相對較低,產生的附加值也高。需要注意的是,由于這些廢棄火炸藥大多數是負氧的,燃燒、爆炸后產生的CO等有毒氣體含量較高,應通過添加量的控制、配方優化、應用場合的限制等措施,最低限度降低對環境的污染。對于復合固體推進劑,也可以將其作為含能組分添加到民用炸藥中使用,但復合固體推進劑通常含有大量的NH4ClO3和Al粉,對可能造成的環境污染要予以充分考慮。

(3)對于含有HMX等高價值組分的發射藥、推進劑等廢棄火炸藥,可以考慮HMX等組分的回收利用。需要控制的是分離過程中廢液等產生的二次污染、處理成本等問題,同時需要解決提取的HMX進一步用于軍事等用途的技術及許可問題。

(4)對于需要銷毀的廢棄火炸藥,首選的方案是采用可控的焚燒(爆炸)爐處理方法。根據廢棄火炸藥的類型、性能和處理量,綜合考慮經濟和安全性,選擇合適的焚燒爐和燃氣清潔處理方法。目前的焚燒(爆炸)爐有靜態爐、回轉窯等,燃氣清潔處理有濕法、干法及干濕混合法等。靜態爐適用于小批量銷毀,回轉窯便于連續化操作;干法不產生廢水處理等問題,但運用成本較高。濕法運用成本低但需要對產生的廢水進行處理。

(5)對炸藥合成等生產過程中產生的高濃度含能材料廢液,可以和煤粉等以一定比例混合后作為鍋爐燃料,其他廢棄火炸藥也可進行粉碎等預處理后作為燃料使用。

(6)建立較完整的廢棄火炸藥處理體系,加大其處理技術的推廣應用,在政策和技術層面確保廢棄火炸藥處理技術的有效實施。同時加強廢棄火炸藥處理新技術的研究投入和力度。