廢棄含能材料再利用研究

柏忠林 劉琪 關(guān)祥均

（沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院特 遼寧 沈陽(yáng) 110000）

廢棄含能材料再利用研究

柏忠林 劉琪 關(guān)祥均

（沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院特 遼寧 沈陽(yáng) 110000）

詳細(xì)介紹了廢舊含能材料的銷毀技術(shù)及資源化利用技術(shù)，分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。相比于銷毀技術(shù)，資源化利用技術(shù)可以帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，但其處理成本較高、所需設(shè)備較為昂貴，很難進(jìn)行大規(guī)模處理。在諸多銷毀技術(shù)中，熱解破壞法最為理想，它不僅消除了廢棄火炸藥的安全隱患，而且?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

含能材料；銷毀技術(shù)；資源化利用技術(shù)；熱解破壞法

1.概述

廢棄含能材料的資源化利用，就是充分利用廢棄含能材料的潛能，從中獲取或使其變?yōu)橛杏玫漠a(chǎn)品。依據(jù)是否再次利用廢棄火炸藥爆炸燃燒的特性，將資源化利用的途徑分為兩大類：

（1）利用其本身的燃燒爆炸特性，主要用于鍋爐的輔助燃料、制作工業(yè)炸藥、再生利用與軍事等。

（2）經(jīng)過(guò)物理化學(xué)法使其轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)原料，例如通過(guò)物理方法提取廢藥中的高價(jià)值成分，或通過(guò)化學(xué)方法使其轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃评w維素、甘油、草酸等工業(yè)原料。

2.資源化利用技術(shù)

2.1 制備工業(yè)炸藥

根據(jù)美國(guó)礦務(wù)局資料顯示，美國(guó)每年消耗的工業(yè)爆炸材料將近1800萬(wàn)噸，包括夏威夷在內(nèi)的49個(gè)州都在大量使用工業(yè)炸藥。煤礦業(yè)的消耗將近總量的65%～68%，采石和非金屬礦業(yè)占到13%～15%，金屬礦業(yè)將近10%。單從使用量來(lái)看，將廢舊火炸藥制作成工業(yè)爆破炸藥是一種可行的處理方法。ClarkRossP等詳細(xì)研究了利用廢藥制備工業(yè)炸藥的制作工藝。將一定量的廢舊火炸藥直接與液態(tài)工業(yè)爆破劑混合，進(jìn)行爆轟作業(yè)，用于開礦和采石，爆炸效果理想。該技術(shù)于1993年獲得美國(guó)專利。美國(guó)通用技術(shù)公司在循環(huán)使用大量廢棄含能材料方面取得了很多成就。依據(jù)推進(jìn)劑/炸藥評(píng)估模型，開發(fā)了多種廢舊火炸藥循環(huán)使用方法。

2.2 鍋爐輔助燃料

目前，已開發(fā)的廢舊火炸藥資源化應(yīng)用技術(shù)，主要包括用作開礦或碎石炸藥以及提取高價(jià)值的工業(yè)原料等。一般情況下，這些工藝的副產(chǎn)品可用來(lái)當(dāng)作鍋爐燃料，不需要另加處理；這些廢棄的含能材料經(jīng)過(guò)鈍化后，也可直接用作鍋爐燃料，這些燃料被稱作含能材料提取燃料。

20世紀(jì)90年代初，美軍就開始評(píng)估采用推進(jìn)劑作為燃料的可行性，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。首先用溶劑溶解推進(jìn)劑，使其鈍感化，然后直接與燃料油混合，供部隊(duì)工業(yè)燃燒爐使用。該研究為今后的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。1997年，Steven等詳細(xì)研究了多種含能材料的燃燒性能，進(jìn)一步確定了這些含能材料用作鍋爐燃料的可行性。通過(guò)控制工藝條件獲取含能材料的能量，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的污染。工藝中，首先要將含能材料進(jìn)行預(yù)先處理，確保使用安全，然后將雙基藥、TNT、硝基胍以及火箭推進(jìn)劑粘結(jié)劑（主要由聚丁二烯和鋁粉組成）在連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行燃燒。由于這些燃料中氮元素的含量較高，并且多數(shù)以硝酸根的形式存在，所以燃燒后產(chǎn)生大量的氮氧化合物（NOx）。研究發(fā)現(xiàn)，硝酸根轉(zhuǎn)變成NOx的轉(zhuǎn)化率高達(dá)80%，說(shuō)明硝酸根分子組轉(zhuǎn)變成NOx不是按照典型的軌跡形成的，而是直接形成；分段燃燒可明顯降低燃燒產(chǎn)物中NOx含量；對(duì)于火箭粘結(jié)劑，測(cè)定了鋁粒子的燃燒溫度，高于1700℃，增大了NOx生成量，而且熔化的鋁粒子能夠破壞鍋爐設(shè)備。把這些廢藥同傳統(tǒng)燃料共同燃燒是一個(gè)非常好的選擇，可以獲得大量有用的能量。

2.3 回收金屬成分

為了提高推進(jìn)劑的燃燒熱量，很多固體火箭推進(jìn)劑都大量使用鋁粉（或鎂粉）這種高能燃料，研究表明自這些推進(jìn)劑中回收的鋁粉，可以再次用作軍事材料。Robert等采用溶劑溶解推進(jìn)劑粘結(jié)劑的方法回收了固體火箭推進(jìn)劑中的鋁，回收產(chǎn)物中含有少量的氧化劑。溶劑采用甲醇鈉溶液，并配有適量的酒精和脂肪族或芳香族溶劑，該溶劑含有水解性化學(xué)鍵。待溶解充分后，過(guò)濾溶液，即可回收大量鋁。該方法已于1980年獲得美國(guó)專利。另外，Shiu等采用溶劑溶脹-超聲波法成功分離和回收了固體推進(jìn)劑中的金屬成分。

2.4 回收高能炸藥

美國(guó)TPL公司從混合炸藥中成功回收了各炸藥成分，并已進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。整個(gè)分離過(guò)程大致分3步，首先粉碎廢舊炸藥；利用各炸藥組分在溶劑中的溶解度差異，采用溶劑進(jìn)行分離；最后采用重結(jié)晶的方法，精制分離的產(chǎn)品。

3.結(jié)論

（1）綜合處理效果、處理能力、污染物排放、所需設(shè)備、運(yùn)行費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)效益6方面因素，最具潛力的是生物降解法，其次是熱解法，雖然該法運(yùn)行費(fèi)用較高，但仍會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）兼顧處理成本和環(huán)境保護(hù)兩個(gè)方面，在諸多資源化利用技術(shù)中，將廢舊火炸藥作為鍋爐燃料具有突出的優(yōu)點(diǎn)，該方法具有處理成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

（3）將廢棄含能材料應(yīng)用于焊接是一項(xiàng)新的資源化利用技術(shù)，應(yīng)用前景十分樂(lè)觀。

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1009-5624（2016）05-0091-02