Destruktion af kemiske våben

Destruktion af kemiske våben er processen med at raffinere kemiske våben til stoffer, der ikke er farlige at bruge.

De vigtigste metoder til destruktion af kemiske våben er forbrænding og neutralisering , som kan kombineres med andre metoder til fuldstændig genanvendelse.

Behandlingsmetoder

Brænding

Begrebet genbrug består af fire faser:

frigivelse og forbrænding af flydende kemiske midler;
adskillelse af restmængden af eksplosivstoffer og opvarmning i en ovn for at ødelægge dets spor;
afgasning af metaldele af kemiske projektiler;
forbrænding og affaldsbehandling.

Indledningsvis opvarmes kemiske projektiler til en temperatur på 540 ° C for at frigøre langt størstedelen af det kemiske flydende middel og sprængstoffer fra dem. Sprængstoffer sendes til behandling, de flydende stoffer, der frigives fra skallerne, brændes ved 1480 ° C, og forbrændingsprodukterne sendes til rensning. Resterende stoffer, herunder gelélignende stoffer, adskilles fra projektilerne i yderligere 40 minutter og føres derefter også ind i forbrændingskammeret, hvor de nedbrydes ved en temperatur på 1090 ° C og derefter føres til emissionsrensningstrinnet. Projektiler dekontamineres i et kammer, hvor de opvarmes til 1600 °C i mindst 10 minutter.

Resultatet af gasrensning er en vis mængde saltopløsning, samt emissioner til atmosfæren med sammensætningen: 43-48% nitrogen , 39-45% vand, 5-7% oxygen, næsten 6% kuldioxid og mindre end 0,01 % andre stoffer [1] .

Neutralisering

De fleste militært giftige stoffer er ustabile over for hydrolyse , især alkaliske . Således er den almindelige nervegift sarin stabil ved neutral pH , men den nedbrydes hurtigt, når den behandles med en vandig opløsning af natriumhydroxid - semi-hydrolyse ved pH 7 og en temperatur på 300 ° C varer 146 timer, mens den er i en svagt alkalisk medium pH 9 kun 0,4 timer:

{\mathsf {CH_{3}P(O)(OC_{3}H_{7})F+2NaOH\højrepil CH_{3}P(O)(OC_{3}H_{7})ONa+ NaF }}

Det er blevet bemærket, at små mængder ortho -iodbenzener kan fremskynde nedbrydningsprocessen. Vanskeligheden ved denne metode er muligheden for en omvendt reaktion. For at forhindre dette udføres pH-kontrol og et lille fald i temperaturen.

I mange tilfælde var neutraliseringshastigheden meget langsommere end forventet. Derudover kan der dannes en vis mængde urenheder og biprodukter under reaktionen, hvilket gør det vanskeligt at overvåge fuldstændigheden af neutraliseringen. Sammenlignet med forbrændingsmetoden genererer neutralisering mere saltaffald, og selve processen er dyrere.

En væsentlig ændring af neutraliseringsmetoden var tilføjelsen til den af stadiet med biogenanvendelse af affald (brugen af det såkaldte aktiverede slam ). Brugen af en række bakterier muliggør en mere komplet behandling af farlige produkter. For eksempel, efter forbrug af thiodiglycoler af bakterier , dannet under hydrolysen af sennepsgas , kommer kun kuldioxid ind i atmosfæren. På samme måde er det muligt at behandle stoffer som VX : ved brug af bakterier Methylobacterium radiotolerans , Agrobacterium tumefaciens , Klebsiella oxytoca immobiliseret på polyurethan til spildevandsrensning , er det muligt at opnå nedbrydning af organophosphorgifte med 99%] på 8 dage [2] .

Andre metoder

Superkritisk vandoxidation

Superkritisk vandoxidation består i nedbrydning af giftige stoffer under forhold over det kritiske punkt for vand - ved 314 ° C og 218 atm. Under disse forhold opløses alle organiske forbindelser og gasser i det, som derefter oxideres af luft. Denne metode har en væsentlig fordel i forhold til forbrændingsmetoden, da den udføres ved lavere temperaturer, og alle reaktionsprodukter er i opløsning, så de kan undersøges, separeres og sendes til videre behandling (f.eks. neutralisering). Den tekniske ulempe ved denne metode er den betydelige ætsende aggressivitet af miljøet, hvilket kræver omhyggelig design af fabriksfaciliteter.

Plasma pyrolyse

En lovende metode er plasmapyrolyse, hvor når et stof ledes gennem et plasma med en temperatur på 1000 til 20.000 °C, nedbrydes alle stoffer til atomer .

Metoden har en væsentlig begrænsning - kun flydende stoffer kan behandles, det vil sige, at den ikke er egnet til at deaktivere projektiler.

Oxidation med sølvsalte

Forbindelser , der er stærke oxidationsmidler, kan bruges til at nedbryde kemiske våben. En typisk oxidation udføres ved en temperatur på 90 ° C i salpetersyre med en koncentration på 8 mol / l: $Ag^{+2}$

sarin:

{\mathsf {C_{4}H_{10}PFO_{2}+10H_{2}O+26Ag^{2+}\højrepil H_{3}PO_{4}+HF+26H^{+} +26Ag^{+}}}

sennepsgas:

{\mathsf {C_{4}H_{8}SCl_{2}+12H_{2}O+28Ag^{2+}\højrepil 4CO_{2}+H_{2}SO_{4}+2Cl^ {-}+30H^{-}+28Ag^{+}}}

VX:

{\mathsf {C_{11}H_{26}SNPO_{2}+31H_{2}O+82Ag^{2+}\rightarrow 11CO_{2}+H_{3}PO_{4}+H_{ 2}SO_{4}+HNO_{3}+82H^{+}+82Ag^{+}}}

På grund af deres stærke oxiderende evner kan forbindelserne nedbryde en lang række stoffer under ret milde forhold (dette er en vigtig betingelse for at undgå dannelse af klorerede dioxiner ). Ulemperne ved metoden er behovet for at indføre en yderligere mængde salt under oxidationen af klorderivater - på grund af udfældningen af sølvchlorid , samt behovet for at skabe specielle kemiske reaktorer , der ikke påvirkes af oxidationsmidler. $Ag^{+2}$

Gasfase kemisk reduktion

ECO LOGIC (Rockwood, Ontario ) har foreslået en gasfasereduktionsmetode ved brug af en brintstråle ved høje temperaturer (op til 850 °C) og normalt tryk. Resultatet af denne behandling er mindre giftige stoffer, såsom hydrogenchlorid , metan og andre lette kulbrinter . Samtidig kan der dannes uønskede produkter under reduktionen: sod , aromatiske og polycykliske kulbrinter. For organiske forbindelser med et betydeligt indhold af heteroatomer vil nedbrydningsprodukterne være et stort antal uorganiske forbindelser.

Kryofraktionering

Essensen af kryofraktionering, foreslået af General Atomics , består i at afkøle ladede kemiske projektiler med flydende nitrogen til ultralave temperaturer (op til -196 ° C), efterfulgt af knusning under tryk . Både metalkappen og det kemiske middel bliver ustabile ved sådanne temperaturer og går let i stykker. Efter bearbejdning sendes alle komponenter til forbrænding, hvilket kun efterlader metaldele, der er egnede til genbrug eller bortskaffelse [3] .

En væsentlig fordel ved denne metode er fraværet af behovet for foreløbig demontering af granater, hvilket øger processens sikkerhed, samt muligheden for at behandle eksplosiv ammunition [4] .

Noter

↑ US Army Chemical Materials Agency - Forbrændingsteknologi Arkiveret 1. juli 2017 på Wayback Machine . (Engelsk)
↑ Efremenko E. N., Zavyalova N. V., Gudkov D. A., Lyagin I. V., Senko O. V., Gladchenko M. A., Sirotkina M. S., Kholstov A. V., Varfolomeev SD, Kholstov VI . - Russian Chemical Journal, 2010. - T. LIV , nr. 4 . - S. 19-24 . — ISSN 0373-0247 .
↑ Demilitarisering - Kryofraktur . General Atomics. Hentet 14. september 2016. Arkiveret fra originalen 17. april 2016.
↑ General Atomics - The Cryofracture Demilitarization Process: An Evolving Technology // 2007 Global Demilitarization Symposium & Exhibition Arkiveret 19. juli 2013 på Wayback Machine . (Engelsk)

Litteratur

Filimonov I. V. et al. Bioteknologiske metoder til destruktion af giftige stoffer og deres afgiftningsprodukter / Forfattere: I. V. Filimonov, A. A. Yankovskaya , N. V. Zavyalova, A. N. Golipad, D. P. Kolesnikov , V. A. Kovtun, V. I. Tropper. - 2017. - T. 1. - Nr. 1. - S. 4-14.

Haralampiev, Mihail S. En kort gennemgang af teknologierne til destruktion af kemiske våben (engelsk) . — Eastern Academic Journal, 2015. — No. 2 . - S. 46-52 . — ISSN 2367–7384 . (utilgængeligt link)
Bortskaffelse af kemiske våben: Alternative teknologier / US Congress, Office of Technology Assessment . - Washington. DC : US Government Printing Office , 1992. - ISBN 0-16-037951-2 .
Gennemgang af termiske destruktionsteknologier for kemiske og biologiske midler bundet til materialer / United States Environmental Protection Agency. - 2015. - 103 s.