ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ СОСТАВ Российский патент 1997 года по МПК C06B31/02 C06B29/22 

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.

Известны широко применяемые твердотопливные составы (Паушкин Я.М. Жидкие и твердые химические ракетные топлива, АН СССР ордена Ленина институт химической физики, М. Наука, 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.

Недостатком этих составов СТРТ является сложность утилизации. Поэтому после снятия с вооружения они, как правило, подлежат уничтожению взрыванием или сжиганием. При этом выделяется большое количество хлора и(или) хлористого водорода, которые наносят ущерб окружающей среде и требуют особых мер по технике безопасности.

По качественному составу наиболее близок к заявленному состав (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
Алюминия 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 концентрации 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, так как алюминий взаимодействует с водой, окисляется и выделяется водород, а также приводит к увеличению стоимости состава.

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.

Задача решается тем, что известный состав, включающий энергетическую добавку, нитрат натрия, полиакриламид и воду, согласно изобретению в качестве энергетической добавки содержит смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ) при следующем соотношении компонентов, мас.

СТРТ 40,85.64,71
Нитрат натрия 19,07.39,93
Полиакриламид 0,49.0,92
Вода 11,28.21,43
Наличие в составе СТРТ перхлората аммония и октогена предопределяет их высокую чувствительность к тепловым и 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.

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.

Стоимость снятых с вооружения и ликвидируемых СТРТ определяется стоимостью перевозки и стоимостью уничтожения или переработки для использования в промышленности.

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.

Это позволяет утилизировать снятые с вооружения СТРТ за счет их использования в качестве энергетической добавки в твердотопливном составе и решить задачу изобретения.

Для получения предложенного твердотопливного состава использовались компоненты следующих типов:
СТРТ снятые с вооружения топлива трех различных марок, содержание перхлората в которых составляло 45, 55 и 70 мас.

нитрат натрия по ГОСТ 828-77;
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 6-01-10-49-81;
вода питьевая по ГОСТ 2874-82 или вода пожарохозяйственного назначения без механических примесей с pH 6,5.7.

Примеры предлагаемого твердотопливного состава в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Из таблицы следует
1. Содержание СТРТ в составе должно быть 40,85.64,71 мас. (обр.1.10). При меньшем содержании СТРТ снижаются энергетические показатели и ухудшаются детонационные характеристики.

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. 11 и 13).

Поскольку по комплексу характеристик различные марки СТРТ практически одинаковы, они являются взаимозаменяемыми ингредиентами в качестве энергетической добавки в предложенном составе.

2. Содержание нитрата натрия в составе соответствует 19,07.39,93 мас. (обр. 8 и 3) 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.19). Большее содержание нитрата натрия потребует уменьшения количества воды ниже допустимого предела (обр. 15 и 16) или соответствующего уменьшения СТРТ.

3. Содержание воды в составе составляет 11,28.21,43 мас. (обр. 9 и 8) 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. 11.18) состав будет недостаточно флегматизирован, а при большем (обр. 19) резко ухудшится передача детонации внутри заряда, снизятся энергетические характеристики состава. Это соотношение справедливо как при минимально возможной (0,521), так и реальной (0,61) объемной плотности упаковки частиц СТРТ.

4. Содержание полиакриламида в составе 0,49.0,92 мас. (обр.9 и 8) 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.

Действие полиакриламида в предлагаемом составе идентично другим загустителям, например натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы. Поэтому эти компоненты взаимозаменяемы.

5. Предложенный твердотопливный состав по токсичности (кислородный баланс -0,2.-17 объем окиси углерода в продуктах взрыва 3.117 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 (524.660 л/кг против 750.850 л/кг у прототипа) и находится на уровне большинства известных смесей по этому показателю.

Однако состав имеет взрывчато-технические характеристики, которые существенно выше, чем у прототипа: теплота взрыва 4746.5926 кДж/кг и 2000.3000 кДж/кг, плотность 1,60.1,77 кг/дм³ и 1,15.1,31 кг/дм³, объемная концентрация энергии 7879. 10260 кДж/дм³ и 2300.3900 кДж/дм³ у предложенного состава и прототипа соответственно. Эти характеристики значительно превосходят соответствующие характеристики и других используемых для этих целей составов.

6. 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 выделяют государственные ассигнования.

Процесс изготовления твердотопливного состава осуществляется следующим образом.

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 водный раствор входящего в предложенный состав нитрата натрия, или другим способом. Измельченное и флегматизированное нитратом натрия СТРТ поступает в емкость-накопитель.

Из емкости-накопителя СТРТ загружают в доставочные транспортные средства, например в смесительно-зарядные машины (СЗМ), и перевозят на стационарный пункт приготовления (СПП), который размещают в непосредственной близости от места использования состава.

На СПП из поступившего СТРТ удаляют большую часть водного раствора нитрата натрия и последний загущают добавлением полиакриламида. Затем к загущенному раствору нитрата натрия добавляют осушенное СТРТ. Смесь перемешивают и патронируют в полиэтиленовый рукав или пластмассовые трубки различных размеров.

После измельчения и флегматизации СТРТ на СПИ возможен способ приготовления состава непосредственно в СЗМ, применяющихся, например для изготовления водосодержащих смесей на открытых горных работах.

Использование: изготовление взрывчатых составов, утилизация смесей твердых ракетных топлив (СТРТ). Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: 40,85-64,71 СТРТ, 19,07-39,93 нитрата натрия, 0,49-0,92 полиакриламида, 11,28-21,43 воды. 1 табл.

Твердотопливный состав, включающий энергетическую добавку, нитрат натрия, полиакриламид и воду, отличающийся тем, что в качестве энергетической добавки он содержит смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ) при следующем соотношении компонентов, мас.

СТРТ 40,85 64,71
Нитрат натрия 19,07 39,93
Полиакриламид 0,49 0,92
Вода 11,28 21,43-