绿色火炸药及相关技术的发展与应用王 昕(中国兵器工业集团北方科技信息技术研究所,北京100089)摘 要:综述了绿色火炸药及其生产工艺、销毁以及回收利用方面具有“绿色”特征的改进和应用研究成果。
绿色火炸药包括洁净固体推进剂、无铅双基推进剂、T P E发射药、无毒发射药、无铅点火药和起爆药。
绿色制造技术包括N2O5作硝化剂的含能硝基化合物化学合成,过硝酸盐作硝化剂、微生物作催化剂的生物合成技术,连续化柔性制造技术,基于双螺杆混合成型火炸药生产技术,火炸药生产中挥发性污染物的安全消除技术和纳米复合含能材料的Sol-G el制备技术。
绿色销毁和回收利用技术包括销毁产品的熔盐氧化技术、摧毁含含能化合物废水的光催化技术以及火炸药的回收再利用(R3)技术。
评述了上述火炸药及相关技术的最新状况和发展方向,附参考文献25篇。
关键词:应用化学;绿色火炸药;制造工艺;销毁;回收利用中图分类号:T J55;T Q564 文献标识码:A 文章编号:1007-7812(2006)05-0067-05Development and Application of Green Propellants and Explosivesand Related TechnologiesW A N G Xin(No rt h Institute for Scientific a nd T echnical I nfo rm atio n,CNG C,Beijing100089,China)Abstract:T he impr ov ed a nd applied resear ch achiev ements with gr een char acter istics about g reen pro pellants and ex plosiv es,r elated pr ocessing techno lo gies,demilitar ization r ecycle recov er and r euse ar e summarized.Gr een pro-pellant s a nd explosiv es include clean r ocket pr opellants,lead-fr ee double base pr opellants,T PE based gun pr opel-lants,no ntox ic g un pr opellants and heav y metal-fr ee ig nitio n ag ent s and pr imar y ex plosiv es.T he gr een pr ocessing techno log ies include chemical sy ntheses o f nit ro-energ etic compounds using dinitr o gen pentodide as nitr atio n ag ent, biosy nt hesis of nitr amines using pero x ynitr ate as a nitr atio n ag ent and micr oo rg anisms as cat aly zer,continuo us and flex ible manufact ur ing techno lo gies,the pr ocessing o f pr opellants and ex plo sives fo rmulatio ns based o n tw in screw ex trusio n,clo sed loo p and safely pr ocessing technique to eliminate energ etic emissio ns pr oduced in manufactur e of energ etic for mulat ion and Sol-G el pro cess to prepare nanoenerg etics.G reen techno lo gies to demilitar ize pr opellants and ex plosiv es include molten salt ox idatio n technolog y for demilit arizat ion pr o ducts,pho tocata ly zing pr ocess t o destr uct w aste w ater co ntaining ener get ic compounds,tr eatment technolog ies for r ecy cle,reco ver and r euse(R3) of pr opellants and explosiv es.T he cur rent situatio n and tr end o f abov e mentio ned pr opellants and explosiv es and related techno log ies are r eviewed w ith25r efer ences.Key words:applied chemist ry;g reen pro pella nt s and explosiv es;manufacture technolog y;demilitariza tio n;R3引 言随着人们对环境保护意识的不断增强,以健康、节能、环保和生态安全为核心的“绿色”理念日益受到重视,并相继出台了一系列严格的环保法规和“绿色”制造建议来制约和指导人类社会的生产和经营活动。
国内外军事工业决策部门开始积极关注武器弹药寿命周期内各环节中的健康、洁净、环保和低污染销毁以及航天发射的绿色环保问题,并提出和形成了“绿色弹药”的概念。
火炸药产品是武器弹药中的关键功效组件,也是军工行业中与绿色环保问题关系最为密切的部分,其生产和使用对人员健康和环境有重要影响,迫切需要引进“绿色”环保理念,进行相应的技术改造和升级。
因此,在近二十多年来的火炸药技术研究开发中,国外不仅重视火炸药产品收稿日期:2006-03-31; 修回日期:2006-05-19作者简介:王昕(1978-),女,助理研究员,从事科技情报研究工作。
67 第29卷第5期2006年10月火炸药学报Chinese Journal of Explosives&Propellants的功效性能,而且开始积极关注火炸药寿命周期内生产和使用各环节的健康影响和绿色环保问题,并在绿色火炸药新品种、原材料及各种复合火炸药的制造工艺和废旧火炸药的回收处理以及再利用等方面开展了一系列相关的技术开发和应用研究,本文将这些研究内容统称为绿色火炸药技术,并综述其应用研究进展。
1 绿色火炸药及其发展1.1 绿色固体推进剂固体火箭推进剂的用量很大,其寿命周期内许多环节都对人员健康和生态环境有重要影响。
因此,一些工业发达国家都致力于研究绿色环保型固体推进剂。
20世纪初欧洲几个主要工业国家合作进行了一项名为EUCLID的洁净推进剂研究计划[1];美国空军近些年实施的战略环境研究发展计划(SERDP)中就包括发展环境友好的绿色固体推进剂[2];日本也在含HCl清除剂的新型HT PB复合推进剂方面开展了大量研究[3];美国陆军研究部门已开发了各种无铅双基系推进剂并获得了专利保护[4]。
国外研究开发的绿色环保型固体推进剂品种主要有AN推进剂[6]、HNF推进剂[1,6]、ADN推进剂[1]、无铅双基推进剂[4]、以热塑性弹性体(TPE)聚合物为黏合剂的推进剂[7-8]、含HCl清除剂的HT PB 复合推进剂[3]、使用可水解黏合剂的交联固体推进剂[7]等。
这些绿色环保型推进剂不使用污染环境和破坏臭氧层的AP以及对人员健康和环境有害的铅化合物,而使用清除剂来减少推进剂燃烧后HCl的排放,使用热塑性弹性聚合物来实现推进剂的无溶剂连续加工,以提高生产效率并实现边角料的再利用,从配方设计方面保证其R3特性、实现废旧推进剂最大限度的回收利用等。
绿色推进剂的研究目前已取得很大进展,有些品种的性能水平已接近或达到实用的程度,如德国以TPE为黏合剂的固体推进剂已用于底排发动机中,美国在航天发射用AN推进剂研究方面也取得了较高的水平,美国海军水面作战中心和ATK T hio ko l公司合作研究的以CL-20和RDX为填料的T PE推进剂在20世纪90年代末成功制造出5105mm的推进剂药柱,并进行5115m m全尺寸发动机实验,ATK T hiokol公司还多次成功向军方演示了该推进剂的R3特性[8]。
1.2 绿色发射药发射药在常规武器弹药中的用量很大,而且在使用过程中与操作人员处于近距离接触。
因此,发达国家非常重视以绿色发射药为核心的绿色弹药技术的开发,目前已开发和应用了多种绿色发射药,尤其是在训练弹中更是大量使用无毒燃烧的绿色发射药。
绿色发射药主要包括以TPE和含能T PE聚合物为黏合剂的发射药[9]和对传统发射药进行低毒或无毒化改进的新型发射药[10]。
这些绿色发射药配方不仅适合于采用以双螺杆挤出成型技术为核心的低成本连续化工艺来制造,也有利于生产过程中边角料和库存量巨大的废旧发射药的再回收和利用,还可替代或减少使用传统发射药中的有毒有害组分。
欧洲和美国的几个大型军工公司已经拥有这些新型发射药的技术和专利权,如国外常见报道的新型LOVA发射药就是以TPE聚合物为黏合剂、采用连续工艺生产的绿色发射药[9];美国陆军研究发展工程中心(ARDEC)推进技术研究与工程部和雷德福陆军弹药厂合作开发用于中口径训练炮弹的环境友好绿色发射药就是对传统发射药进行了无毒化改进的产品,该发射药不使用有毒组分硝酸钡、二苯胺和磷酸二丁酯,而通过使用各种硝酸酯和硝氧乙基硝胺(NENA)来确保绿色发射药的弹道、力学和能量水平满足要求,并使用无溶剂工艺生产[10]。
1.3 绿色点火药常规电点火器中使用的点火药大都含有铅化合物,燃烧时这些化合物产生毒烟,危害人员健康且污染环境。
因此,迫切需要绿色环保的点火药进行替代[11]。
美国洛斯・阿拉莫斯国家实验室采用一种纳米复合含能材料(MIC,Al/Mo O3)作为点火药制造出了更加安全环保的电点火器,2003年该技术获得了被誉为工程技术界诺贝尔奖的美国“R&D100奖”。
美国加州大学申请的环保型电点火器专利[12]中的点火药剂也是一种采用Sol-Gel法制备的纳米复合材料,该点火药以纳米级分散的金属氧化物和铝粉为主要组分,取代了常规点火药中的有毒有害成分,可实现点火器的绿色环保化。