Förstörelse av kemiska vapen

Destruktion av kemiska vapen är processen att förädla kemiska vapen till ämnen som inte är farliga att använda.

De huvudsakliga metoderna som används för att förstöra kemiska vapen är förbränning och neutralisering , som kan kombineras med andra metoder för fullständig återvinning.

Bearbetningsmetoder

Bränning

Begreppet återvinning består av fyra steg:

frisättning och förbränning av flytande kemiska medel;
separering av den kvarvarande mängden sprängämnen och uppvärmning i en ugn för att förstöra dess spår;
avgasning av metalldelar av kemiska projektiler;
förbränning och avfallshantering.

Inledningsvis värms kemiska projektiler upp till en temperatur på 540 ° C för att frigöra den stora majoriteten av det kemiska flytande medlet och sprängämnen från dem. Sprängämnen skickas för bearbetning, de flytande ämnena som frigörs från skalen bränns vid 1480 ° C och förbränningsprodukterna skickas för rengöring. Återstående ämnen, inklusive geléliknande ämnen, separeras från projektilerna i ytterligare 40 minuter och matas sedan även in i förbränningskammaren, där de sönderdelas vid en temperatur av 1090 ° C och sedan matas till emissionsreningssteget. Projektiler dekontamineras i en kammare där de värms upp till 1600 °C i minst 10 minuter.

Resultatet av gasrening är en viss mängd saltlösning, såväl som utsläpp till atmosfären med sammansättningen: 43-48% kväve , 39-45% vatten, 5-7% syre, nästan 6% koldioxid och mindre än 0,01 % andra ämnen [1 ] .

Neutralisering

De flesta militärt giftiga ämnen är instabila mot hydrolys , särskilt alkaliska . Således är det vanliga nervgiftet sarin stabilt vid neutralt pH , men det sönderdelas snabbt när det behandlas med en vattenlösning av natriumhydroxid - semi-hydrolys vid pH 7 och en temperatur på 300 ° C varar 146 timmar, medan det är i en svagt alkalisk medium pH 9 endast 0,4 timmar:

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

Det har noterats att små mängder orto -jodbensener kan påskynda nedbrytningsprocessen. Svårigheten med denna metod är möjligheten till en omvänd reaktion. För att förhindra detta utförs pH-kontroll och en liten temperatursänkning.

I många fall var neutraliseringshastigheten mycket långsammare än förväntat. Dessutom kan en viss mängd föroreningar och biprodukter skapas under reaktionen, vilket gör det svårt att övervaka fullständigheten av neutraliseringen. Jämfört med förbränningsmetoden genererar neutralisering mer saltavfall, och själva processen är dyrare.

En betydande ändring av neutraliseringsmetoden var tillägget till det av scenen för bioåtervinning av avfall (användningen av det så kallade aktiverade slammet ). Användningen av en mängd olika bakterier möjliggör en mer komplett bearbetning av farliga produkter. Till exempel, efter konsumtion av tiodiglykoler av bakterier , bildade under hydrolysen av senapsgas , kommer endast koldioxid in i atmosfären. På liknande sätt är det möjligt att bearbeta ämnen som VX : när man använder bakterier Methylobacterium radiotolerans , Agrobacterium tumefaciens , Klebsiella oxytoca immobiliserade på polyuretan för rening av avloppsvatten , är det möjligt att uppnå nedbrytning av organofosforgifter med 99 % på 8 dagar [2] .

Andra metoder

Superkritisk vattenoxidation

Superkritisk vattenoxidation består i sönderdelning av giftiga ämnen under förhållanden över den kritiska punkten för vatten - vid 314 ° C och 218 atm. Under dessa förhållanden löses alla organiska föreningar och gaser i den, som sedan oxideras av luft. Denna metod har en betydande fördel jämfört med förbränningsmetoden, eftersom den utförs vid lägre temperaturer, och alla reaktionsprodukter är i lösning, så att de kan undersökas, separeras och skickas för vidare bearbetning (till exempel neutralisering). Den tekniska nackdelen med denna metod är den betydande korrosiva aggressiviteten i miljön, vilket kräver noggrann design av fabriksanläggningar.

Plasmapyrolys

En lovande metod är plasmapyrolys, där när ett ämne passerar genom en plasma med en temperatur på 1000 till 20 000 °C, sönderfaller alla ämnen till atomer .

Metoden har en betydande begränsning - endast flytande ämnen kan bearbetas, det vill säga den är inte lämplig för att deaktivera projektiler.

Oxidation med silversalter

Föreningar som är starka oxidationsmedel kan användas för att bryta ner kemiska vapen. En typisk oxidation utförs vid en temperatur av 90 ° C i salpetersyra med en koncentration av 8 mol / l: $Ag^{+2}$

sarin:

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

senapsgas:

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

VX:

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

På grund av sin starka oxiderande förmåga kan föreningarna sönderdela ett stort antal ämnen under ganska milda förhållanden (detta är ett viktigt villkor för att undvika bildning av klorerade dioxiner ). Nackdelarna med metoden är behovet av att införa ytterligare en mängd salt under oxidationen av klorderivat - på grund av utfällningen av silverklorid , samt behovet av att skapa speciella kemiska reaktorer som inte påverkas av oxidationsmedel. $Ag^{+2}$

Gas-fas kemisk reduktion

ECO LOGIC (Rockwood, Ontario ) har föreslagit en gasfasreduktionsmetod som använder en vätgasstråle vid höga temperaturer (upp till 850 °C) och normalt tryck. Resultatet av denna behandling är mindre giftiga ämnen, såsom väteklorid , metan och andra lätta kolväten . Samtidigt kan oönskade produkter skapas under reduktionen: sot , aromatiska och polycykliska kolväten. För organiska föreningar med ett betydande innehåll av heteroatomer kommer nedbrytningsprodukterna att vara ett stort antal oorganiska föreningar.

Kryofraktionering

Kärnan i kryofraktionering, föreslagen av General Atomics , består i att kyla laddade kemiska projektiler med flytande kväve till ultralåga temperaturer (upp till -196 ° C), följt av krossning under tryck . Både metallhöljet och det kemiska medlet blir instabila vid sådana temperaturer och går lätt sönder. Efter bearbetning skickas alla komponenter till förbränning, vilket bara lämnar metalldelar som är lämpliga för återvinning eller kassering [3] .

En betydande fördel med denna metod är frånvaron av behovet av preliminär demontering av granater, vilket ökar processens säkerhet, såväl som möjligheten att bearbeta explosiv ammunition [4] .

Anteckningar

↑ US Army Chemical Materials Agency - Förbränningsteknik Arkiverad 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 Miljösäker biologisk nedbrytning av reaktionsmassor av giftigt ämne som bildas under destruktion av porösa ämnen som bildas av giftigt ämne. - Russian Chemical Journal, 2010. - T. LIV , nr 4 . - S. 19-24 . — ISSN 0373-0247 .
↑ Demilitarisering - Kryofraktur . General Atomics. Hämtad 14 september 2016. Arkiverad från originalet 17 april 2016.
↑ General Atomics - The Cryofracture Demilitarization Process: An Evolving Technology // 2007 Global Demilitarization Symposium & Exhibition Arkiverad 19 juli 2013 på Wayback Machine . (Engelsk)

Litteratur

Filimonov I. V. et al. Bioteknologiska metoder för destruktion av giftiga ämnen och deras avgiftningsprodukter / Författare: I. V. Filimonov, A. A. Yankovskaya, N. V. Zavyalova, A. N. Golipad, D. P. Kolesnikov , V. A. Kovtun, V. I. Khol.CB Protection of R./Bullet Efremin Trupper. - 2017. - T. 1. - Nr 1. - S. 4-14.

Haralampiev, Mihail S. En kort genomgång av teknikerna för destruktion av kemiska vapen (engelska) . — Eastern Academic Journal, 2015. — No. 2 . - S. 46-52 . — ISSN 2367–7384 . (inte tillgänglig länk)
Bortskaffande av kemiska vapen: Alternativa teknologier / US Congress, Office of Technology Assessment . – Washington. DC : USA:s regeringstryckeri , 1992. - ISBN 0-16-037951-2 .
Granskning av termisk förstörelseteknik för kemiska och biologiska ämnen som är bundna på material / United States Environmental Protection Agency. - 2015. - 103 sid.

Länkar

Destruktionsteknik . _ Organisationen för förbud mot kemiska vapen. Hämtad 14 september 2016. Arkiverad från originalet 17 april 2016.