Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительный анализ продуктов, образующихся при уничтожении противопехотных мин

Маренец М.А.,

Буллер М.Ф.,

Щербань В.В.,

Банишевский В.В.

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 NО 2), НСl (2,5 г), НСN (160 мг), СlNО (160 мг), Сl2 (160 мг), НОСl (47 мг), Н 2О 2 (9,3 мг), СlО 2 (7,7 мг), НNО 3 (6,2 мг) и НNО 2 (8,0 мкг), Н 2С=О (4,1 мг), С 2Н 2 (3,9 мг), NН 3 (3,3 мг), С 2N2 (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 Н 2, кислород О 2, озон О 3, азот N2, монооксид углерода СО, диоксид углерода СО 2, пероксид водорода Н 2О 2, 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), О 3 (7,3 г), Н 2О 2 (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 НNО 2, 2,7 г муравьиной кислоты НСООН, 1,2 г цианистого водорода НСN, 27 мг азотной кислоты НNО 3, 34,0 г диоксида азота NО 2, 0,4 г оксида азота N2О, 4,6 г аммиака NН 3, 3,4 г формальдегида Н 2С=О, 1,2 г диоксида хлора СlО 2, 0,9 г нитрозил хлорида СlNО, 38 г углерода С, 0,3 г метана СН 4, 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 СО 2, хлороводородом НСl, метаном СН 4, водородом Н 2, азотом N2. Из них наиболее вредные: СО (8, 8 г), НСl (4,0 г), СН 4 (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, NО 2, N2О 3.

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/м 3 (0,2 мг/м 3), воздействие в течение часа, либо 40 мкг/м 3 в течение календарного года, с целью защиты экосистем суммарное NO+NO2 - не более 30 мкг/м 3.