含能材料处理
含能材料情况调研
含能材料国内外发展现状与趋势含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量的化合物或混合物,其能量比常规炸药通常为103J/g至少高一个数量级,是实现高效毁伤的核心技术.这种材料在激发后,一般不需要外界物质参与,即可使化学反应持续下去,快速释放出巨大的能量.它是各类武器系统包括弹道导弹和巡航导弹必不可少的毁伤和动力能源材料,是炸药,发射药和推进剂配方的重要组分.按照应用领域的不同,将含能材料分为军用和民用两大类,军用领域主要是火炸药和火工品,包括发射药、推进剂、炸药、烟火剂、起爆药等；民用领域主要是用于开矿、土建、油田、地质勘探、爆炸加工、烟花爆竹的炸药和烟火剂等.目前,习惯上也将含能材料称为高能量密度物质HEDM,它具有高能、低烧蚀、低特征信号、低易损性的性能特点,常用浇铸、压装等工艺进行制备.进入21世纪以来,含能材料因实现能量的惊人突破而受到越来越多国家的高度重视.美俄采取积极举措大力发展含能材料技术,在高活性金属储能技术、全氮物质、金属氢和核同质异能素研究上取得了重大突破.在美、俄的带领下,德国、瑞典、印度和日本等国也纷纷启动相关发展计划和研究项目,推动含能材料的研究与应用.1本学科最新研究进展1.1含能材料相关理论和计算机模拟仿真技术注意采用量子化学方法和QSPR模型通过对关注的芳烃类、唑类、富氮类、嗪类等高能量密度化合物HEDC的密度、生成热、能量、稳定性、爆速、爆压等关键性能参数进行预估和分析,以此指导其合成.开发了基于配方组分数据库的发射药和固体推进剂专家系统,便于进行其能量示性数的准确计算和配方的优化设计.建立了低温感组合装药的内弹道模型,开发了可逆的装药设计仿真软件,从而促进低温感装药技术在各类型号中的应用.基于有限元技术开发了熔铸炸药凝固过程数值模拟方法,该法可用于预测装药缩孔、裂纹、疏松等缺陷,指导熔铸炸药配方和工艺的优化设计.在混合炸药能量设计方法上,由过去单纯从化学热力学角度开展设计发展至兼顾化学热力学和化学动力学的设计思路,还重视了炸药能量输出结构与应用环境的匹配,形成了针对空中爆炸、密闭空间爆炸及密实介质中爆炸等的设计方法.1.2高性能含能材料组分配方开展了高能、高强度、低敏感、高燃速等发射药配方研究,开发了相应的优化配方.基于NG/DIANP为混合含能增塑剂、RDX为高能氧化剂开发的高能发射药,在爆温≤3500K时火药力达1275kJ/kg,在30mm火炮的常、低温内弹道试验时,膛内燃烧稳定、正常；开发的硝化棉NC基低敏感发射药和含能热塑性弹性体ETPE基低敏感发射药,火药力分别达到1205kJ/kg和1250kJ/kg,各项感度指标明显优于传统三基发射药；采用添加高燃速功能材料使发射药的正比式燃速系数达到了3mm/sMPa以上,是传统高能发射药的三倍左右,高、低、常温燃烧稳定.开展了提高螺压CMDB推进剂、交联改性双基XLDB推进剂、HTPB推进剂、硝酸酯增塑聚醚NEPE推进剂研究,开发的螺压CMDB推进剂的RDX含量达到50%以上,有效提高了CMDB推进剂的密度与能量,而燃烧压力指数仍维持在n＜；开发的含CL-20的CMDB推进剂配方,在适度控制金属铝粉含量时,可获得的比冲增益.在抗过载炸药、温压炸药、燃料空气炸药、水下炸药、不敏感炸药、基于新型高能材料的炸药和金属化炸药等7类混合炸药配方设计上取得较大进展.如,开发的新型含铝温压炸药,其毁伤作用包含了较强的爆炸冲击波和持续高温的双重效应.开发的含黑索今的复合浇注PBX炸药,密度cm3,爆速5400m/s,爆热在8200kJ/kg以上,作为水下武器系统主装药时,其水下爆炸总能量比TNT提高了一倍以上,比RS211提高了35％以上,综合性能优良,能够满足易损性要求.火工烟火药剂设计研究,重点关注了新型单质起爆药、复合起爆药、点火药、高精度延期药及其性能改进技术.开发的以TiHP/KClO428/72,氟橡胶为粘合剂为组分的新型高能点火药,机械和静电火花感度低、点火稳定、反应较完全；开发的基于锆和高氯酸钾的新型点火药,具有良好的耐高温能力；改良后的黑火药,解决了传统黑火药能量低、输出不稳定、产物腐蚀性强、易潮解失效、静电安全性差等缺陷；研制的自燃箔条诱饵剂,燃烧时可实现与平台相似的光谱辐射特征,大面积布撒时,引燃率可达100%,燃温低于1000℃,对3~5μm和8~14μm两波段探测系统具有明显干扰效果；研发了多种新型烟幕剂,形成了从可见光至近红外、中红外、远红外直至毫米波范围具有遮蔽作用的“多频谱”烟幕剂系列.1.3含能材料合成和制备加工新工艺、新方法和相关新装备发射药制造工艺方面,开发了自动化喷射吸收、剪切压延、双螺杆挤出成型等新工艺,其中剪切压延新工艺实现了吸收药脱水、混合、预塑化以及造粒工艺过程的连续化和自动化；在传统球形药内溶法工艺基础上,研制了基于“包容水”和“溶解水”成孔原理和超临界流体发泡原理的高燃速发射药成型新工艺,利用新工艺制备的内部呈泡沫结构的发射药,其表观燃速大幅提高.在推进剂装药工艺技术方面,发展了加压插管浇注与真空浇注相结合的技术,初步解决了固含量≥88%时药浆浇注困难的问题,有效提高了装药密度.成功研制了连续压延造粒的双螺旋剪切压延机,解决了高固含量改性双基推进剂生产过程中压延塑化困难、易着火燃爆等诸多难题.采用“点击”化学方法进行了GAP和ADN基固体推进剂的制备研究,得到了固含量为72%的推进剂药柱,力学性能较好,证实了“点击”化学在复合固体推进剂中的应用可行性.在炸药工艺技术方面,我国十分重视高能炸药,特别是HEDC的低成本制造技术,取得了不少成果.如在N2O5-HNO3体系中硝解乌洛托品制备RDX,产率从%提高到至%；开发的CL-20无氢解合成路线,降低了CL-20的制备成本,为规模化生产奠定了技术基础；开展了两步法合成CL-20的研究,制备了多种新型异伍兹烷衍生物,相关研究与国际同步；在RDX 球形化、NQ球形化等方面取得长足进展,已形成10-50kg级生产能力.攻克了RDX和HMX晶体形貌、内部缺陷、颗粒密度和粒径大小的控制技术,掌握了高品质RDX和HMX的公斤级制备技术.在HEDC合成方面,我国高度重视嗪类、呋咱类、唑类、胍类等非杂环、富氮含能盐类等化合物的合成研究,成功合成了数十种HEDC.其中成功合成的3,3'-二硝基-4,4'-偶氮二氧化呋咱DNAFO,其密度达cm3,生成焓为667kJ/mol,实测爆速为10km/s.此外,含能材料绿色、安全生产技术的研究与开发也相当活跃,在节能减排、回收利用、污染控制与治理技术、工艺与装备等方面取得了不少成果.1.4含能材料装药和应用技术近五年来,发射药装药技术研究保持活跃,成果丰硕.在突破驱溶、非均等弧厚等关键工艺技术难题基础上,设计并成功制备了具有高增面性的37孔粒状发射药,与现有19孔发射药相比,燃烧增面性提高了5%～12%,配合混合装药技术,明显提高大口径火炮弹道效率和炮口动能.基于同材质包覆技术设计的组合装药,具有优异的低温感效应,应用于大口径火炮时,实现了在不增加、甚至降低最大膛压的工况下明显增加炮口动能,提高了射程和威力.特别是新开发的高渐增性、低温感单元模块装药技术,解决了兼顾小号装药燃尽性和大号装药膛压限制的世界性技术难题.依托这种单元模块组成的变装药,实现了与国外先进的双模块装药相同的覆盖全射程的弹道效果；而由其组成的远程装药,在不使用加长身管和提高膛压的手段的条件下提高火炮射程.如在52倍口径、155mm火炮上的射击结果证明,在不提高膛压的条件下可提高火炮射程20%以上,其性能优于国外最先进的高膛压远程火炮.在推进剂装药技术方面,我国已掌握了单室多推力装药技术,实现了单室双推力、单室三推力和单室四推力装药设计和应用技术.单室多推力装药技术的应用,可在发动机结构不变条件下总冲提高15%以上.在混合炸药装药技术方面,近五年成功开发了几十种造型粉的制备方法,并对相关工艺流程和装备进行了技术升级.在混合炸药装药压制工艺中,新开发的等静压工艺技术,实现了复杂形状炸药件的净成型,从而减少了原材料的损耗.成功研发的精密压装装药技术、爆炸网络装药的浇注工艺、微型爆炸逻辑网络装药的微注射工艺等传爆药装药新方法,满足了新型武器对传爆药装药要求.为适应微小型火工器件的结构要求,在研究气相沉积、原位制造、纳米自组装等技术的基础上,开发了含能薄膜、内嵌复合物、多孔含能基材等火工药剂装药新技术,其成品性能明显优于常规装药.1.5含能材料测试方法和技术基于密闭爆发器燃烧实验,选择恒面燃烧的发射药试样,采用精确的压力测试手段和分段数据处理方法,建立了发射药燃速的精确测试方法,可获得压力指数n随压力p的变化曲线.开发了测量发射药动态力学性能的动态挤压试验装置和模拟膛内力学环境的多次撞击试验装置,为发射药及其装药的高压动态力学强度和高膛压发射安全性研究提供了新手段.基于老化试验及理论模拟计算,建立了NEPE高能固体推进剂的贮存寿命的预测方法.利用固体火箭发动机离心试验,初步建立了高铝粉含量的低燃速HTPB复合推进剂在过载情况下的燃烧加速度敏感性测试方法.利用高压反应釜实时监测系统,原位研究了铝/水反应的放热过程,建立了铝/水体系应用于固体推进剂的评价体系.在研究HTPB推进剂静电放电危险性基础上,建立了固体推进剂静电感度精确测试装置.建立了推进剂燃烧或爆炸产物的内阻和电导率测试方法,为推进剂燃烧产物电学性能的表征和等离子推进剂的研制提供了关键测试手段也适用炸药瞬态电学性能的表征.建立了推进剂羽流特性的微波干涉测试方法,实现推进剂尾烟尾焰电子云密度分布的测试.研究了改性双基、富燃料等推进剂标准物质的能量特性,建立了其特征信号测试标准方法.在单质炸药性能测试与评估方面,基于动态真空安定性试验法,初步建立了预测CL-20有效贮存寿命的方法.建立了较完善的固体推进剂和炸药钝感性能评价测试装置及其安全性分级方法.在火工烟火药剂性能测试与评估方面,研究并完善了火工药剂高压电阻率、±50kV静电火花感度和静电积累三参量的连续自动测试方法,建立了火工药剂激光感度、等离子体感度的测试新方法.由上可看出,近五年我国含能材料学科领域内取得了一批重要成果,有力推动了我军武器装备的改造和升级换代.其中具有完全自主知识产权的高增面、低温感发射装药和全等单元模块装药两项技术已处于国际领先水平,标志着我国已掌握了设计和制造射程更远、膛压更低、机动性能更好和战场生存能力更强的新一代大口径火炮所必须的发射能源关键技术.CL-20等高能量密度化合物的工程化规模制备技术也已达到国际先进水平,为我国发展能量性能更高、综合性能更加优良的发射药、推进剂和弹药战斗部装药提供了重要的技术和物质条件,进而为推动我国武器装备向弹药远程发射、高效毁伤和精确打击的目标发展注入了强大动力.2本学科国内外研究进展比较2.1含能材料设计与国外先进水平相比,我国含能材料基础较为薄弱,设计与研究仍然主要依靠实验,模拟仿真技术应用较少.我国的发射药能量水平已与国外相当,但品种少,综合性能尚有距离.与发达国家一样,我国高度重视HEDC设计与合成技术,并成功合成了30多个HEDC,但大多为跟踪或改进国外合成方法得到产品,自主设计和合成的品种很少.国外积极将HEDC 和高能低感度化合物用于高能低感发射药、推进剂与炸药的配方设计,其中CL-20、DNTF已成功应用于高能混合炸药和不敏感炸药,而我国因HEDC和高能低感化合物品种少、工程化尚未完成,将它们用于配方设计尚处于尝试阶段.国外已将高效能氧化剂ADN和AN应用于新型高能低特征信号推进剂中,而我国尚在开展这些新型氧化剂的应用基础研究.在火工药剂技术方面,我国的设计水平与品种,与国外先进水平相比差距较大,表现在新型火工药剂品种少,在新型火工系统设计时基础药剂的选用范围十分有限.2.2含能材料工艺技术近年来,我国十分重视含能材料制造工艺技术,研究重点在于连续化、自动化和柔性化,与国外先进工艺技术之间的差距正在缩小,但目前我国在含能材料生产时仍需较多的人工干预,制造工艺和装备水平均较落后.新型基础原材料HEDC、高效氧化剂、高能低感化合物的合成或制备方面,国外发达国家大多已完成工艺放大,部分已具备批量生产能力,但我国开展工程化研究的品种较少,制约了我国高能低感发射药、推进剂和炸药的开发.利用结晶技术制备高品质单质炸药方面,国外已开展了RDX、HMX等多种高品质单质炸药研发,其中D-RDX、D-HMX、NGu、NTO炸药晶体已经完成工程化放大,我国也已突破了关键技术,制得的D-RDX和D-HMX性能与国外相应产品相当,但品种少,工程化研究刚刚开始.我国一直重视基础原材料超细化技术研究,目前的技术水平与俄、美相当.对于火工药剂类含能材料,发达国家已完成起爆药的柔性自动合成,起爆药的新型微反应器制备技术也已进入实用化阶段,我国在火工药剂制备的关键工序也实现了自动化控制,而微反应器合成工艺还处于基础研究阶段.我国投入大量经费用于含能材料生产废水、废气的治理,开发的技术已开始推广应用,相关企业的有害物排放已大幅削减,但与国外先进的绿色生产技术相比,差距仍然显着.2.3装药技术与应用技术与发达国家相比,我国的发射药装药技术并不落后,有多项技术处于国际先进或者领先,但因基础研究不够深入,影响了部分装药新技术的推广应用.在火工药剂应用于火工品技术上,国外已深入研究了油墨打印、真空镀膜技术和原位装药等火工药剂装药技术,部分技术已用于生产,而相关研究在我国大多刚刚起步.2.4测试技术与性能评估发达国家已建立了炸药性能的测试和评价方法,考察的性能参数系统全面,而我国则侧重宏观性能的表征,微观结构与炸药材料静态、动态性能之间的关联考虑较少,建立的性能表征方法尚不够全面.国外的炸药性能综合评估模型是基于物理、化学、力学学科的研究基础和相关学科领域的先进技术,其性能预估值准确性较高,而我国在炸药性能预估时,采用了国外的计算模型,因缺乏基础参数,依靠调整模型中的基础参数值进行运算,其结果难以准确可靠地反映我国炸药的性能.3本学科发展趋势及展望3.1含能材料重点发展方向基于我国国情、世界新军事变革和含能材料应用属性的考量,在近中期我国含能材料技术发展过程中应把握的重点发展方向包括：火炮发射药应重点发展高能、高强度、低敏感度、高能量利用率及其装药；固体推进剂应重点发展高能、钝感、低特征信号推进剂；炸药则应重点关注高能、低感品种的发展；火工烟火药剂应把发展重点放在安全、环境友好、高端和个性化品种上.在含能材料设计时,需协调好高能量与低敏感度的关系,以及使用时含能材料与其所处环境的耦合关系.含能材料工艺技术的发展重点应放在安全、绿色环保、高效和精密制造,即在提高产品质量和生产效率、降低生产成本的同时,注重生产过程的本质安全,减少或消除环境污染.3.2含能材料发展策略为更好地推动本学科的发展,近中期必须加强基础研究,以拓展自主创新思路；在倡导技术创新的同时鼓励技术集成；加快高层次人才培养的同时,充分发挥领军人才在科技创新活动中的作用；重视科研平台建设,优化资源配置；进一步改革科研管理体制,完善管理制度.。
含能材料的燃烧工作原理与热力学分析
含能材料的燃烧工作原理与热力学分析含能材料（Explosive）是指在适当的条件下能够快速分解、放出大量能量的物质。
其燃烧过程涉及热力学和动力学两个方面，本文将分析含能材料的工作原理以及与之相关的热力学性质。
一、含能材料的燃烧工作原理含能材料的燃烧是指其分解反应过程中释放出大量的热能，通常伴随着火焰、爆炸、气体体积急剧增大等现象。
燃烧的工作原理可以通过以下几个关键步骤来描述：1. 起始能量：含能材料在燃烧前需要具备一定的起始能量，可以是焰火、电火花、冲击等外界条件给予的能量。
这一能量的输入将激发材料内部的分子或离子，使其跃迁到高能级态。
2. 过渡态形成：在高能级态下，原子、分子、离子之间开始进行化学反应。
通常，含能材料中的氧化剂和还原剂分子之间会发生碰撞，使反应进行到过渡态。
3. 势能释放：含能材料分子在高能级态时，经历了化学键的断裂和新键的形成，随之释放出大量的化学势能。
这些化学势能以热能的形式散布给周围环境。
4. 其他反应过程：燃烧反应可能伴随其他反应过程，如生成气体、挥发物的释放等。
这些过程进一步增加了燃烧反应的复杂性。
二、热力学分析热力学是研究能量转化和能量流动规律的学科。
对含能材料燃烧过程进行热力学分析可以揭示其能量转化和反应性能。
1. 热力学基础：以爆炸反应为例，爆炸冲击波的产生源于含能材料中的化学能转化为热能，使介质气化扩张形成高温高压气体。
热力学第一定律描述了能量守恒原则，即系统得到的热释放等于材料内部的热能增加以及周围介质的热态增加。
而热力学第二定律则描述了能量转化的方向性，包括熵的变化和能量的流动。
2. 爆炸反应的特征：爆炸反应包含了内能变化、生成物的物质组成变化、体积急剧增大以及压力增加等特征。
通过热力学分析，可以计算爆炸反应的热效应（焓变）、熵变、生成物的热力学性质等。
3. 爆炸热力学参数的计算：爆炸热力学参数包括反应热（ΔH）、熵变（ΔS）和自由能变（ΔG）。
这些参数可以通过实验测定或者理论计算得到。
含能材料的合成及应用现状
含能材料的合成及应用现状含能材料是指在其化学结构中带有可产生巨大热量和气体产生的化学键的物质。
这种物质常被用于火箭发动机、武器、炸药等领域。
本文将介绍含能材料的合成与应用现状。
一、合成方法含能材料的合成方法与其结构相关。
通常含能材料的结构需要包含燃烧时所需的氧化铵和燃料基元，如硝基、氨基、亚甲基等。
同时，这些元素需要组成一个稳定的结构，以确保燃烧过程中不会发生突然爆炸。
目前用于合成含能材料的主要方法有以下几种：1. 直接硝化法这种方法是将硝酸与燃料基元直接反应，生成含能材料。
这种方法优点在于简单快速，但需要使用高浓度的硝酸，存在较大的安全风险。
2. 溶液热合成法这种方法是将药物基元溶于有机溶剂中，然后加入氧化剂反应生成含能材料。
这种方法能够精确控制反应速率和生成含能材料的结构，但需要消耗大量的有机溶剂。
3. 反应浸渍法这种方法是在小分子化合物中添加含能团，使其成为含能材料。
这种方法的优点在于可以在常规条件下进行，不需要使用大量溶剂，但是反应时间较长。
二、应用现状含能材料通常被用于火箭发动机、武器、炸药等领域，但由于其强烈的爆发性质，使用含能材料的过程存在一定的安全危险。
因此，在当前的应用中，针对含能材料的使用和储存，需要进行严格的管理和监测。
目前，一些高级实验室使用封闭式设备，以保证实验安全。
同时，随着绿色化和环境保护意识的增强，许多科学家正在开发新型的低毒、低噪声和更环保的含能材料。
这些新材料通常不需要使用高浓度硝酸，不会产生大量的废弃物，并且具有较高的燃烧能力和稳定性。
这将有助于降低含能材料的安全风险和环境污染。
总结含能材料是一种具有广泛应用前景的物质。
其合成方法和应用现状的了解，对于合理使用和管理含能材料具有重要的意义。
在将来，对于含能材料环保、低毒、低噪污，新型含能材料有望成为研究重点和应用方向。
废弃含能材料处理技术的现状
第２ ２卷 第 １ 期 ２０ ０ ８年 １月
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含能材料的制备与性能研究
含能材料的制备与性能研究随着科技的不断发展和进步，含能材料的应用范围也越来越广泛。
含能材料是指在化学反应中能够产生大量热能并释放气体的物质。
它具有高能量密度、易于储存和携带、使用方便等特点，在军事、民用、航空航天等领域得到了广泛的应用。
含能材料的制备是含能材料研究的重要组成部分。
现在制备含能材料的方法有很多种，其中最常用的方法是热压法、溶剂挥发法、共沉淀法、冷凝法、比例膨胀法等。
不同的制备方法会对含能材料的结构和性能产生不同的影响，因此确定合适的制备方法对于含能材料的应用和性能研究具有重要的意义。
热压法是制备含能材料常用的方法之一。
它的原理是将预制的粉末在高温和高压下进行压制，通过热压过程使其微观晶体结构发生改变，形成新的化学键和晶体结构。
溶剂挥发法的制备过程相对简单，只需要将含有含能材料的溶液挥发到干燥即可。
共沉淀法则是将两种或以上的溶质沉淀在一起，这种方法可以得到纳米颗粒级别的含能材料；冷凝法是通过凝固剂在过程中捕获反应产物的方法，这样可以得到高纯度的含能材料；比例膨胀法是将混合物制备成薄片，然后用激光进行点火，得到反应产物。
不同的制备方法适用于不同的含能材料，也会对含能材料的性能产生不同的影响。
除制备方法外，含能材料的性能研究也是含能材料研究的重要组成部分。
含能材料的性能主要包括热力学性质、力学性质、燃烧性质等。
热力学性质研究的是含能材料在高温下的热稳定性、热分解动力学等，研究这些性质对于设计和选择含能材料具有重要的意义。
力学性质研究的是含能材料的力学强度和形变能力等，这些性质对含能材料在实际应用过程中的安全性和效率具有重要的影响。
燃烧性质研究的则是含能材料在高温、高压、高速条件下的燃烧性能，研究这些性质可以为含能材料应用提供理论依据。
在含能材料的性能研究中，有一种研究方法叫做量子化学计算。
量子化学计算可以通过模拟化学反应来研究含能材料的性质和反应机理，它可以预测含能材料的热稳定性、爆速、爆热等性质，这对于含能材料的设计和选择具有重要的意义。
新型含能材料三聚氰胺二硝酸盐(mdn)合成,表征及应用
新型含能材料三聚氰胺二硝酸盐(mdn)合成,
表征及应用
新型含能材料三聚氰胺二硝酸盐(MDN)合成，表征及应用
三聚氰胺二硝酸盐(MDN)是一种新型含能材料，具有高性能、高
能量密度和高热稳定性等优点。
本文从合成、表征和应用三个方面介
绍MDN材料。
一、合成
MDN的合成主要包括两步反应：首先合成三聚氰胺 (Mel)，然后
将Mel与硝酸反应生成MDN。
具体步骤如下：
1. 首先将尿素和甲醛在弱酸性条件下进行缩合，产生三聚氰胺；
2. 将三聚氰胺加入浓硝酸中，进行硝化反应；
3. 然后进行脱水处理和洗涤，最后得到MDN。
二、表征
MDN材料的品质主要包括颗粒大小、分布、晶体形态和热稳定性等。
常用的表征方法包括X射线衍射分析、扫描电子显微镜(SEM)和热
重分析(TGA)等。
实验结果表明，MDN材料的颗粒大小和形态均匀，晶体结构清晰，优异的机械性能和高热稳定性为其进一步开发利用奠定了坚实的基础。
三、应用
MDN材料的应用领域主要是在火箭和导弹发射器的燃料中，以获
得卓越的性能表现。
近年来，在汽车、火车和航空等领域也开始广泛
应用，例如制造运动装备等。
MDN材料不仅具有高能量密度和高热稳定性等优点，而且具备机
械性能高和制备成本低的特点。
因此，在军事和民用领域，MDN材料是一种极其重要的材料。
结论
总之，MDN材料的合成、表征和应用方面都具有广泛的应用前景。
在今后的研究和开发中，需要不断探索MDN材料的新特性和新用途，以推动MDN材料的应用更上一层楼。
废弃含能材料的再利用研究
废弃含能材料的再利用研究 顾建良 王泽山 江苏大学(江苏,212013) 南京理工大学(南京,210094)[摘 要] 废弃含能材料主要来源于武器退役和弹药超过储存期,是特殊性质的危险品,必须妥善处理。
传统的处理方法是燃烧法,没有物尽其用,且造成环境污染。
为此,开展了再利用的研究。
与其它几种再利用途径相比,将其作为主要组分制成工业炸药具有突出的优点,这一途径能使含能材料特有的燃烧和爆炸性质得到充分利用,处理过程安全、操作简单、无三废排放、产品性能好,处理成本低,利于实现工业化,是大规模处理和利用废弃含能材料的较优途径。
[关键词] 废物利用 含能材料 工业炸药 工业化[分类号] T Q562.211 废弃含能材料的来源和性质废弃的含能材料主要来自四个方面:(1)报废弹药,如炮弹、航弹、地雷、鱼雷、手榴弹、火箭、导弹等。
(2)超过储存期的武器弹药。
(3)随着科技的发展,新式武器代替旧式武器,使并未超过储存期的武器弹药被淘汰退役。
(4)含能材料的生产厂在制造这些材料时产生的不合格产品。
废弃含能材料的处理具有危险性,处理的时机有严格的限制,即不能超过含能材料的安全期限,如果处理不当,会引起重大事故和严重的毒害。
废弃含能材料的处理是一项技术复杂、耗资大的危险工程。
2 废弃含能材料的传统处理方法在处理大批量含能材料方面,各国采用的传统处理方法有三种:公海倾倒法,深土掩埋法和露天燃烧、炉中焚烧、爆炸法。
前两种方法由于并没有消除废弃含能材料的潜在危险性,因此到上世纪70年代中期以后,这两种方法已停止使用。
露天燃烧法,是将废弃含能材料运至远离城市和交通枢纽的空旷场地燃烧。
露天燃烧法操作简单,但燃烧时生成大量有害气体和固态残渣,随着空气流、雨水侵害环境,难以控制对环境的污染。
为了减少污染,70年代中期以后发展了焚烧炉焚烧法,在调控的条件下焚烧,使废弃含能材料充分分解氧化,可以将污染物(如氮氧化物)的生成量降到最低。
10-含能材料1
A
B
Propellent Exp losives Pyrotechnics, 1996, 21: 14-18.
H N N NO2 1. TMHI ,t-BuOK DMSO 2. H3O+ H N N NO2
O2N
O2N H2N
LLM-116
J Heterocyclic Chem, 2001,38:1227-1230
2. 三唑含能材料 2.1 NTO
3-硝基-1, 2, 4-三唑-5-酮(简称N TO) , 也称5-硝基-1, 2, 4-三唑-3-酮, 2,4-二
TOATF的熔点为234～235, 密度 1.94g· cm-3, 标准生成焓为3324.0 kJ· kg-1。
5. 氧化呋咱 5.1 ANBDF 氨基硝基苯并二氧化呋咱(ANBDF), 其分子结构中含有氨基、硝基和两个氧 化呋咱环, 并且这些基团与苯环共平面,因而具有高能量、低感度特性, 其爆速接
氢-5-硝基-3-氢-1, 2, 4-三唑-3-酮, 是一种白色晶体, 密度为1. 936 gcm-3, 酸性 pKa=3. 76.
O C H2N NHNH 2 HCl Base O HN N Nitration O HN N NO2
+ HCO2H
N H TO
N H NTO
利用NTO的酸性可以制成一系列NTO盐，其中，NTO的铅、汞、铜盐等是 一种新型的起爆药。
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摘要
各国每年都会有大量的含能材料等待销毁或者再利用。
这些含能材料的分类比较广泛，主要包括固体火箭推进剂和高能炸药，它们主要来源于生产产生的废弃物以及武器系统的升级换代。
是特殊性质的危险品，对人类安全健康构成很大威胁，必须妥善处理。
传统的处理方法是燃烧法，资源不仅没有得到充分利用，且造成环境污染。
因此，各国均开展了再利用的研究。
在环境保护法规的要求下，传统的处理方法逐渐被废止，需要由环境污染较少的方法来代替。
人们对废弃含能材料的处理进行了多方面的探索研究，并取得了一些研究成果，但是由于多方面因素的限制，一些方法并没有得到实际应用，有的还处于实验室研究阶段。
我国在弃含能材料方面也做了大量的研究工作，但是目前的处理能力还非常有限，造成大量含能材料不得不采用焚烧法进行处理，发达国家早在20 世纪70 年代，就逐步废止了这些处理方法。
为了满足环境法规的要求，以美国为首的西方国家开辟了许多非含能化技术。
关键词：废弃含能材料；资源化利用；处理技术
Abstract
The countries all over the world every year have a lot of can contain materials waiting for destroyed or again used.These can contain materials are widely distributed which mainly contain solid rocket propellant and high explosives .They are mainly comes from retired weapons and equipments.These materials constitute a great threat to human beings and should be properly proposed.The traditional method is incinerating.This method is waste for resources and is harm for the environment . The traditional method should be replaced by a better one.Many scientists all over the world devoted to the scientific research and have acquired some achievements.But other methods are not so success for some factors. Our country also has a lot of research in this field. Developed countries opened new technology which called not including can turn the processing technology to protect the environment.
Keywords：abandoned can contain materials;resource utilization; processing
technology
目录
1 废弃含能材料的处理方法 (3)
1.1 废弃含能材料的传统处理方法 (3)
1.1.1 露天焚烧法 (3)
1.1.2 深海倾倒法 (3)
1.1.3 深土掩埋法 (4)
1.1.4 露天爆炸法 (4)
1.2 废弃含能材料处理新技术 (4)
1.2.1 国外废弃含能材料的非含能化处理技术 (4)
1.2.1.1 熔融盐破坏技术................................4-5 1.2.1.2 超临界水氧化法.. (5)
1.2.1.3 热解破坏法....................................5-6 1.2.1.4 生物降解法 (6)
1.2.1.5 紫外线氧化法..................................6-7 1.2.2 国内废弃含能材料新的处理方法.. (7)
1.2.2.1 临界萃取法处理废弃含能材料 (7)
1.2.2.2 用导爆索和射孔弹销毁废旧军事弹药..............7-8 1.2.2.3 利用聚能原理销毁危险弹 (7)
1.2.2.4 高压射流处理废旧含能材料......................8-9
2 废弃含能材料的资源化利用 (9)
2.1 国外废弃含能材料的资源化利用途径..................9-10 2.2 我国废弃含能材料的资源化利用方法.................10-11 致谢.................................................
参考文献.............................................
前言：含能材料是一种高能量密度、瞬间功率大的亚稳性物质,是重要的化学能源,但也具有极强的破坏力。
近年来,这种特殊的材料不仅运用于国防军事,也越来越多的用于国民建设。
但废弃的含能材料的虽然相对于生活及工业废弃物数量少,但由于其固有的不安定性和不安全性,有的甚至有毒性且处理过程也具有危险性。
本文主要介绍了废弃含能材料的传统处理方法，近年来的先进处理技术以及这些方法的利与弊。
最后阐述自己的一些观点和看法。
一、废弃含能材料的处理方法
（一）废弃含能材料的传统处理方法
在处理大批量含能材料方面,各国采用的传统处理方法有4 种:公海倾倒法、深土掩埋法、露天焚烧法和爆炸法。
1、露天焚烧法
把废弃的火炸药运至远离城市和交通枢纽的场地进行露天焚烧就是露天焚烧法的传统做法。
进行焚烧的部门, 常把一个场地作为固定的露天焚烧场。
焚烧场通常四面环山, 周围没有杂草树木, 其风向不能让燃烧产物流向人口密集的地区。
进行焚烧时, 要先将废弃的含能材料以及被其污染的材料分散堆放到露天焚烧场地,为了安全起见，常用电点火装置远距离引燃处理。
为了防止未完全燃尽物的飞散, 有时候要在焚烧场的上方设置铁丝网等其他防止其飞散的物体。
露天焚烧方法操作简单、经济, 相对地安全, 投资和维护费用也较低。
但是露天焚烧方法也有非常多的缺点, 其主要原因是无法控制对环境的污染程度。
废弃含能材料焚烧后, 会发生化学反应，生成大量的高浓度致癌物, 并生成较多的氮的氧化物，对环境以及人类的健康造成很大影响。
在焚烧烟火剂时, 有可能生成许多有潜在危险的化学物质，比如会生成钡硒等卤化物与氧化物, 以及其它的固态燃烧产物,它们会随空气或水土流失进入到人类的生活区，侵害人类和环境。
由于上述种种原因, 发达国家从20 世纪70 年代中期便开始逐渐废止露天燃烧法。
2、深海倾倒法
这种方法是将废弃的含能材料包装后,倾倒于远海、深海。
虽然远
离城市，但是依然会对海洋环境造成污染性的破坏，并没有消除废弃含能材料的潜在危险性,而且还会严重污染海洋,危害海洋生物,此法不可用，因此也同样停止使用了。