RU2082704C1

RU2082704C1 - Solid fuel composition

Info

Publication number: RU2082704C1
Application number: RU94025995A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Кутузов; Б.Н. Кукиб; В.В. Галкин; В.А. Белин
Original assignee: Московский государственный горный университет
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1997-06-27
Also published as: RU94025995A

Abstract

FIELD: explosive work, more particularly utilization of mixed solid rocket fuels. SUBSTANCE: claimed composition comprises, wt-%: mixed solid rocket fuels, 25.94-64.07; sodium nitrate, 8.44-27.78; 0.48-1.01 polyacryl amide, 0.48-1.01; 11.11-23.72 water, 11.11-23.72; and ammonium nitrate, the balance. EFFECT: improved properties. 1 tbl

Description

Изобретение относится к утилизации смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ), снятых с вооружения по истечении срока службы, замене на более совершенные, конверсионным причинам и т.д. The invention relates to the disposal of mixed solid rocket fuels (STRT), taken out of service at the end of its service life, replacing with more advanced, conversion reasons, etc.

Известны широко применяемые твердотопливные составы (Паушкин Я.М. Жидкие и твердые химические ракетные топлива. АН СССР ордена Ленина институт химической физики, М. Наука, М. 1978, с. 73), в которые могут входить:
60 70% перхлората аммония или других окислителей, в том числе октогена; 10 15% каучукообразной связки; 5 10% пластификаторов или нитропластификаторов; 10 20% алюминиевого порошка; 0,1 1% твердых или жидких катализаторов горения; 0,5 2% отвердителя и различные технологические добавки.Widely used solid-fuel compositions are known (Y. M. Paushkin, Liquid and solid chemical rocket fuels. Academy of Sciences of the USSR Academy of Sciences of the USSR Institute of Chemical Physics, M. Nauka, M. 1978, p. 73), which may include:
60 70% ammonium perchlorate or other oxidizing agents, including HMX; 10 15% rubbery ligaments; 5 10% plasticizers or nitro plasticizers; 10 20% aluminum powder; 0.1 1% solid or liquid combustion catalysts; 0.5 2% hardener and various processing aids.

Недостатком этих составов СТРТ является сложность утилизации. Поэтому после снятия с вооружения они, как правило, подлежат уничтожению или сжиганием. При этом выделяется большое количество хлора и(или) хлористого водорода, которые наносят ущерб окружающей среде и требуют особых мер по технике безопасности. The disadvantage of these STRT compositions is the difficulty of disposal. Therefore, after removal from service, they are usually subject to destruction or burning. At the same time, a large amount of chlorine and (or) hydrogen chloride is released, which damage the environment and require special safety measures.

По качественному составу наиболее близок к заявленному состав (см. патент США N 3925123, кл. 149-60, опубл. 1975), имеющий следующее соотношение компонентов, мас,
Нитрат натрия 15.22
Нитрат аммония 33.42
Вода 20.35
Загуститель (полиакриламид) 0,1
Алюминий 4.8,5
Горючее (карбамид) 20
Сера 3.4
Указанный состав имеет низкую теплоту взрыва (2000.3000 кДж/кг), что при плотности состава 1,15.1,31 кг/дм³ соответствует объемной энергии всего лишь 2300.3930 кДж/дм³. Кроме того, при его взрыве выделяется обладающая повышенной токсичностью двуокись серы (сернистый ангидрид). Наличие в составе мелкодисперсного алюминия обуславливает особые требования к хранению готового состава и снижает срок хранения, т.к. алюминий взаимодействует с водой, окисляется в выделяется водород, а также приводит к увеличению стоимости состава.The quality composition is closest to the claimed composition (see US patent N 3925123, CL 149-60, publ. 1975), having the following ratio of components, wt.
Sodium Nitrate 15.22
Ammonium nitrate 33.42
Water 20.35
Thickener (polyacrylamide) 0.1
Aluminum 4.8.5
Fuel (urea) 20
Sulfur 3.4
The specified composition has a low heat of explosion (2000.3000 kJ / kg), which with a density of 1.15.1.31 kg / dm ³ corresponds to a volumetric energy of only 2300.3930 kJ / dm ³ . In addition, during its explosion, sulfur dioxide (sulphurous anhydride), which is highly toxic, is released. The presence of finely dispersed aluminum stipulates special storage requirements for the finished composition and reduces the shelf life, because aluminum interacts with water, oxidizes to hydrogen, and also leads to an increase in the cost of the composition.

Задачей изобретения является утилизация снятых с вооружения СТРТ с одновременным повышением взрывчато-технических характеристик состава, в частности теплоты взрыва, плотности и объемной концентрации энергии, при улучшении экологических характеристик продуктов взрыва состава и условий хранения. The objective of the invention is the disposal of decommissioned STRT with a simultaneous increase in explosive and technical characteristics of the composition, in particular the heat of the explosion, density and volumetric energy concentration, while improving the environmental characteristics of the explosion products of the composition and storage conditions.

Указанная задача решается тем, что известный состав, включающий энергетическую добавку, нитрат натрия, полиакриламид, воду и нитрат аммония, согласно изобретению, в качестве энергетической добавки содержит смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ) при следующем соотношении компонентов, мас. This problem is solved in that the known composition, including an energy additive, sodium nitrate, polyacrylamide, water and ammonium nitrate, according to the invention, as an energy additive contains mixed solid rocket fuel (STRT) in the following ratio of components, wt.

СТРТ 25,94.64,07
Нитрат натрия 8,44.27,78
Полиакриламид 0,48.1,01
Вода 11,11.23,72
Нитрат аммония Остальное
Наличие в составе СТРТ перхлората аммония и октогена предопределяют их высокую чувствительность к тепловым механическим воздействиям и токсичность. По этим причинам снятые с вооружения СТРТ не могут самостоятельно использоваться в качестве взрывчатых составов без дополнительной переработки. В то же время водоустойчивость и высокие энергетические характеристики (теплота взрыва на уровне алюмотола) и параметры детонации (скорость детонации равна 7 км/с) СТРТ представляют большой практический интерес для использования их в качестве компонента взрывчатых составов.STRT 25.94.64.07
Sodium Nitrate 8.44.27.78
Polyacrylamide 0.48.1.01
Water 11.11.23.72
Ammonium nitrate rest
The presence of ammonium perchlorate and octogen in STRT determines their high sensitivity to thermal mechanical stresses and toxicity. For these reasons, STRT retired weapons cannot be used independently as explosive compositions without additional processing. At the same time, water resistance and high energy characteristics (heat of explosion at the level of aluminotol) and detonation parameters (detonation speed is 7 km / s) STRT are of great practical interest for using them as a component of explosive compositions.

Содержащийся в СТРТ алюминий закапсюлирован в частицах продукта, поэтому практически отсутствует возможность контакта и реакции алюминия с водой, что увеличивает срок хранения твердотопливного состава и снижает требования к условиям хранения. The aluminum contained in STRT is encapsulated in the product particles, therefore, there is practically no possibility of contact and reaction of aluminum with water, which increases the shelf life of the solid fuel composition and reduces the requirements for storage conditions.

Стоимость снятых с вооружения и ликвидируемых СТРТ определяется стоимостью перевозки и стоимостью уничтожения или переработки для использования в промышленности. The cost of decommissioned and liquidated STRT is determined by the cost of transportation and the cost of destruction or processing for use in industry.

Безотказность действия, повышение взрывчато-технических характеристик, в частности теплоты взрыва, плотности и объемной концентрации энергии, экологическая чистота продуктов взрыва обеспечиваются указанными ингредиентами и их содержанием в составе. Reliability of action, increase of explosive and technical characteristics, in particular heat of explosion, density and volume concentration of energy, ecological purity of explosion products are provided by the indicated ingredients and their content in the composition.

Это позволяет утилизировать снятые с вооружения СТРТ за счет их использования в качестве энергетической добавки в твердотопливном составе и решить задачу изобретения. This allows you to dispose of decommissioned STRT due to their use as an energy additive in solid fuel composition and solve the problem of the invention.

Для получения предложенного твердотопливного состава использовались компоненты следующих типов:
СТРТ снятие с вооружения топлива трех различных марок, содержание перхлората аммония в которых составляло 45, 55 и 70 мас.To obtain the proposed solid fuel composition, the following types of components were used:
STRT the removal of three different grades of fuel from the armament, the content of ammonium perchlorate in which was 45, 55 and 70 wt.

нитрат натрия по ГОСТ 828-777;
полиакриламид по ОСТ 95-284-82, или ТУ 6-16-1759-72, или ТУ 6-16-2531-72 или ТУ 6-16-153-73, или полиакриламид гель технический по ТУ 6-01-1049-81;
вода питьевая по ГОСТ 2874-82 или вода пожарохозяйственного назначения без механических примесей с pH 6,5.7;
нитрат аммония по ГОСТ 2-85.sodium nitrate according to GOST 828-777;
polyacrylamide according to OST 95-284-82, or TU 6-16-1759-72, or TU 6-16-2531-72 or TU 6-16-153-73, or polyacrylamide gel technical according to TU 6-01-1049- 81;
drinking water according to GOST 2874-82 or firefighting water without mechanical impurities with a pH of 6.5.7;
ammonium nitrate according to GOST 2-85.

Примеры предлагаемого твердотопливного состава в сравнении с прототипом приведены в таблице. Examples of the proposed solid fuel composition in comparison with the prototype are shown in the table.

Из таблицы следует
1. Содержание СТРТ в составе должно быть 25,94.64,07 мас. (обр.1.18). При меньшем содержании СТРТ снижаются энергетические показатели и ухудшаются детонационные характеристики.From the table follows
1. The content of STRT in the composition should be 25.94.64.07 wt. (Sample 1.18). With a lower content of STRT, energy indices decrease and detonation characteristics deteriorate.

При большем содержании СТРТ состав будет недостаточно флегматизирован, так как воды будет мало для заполнения раствором нитрата натрия пространства между частицами СТРТ даже при объемной плотности упаковки частиц СТРТ, равной 0,73, которая является практически максимально возможной (обр.23). With a higher content of STRT, the composition will not be sufficiently phlegmatized, since there will be little water to fill the space between the STRT particles with a sodium nitrate solution even with a bulk density of packing of STRT particles equal to 0.73, which is practically the maximum possible (Sample 23).

Поскольку по комплексу характеристик различные марки СТРТ практически одинаковы, они являются взаимозаменяемыми ингредиентами в качестве энергетической добавки в предложенном составе. Since, according to the set of characteristics, the various brands of STRT are almost identical, they are interchangeable ingredients as an energy additive in the proposed composition.

2. Содержание нитрата натрия в составе соответствует 8,44.27,78 мас. (обр. 1 и 14) и подбирается таким образом, чтобы исключить выделение в продуктах взрыва хлористого водорода и(или) хлора. При меньшем содержании нитрата натрия также ухудшается кислородный баланс состава (обр.28). Большее содержание нитрата натрия потребует уменьшения количества воды ниже допустимого предела (обр.19, 21 и 26) или соответствующего уменьшения СТРТ. 2. The content of sodium nitrate in the composition corresponds to 8.44.27.78 wt. (samples 1 and 14) and is selected in such a way as to exclude the release of hydrogen chloride and (or) chlorine in the explosion products. With a lower content of sodium nitrate, the oxygen balance of the composition also deteriorates (Sample 28). A higher content of sodium nitrate will require a reduction in the amount of water below the allowable limit (Samples 19, 21 and 26) or a corresponding decrease in STRT.

3. Содержание воды в составе составляет 11,11.23,72 мас. (обр.11 и 10) и устанавливается из условия поддержания степени заполнения раствором нитрата натрия пространства между частицами СТРТ равной 1, что обеспечивает физическую стабильность состава на весь срок хранения, требуемые детонационные характеристики и чувствительность к механическим и тепловым воздействиям. При меньшем содержании воды (обр.19.27) состав будет недостаточно флегматизирован, а при большем резко ухудшится передача детонации внутри заряда, снизятся энергетические характеристики состава. Это соотношение справедливо при любой объемной плотности упаковки частиц СТРТ. 3. The water content in the composition is 11.11.23.72 wt. (Samples 11 and 10) and is established from the condition of maintaining the degree of filling with sodium nitrate solution the space between the STRT particles equal to 1, which ensures physical stability of the composition for the entire storage period, the required detonation characteristics and sensitivity to mechanical and thermal influences. With a lower water content (Sample 19.27), the composition will not be sufficiently phlegmatized, and with a larger detonation transfer inside the charge will sharply worsen, and the energy characteristics of the composition will decrease. This ratio is valid for any bulk density of packing of particles of STRT.

4. Содержание полиакриламида в составе 0,48.1,01 мас. (обр.11, 17 и 1) определяется содержанием воды. При этом меньшее содержание загустителя приведет к резкому усложнению технологии приготовления состава или снижению его физической стабильности, а большее нецелесообразно экономически и ухудшит характеристики состава. 4. The content of polyacrylamide in the composition of 0.48.1.01 wt. (Samples 11, 17 and 1) is determined by the water content. At the same time, a lower content of the thickener will lead to a sharp complication of the technology for preparing the composition or a decrease in its physical stability, and a larger one is not economically feasible and will worsen the characteristics of the composition.

Действие полиакриламида в предлагаемом составе идентично другим загустителям, например натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Поэтому эти компонены взаимозаменяемы. The action of polyacrylamide in the proposed composition is identical to other thickeners, for example, sodium salt of carboxymethyl cellulose. Therefore, these components are interchangeable.

5. Содержание нитрата аммония не должно превышать 45,26 мас. (обр.1) так как дальнейшее его увеличение приведет к снижению взрывчато-технических и детонационных характеристик состава. При этом суммарное содержание нитрата аммония и нитрата натрия должно быть 19,88.55,60 мас. (обр.16 и 4). 5. The content of ammonium nitrate should not exceed 45.26 wt. (Sample 1) since its further increase will lead to a decrease in the explosive-technical and detonation characteristics of the composition. In this case, the total content of ammonium nitrate and sodium nitrate should be 19.88.55.60 wt. (Samples 16 and 4).

6. Предложенный твердотопливный состав по токсичности (кислородный баланс +0,9.-16,6% объем окиси углерода в продуктах взрыва 0.119 л/кг) не уступает прототипу (кислородный баланс -9.-13% объем более токсичной двуокиси серы 21.30 л/кг), несколько уступает прототипу по объему газов взрыва (601.846 л/кг против 750.850 л/кг у прототипа) и находится на уровне большинства известных смесей по этому показателю. 6. The proposed solid fuel composition in terms of toxicity (oxygen balance + 0.9.-16.6% volume of carbon monoxide in the explosion products 0.119 l / kg) is not inferior to the prototype (oxygen balance -9.-13% volume of more toxic sulfur dioxide 21.30 l / kg), slightly inferior to the prototype in terms of the volume of explosion gases (601.846 l / kg versus 750.850 l / kg for the prototype) and is at the level of most known mixtures for this indicator.

Однако состав имеет взрывчато-технические характеристики, которые существенно выше, чем у прототипа: теплота взрыва 3905.5896 кДж/кг и 2000.3000 кДж/кг, плотность 1,54.1,74 кг/дм³ и 1,15.1,31 кг/дм³, объемная концентрация энергии 6015.10209 кДж/дм³ у предложенного состава и прототипа соответственно. Эти характеристики значительно превосходят соответствующие характеристики у других используемых для этих целей составов.However, the composition has explosive and technical characteristics that are significantly higher than that of the prototype: heat of explosion of 3905.5896 kJ / kg and 2000.3000 kJ / kg, density 1.54.1.74 kg / dm ³ and 1.15.1.31 kg / dm ³ , volumetric the energy concentration of 6015.10209 kJ / dm ^{3 of} the proposed composition and prototype, respectively. These characteristics significantly exceed the corresponding characteristics of other formulations used for these purposes.

7. Состав позволяет осуществить утилизацию снятых с вооружения СТРТ и имеет низкую стоимость, так как не содержит дорогих и дефицитных компонентов, а на уничтожение СТРТ, являющихся основным компонентом состава, даже выделяются государственные ассигнования. Кроме того, введение в состав нитрата аммония дополнительно снижает стоимость состава и расширяет его сырьевую базу. 7. The composition allows the disposal of decommissioned STRT and is of low cost, since it does not contain expensive and scarce components, and government allocations are even allocated for the destruction of STRT, which are the main component of the composition. In addition, the introduction of ammonium nitrate in the composition further reduces the cost of the composition and expands its raw material base.

Процесс изготовления твердотопливного состава осуществляется следующим образом. The process of manufacturing a solid fuel composition is as follows.

Поступившее на стационарный пункт измельчения (СПИ) СТРТ подвергается разрушению до частиц крупностью не более 10 мм в среде инертного жидкого хладоносителя, в качестве которого используется, например, водный раствор входящего в предложенный состав нитрата натрия или смеси нитрата натрия и нитрата аммония, или другим способом. Измельченное и флегматизированное нитратом натрия СТРТ поступает в емкость-накопитель. The STRT received at a stationary grinding station (SRI) is destroyed to particles no larger than 10 mm in an inert liquid coolant, for example, an aqueous solution of sodium nitrate or a mixture of sodium nitrate and ammonium nitrate included in the composition, or another method . The ground and phlegmatized sodium nitrate STRT enters the storage tank.

Из емкости-накопителя СТРТ загружают в доставочные транспортные средства, например в смесительно-зарядные машины (СЭМ), и перевозят на стационарный пункт приготовления (СПП), который размещают в непосредственной близости от места использования состава. From the storage tank, the STRT is loaded into delivery vehicles, for example, into mixing and charging machines (SEM), and transported to a stationary cooking center (SPP), which is placed in the immediate vicinity of the place of use of the composition.

На СПП из поступившего СТРТ удаляют большую часть водного раствора нитрата натрия или его смеси с нитратом аммония и последний загущают добавлением полиакриламида. Затем к загущенному раствору добавляют осушенное СТРТ и, если это необходимо, гранулированый нитрат аммония. Смесь перемешивают и патронируют в полиэтиленовый рукав или пластмассовые трубки различных размеров. In SPP, most of the aqueous solution of sodium nitrate or its mixture with ammonium nitrate is removed from the incoming STRT and the latter is thickened with polyacrylamide. Then, dried STRP and, if necessary, granular ammonium nitrate are added to the thickened solution. The mixture is mixed and patronized in a plastic sleeve or plastic tubes of various sizes.

После измельчения и флегматизации СТРТ на СПИ возможен способ приготовления состава непосредственно в СЭМ, применяющихся, например, для изготовления водосодержащих смесей на открытых горных работах. After grinding and phlegmatization of the STRT at the SPI, a method for preparing the composition directly in the EMS is possible, for example, used for the manufacture of water-containing mixtures in open cast mining.

Claims

A solid fuel composition including an energy additive, sodium nitrate, polyacrylamide, water and ammonium nitrate, characterized in that it contains a mixed solid rocket fuel (STRT) as an energy additive in the following ratio of components, wt.

STRT 25.94 64.07
Sodium Nitrate 8.44 27.78
Polyacrylamide 0.48 1.01
Water 11.11 23.72
Ammonium nitrate rest