DE3642850C1 - Verfahren zur Herstellung von partikelfoermigem Ammoniumnitrat fuer feste Treib- oder Explosivstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von partikelförmigem Ammoniumnitrat zur Verwendung als Oxidator in festen Treib- oder Explosivstoffen, indem ein festes Gemisch von Ammoniumnitrat und Zusätzen zur Phasenstabilisierung, z. B. Kupfer- und/oder Nickeloxid, aufgeschmolzen und zur Umsetzung gebracht, die Schmelze durch Abziehen zerstäubt wird und die Schmelzpartikel in einem Kühlgas-Sinkstrom zur Erstarrung gebracht werden.

Das vorgenannte Verfahren und eine zu seiner Durchführung dienende Vorrichtung sind bekannt (DE-OS 33 18 652). Bei diesem Verfahren werden die aus einem Schmelzgefäß abgezogenen und zerstäubten Schmelzpartikel in eine langsame Sinkbewegung dadurch gebracht, daß das Kühlgas in zwei Teilströmen zugeführt wird, von denen einer unmittelbar unterhalb der Zerstäubungsdüse tangential auf den austreten­ den Schmelzpartikelstrahl einwirkt, während achsparallel zur Zerstäubungsachse eine weitere Kühlgasfront zugeführt wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, kugelige Partikel bei breiter Kornverteilung zur Erzielung einer hohen Schüttgutdichte bei gleichzeitig hoher Einzelkorn­ dichte zu erhalten. Dieses Verfahren würde sich auch für die Herstellung kugelförmiger Ammoniumnitrat-Partikel zur Verwendung als Oxidator in Festtreibstoffen, Treib­ ladungspulvern oder Explosivstoffen eignen. Für diesen Anwendungszweck müssen dem Ammoniumnitrat Phasenstabilisa­ toren oder Abbrandkatalysatoren zugegeben werden, die aus Metalloxiden, insbesondere Kupfer- oder Nickeloxid be­ stehen. Das Aufschmelzen dieser beiden Feststoffe und die reaktive Umsetzung der Metalloxide, erfordert eine erhebliche lange Aufheizzeit, die wiederum die Gefahr der Selbstzer­ setzung der überhitzten Schmelze mit sich bringt. Dabei besteht weiterhin eine beträchtliche Explosionsgefahr, die dazu zwingt, die Menge der Schmelze und damit die Dimensionierung des Schmelzapparates so klein als möglich zu halten, um bei einem nicht auszuschließenden Unfallereig­ nis den Schaden gering zu halten. Dadurch ist auch der Produktumsatz entsprechend gering, was das Verfahren für industrielle Zwecke ungeeignet macht. Hinzu kommt, daß eine kontinuierliche Zugabe der Ausgangskomponenten nicht möglich ist, da die schwereren Metalloxide in der Schmelze absinken und zu Störungen bei der Zerstäubung führen würden. Auch ist eine reproduzierbare Umsetzung von reinem Ammoniumnitrat und Phasenstabilisatoren nicht gewährleistet. Die reaktive Umsetzung (Komplexbildung) erfolgt unvollständig bzw. erfordert Umsetzungszeiten von mehreren Stunden. Dabei tritt wiederum verstärkt thermische Zersetzung des Ammoniumnitrats auf. Aus diesem Grunde läßt sich das Verfahren nur chargenweise durchführen mit dem Nachteil langer Anfahrphasen zum Aufschmelzen und Umsetzen der Feststoffe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine für die industrielle Herstellung von Ammoniumnitrat ausreichend hohe Mengenleistung erreicht, zugleich aber die Unfallgefahr auf ein Minimum reduziert und die thermi­ sche Zersetzung von Ammoniumnitrat vermieden bzw. minimiert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Lösungsgedanken der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schmelze in mehreren kleinen, räumlich getrennt untergebrachten Chargen nach­ einander hergestellt, die Schmelze jeder Charge einem gemeinsamen Sprühgefäß zugeführt und zerstäubt und allen Chargen das Gemisch zyklisch zugeführt wird.

Dadurch, daß erfindungsgemäß eine Vielzahl kleiner Schmelz­ chargen vorgesehen wird, ist das Unfallrisiko auf eine solche einzelne kleine Charge beschränkt. Durch die weitere Maßnahme der räumlich getrennten Unterbringung der Chargen ist gewährleistet, daß das Unfallereignis nicht auf andere Chargen übergreift. Gleichwohl ist ein quasi-kontinuier­ liches Verfahren mit entsprechend hohem produktumsatz, der sich aus der Summe der Einzelchargen ergibt, möglich. Die Kontinuität des Verfahrens wird noch dadurch optimiert, daß das feste Ausgangsgemisch den Chargen zyklisch zuge­ führt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner möglich, unterschiedlichen Umsetzungszeiten bei verschiedenen Reaktionspartnern und/oder Korngrößen der Reaktionspartner durch entsprechende Steuerung der Einzelchargen Rechnung zu tragen. Schließlich können die einzelnen Schmelzgefäße in widerstandsfähigen Gebäudeteilen untergebracht werden, so daß Anlageschäden durch Explosion einer einzelnen Charge eng begrenzt gehalten werden können.

Ein anderer Lösungsgedanke der Erfindung geht von dem eingangs genannten Verfahren aus, bei dem jedoch statt eines Metalloxids ein Metall (Ni oder Cu)-Aminkomplex eingesetzt wird. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß dahingehend weiterentwickelt, daß in einer Vorstufe ein Metall (Ni,Cu)- Aminkomplex in wäßriger Phase separat hergestellt und getrocknet, mit dem festen Ammoniumnitrat und dem Nickel­ nitrat und/oder Kupfernitrat gemischt, die Mischung aufge­ schmolzen und schließlich die Schmelze zerstäubt wird.

Bei diesem Verfahren wird also die Metallkomplexbildung in eine Vorstufe in wässriger Phase verlagert. Dieser Umsatz ist problemlos durchzuführen. Der erhaltene ge­ trocknete Amin-Metallkomplex wird dann mit dem festen Ammoniumnitrat und den Metallnitraten gemischt. Bei Auf­ schmelzen bildet sich ein Eutektikum von Ammoniumnitrat und Metallkomplex, das eine nur sehr kurze effektive Aufschmelzzeit benötigt. Es entfallen somit die beim erstgenannten Verfahren relativ langen Reaktionszeiten im Schmelzprozeß, insbesondere wird jegliche Gefahr der Überhitzung der Schmelze vermieden. Durch die geringe Aufheizzeit ergibt sich auch bei einer chargenweisen Verarbeitung ein gegenüber dem bekannten Verfahren wesent­ lich höherer Durchsatz mit einer bis zum Zehnfachen höheren Tagesleistung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorgenannten Verfahrens ist vorgesehen, daß der Nickel- und/oder Kupfergehalt bzw. der Metall/Amin-Komplex-Gehalt des Endprodukts durch das Mischungsverhältnis von Ammoniumnitrat, Metallnitrat und Metall/Amin-Komplex so eingestellt wird, daß der Endgehalt an Metall zwischen 1 und 5% liegt. Bei diesem Verfahren liegen beide Komponenten in trockener fester Form vor. Dies gibt die Möglichkeit, das Gemisch der Schmelze nach Maßgabe der für die Zerstäubung abgezogenen Menge kontinuierlich zuzudosieren. Da im Gegensatz zu dem Verfahren nach dem ersten Lösungsgedanken der Erfindung die spezifischen Gewichte des Metallkomplexes und des reinen Ammoniumnitrats nicht sehr unterschiedlich sind, besteht beim kontinuierlichen Zudosieren nicht die Gefahr, daß sich das Gemisch aufgrund unterschiedlicher Sinkge­ schwindigkeit in der Schmelze trennt. Im übrigen kann die Mischung während des gesamten Schmelz-Sprühvorgangs gerührt werden, um eine homogene Mischung zu gewährleisten.

Schließlich ist es erfindungsgemäß möglich, auch bei dem zuvor beschriebenen Verfahren das Gemisch aus Metall­ komplex, Nickel- und/oder Kupfernitrat und reinem Ammonium­ nitrat in mehreren kleinen, räumlich getrennt untergebrach­ ten Chargen herzustellen und die Schmelze jeder Charge für sich oder in kontinuierlicher Folge zu zerstäuben.

Damit läßt sich ein größtmöglicher Produktumsatz bei zugleich größtem Sicherheitsfaktor in einem Schmelz-/Zer­ stäubungsgefäß kleinster Abmessung erzielen.

Dieses kombinierte Verfahren ist in dem beigefügten Fließ­ bild, das aus sich heraus verständlich ist, schematisch gezeigt.

Beispiel 1: Herstellung des Metall/Ammoniumnitrat-Komplexes

50 kg Ni(NO₃)₂ werden in 45 kg Wasser gelöst und mit 130 l wäßriger NH₃-Lösung (25%ig) zur Reaktion gebracht unter gleichzeitiger Kühlung mit Eiswasser. Der sich bildende Niederschlag (Ni-Komplex) wird abgetrennt, ge­ waschen und getrocknet.

Zur Aufschmelzung und Zerstäubung werden Rohammoniumnitrat, Nickelnitrat und Metall/Ammoniumnitrat-Komplex im gewünsch­ ten Verhältnis zur Einstellung eines entsprechenden Nickel­ gehalts im Endprodukt (z. B. 1 bis 5% Nickelgehalt) ge­ mischt.

Beispiel 2: Herstellung eines phasenstabilisierten Ammo­ niumnitrats durch Mischung der Komponenten

Zur Herstellung eines phasenstabilisierten Ammoniumnitrats mit einem Endgehalt von 2,18% Nickel (entsprechend 3% Ni₂O₃) werden 4,65 Teile Nickel-Tetraminkomplex mit 5,38 Teile Nickel-Nitrat-Hexahydrat und 91,96 Teile Ammonium­ nitrat gemischt. Das Gemisch hat einen Schmelzpunkt von 130 bis 160°C.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von partikelförmigem Ammonium­ nitrat zur Verwendung als Oxidator in festen Treib- oder Explosivstoffen, indem ein festes Gemisch von Ammoniumnitrat mit Zusätzen zur Phasenstabilisierung, z. B. Kupfer- und/oder Nickeloxid, aufgeschmolzen und zur Umsetzung gebracht wird, die Schmelze durch Abziehen zerstäubt wird und die Schmelzpartikel in einem Kühlgas-Sinkstrom zur Erstarrung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in mehreren kleinen, räumlich getrennt untergebrachten Chargen nacheinander hergestellt, die Schmelze jeder Charge einem gemeinsamen Sprühgefäß zugeführt und zerstäubt und allen Chargen das Gemisch zyklisch zugeführt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von partikelförmigem Ammonium­ nitrat zur Verwendung als Oxidator in festen Treib- oder Explosivstoffen, indem ein Gemisch von festem Ammoniumnitrat und Zusätzen zur Pasenstabilisierung, z. B. Nickelnitrat und/oder Kupfernitrat, aufgeschmolzen, die Schmelze durch Abziehen zerstäubt wird und die Schmelzpartikel in einem Kühlgas-Sinkstrom zum Erstarren gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorstufe ein Metall (Ni,Cu)-Aminkomplex in wäßriger Phase separat hergestellt und getrocknet, mit dem festen Ammoniumnitrat und dem Nickelnitrat und/oder Kupfernitrat gemischt, die Mischung aufgeschmolzen und schließlich die Schmelze zerstäubt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel- und/oder Kupfergehalt bzw. der Metall/- Amin-Komplex-Gehalt des Endprodukts durch das Mischungs­ verhältnis von Ammoniumnitrat, Metallnitrat und Metall/- Amin-Komplex so eingestellt wird, daß der Endgehalt an Metall zwischen 1 und 5% liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Metallkomplex, Nickelnitrat und reinem Ammoniumnitrat der Schmelze nach Maßgabe der für die Zerstäubung abgezogenen Menge kontinuierlich zudosiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Metallkomplex, Nickelnitrat und reinem Ammoniumnitrat in mehreren kleinen, räumlich getrennt untergebrachten Chargen hergestellt und die Schmelze jeder Charge für sich oder in kontinuierlicher Folge zerstäubt wird.