废弃含能材料再利用研究

柏忠林 刘琪 关祥均

（沈阳理工大学装备工程学院特 辽宁 沈阳 110000）

废弃含能材料再利用研究

柏忠林 刘琪 关祥均

（沈阳理工大学装备工程学院特 辽宁 沈阳 110000）

详细介绍了废旧含能材料的销毁技术及资源化利用技术，分析了各种技术的优缺点。相比于销毁技术，资源化利用技术可以带来更高的经济效益，但其处理成本较高、所需设备较为昂贵，很难进行大规模处理。在诸多销毁技术中，热解破坏法最为理想，它不仅消除了废弃火炸药的安全隐患，而且带来巨大的经济效益。

含能材料；销毁技术；资源化利用技术；热解破坏法

1.概述

废弃含能材料的资源化利用，就是充分利用废弃含能材料的潜能，从中获取或使其变为有用的产品。依据是否再次利用废弃火炸药爆炸燃烧的特性，将资源化利用的途径分为两大类：

（1）利用其本身的燃烧爆炸特性，主要用于锅炉的辅助燃料、制作工业炸药、再生利用与军事等。

（2）经过物理化学法使其转变为工业原料，例如通过物理方法提取废药中的高价值成分，或通过化学方法使其转变为类似纤维素、甘油、草酸等工业原料。

2.资源化利用技术

2.1 制备工业炸药

根据美国矿务局资料显示，美国每年消耗的工业爆炸材料将近1800万吨，包括夏威夷在内的49个州都在大量使用工业炸药。煤矿业的消耗将近总量的65%～68%，采石和非金属矿业占到13%～15%，金属矿业将近10%。单从使用量来看，将废旧火炸药制作成工业爆破炸药是一种可行的处理方法。ClarkRossP等详细研究了利用废药制备工业炸药的制作工艺。将一定量的废旧火炸药直接与液态工业爆破剂混合，进行爆轰作业，用于开矿和采石，爆炸效果理想。该技术于1993年获得美国专利。美国通用技术公司在循环使用大量废弃含能材料方面取得了很多成就。依据推进剂/炸药评估模型，开发了多种废旧火炸药循环使用方法。

2.2 锅炉辅助燃料

目前，已开发的废旧火炸药资源化应用技术，主要包括用作开矿或碎石炸药以及提取高价值的工业原料等。一般情况下，这些工艺的副产品可用来当作锅炉燃料，不需要另加处理；这些废弃的含能材料经过钝化后，也可直接用作锅炉燃料，这些燃料被称作含能材料提取燃料。

20世纪90年代初，美军就开始评估采用推进剂作为燃料的可行性，并进行了试验研究。首先用溶剂溶解推进剂，使其钝感化，然后直接与燃料油混合，供部队工业燃烧炉使用。该研究为今后的相关研究奠定了基础。1997年，Steven等详细研究了多种含能材料的燃烧性能，进一步确定了这些含能材料用作锅炉燃料的可行性。通过控制工艺条件获取含能材料的能量，同时减轻了对环境的污染。工艺中，首先要将含能材料进行预先处理，确保使用安全，然后将双基药、TNT、硝基胍以及火箭推进剂粘结剂（主要由聚丁二烯和铝粉组成）在连续反应器内进行燃烧。由于这些燃料中氮元素的含量较高，并且多数以硝酸根的形式存在，所以燃烧后产生大量的氮氧化合物（NOx）。研究发现，硝酸根转变成NOx的转化率高达80%，说明硝酸根分子组转变成NOx不是按照典型的轨迹形成的，而是直接形成；分段燃烧可明显降低燃烧产物中NOx含量；对于火箭粘结剂，测定了铝粒子的燃烧温度，高于1700℃，增大了NOx生成量，而且熔化的铝粒子能够破坏锅炉设备。把这些废药同传统燃料共同燃烧是一个非常好的选择，可以获得大量有用的能量。

2.3 回收金属成分

为了提高推进剂的燃烧热量，很多固体火箭推进剂都大量使用铝粉（或镁粉）这种高能燃料，研究表明自这些推进剂中回收的铝粉，可以再次用作军事材料。Robert等采用溶剂溶解推进剂粘结剂的方法回收了固体火箭推进剂中的铝，回收产物中含有少量的氧化剂。溶剂采用甲醇钠溶液，并配有适量的酒精和脂肪族或芳香族溶剂，该溶剂含有水解性化学键。待溶解充分后，过滤溶液，即可回收大量铝。该方法已于1980年获得美国专利。另外，Shiu等采用溶剂溶胀-超声波法成功分离和回收了固体推进剂中的金属成分。

2.4 回收高能炸药

美国TPL公司从混合炸药中成功回收了各炸药成分，并已进行工业化生产。整个分离过程大致分3步，首先粉碎废旧炸药；利用各炸药组分在溶剂中的溶解度差异，采用溶剂进行分离；最后采用重结晶的方法，精制分离的产品。

3.结论

（1）综合处理效果、处理能力、污染物排放、所需设备、运行费用和经济效益6方面因素，最具潜力的是生物降解法，其次是热解法，虽然该法运行费用较高，但仍会带来一定的经济效益。

（2）兼顾处理成本和环境保护两个方面，在诸多资源化利用技术中，将废旧火炸药作为锅炉燃料具有突出的优点，该方法具有处理成本低、操作简单等优点。

（3）将废弃含能材料应用于焊接是一项新的资源化利用技术，应用前景十分乐观。

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1009-5624（2016）05-0091-02