RU2542304C2 - Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems - Google Patents

Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems Download PDF

Info

Publication number
RU2542304C2
RU2542304C2 RU2013113022/05A RU2013113022A RU2542304C2 RU 2542304 C2 RU2542304 C2 RU 2542304C2 RU 2013113022/05 A RU2013113022/05 A RU 2013113022/05A RU 2013113022 A RU2013113022 A RU 2013113022A RU 2542304 C2 RU2542304 C2 RU 2542304C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
phase
oxidiser
potassium chloride
ammonium nitrate
Prior art date
Application number
RU2013113022/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013113022A (en
Inventor
Ирина Андреевна Вязенова
Виталий Андреевич Таранушич
Илья Сергеевич Ворохобин
Анна Васильевна Седова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"
Priority to RU2013113022/05A priority Critical patent/RU2542304C2/en
Publication of RU2013113022A publication Critical patent/RU2013113022A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542304C2 publication Critical patent/RU2542304C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to field of energetic condensed systems, namely to oxidisers of solid fuel systems based on ammonium nitrate (AN). Method includes mixing salts of ammonium nitrate and potassium chloride, heating mixture in water medium to complete dissolution, reduction of temperature to crystal formation without mixing, after which mixture is intensively mixed until equilibrium is established, filtration of formed crystals and drying. Potassium chloride is dosed into initial mixture in amount making it possible to obtain its content in solid phase not less than 3%. In obtained oxidiser thermal decomposition of AN changes - explosive nature of exoeffect is observed, heat release increases sharply. Effect is achieved due to formation as a result of ion-exchange at nanolevel of equilibrium solid phase with complex composition, possessing novel physical-chemical properties.
EFFECT: method makes it possible to obtain AN-based oxidiser, which does not have phase conversions in the interval of temperatures from -50 to +100°C.
4 dwg, 5 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области энергетических конденсированных систем (ЭКС). Окислитель, полученный по данному способу, может быть использован в твердотопливных составах газогенерирующих устройств, например в автомобильных подушках безопасности, твердотопливных огнетушителях, спасательных шлюпках, ракетных топливах и др.The present invention relates to the field of energy condensed systems (EX). The oxidizing agent obtained by this method can be used in solid fuel compositions of gas generating devices, for example, in automobile airbags, solid fuel fire extinguishers, lifeboats, rocket fuels, etc.

Известно, что проблема снижения выбросов неблагоприятных продуктов горения ЭКС: соединений хлора (Cl2, HCl и т.д.), которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду и на здоровье человека, вплоть до выпадения кислотных дождей и образования озоновых дыр может быть решена применением окислителей, не содержащих хлора, например дешевого нитрата аммония NH4NO3 (HA) [Синогина Е.С. Изучение воспламенения и горения высокоэнергетических материалов на основе бесхлорных окислителей / автореф. дисс. на соискание степени к.т.н., 2006 г].It is known that the problem of reducing emissions of unfavorable combustion products of EX-compounds: chlorine compounds (Cl 2 , HCl, etc.), which have a harmful effect on the environment and human health, up to the occurrence of acid rain and the formation of ozone holes, can be solved by chlorine-free oxidizing agents, for example, cheap ammonium nitrate NH 4 NO 3 (HA) [Sinogina ES The study of ignition and combustion of high-energy materials based on chlorine-free oxidizing agents / abstract. diss. for the degree of candidate of technical sciences, 2006].

Однако ЭКС на основе нитрата аммония (HA) имеют ряд недостатков, которые ограничили их использование: в первую очередь, это низкий уровень баллистических характеристик (низкая скорость горения, высокая чувствительность скорости горения к давлению), другим существенным недостатком можно считать фазовое превращение в кристаллической структуре HA в эксплуатационном Интервале температур, так как циклические изменения температуры могут сопровождаться необратимым увеличением объема кристаллов окислителя и твердотопливных газогенерирующих композиций на его основе, приводящим к растрескиванию и разрушению их структуры.However, ECS based on ammonium nitrate (HA) have a number of disadvantages that limited their use: first of all, this is a low level of ballistic characteristics (low burning rate, high sensitivity of the burning rate to pressure), phase transformation in the crystal structure can be considered another significant drawback HA in the operational Temperature Range, since cyclic changes in temperature can be accompanied by an irreversible increase in the volume of oxidizing crystals and solid fuel gas generating compositions based on it, leading to cracking and destruction of their structure.

Известен способ (патент США №3018164 от 23.01.62 г.), по которому получают фазостабилизированный HA введением в расплав HA 10-15% нитрата калия (НК), охлаждением расплава, фракционированием полученного плава и добавлением его кратной порции в чистый HA, чтобы получить содержание НК менее 8%, подогрев этой смеси в трубе, помещенной в масло. Этот продукт обладает стабильностью, выраженной в отсутствии модификационного перехода IV↔III в интервале температур от -45 до +100°C.A known method (US patent No. 3018164 from 01/23/62), according to which phase-stabilized HA is obtained by introducing 10-15% potassium nitrate (NK) into the HA melt, cooling the melt, fractionating the obtained melt and adding a multiple portion of it to pure HA, to get the content of NK less than 8%, heating this mixture in a pipe placed in oil. This product has stability, expressed in the absence of the IV переходаIII modification transition in the temperature range from -45 to + 100 ° C.

Данный способ обладает рядом недостатков: при циклическом испытании в интервале температур от -50 до +50°C происходит распад твердого раствора и восстановление фазовых переходов, кроме того, существенный недостаток - сложная многостадийная технология при осуществлении промышленного производства окислителя.This method has several disadvantages: during a cyclic test in the temperature range from -50 to + 50 ° C, the solid solution decomposes and phase transitions are restored, in addition, a significant drawback is the complex multi-stage technology in the industrial production of the oxidizing agent.

Вторая проблема - низкая скорость горения смесей на основе HA может быть решена введением катализаторов: эффективные катализаторы - соли трех- и шестивалентного хрома, хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, соединения меди, свинца, железа, перманганат калия, пятиокись ванадия и некоторые другие [Рубцов Ю.И., Казаков А.И., Вайс Н.Г., Алексеев И.И., Стрижевский И.И., Мошкович Е.Б. Экспериментальное исследование термического разложения закисленной аммиачной селитры // Журнал прикладной химии, 1988, т.61, вып.1, с.131-132. Архипов В.А., Горбенко Т.И., Савельева Л.А., Синогина Е.С. Термическое разложение и горение смесевых композиций, содержащих нитрат аммония // Известия ВУЗов. Физика, 2005, т.48, №11, с.11-14. Глазкова А.П. Катализ горения взрывчатых веществ / А.П. Глазкова. - М.: Наука, 1976, 264 с. Манелис Г.Б. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов / Г.Б. Манелис, Г.М. Назин, Ю.И. Рубцов, В.А. Струнин. - М.: Наука, 1996, 400 с.].The second problem - the low burning rate of HA-based mixtures can be solved by the introduction of catalysts: effective catalysts are salts of tri- and hexavalent chromium, alkali and alkaline earth metal chlorides, copper, lead, iron compounds, potassium permanganate, vanadium pentoxide and some others [Rubtsov Yu .I., Kazakov A.I., Weiss N.G., Alekseev I.I., Strizhevsky I.I., Moshkovich E.B. An experimental study of the thermal decomposition of acidified ammonium nitrate // Journal of Applied Chemistry, 1988, vol. 61, issue 1, pp. 131-132. Arkhipov V.A., Gorbenko T.I., Savelyeva L.A., Sinogina E.S. Thermal decomposition and combustion of mixed compositions containing ammonium nitrate // News of Universities. Physics, 2005, v. 48, No. 11, pp. 11-14. Glazkova A.P. Catalysis of the combustion of explosives / A.P. Glazkova. - M .: Nauka, 1976, 264 p. Manelis G.B. Thermal decomposition and combustion of explosives and gunpowder / G.B. Manelis, G.M. Nazin, Yu.I. Rubtsov, V.A. Strunin. - M .: Nauka, 1996, 400 pp.].

В работе [Попок В.Н., Хмелев В.Н. Влияние оксидов и хлоридов металлов на параметры энерговыделения в энергетических материалах на основе нитрата аммония / Ползуновский Вестник, 2009, №3, c.252-264] отмечено одновременное влияние хлоридов металлов на скорость терморазложения HA и горения твердотопливной композиции.In the work [Popok V.N., Khmelev V.N. The effect of metal oxides and chlorides on the energy release parameters in energy materials based on ammonium nitrate / Polzunovsky Vestnik, 2009, No. 3, p. 252-264], the simultaneous effect of metal chlorides on the rate of thermal decomposition of HA and combustion of a solid fuel composition is noted.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и принятому за прототип является изобретение «Газогенерирующие композиции, обладающие низкой температурой самовоспламенения, способы генерации газов» [United States Patent 6,673,172 Wheatley et al. January 6, 2004 г.], заключающееся в получении легкоплавкого окислителя смешиванием нитрата серебра и хлорида калия, нагреве смеси до образования легкоплавкой эвтектики и/или твердого раствора и далее получение гранул с включениями спрессованных твердых порошков газогенерирующих составов.Closest to the proposed invention in technical essence and adopted as a prototype is the invention "Gas-generating compositions having a low self-ignition temperature, gas generation methods" [United States Patent 6,673,172 Wheatley et al. January 6, 2004], which consists in obtaining a low-melting oxidizing agent by mixing silver nitrate and potassium chloride, heating the mixture to form a low-melting eutectic and / or solid solution, and then obtaining granules with inclusions of compressed solid powders of gas-generating compositions.

Недостатком прототипа можно считать использование в качестве неорганической азотнокислой соли нитрата серебра в количестве 25% мас. и около 10% мас. хлорида калия (ХК). Такое содержание солей металлов приведет к образованию значительного количества конденсированной фазы и снижению объема газообразных продуктов, что приведет к снижению эффективности газогенерирующего состава. Только замена нитрата серебра на HA позволит исключить образование конденсированной фазы, увеличит объем образующейся газовой фазы и снизить стоимость конечной композиции.The disadvantage of the prototype can be considered as the use of inorganic nitrate salts of silver nitrate in the amount of 25% wt. and about 10% wt. potassium chloride (HC). Such a content of metal salts will lead to the formation of a significant amount of a condensed phase and a decrease in the volume of gaseous products, which will lead to a decrease in the efficiency of the gas-generating composition. Only the replacement of silver nitrate with HA will eliminate the formation of a condensed phase, increase the volume of the resulting gas phase and reduce the cost of the final composition.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением заключается в разработке способа получения дешевого и экологически безопасного окислителя ЭКС с требуемыми физико-химическими характеристиками.The problem solved by the invention is to develop a method for producing a cheap and environmentally friendly oxidizer EX with the required physico-chemical characteristics.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в следующем: простым технологическим приемом, который легко осуществить на имеющемся промышленном оборудовании получен окислитель для ЭКС на основе HA, представляющий собой совместные кристаллы окислителя с катализатором его термического разложения - хлоридом калия, обладающие фазовой стабильностью в интервале температур от -50 до +100°C, экзотермическим разложением системы в одну стадию при минимальном содержании добавки.The technical result to which the present invention is directed is as follows: by a simple technological method, which is easy to implement on existing industrial equipment, an oxidizing agent for HA based EC is obtained, which is a joint oxidizing crystals with a catalyst for its thermal decomposition - potassium chloride, which have phase stability in the temperature range from -50 to + 100 ° C, exothermic decomposition of the system in one stage with a minimum content of additives.

Положительный результат, достигаемый в результате описанного способа, обеспечивается за счет образования равновесной сложной системы твердых растворов, двойной соли и эвтектик в конечном продукте взаимодействия за счет проведения последовательных операций и изотермической сокристаллизации (ИС).A positive result achieved by the described method is ensured by the formation of an equilibrium complex system of solid solutions, double salt and eutectics in the final product of the interaction due to sequential operations and isothermal co-crystallization (IS).

Поставленная задача решается разработкой способа получения окислителя энергетических конденсированных систем, включающего смешение солей нитрата аммония и хлорида калия, нагрев смеси до полного растворения, причем нагрев осуществляется в водной среде, затем температуру снижают до образования кристаллов без перемешивания, после этого интенсивно перемешивают смесь до установления равновесия, отфильтровывают образовавшиеся кристаллы, сушат, а хлорид калия дозируют в исходную смесь в количестве, позволяющем получить его содержание в твердой фазе не менее 3%.The problem is solved by developing a method for producing an oxidizer of energy condensed systems, including mixing salts of ammonium nitrate and potassium chloride, heating the mixture to complete dissolution, and heating is carried out in an aqueous medium, then the temperature is reduced to form crystals without stirring, then the mixture is intensively mixed until equilibrium is established , the crystals formed are filtered off, dried, and potassium chloride is dosed into the initial mixture in an amount that allows to obtain its content in t at least 3%.

Контроль достижения состояния равновесия осуществляют по содержанию иона K+ - пламенно-фотометрическим методом.The achievement of the equilibrium state is monitored by the content of the K + ion - by flame photometric method.

Положительный результат связан со следующими закономерностями, протекающими в процессе кристаллизации: в результате ионного обмена между НА и добавкой образуется сложная система (1),A positive result is associated with the following regularities that occur during crystallization: as a result of ion exchange between HA and the additive, a complex system is formed (1),

Figure 00000001
Figure 00000001

состоящая из солей NH4NO3, KCl, KNO3, NH4Cl, между которыми могут происходить взаимодействия с образованием двойных солей, эвтектик и твердых растворов.consisting of salts of NH 4 NO 3 , KCl, KNO 3 , NH 4 Cl, between which interactions can occur with the formation of double salts, eutectics and solid solutions.

Система (1) является политермическим разрезом тройной взаимной системы, в которую входят следующие двойные системы:System (1) is a polythermal section of a triple reciprocal system, which includes the following binary systems:

NH4NO3-KNO3 (2), NH4NO3-NH4Cl (3), KNO3-KCl (4) и NH4Cl-KCl (5) (Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей [Текст]. В 2 т., т. 2. Системы тройные, тройные взаимные и более сложные / Под ред. Н.К. Воскресенской и др. - М.-Л.: АН СССР, 1961, 585 с.). В системе (2) идентифицированы твердые растворы до содержания KNO3 40% на основе III фазы НА, эвтектика и двойная соль 2NH4NO3·KNO3 (ДС). В системе (3) обнаружена эвтектика с температурой плавления 140°C при содержании 17,6% NH4Cl, в системе (4) - эвтектика при 5% KNO3 с температурой плавления 320°C и полиморфное превращение KNO3 - 128°C, в системе (5) подтверждено образование твердых растворов с содержанием KCl до 30% с температурой плавления от 520°C. Такие сложные свойства двойных систем, входящих в состав основной, обусловливают конечные физико-химические характеристики формируемой кристаллической фазы, которые, в свою очередь, зависят от степени конверсии добавки и гомогенизации конечных продуктов.NH 4 NO 3 -KNO 3 (2), NH 4 NO 3 -NH 4 Cl (3), KNO 3 -KCl (4) and NH 4 Cl-KCl (5) (Handbook on the fusibility of systems of anhydrous inorganic salts [Text ]. 2 vols., Vol. 2. Systems triple, triple mutual and more complex / Edited by NK Voskresenskaya et al. - M.-L.: Academy of Sciences of the USSR, 1961, 585 pp.). In system (2), solid solutions up to 40% KNO 3 were identified based on phase III of HA, eutectic and double salt 2NH 4 NO 3 · KNO 3 (DS). In system (3), a eutectic with a melting point of 140 ° C with a content of 17.6% NH 4 Cl was detected, in system (4), a eutectic was found at 5% KNO 3 with a melting point of 320 ° C and a polymorphic conversion of KNO 3 of 128 ° C , the formation of solid solutions with a KCl content of up to 30% with a melting point of 520 ° C was confirmed in system (5). Such complex properties of binary systems that make up the main one determine the final physicochemical characteristics of the formed crystalline phase, which, in turn, depend on the degree of conversion of the additive and the homogenization of the final products.

Перед авторами стояла задача получить термодинамически устойчивую кристаллическую композицию при совмещении химических (образование двойной соли, эвтектик, твердых растворов) и физических процессов (формирование кристаллической фазы).The authors were faced with the task of obtaining a thermodynamically stable crystalline composition by combining chemical (formation of a double salt, eutectic, solid solutions) and physical processes (formation of a crystalline phase).

Предварительными исследованиями было установлено, что двойная соль 2NH4NO3·KNO3 не образуется при температуре 25°C, а образуется только при температурах более 80°C (Ворохобин И.С. Физико-химический анализ системы NH4NO3-KNO32O при 25°C / Вязенова И.А., Таранушич В.А. // Инженерный вестник Дона: [электрон. журн.] - 2014, №1, - Режим доступа: archive/nly2014/2281), поэтому для создания условий образования ДС и выделения ее в кристаллическую фазу из водного раствора пересыщение создавали за счет нагрева раствора до полного растворения (более 80°C) с дальнейшим охлаждением до 25°C.Preliminary studies found that the double salt 2NH 4 NO 3 · KNO 3 does not form at a temperature of 25 ° C, but forms only at temperatures above 80 ° C (Vorokhobin I.S. Physicochemical analysis of the NH 4 NO 3 -KNO 3 system -N 2 O at 25 ° C / Vyazenova I.A., Taranushich V.A. // Engineering Bulletin of the Don: [electronic journal] - 2014, No. 1, - Access mode: archive / nly2014 / 2281), therefore To create conditions for the formation of DS and its isolation into the crystalline phase from the aqueous solution, supersaturation was created by heating the solution until it was completely dissolved (more than 80 ° C) with further cooling eat up to 25 ° C.

Для оценки адсорбируемости добавки наиболее надежным считается правило Панета, согласно которому в кристалл встраиваются прочно те частицы, которые дают с основным кристаллом в результате ионного обмена наименее растворимое соединение (Петров Т.Г. Выращивание кристаллов из растворов [Текст] / Т.Г. Петров, Е.Б. Трейвус, Ю.О. Пунин, А.П. Касаткин; 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Недра, 1983, с. 53). Нами было установлено, что растворимость ДС в воде - 38,04 при 25°C, а НА - 67,63 при 25°C, то есть ДС, согласно правилу Панета, будет встраиваться в структуру НА.To assess the adsorbability of an additive, the Panet rule is considered to be the most reliable, according to which particles that give the least soluble compound with the main crystal as a result of ion exchange (Petrov TG Crystal growth from solutions [Text] / TG Petrov are firmly embedded in the crystal , E.B. Treyvus, Yu.O. Punin, A.P. Kasatkin; 2nd ed., Revised and additional - L .: Nedra, 1983, p. 53). We found that the solubility of DS in water is 38.04 at 25 ° C, and HA - 67.63 at 25 ° C, that is, DS, according to the Panet rule, will be built into the structure of HA.

При росте пересыщения сверх предела наступает спонтанная или самопроизвольная кристаллизация, а согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа соли тем легче образуют пересыщенные растворы, чем больше произведение валентности составляющих их ионов: ХК с одновалентными ионами образует растворы с малым пересыщением, а вещества, образующие несколько полиморфных модификаций могут давать сильно пересыщенные растворы (к ним можно отнести НК и НА, растворы которых могут долго существовать в пересыщенном состоянии). Устойчивость пересыщенных растворов зависит и от типа кристаллической решетки выделяющейся соли [Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности [Текст] / Л.Н. Матусевич. - М.: Химия, 1968, 304 с. 135, с. 68]: наиболее устойчивы растворы солей с кристаллами низкой симметрии (моноклинной или триклинной), а вещества с кубической решеткой легче кристаллизуются. То есть введение добавки будет способствовать переходу формируемой фазы в более высокую симметрию (из IV в III), что также будет приводить к росту скорости кристаллизации системы.If supersaturation increases beyond the limit, spontaneous or spontaneous crystallization occurs, and according to the Van Hoff rule of thumb, salts form supersaturated solutions the more easily, the greater the product of the valency of their constituent ions: HC with monovalent ions form solutions with low supersaturation, and substances that form several polymorphs can give highly supersaturated solutions (these include NK and NA, solutions of which can exist for a long time in a supersaturated state). The stability of supersaturated solutions also depends on the type of crystal lattice of the released salt [Matusevich L.N. Crystallization from solutions in the chemical industry [Text] / L.N. Matusevich. - M.: Chemistry, 1968, 304 p. 135, p. 68]: the most stable solutions of salts with crystals of low symmetry (monoclinic or triclinic), and substances with a cubic lattice crystallize more easily. That is, the introduction of the additive will facilitate the transition of the formed phase to higher symmetry (from IV to III), which will also lead to an increase in the rate of crystallization of the system.

Выбор метода сокристаллизации исходных компонентов осуществляли на основании анализа известных технологий (Мелихов И.В. Сокристаллизация [Текст] / И.В. Мелихов, М.С. Меркулова. - М.: Химия, 1975, 280 с.): метод диффузионного отжига требует длительного времени проведения (до 10 суток); метод спонтанной перекристаллизации также связан с большими затратами по времени проведения процесса, что для крупнотоннажных производств экономически не выгодно; методы непрерывной и периодической принудительной перекристаллизации сложны, а результат практически не отличается от других методов сокристаллизации, поэтому для дальнейших исследований был выбран метод изотермического снятия пересыщения, суть которого состоит в следующем - после создания пересыщения (которое для НА создать легко в связи с его высокой растворимостью в воде) раствор с добавкой интенсивно перемешивают в течение времени, необходимого для достижения состояния равновесия. При таких условиях кристаллы выделяются в виде высокодисперсной фазы, которая подвержена ударной перекристаллизации и оствальдовому созреванию. При условии начального высокого пересыщения и интенсивного перемешивания система быстро достигает состояния равновесия, а сформированные кристаллы становятся максимально гомогенными и однородными.The choice of the method of co-crystallization of the starting components was carried out on the basis of the analysis of known technologies (IV Melikhov, Sokristallizatsiya [Text] / IV Melikhov, MS Merkulova. - M .: Chemistry, 1975, 280 pp.): Diffusion annealing method requires a long time (up to 10 days); the method of spontaneous recrystallization is also associated with high costs for the time of the process, which is not economically profitable for large-capacity industries; methods of continuous and periodic forced recrystallization are complex, and the result is practically no different from other methods of co-crystallization, therefore, for further studies, the method of isothermal removal of supersaturation was chosen, the essence of which is as follows - after creating a supersaturation (which is easy for HA to create due to its high solubility in water) the solution with the additive is mixed vigorously for the time necessary to reach equilibrium. Under such conditions, crystals precipitate in the form of a highly dispersed phase, which is subject to shock recrystallization and ostwald ripening. Under the condition of initial high supersaturation and intensive mixing, the system quickly reaches equilibrium, and the formed crystals become as homogeneous and homogeneous as possible.

Только использование метода изотермического снятия пересыщения с интенсивным перемешиванием позволит установить равновесное распределение примеси, так как при очень медленной скорости кристаллизации при малом пересыщении раствора в каждый момент времени происходит установление равновесия, а так как концентрация в растворе постоянно изменяется, то так же неравномерно изменяется состав кристаллических слоев, отлагающихся на гранях кристалла, и поэтому кристаллы растут неоднородными по составу изоморфной примеси. Исходя из этого для максимальной степени гомогенизации было необходимо одновременно использовать факторы снижения температуры с целью образования пересыщения в растворе и интенсивное перемешивание, которые позволят изменять скорость кристаллизации.Only the use of the method of isothermal removal of supersaturation with vigorous stirring will allow us to establish the equilibrium distribution of the impurity, since equilibrium is established at a very slow crystallization rate with a small supersaturation of the solution at each instant of time, and since the concentration in the solution constantly changes, the composition of crystalline layers deposited on the faces of the crystal, and therefore the crystals grow heterogeneous in the composition of the isomorphic impurity. Proceeding from this, for the maximum degree of homogenization, it was necessary to simultaneously use factors of temperature reduction in order to form supersaturation in solution and intensive mixing, which will allow changing the crystallization rate.

В режиме вынужденной конвекции (интенсивное перемешивание) при повышении скорости течения раствора и уменьшении толщины диффузионного слоя скорость диффузии еще более возрастает, а градиенты пересыщений вдоль грани уменьшаются, что позволяет быстро выращивать крупные однородные кристаллы, получение которых при других режимах затруднительно (Петров Т.Г. Выращивание кристаллов из растворов [Текст] / Т.Г. Петров, Е.Б. Трейвус, Ю.О. Пунин, А.П. Касаткин; 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Недра, 1983, с. 26).In the forced convection mode (intensive mixing), with an increase in the flow rate of the solution and a decrease in the thickness of the diffusion layer, the diffusion rate increases even more, and the supersaturation gradients along the face decrease, which makes it possible to quickly grow large homogeneous crystals, which are difficult to obtain under other conditions (Petrov T.G. Crystal growth from solutions [Text] / TG Petrov, E.B. Treivus, Yu.O. Punin, AP Kasatkin; 2nd ed., Revised and additional - L .: Nedra, 1983, p. 26).

Влияние перемешивания раствора - «механический» фактор имеет большое значение в процессах массовой кристаллизации не только потому, что в промышленной кристаллизации процесс идет при движении раствора, но и в связи с тем, что это один из немногих факторов при помощи которого можно изменять качество готового продукта (Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности [Текст] / Л.Н. Матусевич. - М.: Химия, 1968, с. 75).The influence of solution mixing - the “mechanical" factor is of great importance in the processes of mass crystallization, not only because in industrial crystallization the process proceeds with the movement of the solution, but also because it is one of the few factors by which you can change the quality of the finished product (Matusevich LN Crystallization from solutions in the chemical industry [Text] / LN Matusevich. - M.: Chemistry, 1968, p. 75).

Исследуемая система состоит из изоморфных компонентов и их вхождение в кристалл зависит от физико-химических свойств исходных веществ, степени их взаимодействия, состава раствора и условий кристаллизации: температуры, скорости кристаллизации, интенсивности перемешивания.The studied system consists of isomorphic components and their entry into the crystal depends on the physicochemical properties of the starting materials, the degree of their interaction, the composition of the solution, and crystallization conditions: temperature, crystallization rate, mixing intensity.

Рост скорости перемешивания приводит к равномерному распределению примесей в кристалле за счет того, что:An increase in the mixing rate leads to a uniform distribution of impurities in the crystal due to the fact that:

- кристаллы не сращиваются между собой (не образуют друзы);- crystals do not coalesce among themselves (do not form drusen);

- кристаллы становятся однородными (примесь распределяется равномерно);- crystals become homogeneous (impurity is distributed evenly);

- снижается возможность захвата маточного раствора за счет многократной перекристаллизации;- reduces the possibility of capture of the mother liquor due to repeated recrystallization;

- изменяется скорость диффузии, которая способствует выравниванию концентрации добавки возле поверхности кристалла и в растворе.- the diffusion rate changes, which helps to equalize the concentration of the additive near the crystal surface and in solution.

Матусевич Л.Н. подчеркивает «иногда только подбором гидравлических условий можно получить однородный продукт» (Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности [Текст] / Л.Н. Матусевич. - М.: - Химия, ).Matusevich L.N. emphasizes "sometimes only by selecting hydraulic conditions a homogeneous product can be obtained" (Matusevich LN Crystallization from solutions in the chemical industry [Text] / LN Matusevich. - M .: - Chemistry,).

В результате использования предлагаемой технологии образуется равновесная гомогенная твердая фаза, состоящая из сложной системы твердых растворов, двойной соли и эвтектик и обладающая новыми физико-химическими свойствами: фазовой стабильностью в интервале температур от -50 до +100°C, интенсивным экзотермическим разложением системы в одну стадию при минимальном содержании добавки.As a result of using the proposed technology, an equilibrium homogeneous solid phase is formed, consisting of a complex system of solid solutions, a double salt and eutectics and possessing new physicochemical properties: phase stability in the temperature range from -50 to + 100 ° C, intense exothermic decomposition of the system into one stage with a minimum content of additives.

Авторами впервые установлено, что совокупность вышеназванных технологических операций позволяет решить техническую задачу за счет образования в результате ионного обмена на наноуровне равновесной твердой фазы сложного состава, обладающей новыми физико-химическими свойствами. Совокупность образовавшихся твердых фаз позволила достигнуть технического результата, заявленного в патенте.The authors first established that the combination of the above technological operations allows us to solve the technical problem due to the formation of an equilibrium solid phase of a complex composition with new physicochemical properties as a result of ion exchange at the nanoscale. The totality of the formed solid phases made it possible to achieve the technical result claimed in the patent.

На фиг. 1 представлены кривые дифференциально-термического анализа. На фиг. 2 представлены штрих-рентгенограммы образцов. На фиг. 3 представлены кривые ИК-спектроскопического анализа. На фиг. 4 электронные фотографа и образцов.In FIG. Figure 1 shows the differential thermal analysis curves. In FIG. 2 presents X-ray diffraction patterns of samples. In FIG. Figure 3 shows the curves of IR spectroscopic analysis. In FIG. 4 electronic photographers and samples.

Пример 1Example 1

Процесс осуществлен по патенту США №6673172: НА марки «чда» в количестве 4,85 г и ХК марки «ч» в количестве 0,15 г после смешения загружают в термостойкий стеклянный сосуд с регулируемым нагревом и смесь нагревают до полного растворения твердой фазы (осуществляют сокристаллизацию из расплава компонентов - CP). После завершения процесса смесь охлаждают, измельчают, при необходимости фракционируют и исследуют методами физико-химического анализа: фиг. 1 (кривая 3), фиг. 2 (кривая 4), фиг. 3 (кривая 3). Получен образец с содержанием ХК 3%.The process is carried out according to US patent No. 6673172: HA brand "chda" in the amount of 4.85 g and HC brand "h" in the amount of 0.15 g after mixing is loaded into a heat-resistant glass vessel with controlled heating and the mixture is heated until complete dissolution of the solid phase ( carry out co-crystallization from a melt of components - CP). After completion of the process, the mixture is cooled, crushed, fractionated if necessary and examined by methods of physicochemical analysis: FIG. 1 (curve 3), FIG. 2 (curve 4), FIG. 3 (curve 3). A sample was obtained with a Ch content of 3%.

Пример 2 (механическое смешение)Example 2 (mechanical mixing)

НА марки «чда» в количестве 4,85 г и ХК марки «ч» в количестве 0,15 г после смешения и механического истирания в фарфоровой ступке исследуют методом ДТА: фиг. 1 (кривая 2). Получен образец с содержанием ХК 3%.For the “chda” grade in the amount of 4.85 g and the “h” grade HC in the amount of 0.15 g after mixing and mechanical abrasion in a porcelain mortar, the DTA method is used: FIG. 1 (curve 2). A sample was obtained with a Ch content of 3%.

Пример 3 (заявляемый способ)Example 3 (the claimed method)

НА марки «чда» в количестве 32,03 г, ХК в количестве 3,96 г и 15 г дистиллированной воды загружают в стеклянную установку для сокристаллизации с регулируемым нагревом (термостат) и повышают температуру до 80±2°C до полного растворения твердой фазы. После образования гомогенного раствора прекращают перемешивание и снижают температуру до 25°C, включают интенсивное перемешивание раствора и выдерживают его до достижения состояния равновесия в течение не менее 1,5 часов (метод равновесной изотермической сокристаллизации при 25°C - ИС). Образовавшиеся кристаллы отделяют от фильтрата на фильтре Шотта и сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре 90°C в течение 2 часов. Содержание добавки ХК в твердой фазе 2,62%: фиг. 1 (кривая 6).On the “chda” grade in the amount of 32.03 g, HC in the amount of 3.96 g and 15 g of distilled water are loaded into a glass co-crystallization unit with controlled heating (thermostat) and the temperature is raised to 80 ± 2 ° C until the solid phase is completely dissolved . After the formation of a homogeneous solution, stirring is stopped and the temperature is lowered to 25 ° C, the solution is stirred vigorously and kept until it reaches equilibrium for at least 1.5 hours (equilibrium isothermal co-crystallization at 25 ° C - IP). The crystals formed are separated from the filtrate on a Schott filter and dried in a vacuum oven at 90 ° C for 2 hours. The content of HC additives in the solid phase is 2.62%: FIG. 1 (curve 6).

Пример 4 (заявляемый способ)Example 4 (the claimed method)

НА марки «чда» в количестве 32,03 г, ХК в количестве 5,08 г и 15 г дистиллированной воды загружают в стеклянную установку для сокристаллизации с регулируемым нагревом и нагревают до полного растворения твердой фазы при температуре 80±2°C. После образования гомогенного раствора температуру снижают до 25°C и включают интенсивное перемешивание до достижения состояния равновесия (не менее 1,5 часов). Образовавшиеся кристаллы отделяют от фильтрата на фильтре Шотта и сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре 90°C в течение 2 часов. Содержание добавки ХК в твердой фазе 3,11%: фиг. 1 (кривая 5).On the “chda” grade in the amount of 32.03 g, HC in the amount of 5.08 g and 15 g of distilled water are loaded into a glass co-crystallization unit with controlled heating and heated until the solid phase is completely dissolved at a temperature of 80 ± 2 ° C. After the formation of a homogeneous solution, the temperature is reduced to 25 ° C and intensive mixing is turned on until equilibrium is reached (at least 1.5 hours). The crystals formed are separated from the filtrate on a Schott filter and dried in a vacuum oven at 90 ° C for 2 hours. The content of HC additives in the solid phase is 3.11%: FIG. 1 (curve 5).

Пример 5 (сокристаллизация из воды при 90°C)Example 5 (co-crystallization from water at 90 ° C)

НА марки «чда» в количестве 4,85 г, ХК в количестве 0,15 г и 15 г дистиллированной воды загружают в выпарную установку, проводят процесс сокристаллизации при постоянной температуре 90±2°C и интенсивном перемешивании до полного удаления влаги (метод сокристаллизации из водного раствора при 90°C - СВР). После завершения процесса смесь охлаждают, измельчают, при необходимости фракционируют и сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре 90°C в течение 2 часов. Образец с содержанием ХК 3%: фиг. 1 (кривая 4), фиг. 2 (кривая 3), фиг. 3 (кривая 4).On the “chda” grade in the amount of 4.85 g, HC in the amount of 0.15 g and 15 g of distilled water are loaded into the evaporator, the process of co-crystallization is carried out at a constant temperature of 90 ± 2 ° C and intensive stirring until the moisture is completely removed (co-crystallization method from an aqueous solution at 90 ° C - CBP). After completion of the process, the mixture is cooled, crushed, fractionated if necessary and dried in a vacuum oven at a temperature of 90 ° C for 2 hours. Sample with a CK content of 3%: FIG. 1 (curve 4), FIG. 2 (curve 3), FIG. 3 (curve 4).

На фиг. 1 приведены кривые дифференциально-термического анализа (ДТА) образцов (кривые 2-6) и нитрата аммония (кривая 1). По результатам ДТА можно сделать вывод, что только метод изотермической сокристаллизации (ИС), разработанный авторами, позволяет получить окислитель на основе НА при содержании ХК 3,11%, не имеющий фазовых превращений в интервале температур от -50 до +100°C (кривая 5). Одновременно изменяется характер термического разложение этого образца - наблюдается взрывной вид экзоэффекта, резко увеличивается тепловыделение. В образце с содержанием ХК 2,62% (кривая 6), полученном по заявляемому способу, в интервале температур от -50 до +100°C наблюдается полиморфный переход при температуре -20°C, т.е. данный образец не обладает фазовой стабильностью в заданном интервале температур, что свидетельствует о необходимости вводить ХК в количестве не менее 3%.In FIG. Figure 1 shows the differential thermal analysis (DTA) curves of the samples (curves 2-6) and ammonium nitrate (curve 1). According to the DTA results, it can be concluded that only the isothermal co-crystallization (IS) method developed by the authors allows one to obtain an HA-based oxidizer with a CC content of 3.11%, which does not have phase transformations in the temperature range from -50 to + 100 ° C (curve 5). At the same time, the nature of the thermal decomposition of this sample changes - an explosive form of the exo effect is observed, and heat release sharply increases. In the sample with a CK content of 2.62% (curve 6) obtained by the present method, a polymorphic transition at a temperature of -20 ° C is observed, in the temperature range from -50 to + 100 ° C, i.e. This sample does not have phase stability in a given temperature range, which indicates the need to introduce HC in an amount of at least 3%.

На фиг. 2 представлены результаты рентгено-фазового анализа (РФА) образцов НА без добавок III фаза (кривая 1), НА с 3,11% ХК полученный ИС (кривая 2), НА с 3% ХК полученный СВР (кривая 3), НА с 3% ХК полученный CP (кривая 4). Данные РФА показали, что образец, полученный по заявляемому способу, кристаллизуется в III фазе НА (кривая 2).In FIG. Figure 2 presents the results of X-ray phase analysis (XRD) of samples of HA without additives III phase (curve 1), HA with 3.11% HC obtained IS (curve 2), HA with 3% HC obtained SVR (curve 3), HA with 3 % HC obtained CP (curve 4). The XRD data showed that the sample obtained by the present method crystallizes in phase III of HA (curve 2).

На фиг. 3 представлены результаты ИК-спектроскопического анализа: НА без добавок (кривая 1), НА с 3% ХК по примеру 1 (кривая 3), НА с 3% ХК по примеру 2 (кривая 2), НА с 3% ХК по примеру 5 (кривая 4), НА с 3,11% ХК по примеру 4 (кривая 5). Результаты ИК-спектроскопии подтвердили индивидуальность и высокую кристалличность фазы, образовавшейся при использовании предлагаемого способа ИС - кривая 5.In FIG. 3 presents the results of IR spectroscopic analysis: HA without additives (curve 1), HA with 3% HC according to example 1 (curve 3), HA with 3% HC according to example 2 (curve 2), HA with 3% HC according to example 5 (curve 4), ON with 3.11% HC according to example 4 (curve 5). The results of IR spectroscopy confirmed the individuality and high crystallinity of the phase formed when using the proposed method of IP - curve 5.

На фиг. 4 приведены электронные фотографии образцов НА с добавкой ХК, полученные по примеру 1, 5 и 3. Как видно из приведенных результатов исследования, равномерное распределение добавки наблюдается только в образце, полученном по заявленному способу.In FIG. 4 shows electronic photographs of samples of HA with the addition of HC obtained according to example 1, 5 and 3. As can be seen from the above results of the study, a uniform distribution of the additive is observed only in the sample obtained by the claimed method.

Claims (1)

Способ получения окислителя энергетических конденсированных систем, включающий смешение солей нитрата аммония и хлорида калия, нагрев смеси до полного растворения, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в водной среде, затем снижают температуру до образования кристаллов без перемешивания, после этого интенсивно перемешивают смесь до установления равновесия, отфильтровывают образовавшиеся кристаллы, сушат, а хлорид калия дозируют в исходную смесь в количестве, позволяющем получить его содержание в твердой фазе не менее 3%. A method of producing an oxidizing agent of energy condensed systems, comprising mixing salts of ammonium nitrate and potassium chloride, heating the mixture to complete dissolution, characterized in that the heating is carried out in an aqueous medium, then the temperature is reduced to form crystals without stirring, then the mixture is intensively mixed until equilibrium is established, the crystals formed are filtered off, dried, and potassium chloride is dosed into the initial mixture in an amount that makes it possible to obtain its content in the solid phase of at least 3%.
RU2013113022/05A 2013-03-22 2013-03-22 Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems RU2542304C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013113022/05A RU2542304C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013113022/05A RU2542304C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013113022A RU2013113022A (en) 2014-09-27
RU2542304C2 true RU2542304C2 (en) 2015-02-20

Family

ID=51656413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013113022/05A RU2542304C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542304C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3708357A (en) * 1971-04-21 1973-01-02 Us Army Oxidizers with improved thermal stability and method of making same
US4496471A (en) * 1981-12-10 1985-01-29 Nippon Oil And Fats Co., Ltd. Stable aqueous solution-type oxidizing agent composition for explosives
RU95109636A (en) * 1995-06-07 1997-04-10 Новочеркасский государственный технический университет Method of finely dispersed oxidizers producing
US6139054A (en) * 1998-12-01 2000-10-31 Trw Inc. Reduced smoke gas generant with improved temperature stability
US6673172B2 (en) * 2001-05-07 2004-01-06 Atlantic Research Corporation Gas generant compositions exhibiting low autoignition temperatures and methods of generating gases therefrom
RU2449977C2 (en) * 2010-08-12 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Method of producing oxidant for condensed energy systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3708357A (en) * 1971-04-21 1973-01-02 Us Army Oxidizers with improved thermal stability and method of making same
US4496471A (en) * 1981-12-10 1985-01-29 Nippon Oil And Fats Co., Ltd. Stable aqueous solution-type oxidizing agent composition for explosives
RU95109636A (en) * 1995-06-07 1997-04-10 Новочеркасский государственный технический университет Method of finely dispersed oxidizers producing
US6139054A (en) * 1998-12-01 2000-10-31 Trw Inc. Reduced smoke gas generant with improved temperature stability
US6673172B2 (en) * 2001-05-07 2004-01-06 Atlantic Research Corporation Gas generant compositions exhibiting low autoignition temperatures and methods of generating gases therefrom
RU2449977C2 (en) * 2010-08-12 2012-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Method of producing oxidant for condensed energy systems

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013113022A (en) 2014-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chaturvedi et al. Review on thermal decomposition of ammonium nitrate
RU2406593C2 (en) Removal of magnesium from powders recovered by magnesium
US20210163291A1 (en) Process for pure carbon production, compositions, and methods thereof
RU2542304C2 (en) Method of obtaining oxidiser of energetic condensed systems
RU2608248C2 (en) Method of mixing and sodium-calcining vanadium-containing material
Liu et al. Gas-liquid reactive crystallization kinetics of 2, 4, 6-triamino-1, 3, 5-trinitrobenzene in the semi-batch procedure
US3235329A (en) Novel sodium carbonate-sodium bicarbonate compositions
Mochida et al. Ionic liquid-containing coordination polymer: solvent-free synthesis, incongruent melting, and glass formation
US9790093B2 (en) High-yield synthesis of nanostructured boron phosphide by a pyrotechnic method
US1153054A (en) Process of producing sulfids of phosphorus.
Malik Synthesis of micro porous barium nitrate with improved ignition reliability as a reliable pyrotechnic oxidant
US2329505A (en) Process of purifying and crystallizing salts
CN114920278B (en) Anhydrous scandium trichloride, and preparation method and application thereof
CN105036172A (en) Preparation method of metal nano oxide
Nie et al. Tunning combustion behaviors of composite modified double-based propellants with a novel energetic burn rate modifier
NO122470B (en)
Radha et al. Suppression of the reversible thermal behavior of the layered double hydroxide (LDH) of Mg with Al: stabilization of nanoparticulate oxides
RU2315774C1 (en) Chitosanium perchlorate, method for its preparing and power-consuming composition comprising thereof
RU2449977C2 (en) Method of producing oxidant for condensed energy systems
James et al. THE BROMATES OF THE RARE EARTHS. PART II. THE BROMATES OF THE CERIUM GROUP AND YTTRIUM.
RU2596741C2 (en) Adducts of chitosan dodecahydro-closo-dodecaborate with nitrates or perchlorates of magnesium or aluminium and method for production thereof
RU2437838C1 (en) Method of producing iridium (iii) chloride salts
US1305641A (en) Edwin o
US1354824A (en) Process of producing aluminium compounds
US1296459A (en) Process of producing potassium salts.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180323