СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРОКСИДА БАРИЯ Российский патент 1998 года по МПК C01B15/04 

Изобретение относится к способам получения пероксида бария и может найти применение в производстве пиротехнических составов, в которых используют пероксид бария с пониженной реакционной способностью.

В качестве прототипа выбран способ получения пероксида бария, включающий взаимодействие гидроксида бария с пероксидом водорода, отделение осадка монопергидрата пероксида бария, его сушку и последующую термообработку при температуре 650-750^oC (см. Каталог: "Продукция содовой подотрасли", Черкассы, 1989 г., стр. 37).

Известный способ, решая задачу повышения выхода целевого продукта и улучшения его качества, не позволяет, однако, снизить реакционную способность целевого продукта до уровня, обеспечивающего возможность применять пероксид бария в производстве пиротехнических составов.

Задачей изобретения является снижение реакционной способности пероксида бария.

Реакционная способность пероксида бария проявляется, например, в повышении чувствительности к трению пиротехнического состава, изготовленного с применением BaO₂. Чувствительность к трению определяется по методике ГОСТ 13803-80, согласно которой удовлетворительным считается 4 класс чувствительности к трению выбранного для исследования модельного состава.

Получаемый по способу-прототипу пероксид бария обеспечивает модельному пиротехническому составу лишь 2 класс чувствительности к трению, что неприемлемо в производстве пиротехнических составов.

Снижение реакционной способности целевого продукта достигается в способе получения пероксида бария, включающем взаимодействие гидроксида бария с пероксидом водорода, отделение осадка монопергидрата пероксида бария, его сушку и термообработку продукта при 800 - 850^oC с разложением пероксида бария в оксид до достижения степени разложения, равной 85 - 92%, а затем повторное окисление оксида бария кислородом.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:
- термообработка продукта при 800 - 850^oC с разложением пероксида бария в оксид до достижения степени разложения, равной 85 - 92%;
- повторное окисление оксида бария кислородом.

Исследования показали, что термообработка пероксида бария до образования оксида бария и последующее его окисление в указанных режимах приводит к получению пероксида бария с иными физико-химическими свойствами, чем, например, у прототипа. Изменения физико-химических свойств пероксида бария приведены в таблице.

При температуре термообработки пероксида бария ниже 800^oC снижается степень разложения BaO₂ и значительная часть пероксида после термообработки остается неразложенной, т. е. с неизменной структурой. Реакционная способность такого продукта выше требуемой.

При температуре термообработки выше 850^oC увеличивается вероятность заплавления печи, растут энергозатраты.

При степени разложения пероксида бария ниже 85% оставшаяся доля неразложенного BaO₂ повышает реакционную способность пероксида бария.

Повышение степени разложения пероксида бария выше 92% экономически нецелесообразно.

Способ осуществляют следующим образом. Водный раствор гидроксида бария с мас. долей Ba(OH)₂•3H₂O - 32,7% помещают в стальной эмалированный реактор с мешалкой и рубашкой охлаждения водой и нагрева паром. После достижения температуры раствора 25^oC в реактор загружают раствор пероксида водорода. Полученную реакционную смесь выдерживают при постоянном перемешивании 15 мин при 25^oC, а затем повышают температуру в реакторе до 55^oC, подавая пар в рубашку реактора.

Образовавшуюся в реакторе суспензию монопергидрата пероксида бария разделяют, осадок сушат при температуре 100 - 120^oC и затем его подают на термообработку, которую ведут при 800 - 850^oC в электропечи барабанного типа до достижения степени разложения пероксида бария в оксид 85 - 92%, затем проводят окисление полученного оксида бария кислородом при 500 - 550^oC в аналогичной электропечи.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. 612 кг водного раствора гидроксида бария с мас. долей Ba(OH)₂•8H₂O - 32,7% помещают в стальной эмалированный реактор с мешалкой и рубашкой для охлаждения водой и нагрева паром реакционной массы.

После достижения температуры раствора 25^oC в реактор постепенно при перемешивании подают 98,9 кг раствора пероксида водорода с массовой долей 37,5% H₂O₂. Полученную реакционную смесь выдерживают 15 мин при 25^oC, а затем повышают температуру в реакторе до 55^oC путем подачи пара в рубашку реактора. Образовавшуюся в реакторе суспензию монопергидрата пероксида бария разделяют на фильтре. Осадок сушат при температуре 120^oC, получают 104,3 кг сухой BaO₂ с массовой долей BaO₂ - 93%. Затем подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/час на термообработку во вращающуюся барабанную электропечь диаметром 0,2 м, длиной 4 м.

Термообработку ведут при 800^oC до степени разложения пероксида бария в оксид 87,7%.

0,9055 - коэффициент пересчета BaO₂ в BaO.

Степень разложения регулируют временем пребывания материала в печи за счет переключения скоростей вращения барабана, а контролируется химанализом проб продукта, отобранных из печи. Получают 94,8 кг оксида бария, содержащего 84,7% в мас. д. BaO и 13,1% мас.д. BaO₂.

Полученный оксид бария подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/час на окисление в другую вращающуюся барабанную электропечь аналогичных размеров, куда подается также кислород со скоростью 3 м³/час. Окисление ведут при температуре 500^oC.

После выгрузки из печи и дробления получают 92,4 кг пероксида бария (массовая доля BaO₂ - 90,5%; BaO - 7,7%) с пониженной реакционной способностью.

Чувствительность к трению модельного пиротехнического состава, полученного в данном примере, определенная по ГОСТ 13803-80, относится к 4 классу.

Пример 2 (выход за пределы по температуре обработки и степени разложения).

Пероксид бария, полученный как в примере 1, после сушки подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/час на термообработку во вращающуюся барабанную электропечь. Термообработку ведут при температуре 750^oC.

Получают 103,0 кг оксида бария с мас.д. BaO 67,0% и мас.д. BaO₂ - 28,8%.

Степень разложения:

Полученный оксид бария окисляют как в примере 1. После выгрузки из печи и дробления получают 100,4 кг пероксида бария, мас. доля BaO₂ в котором составляет 89,6%; BaO - 8,2%. Класс чувствительности к трению модельного состава (ГОСТ 13803-80) с использованием полученного BaO₂ по примеру 2 - 3-тий.

Продукт не может быть использован в пиротехнике.

Пример 3. (выход за пределы по температуре обработки). Пероксид бария, полученный как в примере 1, подвергают термообработке при температуре 890^oC до степени разложения пероксида бария в оксид 87%.

Материал в печи спекается, пристает к стенкам, режим неприемлем.

Растет потребляемая печью мощность.

Пример 4 (выход за пределы по степени разложения).

Пероксид бария по примеру 1 подвергают термообработке при 850^oC до степени разложения 76,7%. Получают 102,2 кг оксида бария, содержащего в мас. д. 74,1 BaO и 24,9% в мас.д. BaO₂.

Степень разложения BaO₂:

Оксид бария окисляют, как в примере 1.

После выгрузки из печи и дробления получают 110,9 кг пероксида бария, содержащего в мас. долях 85,7% BaO₂ и 11,9% BaO.

Чувствительность к трению, определенная по ГОСТ 13803-80 модельного состава с использованием пероксида бария, полученного в примере 4, 3 класс. Продукт не может применяться для изготовления пиротехнических составов.

Пример 6 ( α = 85%)
612 кг водного раствора гидроксида бария с массовой долей Ba(OH)₂•8H₂O 0 32,7% помещают в стальной эмалированный реактор с мешалкой и рубашкой для охлаждения водой и нагрева паром реакционной массы.

После достижения температуры раствора 25^oC в реактор постепенно при перемешивании подают 98,9 кг раствора пероксида водорода с массовой долей 37,5% H₂O₂. Полученную реакционную смесь выдерживают 15 мин при 25^oC, а затем повышают температуру в реакторе до 55^oC путем подачи пара в рубашку реактора. Образовавшуюся в реакторе суспензию монопергидрата пероксида бария разделяют на фильтре. Осадок сушат при температуре 120^oC, получают 104,3 кг сухой BaO₂ с массовой долей BaO₂ - 93%. Затем подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/г на термообработку во вращающуюся барабанную электропечь диаметром 0,2 м, длиной 4 м.

Термообработку ведут при 800^oC до степени разложения пероксида бария в оксид 85%.

Степень разложения регулируют временем пребывания материала в печи путем переключения скоростей вращения барабана, а контролируется химическим анализом проб продукта из печи.

Получают 95,5 кг оксида бария, содержащего 83,2% мас.д. BaO и 16,2% мас. д. BaO₂.

Степень разложения
,
где
0,9055 - коэффициент пересчета BaO₂ в BaO.

Полученный оксид бария подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/ч на окисление в другую вращающуюся барабанную электропечь аналогичных размеров, куда подается также кислород со скоростью 3 м³/час. Окисление ведут при температуре 500^oC.

После выгрузки из печи и дробления получают 98,6 кг перекиси бария (массовая доля BaO₂ - 90,0%, BaO - 7,7%) с пониженной реакционной способностью.

Чувствительность к трению модельного пиротехнического состава, полученного с использованием BaO₂ по условиям данного примера, определенная по ГОСТ 13803-80, относится к 4 классу, следовательно, пероксид бария может быть использован для изготовления пиротехнических составов.

Пример 7 (α = 92%).

Пероксид бария, полученный как в примере 1, после сушки подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/ч на термообработку во вращающуюся барабанную электропечь.

Термообработку ведут при температуре 800^oC до степени разложения 92%. Степень разложения регулируют временем пребывания материала в печи путем переключения скоростей вращения барабана, а контролируется химическим анализом проб продукта из печи.

Получают 94,8 кг оксида бария, содержащего 85,7% в мас. долях BaO и 8,2% мас. долях BaO₂.

Степень разложения:

где
0,9055 - коэффициент пересчета BaO₂ в BaO.

Полученный оксид бария подают непрерывно со скоростью 4 - 6 кг/ч на окисление в другую вращающуюся барабанную электропечь аналогичных размеров, куда подается также кислород со скоростью 3 м³/ч. Окисление ведут при температуре 500^oC.

После выгрузки из печи и дробления получают 97,6 кг перекиси бария (массовая доля BaO₂ - 90,4%, BaO - 7,2%) с пониженной реакционной способностью.

Чувствительность к трению модельного пиротехнического состава, полученного с использованием BaO₂ по условиям данного примера, определенная по ГОСТ 13803-80, относится к 4-му классу. Пероксид бария может быть использован для изготовления пиротехнических составов.

Данные примеров сведены в таблицу.

В примере 8 таблицы приведены данные по способу-прототипу.

Технико-экономические преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом состоят в получении пероксида бария 4 класса чувствительности к трению (в прототипе 2 класс), что позволяет использовать продукт в пиротехнических составах.

Сущность изобретения: гидроксид бария обрабатывают перекисью водорода, осадок монопергидрата пероксида бария отделяют, сушат и термообрабатывают при 800-850^oС до степени разложения пероксида бария в оксид 85-92%. Оксид бария дополнительно окисляют кислородом. Получают пероксид бария 4 класса чувствительности к трению, что позволяет использовать продукт в пиротехнических составах. 1 табл.

Способ получения пероксида бария, включающий взаимодействие гидроксида бария с перекисью водорода, отделение осадка монопергидрата пероксида бария, его сушку и термообработку, отличающийся тем, что термообработку продукта ведут при температуре 800 - 850^oC до достижения степени разложения пероксида бария в оксид бария 85 - 92%, а затем дополнительно проводят окисление оксида бария кислородом.