DE4217996C2

DE4217996C2 - Verfahren zur Aufbereitung wasserhaltiger Sprengstoffschlämme sowie die Verwendung der dabei anfallenden Produkte

Info

Publication number: DE4217996C2
Application number: DE19924217996
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Chem Dr Hermann
Original assignee: Josef Meissner GmbH and Co KG
Current assignee: Josef Meissner GmbH and Co KG
Priority date: 1992-05-31
Filing date: 1992-05-31
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-06-01
Also published as: AT404831B; DE4217996A1; ATA102993A

Description

Bei der Herstellung, Verarbeitung und Vernichtung von Sprengstoffen fallen wasserhaltige Sprengstoffschlämme mit Korngrößen zwischen 2 µm und 2000 µm und mit Wasser gehalten von 10 bis 20% bezogen auf das Trockengewicht an, bei denen die Sprengstoffkomponente aus Trinitroto luol (TNT), Hexogen (RDX), RDX/Wachs, Octogen (HMX), HMX/Wachs, TNT/RDX/Wachs (Comp. B), TNT/HMX/Wachs (Octole), TNT/Aluminium, TNT/RDX/Aluminium, Pentaery thrittetranitrat (PETN), PETN/TNT, Tetryl, Tetryl/Wachs oder ihren Gemischen oder mit Inertstoffen besteht oder als Nitrocellulosepulver vorliegt. Diese Sprengstoff- Wasser-Gemische entstehen z. B. bei der Herstellung der Sprengstoffe als das gewünschte Produkt, wie auch als Bodensätze in Abwasserschikanen, bei der Behandlung von Abluft durch Wäsche mit Wasser, bei der mechanischen Bearbeitung von Ladungen, durch Ausfällen aus Lösungen aus organischen Lösungsmitteln mit Wasser oder bei der Auswaschung von Sprengstoff und Treibmitteln aus Muni tion oder Raketentreibsätzen.

Während für den normalen Umgang mit diesen Stoffen eine Befeuchtung mit Wasser, sei es als gezielt eingestellte Mischung definierter Zusammensetzung, sei es als Abfall aus den verschiedenen Stufen der Herstellung, Verarbei tung und Vernichtung eine wünschenswerte, die Sicherheit beim Umgang mit diesen Stoffen erhöhende Maßnahme dar stellt, z. B. NC-, TNT-, PETN- oder RDX-wasserfeucht, und sogar die einzige Form darstellt, in der diese Stoffe in den Handel gebracht werden dürfen, ist dieser Wasserge halt in Sprengstoffmischungen eine gravierende Behinde rung bei der thermischen Vernichtung dieser Stoffe.

Wasserhaltige Sprengstoffe in Treibmitteln brennen nicht mehr unter den Bedingungen des Abbrandes auf dem Brandplatz selbsttätig ab. Diese wasserhaltigen Spreng stoffe sind sowohl als Bahn oder für einen Abbrand im Holzkohlenfeuer ausgelegt, nur schwer bzw. gar nicht mit dem für trockene Sprengstoffe üblichen Bedingungen in Brand zu setzen. Gelingt es trotzdem, einen sich selbst erhaltenden Abbrand zu erzeugen, verbrennen diese wasserhaltigen Sprengstoffe im Gegensatz zu den trockenen Stoffen sehr viel langsamer und sehr oft un vollständig, so daß die zurückbleibende Asche an Menge stark zunimmt und aus einem Gemisch von Pyrolysekohle, teilverbrannten Rückständen und unverbrannten Stoffen bestehen.

Weil seine Zusammensetzung und Eigenschaften unbekannt sind, besitzt ein solches Rückstandsgemisch, ein sehr hohes Gefährdungspotential bei weiteren Behandlungs maßnahmen, die noch zur vollständigen Vernichtung not wendig sind (z. B. eine weitere Verbrennung).

Wird ein energiereiches Stützfeuer verwendet, um die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden, kann es umgekehrt zu unkontrollierten Austrocknungen mit Verpuffung kommen.

Sollen diese wasserhaltigen Gemische auf dem Brandplatz oder in ähnlichen Einrichtungen, wie z. B. dem gefaßten Brandplatz der Anmelderin (DE 38 22 648 A1), verbrannt werden, müssen sie so konditioniert werden, daß an schließend ein ordnungsgemäßer und vollständiger Ab brand möglich ist.

Hauptziel dieser Konditionierungsmaßnahmen ist es, den Wassergehalt vor Auslegung zum Abbrand auf dem Brand platz so zu reduzieren, daß der Abbrand nicht mehr ver zögert, behindert oder sogar verhindert wird.

Dies kann z. B. durch Trocknung erfolgen. Die Trocknung von Schlämmen mit Korngrößen zwischen 2 und 2000 µ ist aufwendig, weil das Wasser durch Kapillarwirkung festge halten wird. Außerdem können Krusten gebildet werden, die gebrochen werden müssen und vor allem können Stäube entstehen, die aufgrund ihrer Feinheit aufwirbeln und sich damit unkontrolliert verteilen können und eine hohe Neigung zu elektrostatischer Aufladung haben. Trockene Sprengstoffpulver besitzen ein hohes Gefähr dungspotential und Ziel vieler Maßnahmen bei Produktion, Verarbeitung und Vernichtung ist es, ihre Bildung zu vermeiden.

Eine weitere Möglichkeit stellt die Kornvergrößerung dar. TNT-haltige Schlämme werden z. B. durch Erwärmen auf über 80° C aufgeschmolzen und so granuliert (z. B. durch Eingießen in kaltes Wasser etc.), daß ein Granulat mit einer Korngröße von 1 bis 20 mm entsteht, dessen Restgehalt an Wasser (Restfeuchte), den Abbrand nicht mehr behindert und das im trockenen Zustand nicht mehr staubt.

Diese Technik ist nur mit gießfähigen Sprengstoffen wie TNT oder TNT-haltigen Gemischen möglich und aufwendig, da bei Temperaturen über 80° C gearbeitet wird und zu sätzlich beträchtliche Mengen sprengstoffhaltiger Ab wässer entstehen, die behandelt werden müssen.

Weiterhin ist die Behandlung von Sprengstoffpartikeln mit modifizier ten Wachsen oder anderen Bindersystemen, die bei Raumtemperatur fest sind, bei erhöhter Temperatur zum Zwecke der Desensibilisierung für die Verarbeitung zu Preßkörpern bekannt. Mit dieser Maßnahme soll ein möglichst homogener Überzug der einzelnen Sprengstoffkör ner mit dem Phlegmatisierungsmittel bzw. Bindersystem erreicht wer den.

Zu diesem Zweck wird der zu behandelnde Sprengstoff bei erhöhter Temperatur in einem Medium, das kein Lösungsmittel für den Sprengstoff darstellt und Wasser oder aber auch ein organisches Lösungsmittel wie z. B. ein Kohlenwasserstoff sein kann, mit dem vor hergesehenen Phlegmatisierungsmittel intensiv bei erhöhter Tempera tur gemischt, um die gewünschte homogene Verteilung des Phlegma tisierungsmittels auf dem Sprengstoffkorn zu erreichen. Am Ende dieser Behandlung wird das Lösungsmittel verdampft, und man erhält das reine Gemisch aus Sprengstoff und Phlegmatisierungsmittel, das der weiteren Verarbeitung, z. B. in Pressen, zugeführt werden kann.

Ein derartiges Verfahren wird in der DE 28 20 704 C3 und der US 4 770 728 A beschrieben. Aufgrund der zahlreichen sowie auf wendigen Arbeitsgänge und der dazu erforderlichen Apparaturen und infolge verfahrensinhärenter Beschränkungen bezüglich des Desensi bilisierungsmittels, der verwendeten Sprengstoffe, des Wassergehalts, der Verfahrensparameter etc. sind aber diese aus dem Stand der Technik bekannten Methoden und Verfahren nicht dazu geeignet, eine für alle wasserhaltigen Sprengstoffschlämme unterschiedlichster Art anwendbare Aufbereitung, insbesondere für deren Verbrennung, zu gestatten.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die vorstehend geschil derten Nachteile bei der Aufbereitung wasserfeuchter Sprengstoffschlämme zum Zwecke der Verbrennung zu vermei den und eine Methode zu schaffen, die universell für alle wasserhaltigen Sprengstoffschlämme verwendbar ist.

Es wurde gefunden, daß der Wassergehalt von wasserhalti gen Sprengstoffschlämmen durch Behandlung mit einer da für geeigneten organischen Flüssigkeit bei Raumtempera tur (20-25°C), und wenn nötig, unter Zuhilfenahme eines die Umnetzung fördernden oberflächenak tiven Mittels, so erniedrigt werden kann, daß die resul tierenden Granulate oder Pasten wie reine Sprengstoffe auf dem Brandplatz verbrannt werden können. Nötigenfalls kann in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Gemisch bei Temperaturen bis zu etwa 100°C, aber unterhalb der Schmelzpunkte der zu behandelnden Sprengstoffe gearbei tet werden, um die Freisetzung des Wassers und die Um netzung des Sprengstoffes mit organischen Lösungsmitteln zu beschleunigen. Die so erhaltenen Gemische aus Spreng stoff und organischen Lösungsmitteln können je nach der eingesetzten organischen Flüssigkeit, außer der Verbren nung, auch anderen Zwecken zugeführt werden.

Durch die Behandlung mit organischen Flüssigkeiten wird das im Schlamm gebundene Wasser zu mehr als 90% freige setzt und kann abgetrennt werden. Eine Staubbildung wird verhindert und durch die Wahl geeigneter organischer Flüssigkeiten ist eine Phlegmatisierung der gebundenen Sprengstoffpartikel wie mit dem Wasser möglich.

Im Vergleich zur Umschmelzung in heißem Wasser (90- 100°C) erfolgt die Behandlung bevorzugt bei Raumtem peratur und die Abwassermenge ist auf das zunächst im Schlamm gebundene Wasser beschränkt.

Dieses Abwasser enthält neben den entsprechend ihrer Lös lichkeit bei Raumtemperatur gelösten Sprengstoffen noch die verwendete organische Flüssigkeit entsprechend ihrer Löslichkeit und kann einer dem Stand der Technik ent sprechenden Behandlung, z. B. mit Aktivkohle, vor Abgabe an einen Vorfluter unterzogen werden.

An die organischen Flüssigkeiten, die für die erfindungs gemäße Entwässerung und Kaltgranulierung von Sprengstoff schlämmen eingesetzt werden, sind folgende Anforderungen zu stellen:

- geringe Flüchtigkeit bei Raumtemperatur,
- keinen oder nur einen sehr schwachen Eigengeruch,
- sehr geringe bzw. gar keine Toxizität,
- möglichst geringe Löslichkeit in Wasser,
- phlegmatisierende Wirkung für den Sprengstoff,
- möglichst geringe Löslichkeit für den zu bearbeiten den Sprengstoff.
- Sie sollen zu einem Granulat bzw. einer Paste führen, die gut handhabbar und leicht verarbeitbar ist,
- beim Abbrand wenig Schadstoffe bilden und den Ab brand fördern (Energieträger wie z. B. Heizöl),
- kein Chlor enthalten,
- preiswert und gut verfügbar sein.

Grundsätzlich sind alle Weichmacher aus der kunststoff verarbeitenden Industrie und alle Binder, die bei der Herstellung von "plastic bonded explosives" (PBX) ein gesetzt werden, geeignet. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Estern der Phthalsäure wie z. B. Dibutyl phthalat (DBP) oder Dioctylphthalat (DOP), reiner ali phatischer Ester oder reiner aliphatischer Kohlenwasser stoffe, wie Paraffinöl.

Die resultierenden Granulate bzw. Pasten sollen leicht verarbeitbar sein.

Das Verhältnis von organischer Flüssigkeit zu trockenem Sprengstoff wird so gewählt, daß sowohl die Verarbeitung in dafür geeigneten Mischeinrichtungen, wie z. B. Kneter, ohne großen Energieaufwand möglich ist und daß ein leicht zu handhabendes Granulat oder eine knetbare Paste gebil det wird und daß nach einer ausreichenden Bearbeitungs zeit, das ursprünglich im Schlamm enthaltene Wasser so abgeschieden wird, daß es leicht abgetrennt werden kann. Eine Rückemulgierung des Wassers in das entstehende Pro dukt durch zu intensives Kneten bzw. die Bildung hoch viskoser Flüssigkeiten muß vermieden werden.

Günstig ist eine Menge von 5 bis 20% organischer Flüs sigkeit bezogen auf den Sprengstoff. Das genaue Verhält nis hängt von der eingesetzten organischen Flüssigkeit und dem zu behandelnden wasserfeuchten Sprengstoffge misch ab. Beim Einsatz von Dibutylphthalat (DBP) ist ein Verhältnis von 5 bis 10% Weichmachern zur Trockensub stanz optimal. Eine solche Mischung läßt sich bei Raum temperatur gut verarbeiten und es werden 90 bis 95% des im Sprengstoffschlamm abgeschiedenen Wassers abge trennt. Die Mischung aus Sprengstoff und DBP brennt auf dem Brandplatz ohne zusätzliche Maßnahmen wie ein reiner Sprengstoff ab.

Beispiel 1

3 kg eines wasserfeuchten Sprengstoffschlammes aus der Ausdüsung von Geschossen mit einem Feststoffanteil von 62,5% Sprengstoff (Comp. B) und einer Restfeuchte von 37,5%, der auf dem Brandplatz in Bahnen ausgelegt oder im Holzkohlenfeuer nicht selbständig abbrennt, wird mit 180 g Dibutylphthalat (DBP) bei Raumtemperatur (20° C) in einem Kneter intensiv gemischt.

Nach einer Knetzeit von ca. 30 Minuten können durch De kantieren insgesamt ca. 1050 g Wasser abgetrennt werden. Die resultierende Paste mit einer Restfeuchte von etwa 3% verbrennt im Holzkohlenfeuer wie der reine trockene Sprengstoff ohne Rückstand.

Beispiel 2

3 kg eines wasserfeuchten Sprengstoffschlammes der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 werden mit 90 g DBP bei Raumtemperatur behandelt. Nach ca. 30 Minu ten Knetzeit können 900 g Wasser abgetrennt werden. Das resultierende krümelige Produkt mit einer Restfeuchte von ca. 10% verbrennt im offenen Holzkohlenfeuer selb ständig, aber weniger lebhaft als der reine trockene Sprengstoff.

Beispiel 3

3 kg eines wasserfeuchten Sprengstoffschlammes der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 werden in 10 l Wasser suspendiert (Suspensionsdichte 14% Fest stoff). Zu der intensiv gerührten, wäßrigen, dünn flüssigen, milchig-weiß erscheinenden Suspension läßt man langsam DBP (ca. 5-10%, bezogen auf trockenen Sprengstoff) zulaufen, bis sich eine cremige, schein bar hochviskose Suspension bildet. Bei weiterer Zuga be von wenig DBP zerfällt diese Suspension in klares Wasser und ein Sprengstoffgranulat, das nach Abtrennen vom Wasser z. B. durch ein Sieb mit geeigneter Maschen weite, die gleichen Eigenschaften bezüglich Handhabbar keit, Restfeuchte und Brennbarkeit zeigt wie die Probe aus Beispiel 2.

Wie Beispiel 3 zeigt, ist es möglich auch Suspensionen von Sprengstoff in Wasser mit einem Gehalt unter 30% Feststoff direkt ohne Vorentwässerung mit einem orga nischen Lösungsmittel zu behandeln und ein Gemisch aus Sprengstoff/organischem Lösungsmittel (Binder) herzu stellen, das die gleichen Eigenschaften bezüglich Hand habung, Restfeuchte und Brennbarkeit zeigt wie die Sprengstoff-/Bindergemische, die aus einem Sprengstoff schlamm mit einer Restfeuchte von 5-200% herstellbar sind.

Das bei dieser Arbeitsweise abgetrennte Wasser ist klar und frei von suspendiertem Sprengstoff bis auf den in Wasser entsprechend seiner Löslichkeit vorhandenen An teilen, die durch andere Maßnahmen (z. B. durch Behandeln mit Aktivkohle) entfernt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung wasserhaltiger Sprengstoffschlämme, insbe sondere für deren Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch Umnetzung mit einem organischen Lösungsmittel freige setzt und von dem erhaltenen Gemisch aus Sprengstoff und organi schem Lösungsmittel abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasser haltiger Sprengstoffschlamm, dessen Sprengstoffkompo nente aus TNT, RDX, RDX/Wachs, HMX, HMX/Wachs, TNT/RDX/ Wachs, TNT/HMX/Wachs, TNT/Aluminium, TNT/RDX/Aluminium, PETN, PETN/TNT, Tetryl, Tetryl/Wachs, deren Gemischen oder Gemi schen mit Inertstoffen besteht oder als Nitrocellulosepulver vorliegt, eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sprengstoffschlämme mit 5 bis 200 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Trockensubstanz, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß was serhaltige Sprengstoffschlämme, in denen der Sprengstoff eine Korngröße von 2 bis 2000 µm aufweist, eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umnetzung bei Temperaturen zwischen 20 und 100 °C, aber unter dem Schmelzpunkt des Sprengmittels durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sprengstoffschlamm oder dem organischen Lösungsmittel ein die Umnetzung förderndes oberflächenaktives Mittel zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkeit ein Weichmacher oder Binder, der keine oder geringe Toxizität, geringe Löslichkeit in Wasser und bei Raumtemperatur geringe Flüchtigkeit besitzt und beim Abbrand voll ständig und leicht verbrennt, eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkeit Weichmacher der kunststoffverarbeitenden Indu strie und die bei der Herstellung von PBX üblichen Binder eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher ein Phthalsäureester eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Dibutylphthalat oder Dioctylphthalat eingesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher ein aliphatischer Ester einer Fettsäure eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher ein aliphatischer Ester der Adipinsäure eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkeit Paraffinöl eingesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von Sprengstoff und Lösungsmittel als Granulat oder Paste eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Granulat oder eine Paste mit einer Restfeuchte von weniger als 10%, vorzugsweise von weniger als 3%, eingesetzt wird.

16. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 15 erhaltenen Granu late oder Pasten aus Sprengstoff und organischem Lösungsmittel zur Verbrennung auf Brandplätzen oder in anderen für diese Zwecke geeigneten Einrichtungen.