(57)【要約】【課題】公害を発生させることなく、安全に実施することができる火薬、爆薬類の処理方法を提供する。【解決手段】火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解させる。加熱温度が２５０℃では、ＳＳ分の生成率は、１％よりも低い値となる。即ち、加熱温度を２５０℃とすることによって、水熱処理の所要時間が３０分で９９％以上の分解率が得られる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解することを特徴とする火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項２】
前記溶液は、アルカリ溶液であることを特徴とする請求項１記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項３】
前記アルカリ溶液の酸化還元電位は、低電位に調整されていることを特徴とする請求項２記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項４】
火薬、爆薬類を、該火薬、爆薬類の熱分解温度と、該熱分解温度よりも低い温度との、いずれか一方の処理温度で分解処理し、第１の処理材料を生成する第１の処理工程と、
前記第１の処理材料を、前記火薬、爆薬類の熱分解温度より高い処理温度で分解処理する第２の処理工程と、
を有することを特徴とする火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項５】
前記第１の処理工程の前記処理温度は、１５０℃から１９０℃の温度範囲に含まれることを特徴とする請求項４記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項６】
前記第２の処理工程は、前記火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解させることを特徴とする請求項４又は５に記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項７】
前記加水分解処理後に、前記溶液に含有する前記火薬、爆薬類を湿式触媒酸化させることを特徴とする請求項１、２、又は６に記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【請求項８】
前記火薬、爆薬類は、コンポジット推進薬、もしくは、無煙火薬であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の火薬、爆薬類の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火薬、爆薬類の処理方法に係り、特に、公害を発生させず、安全に実施することができる火薬、爆薬類の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火薬、もしくは爆薬類の一種である推進薬や発射薬等を廃棄処分する際は、前記推進薬及び前記発射薬（以下、廃推進薬と表記する。）を海中に投棄処分する処理方法が実施されてきた。ところが、近年の海上汚染の問題が深刻化するに伴い、廃推進薬を処分する方法としては、陸上における爆発・焼却処分等の処理方法が実施されており、特に、廃推進薬を含む無煙火薬全般は、焼却処分等の処理方法が実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような爆発処分においては、廃推進薬は分解されていない状態で処理されるために、爆発時の騒音や振動の問題があった。さらに、廃推進薬を焼却処分する際は、ダイオキシン類が発生し、大気汚染を引き起こす場合があるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、公害を発生させることなく、安全に実施することができる火薬、爆薬類の処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解することを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、溶液に含まれる火薬、爆薬類は、亜臨界の水熱反応によって加水分解される。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記溶液は、アルカリ溶液であることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、アルカリ溶液に含まれる火薬、爆薬類は、亜臨界の水熱反応によって加水分解される。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、前記アルカリ溶液の酸化還元電位は、低電位に調整されていることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、アルカリ溶液の酸化還元電位は、低電位に調整される。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、火薬、爆薬類を、該火薬、爆薬類の熱分解温度と、該熱分解温度よりも低い温度との、いずれか一方の処理温度で分解処理し、第１の処理材料を生成する第１の処理工程と、前記第１の処理材料を、前記火薬、爆薬類の熱分解温度より高い処理温度で分解処理する第２の処理工程と、を有することを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、火薬、爆薬類は、該火薬、爆薬類の熱分解温度と、該熱分解温度よりも低い温度との、いずれか一方の処理温度で分解処理された後に、さらに、前記火薬、爆薬類の熱分解温度より高い処理温度で分解処理される。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、前記第１の処理工程の処理温度は、１５０℃から１９０℃の温度範囲に含まれることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、第１の処理工程では、火薬、爆薬類は、処理温度が１５０℃から１９０℃の範囲で熱分解される。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、前記第２の処理工程は、前記火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解させることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、第２の処理工程では、火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解させる。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、前記加水分解処理後に、前記溶液に含有する前記火薬、爆薬類を湿式触媒酸化させることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、溶液に含有する火薬、爆薬類は、加水分解処理後に湿式触媒酸化される。
【００１２】
請求項８に記載した発明は、前記火薬、爆薬類は、コンポジット推進薬、もしくは、無煙火薬であることを特徴としている。
この火薬、爆薬類の処理方法によれば、前記火薬、爆薬類として、コンポジット推進薬、もしくは、無煙火薬が採用される。
上記の無煙火薬とは、シングルベース、ダブルベース、又はトリプルベース等の推進薬や発射薬類を意味する。本発明は、無煙火薬の構成成分の種類や構成数を限定するものではない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の火薬、爆薬類の処理方法について詳しく説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明において対象とする火薬、爆薬類には、無煙火薬、黒色火薬、または、過塩素酸塩等を主成分とする火薬類、及びニトロ化合物、ニトロアミン化合物、硝酸エステル化合物、硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩等を主成分とする爆薬類、あるいは前記化合物の混合物等が挙げられるが、特に、以下の実施形態においては、廃推進薬として、ニトロベンゼンとニトロセルロースとから構成されるダブルベース推進薬を用いて説明する。
【００１５】
また、廃推進薬を含有させる溶液として、アルカリ溶液である水酸化ナトリウム溶液を用いて説明する。アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム以外に、水酸化カリウムやリン酸ナトリウム等の水溶性アルカリ塩なども選択可能である。
【００１６】
まず、本発明の処理方法による廃推進薬の加水分解試験を実施した。図１に、廃推進薬の水熱処理時におけるＳＳ（浮遊物質）分の生成特性を示す。水熱処理の条件としては、吸収液として、規定度が１／１０の水酸化ナトリウム水溶液２０ｍｌを使用し、供試料として、ダブルベース推進薬０．４ｇを使用し、また、気相部は、アルゴンガスとした。本条件の上で、１５０℃、２００℃、２５０℃、及び３００℃の４段階の温度条件で、３０分間加熱を行った。
【００１７】
図１より、加熱温度が高くなるにしたがって、有機性であるＳＳ分の生成率が低くなることがわかる。特に、加熱温度が２５０℃では、ＳＳ分の生成率は、１％よりも低い値となる。即ち、加熱温度を２５０℃とすることによって、水熱処理の所要時間が３０分で９９％以上の分解率が得られる。若干残留するＳＳ分は、炭化物であり、すでに推進薬としての性質が消滅しているので、爆発の危険性がなくなっている。
【００１８】
図２に、廃推進薬の水熱処理時におけるＳＳ分の生成特性を示す。水熱処理の条件としては、ほぼ図１に示すＳＳ分の生成特性と同様であるが、図２においては、１５０℃、２００℃、２５０℃、及び３００℃の４段階の温度条件で、６０分間加熱を行った。
【００１９】
図２より、図１と同様に、加熱温度が高くなるにしたがって、有機性であるＳＳ分の生成率が低くなることがわかる。特に、加熱温度が２００℃では、ＳＳ分の生成率は、１％よりも低い値となる。即ち、加熱温度を２００℃とすることによって、水熱処理の所要時間が６０分で９９％以上の分解率が得られる。若干残留するＳＳ分は、炭化物であり、すでに推進薬としての性質が消滅しているので、爆発の危険性がなくなっている。
【００２０】
図１及び図２より、廃推進薬の水熱処理において、加熱温度を高めに設定することで、水熱処理の所要時間を短くすることが可能となり、また、水熱処理の所要時間を長めに設定することで、加熱温度を低くすることが可能となる。しかしながら、図１及び図２のどちらの場合においても、処理温度が１５０〜３００℃の範囲で、かつ、処理時間が３０〜６０分の条件によって、廃推進薬の性質を消滅させることが可能となる。なお、廃推進薬を含有させる溶液として、水溶液を採用した場合においても、同様の結果が得られた。
【００２１】
図３に、廃推進薬の水熱処理時における酸化還元電位を示す。水熱処理の条件としては、図１と同様であり、本条件の上で、１５０℃、２００℃、２５０℃、及び３００℃の４段階の温度条件で、３０分間加熱を行った。図中Ａ点は、水熱処理前の酸化還元電位を示す。
【００２２】
図３より、図中Ａ点においては、水熱処理前であるため酸化還元電位が低い状態であり、還元性を示しているが、水熱処理を実施すると、酸化還元電位が上昇することがわかる。しかしながら、加熱温度を高く設定すると、酸化還元電位は低くなり、アルカリ溶液は、還元性を示す。即ち、廃推進薬は、より効率良く分解され、アルカリ溶液中に溶失されていることを示している。
【００２３】
図４に、廃推進薬の水熱処理時における酸化還元電位を示す。水熱処理の条件としては、図２と同様であり、本条件の上で、１５０℃、２００℃、２５０℃、及び３００℃の４段階の温度条件で、６０分間加熱を行った。図中Ｂ点は、水熱処理前の酸化還元電位を示す。
【００２４】
図４より、図中Ｂ点においては、水熱処理前であるため酸化還元電位が低い状態であり、還元性を示しているが、水熱処理を実施すると、酸化還元電位が上昇することがわかる。また、図３と同様に、加熱温度を高く設定すると、酸化還元電位は低くなり、アルカリ溶液は、還元性を示す。即ち、廃推進薬は、より効率良く分解され、アルカリ溶液中に溶失されていることを示している。
【００２５】
図３及び図４より、処理温度が１５０〜３００℃の範囲で、かつ、処理時間が３０〜６０分の条件での廃推進薬の水熱処理において、加熱温度を高めに設定することで、加水分解を効率良く行うことが可能となる。また、水熱処理前の酸化還元電位を考慮すると、アルカリ溶液の濃度を適宜調整して、酸化還元電位を予め低電位に調整することで、さらに効率良く加水分解を行うことが可能となる。なお、廃推進薬を含有させる溶液として、水溶液を採用した場合においても、同様の結果が得られた。
【００２６】
次に、本発明の処理方法による廃推進薬の湿式触媒酸化試験を実施した。湿式触媒酸化の条件としては、図１から図４に示した水熱処理を実施したアルカリ溶液に対して、１８０〜２００℃の温度条件で、１０〜６０分間加熱を行った。触媒は、チタンや、粒状もしくはペレット状のチタニア、及びアルミナに、ルテニウム、パラジウム等の貴金属を担持したもの、さらに、白金、ゼオライト、火山灰等を用いることができるが、本実施形態では、チタニア系の触媒を採用した。
【００２７】
廃推進薬を含有したアルカリ溶液に対する湿式触媒酸化の処理前と処理後において、有機物含有量の指標であるＣＯＤ（化学的酸素要求量）値を比較した。湿式触媒酸化処理前のクロムのＣＯＤ値は、約６０００ｐｐｍであるのに対して、処理後のＣＯＤ値は、約１００ｐｐｍであった。また、湿式触媒酸化処理前のマンガンのＣＯＤ値は、約２４００ｐｐｍであるのに対して、処理後のＣＯＤ値は、約３０ｐｐｍであった。
【００２８】
即ち、湿式触媒酸化を実施することによって、有機物が減少しているので、廃推進薬の性質をさらに消滅させることがわかる。また、湿式触媒酸化を実施することにより、炭酸ガスや窒素ガス等の無機ガスを排出させる効果もある。なお、廃推進薬を含有させる溶液として、水溶液を採用した場合においても、同様の結果が得られた。
【００２９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態においては、廃推進薬として、コンポジット推進薬を用いて説明する。該コンポジット推進薬の酸化剤は、過塩素酸アンモニウムである。また、第１の実施形態と同様に、廃推進薬を含有させる溶液は、アルカリ溶液である水酸化ナトリウム溶液とする。アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム以外に、水酸化カリウムやリン酸ナトリウム等の水溶性アルカリ塩等が選択可能である。
【００３０】
図５に、廃推進薬の水熱処理時における酸化還元電位を示す。水熱処理の条件としては、第１の実施形態と同様に、吸収液として、規定度が１／１０の水酸化ナトリウム水溶液２０ｍｌを使用し、供試料として、コンポジット推進薬０．４ｇを使用し、また、気相部は、アルゴンガスとした。本条件の上で、２５０℃、３００℃、及び３５０℃の３段階の温度条件で、６０分間加熱を行った。図中Ｃ点は、それぞれ水熱処理前の酸化還元電位を示す。
【００３１】
図５より、図中Ｃ点においては、水熱処理前であるため酸化還元電位が低い状態であり、還元性を示しているが、水熱処理を実施すると、酸化還元電位が上昇することがわかる。しかしながら、加熱温度を高く設定すると、酸化還元電位は低くなり、アルカリ溶液は、還元性を示す。即ち、第１の実施形態と同様に、廃推進薬は、より効率良く分解され、アルカリ溶液中に溶失されていることを示している。
【００３２】
したがって、処理温度が２５０〜３５０℃の範囲で、かつ、処理時間が６０分の条件での廃推進薬の水熱処理において、加熱温度を高めに設定することで、加水分解を効率良く行うことが可能となる。また、水熱処理前の酸化還元電位を考慮すると、アルカリ溶液の濃度を適宜調整して、酸化還元電位を予め低電位に調整することで、さらに効率良く加水分解を行うことが可能となる。
なお、廃推進薬を含有させる溶液として、水溶液を採用した場合においても、同様の結果が得られた。
【００３３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態においては、第１及び第２の実施形態で廃推進薬に加水分解処理のみを実施したのに対して、加水分解処理前に、廃推進薬に、該廃推進薬の熱分解温度より低い温度で熱分解処理する第１の処理工程を施し、第１の処理工程後に、さらに、亜臨界の水熱反応を発生させて加水分解処理する第２の処理工程を実施することを特徴としている。
【００３４】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、廃推進薬としては、ニトロベンゼンとニトロセルロースとから構成されるダブルベース推進薬とし、また、廃推進薬を含有させる溶液として、アルカリ溶液である水酸化ナトリウム溶液を用いて説明する。
【００３５】
図６に、廃推進薬の分解処理時間に対する、処理温度と圧力の推移を示す。分解処理の条件としては、吸収液として、規定度が１／１０の水酸化ナトリウム水溶液２０ｍｌを使用し、供試料として、ダブルベース推進薬２．０ｇを使用し、また、気相部は、アルゴンガスとした。
【００３６】
まず、本条件の上で、廃推進薬に熱分解試験を実施した。昇温速度を５分とし、１５０、１６０、１７０、１８０、及び１９０℃の５段階の温度条件で、３０分間加熱を行った。熱分解試験後、連続して亜臨界温度２３０℃まで昇温させて加水分解試験を実施した。
【００３７】
図６より、圧力値は、温度が熱分解処理の設定温度まで昇温させるに伴い、緩やかに上昇する。処理時間が２５分間を超えると、温度と共に圧力値も安定し、さらに、熱分解処理後、加水分解処理の設定温度まで昇温させるに伴い、圧力値は、緩やかに上昇し、安定化に入る。このように、圧力値の変動傾向は、熱分解処理時の温度設定範囲が１５０℃から１９０℃の間で一定である。したがって、通常、廃推進薬の処理の際に懸念される、急激な圧力上昇が抑えられており、安全に廃推進薬の処理を実施することが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更も加え得ることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、溶液に含まれる火薬、爆薬類は、亜臨界の水熱反応によって加水分解されるので、公害を発生させることなく、安全に火薬、爆薬類の処理を実施することが可能となる。
【００４０】
請求項２に記載した発明によれば、アルカリ溶液に含まれる火薬、爆薬類は、亜臨界の水熱反応によって加水分解されるので、公害を発生させることなく、安全に火薬、爆薬類の処理を実施することが可能となる。
【００４１】
請求項３に記載した発明によれば、アルカリ溶液の酸化還元電位は、低電位に調整されるので、効率良く加水分解を行うことが可能となる。
【００４２】
請求項４に記載した発明によれば、火薬、爆薬類は、該火薬、爆薬類の熱分解温度と、該熱分解温度よりも低い温度との、いずれか一方の処理温度で分解処理された後に、さらに、前記火薬、爆薬類の熱分解温度より高い処理温度で分解処理されるので、急激な圧力上昇が抑えられ、安全に廃推進薬の処理を実施することが可能となる。
【００４３】
請求項５に記載した発明によれば、第１の処理工程では、火薬、爆薬類は、処理温度が１５０℃から１９０℃の範囲で熱分解されるので、さらに効率良く処理時の圧力上昇を抑えることが可能となる。
【００４４】
請求項６に記載した発明によれば、第２の処理工程では、火薬、爆薬類を含有する溶液に亜臨界の水熱反応を発生させ、前記火薬、爆薬類を加水分解させるので、さらに、効率良く火薬、爆薬類の処理を実施することが可能となる。
【００４５】
請求項７に記載した発明によれば、溶液に含有する火薬、爆薬類は、加水分解処理後に湿式触媒酸化されるので、有機物、即ち、廃推進薬の性質をさらに消滅させることが可能となる。また、湿式触媒酸化を実施することにより、炭酸ガスや窒素ガス等の無機ガスを排出させることも可能となる。
【００４６】
請求項８に記載した発明によれば、前記火薬、爆薬類として、コンポジット推進薬、もしくは、無煙火薬が採用されるので、廃棄処分を行う火薬、爆薬類として、特に、ダブルベース推進薬、もしくは、コンポジット推進薬を、公害を発生させることなく、安全に処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第１の実施形態における、廃推進薬の水熱処理時における加熱温度とＳＳ分の生成特性（加熱時間３０分）との関係図である。
【図２】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第１の実施形態における、廃推進薬の水熱処理時における加熱温度とＳＳ分の生成特性（加熱時間６０分）との関係図である。
【図３】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第１の実施形態における、廃推進薬の水熱処理時における加熱温度と酸化還元電位（加熱時間３０分）との関係図である。
【図４】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第１の実施形態における、廃推進薬の水熱処理時における加熱温度と酸化還元電位（加熱時間６０分）との関係図である。
【図５】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第２の実施形態における、廃推進薬の水熱処理時における加熱温度と酸化還元電位（加熱時間６０分）との関係図である。
【図６】本発明の火薬、爆薬類の処理方法の第３の実施形態における、廃推進薬の熱分解及び加水分解処理時における処理時間と、加熱温度及び圧力との関係図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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