microbik.ru
1

фізичні процеси гірничого виробництва



УДК 622.235

Сравнительный анализ продуктов,

образующихся при уничтожении противопехотных мин

Маренец М.А., Буллер М.Ф., Щербань В.В., Банишевский В.В.

Государственный НИИ химических продуктов, г. Шостка


Введение. В настоящее время одной из принципиально важных для Украины задач является уничтожение имеющихся запасов противопехотных мин и создание практической технологии улавливания вредных веществ, образующихся при их уничтожении.

Ранее [1] нами были рассмотрены общие подходы к проблеме очистки продуктов, образование которых возможно при сжигании мин. Однако вопросы количественной оценки химического состава продуктов при различных способах утилизации мин (сжигание, детонация) остались нерешенными. Как следствие, необходимо научное обоснование рекомендаций по выбору наиболее оптимальной технологии уничтожения с точки зрения минимизации экологического ущерба.

Цель работы. Количественный анализ химического состава продуктов, образующихся при сжигании или взрывании жидкого взрывчатого вещества (наполнителя) противопехотных фугасных мин, с целью выбора наиболее оптимальной технологии улавливания.

Материал и результаты исследований. Для разработки технологии улавливания продуктов сжигания и взрывания жидкого взрывчатого вещества мин важно знать химический состав образующихся соединений. Предварительно нами проанализированы подходы к существующим методам оценки состава продуктов горения и детонации взрывчатых веществ уничтожаемых боеприпасов. Известно, что о составе продуктов взрыва можно судить либо по химическому анализу охлажденных газов и конденсированных веществ, либо на основании расчетов приближенными методами.

Проведение экспериментальных исследований химического состава образующихся продуктов затруднительно из-за многокомпонентности, определенной сложности получения и подготовки проб для химического анализа, отсутствием общей методики количественного определения составов.

Теоретические расчетные методы оценки химического состава и количественного содержания токсичных соединений в нашем случае предпочтительны. Термодинамический метод определения характеристик равновесия гетерогенных систем, основанный на принципе максимума энтропии [2], выбран в качестве метода расчета. В идеальном случае выполнение данного принципа приводит к образованию термодинамически наиболее устойчивых соединений, сопровождающихся максимальным выделением тепла. Метод реализуется компьютерной программой.

Расчеты проводили для различных условий уничтожения мин: сжигание или детонация жидкого взрывчатого вещества. На рисунках 1, 2, 3 представлен химический состав образующихся продуктов, полученный на основе термодинамических расчетов.

Анализ полученных результатов показывает, что при взрывании и сжигании мин образуется достаточно большое количество компонентов, находящихся в газообразном состоянии, и сравнительно незначительное количество конденсированной фазы.

Химический состав продуктов взрыва мины на воздухе (соотношение "жидкое взрывчатое вещество – воздух" принималось равным 1:9, полиэтиленовая оболочка не учитывалась) и в замкнутом объеме (окисление за счет компонентов взрывчатого вещества) по содержанию макрокомпонентов достаточно схож. В целом примесный спектр при подрыве в условиях ограниченного объема представлен более широко.




Рисунок 1 – Продукты, образующиеся при подрыве противопехотных мин на воздухе

Продукты взрыва одной мины содержат: С (3,4г), СО (10,0 г), оксиды азота (6,0 г NО; 0,3 г N2О; 80 мг NО2), НСl (2,5 г), НСN (160 мг), СlNО (160 мг), Сl2 (160 мг), НОСl (47 мг), Н2О2 (9,3 мг), СlО2 (7,7 мг), НNО3 (6,2 мг) и НNО2 (8,0 мкг), Н2С=О (4,1 мг), С2Н2 (3,9 мг), NН3 (3,3 мг), С2N2 (2мг), Сl2О (1,4 мг), НСООН (0,9 мг), НN3 (0,7мг), СlСN (0,2 мг), Сl2СО (0,2 мг).

Если предположить, что подрыв мины происходит в воде, (в расчете соотношение "жидкое взрывчатое вещество – вода" принималось равным 1:9, полиэтиленовая оболочка не учитывалась) преимущественно образуются простые соединения, а именно: водород Н2, кислород О2, озон О3, азот N2, монооксид углерода СО, диоксид углерода СО2, пероксид водорода Н2О2, монооксид азота NО, хлороводород НСl. Их суммарное количество составляет 99,6 % по массе. Из них наиболее вредными являются СО (17,6 г), NО (12,6 г), О3 (7,3 г), Н2О2 (4,23 г), НСl (3,2 г). Остальные 0,4 % составляют, в основном, органические и неорганические кислоты, кислотные оксиды, углерод и его простейшие соединения. При уничтожении 100 мин в воде образуется 13,3 г хлорноватистой кислоты НСlО, 8,8 г азотистой кислоты НNО2, 2,7 г муравьиной кислоты НСООН, 1,2 г цианистого водорода НСN, 27 мг азотной кислоты НNО3, 34,0 г диоксида азота NО2, 0,4 г оксида азота N2О, 4,6 г аммиака NН3, 3,4 г формальдегида Н2С=О, 1,2 г диоксида хлора СlО2, 0,9 г нитрозил хлорида СlNО, 38 г углерода С, 0,3 г метана СН4, 2,3 мг хлористого циана СlСN. При этом в продуктах взрыва отсутствуют фосген и дициан. Необходимо также отметить, что практически все кислоты являются хорошо растворимыми в воде соединениями, чем будет обусловлена очень высокая кислотность водной среды.

Состав продуктов сжигания мины представлен преимущественно монооксидом углерода СО, диоксидом углерода СО2, хлороводородом НСl, метаном СН4, водородом Н2, азотом N2. Из них наиболее вредные: СО (8, 8 г), НСl (4,0 г), СН4 (5,2 мг). При данных условиях сжигания (атмосферное давление, температура 1000 К) в составе продуктов практически отсутствуют такие соединения, как фосген, хлор, цианистый водород, дициан, хлорноватистая кислота, аммиак, оксид азота NО, ацетилен, формальдегид, метилхлорид, дихлорметан, хлористый циан. Не образуются дихлормоноксид, хлордиоксид, нитрозилхлорид, азотная и азотистая кислоты, оксиды азота N2О, NО2, N2О3.

Из [3] известно, что при сжигании хлорсодержащих органических соединений образуются диоксины. Вместе с тем, хорошо известно [4], что диоксин (полное химическое название: 2,3,7,8-тетрахлор-дибензо [в, е]-1,4-диоксин) при температуре свыше 750 оС начинает разлагаться. Вероятность появления диоксинов в продуктах сжигания маловероятна.

Итак, анализ представленных результатов указывает на то, что наиболее оптимальным методом уничтожения противопехотных мин является технология контролируемого сжигания, достаточно широко применяемая при уничтожении различных промышленных отходов, в том числе, и непригодных к дальнейшему применению боеприпасов.

Полученные данные позволяют провести сравнительную оценку токсичности продуктов. Известно, что о сравнительной токсичности различных соединений судят по величине предельно допустимой концентрации (ПДК) их паров или пыли в воздухе [5]. В Европейском сообществе также действуют Директивы, определяющие предельные значения различных токсикантов [6-7]. При сравнительной оценке необходимо исходить из того, что Директивы Евросообщества устанавливают более жесткие требования к концентрациям токсикантов. Так, предельное содержание диоксида азота NO2 в воздухе, установленное [6], с целью защиты здоровья человека не должно превышать 200 мкг/м3 (0,2 мг/м3), воздействие в течение часа, либо 40 мкг/м3 в течение календарного года, с целью защиты экосистем суммарное NO+NO2 – не более 30 мкг/м3.






а

б

Рисунок 2 – Продукты, образующиеся при подрыве противопехотной мины в воде (соотношение "жидкое взрывчатое вещество – вода" 1:9), где: а – основные компоненты; б – примесные компоненты



Рисунок 3 – Продукты, образующиеся при сжигании противопехотных мин

ГОСТ [5] устанавливает максимально разовую ПДК для NO2 не более 2 мг/м3 (в 10 раз больше), суммарное по оксидам азота – не более 5 мг/м3. Содержание Pb, согласно этой же Директивы [6], не должно превышать 0,5 мкг/м3 (0,0005 мг/м3) в течение календарного года, согласно [5], – не более 0,01 мг/м3, т.е. практически в 20 раз больше. ПДК монооксида углерода CO по [7] – не более 10000 мкг/м3, по ГОСТу [5] – не более 20 мг/м3 (больше в 2 раза).

Нормы предельно допустимых концентраций соединений в водных источниках, принятые Всемирной организацией здравоохранения и Европейским сообществом, а также и Украиной, достаточно близки.


Выводы. Проанализирован химический состав продуктов сгорания и детонации жидкого взрывчатого вещества противопехотных мин при различных условиях (подрыв на воздухе и в воде, сжигание в атмосфере).

Наиболее широкий спектр соединений образуется при подрыве мин. В продуктах взрыва одной мины присутствуют такие соединения: монооксид углерода (10 г), оксиды азота (6 г NО; 0,3 г N2О; 80 мг NО2), углерод (3,4 г), хлороводород (2,5 г), цианистый водород (160 мг), хлористый нитрозил (160 мг), хлор (160 мг), хлорноватистая кислота НСlО (47 мг), пероксид водорода (9,3 мг), диоксид хлора (7,7 мг), азотная кислота (6,2 мг), формальдегид (4,1 мг), ацетилен (3,9 мг), аммиак (3,3 мг), дициан (2 мг), дихлороксид (1,4 мг), муравьиная кислота (0,9 мг), азотистоводородная кислота (0,7 мг), хлористый циан (0,2 мг), фосген (0,18 мг).

Продукты взрыва мины в воде обусловливают высокую кислотность среды. Соединения: монооксид углерода (17,6 г), оксид азота NО (12,6 г), озон (7,3 г), пероксид водорода (4,2 г), хлороводород (3,2 г), углерод (0,4 г), диоксид азота NО2 (0,34 г), хлорноватистая кислота (133 мг), азотистая кислота (88 мг), аммиак (46 мг), формальдегид (34 мг), муравьиная кислота (27 мг), хлористый циан (23 мкг), синильная кислота (12 мг), диоксид хлора (12 мг), нитрозил хлорид (8,8 мг), оксид азота N2О (4 мг), азотная кислота (0,3 мг). Фосген и дициан отсутствуют.

Показано, что минимальный спектр химических соединений образуется при сжигании мин при атмосферном давлении. Основные токсичные соединения, преимущественно образующиеся при сжигании одной мины: монооксид углерода (8, 8 г), хлороводород (4,0 г), метан (5,2 мг). Такие вредные вещества: фосген, хлорноватистая кислота, цианистый водород, дициан, хлор, формальдегид, оксид азота NО, этан, ацетилен, метилхлорид, дихлорметан образуются в незначительных количествах. При сжигании не образуются дихлормоноксид, хлордиоксид, нитрозил хлорид, оксиды азота N2О, NО2, N2О3, азотная и азотистая кислоты.
Литература

1. Экологический аспект проблемы нейтрализации токсичных продуктов при утилизации противопехотных мин / В.В. Банишевский, М.А. Маренец, М.Ф. Буллер, В.В. Щербань, Л.А. Белова // Вісник Кременчуцького ДПУ. – 2006. – Вип. 2 (38). Часть II. – С. 126 – 127.

2. Трусов Б.Г. Термодинамический метод анализа высокотемпературных состояний и процессов и его практическая реализация. Дис… докт. техн. наук. – М.: МГТУ, 1984. – 292 с.

3. Диоксины в окружающей среде. Доклад межведомственной рабочей группы по полихлорированным дибензо-пара-диоксинам и полихлорированным дибензо-фуранам. – Лондон, 1989. – № 27.

4. Химическая энциклопедия: В 5 т. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – Т. 1 – 623 с.

5. ГОСТ 12.1.005–88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.–М.: Издательство стандартов. – 1988. – 75 с.

6. The second daughter Directive (2000/69/EC). – 2000.

7. The Council Directive (2002/3/EC). – 2002.


Статья поступила 02.10.2006

Рекомендовано к печати д.т.н., проф.

Комиром В.М.

Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 1