СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ НАМОЛА В УЛЬТРАДИСПЕРСНОМ ПЕРХЛОРАТЕ АММОНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G01N33/22 C06B21/00 

Изобретение относится к способам определения качества химической продукции путем проведения физико-химического анализа.

При изготовлении смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) в качестве окислителя применяется перхлорат аммония, состоящий из нескольких фракций с разным размером частиц, в том числе ультрадисперсной фракции с размером частиц перхлората аммония два и менее микрон (УДП). Эту фракцию получают методом мокрого измельчения в бисерных мельницах в присутствии мелющих тел - стеклянных шариков. Для безопасности процесса перхлорат аммония измельчают в виде суспензии в инертной жидкой среде, в качестве которой используют преимущественно жидкие фреоны (хладоны). Для интенсификации процесса в качестве поверхностно-активного вещества вводят лецитин. Из готовой измельченной фракции перхлората аммония удаляют жидкую среду путем температурной и вакуумной отгонок и используют при изготовлении СТРТ. Недостатком описанного процесса измельчения в бисерных мельницах является истирание стеклянных шариков и попадание в продукт в виде намола. Для обеспечения требуемых характеристик СТРТ и безопасного процесса изготовления зарядов в УДП ограничено содержание в нем намола не более 0,5% и максимального размера частиц намола не более 70 микрон, требуется постоянный контроль качества продукции по этим показателям. Намол представляет собой продукт с частицами менее 70 микрон от истирания стеклянных шариков. Учитывая то, что стекло выдерживает высокие температуры, а перхлорат аммония разлагается при сравнительно низких температурах, а лецитин сгорает при сжигании, для определения массовой доли намола может быть использован метод определения массовой доли несгораемых остатков путем сжигания.

Известен способ получения перхлората аммония патент RU №2246472, МПК C1 C06B21/00, 29/22, 45/30, C06D5/00 распространяющийся на измельчение его до получения размеров частиц от 0,55 до 2 мкм. Измельчение перхлората аммония осуществляют в виде суспензии его в жидком носителе в присутствии стеклянных шариков при циркуляции через две параллельно работающие бисерные мельницы. При этом в качестве поверхностно-активного вещества вводится лецитин.

Известен также способ получения мелких частиц перхлората аммония с покрытием патент US №3953257 МКИ C06B45/34. По описанному в указанном патенте способу получают путем измельчения частицы размером от 0,25 до 5,0 мкм перхлората аммония с покрытием азиридином. Измельчение суспензии перхлората аммония во фреоне-113 производят в вибромельнице с применением в качестве мелющих тел цилиндров из окиси алюминия.

Общим недостатком по обоим способам является отсутствие ограничения намола от мелющих тел, так как наличие его может оказывать отрицательное влияние на основные характеристики СТРТ.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является патент RU №2247101 С2 C06B21/00, B02C17/16, заявлено 28.03.2003 на способ измельчения твердых частиц, включающий проведение операции измельчения на бисерных мельницах с загрузкой стеклянных шариков диаметром от 1,6 до 2,0 мм. По этому способу для ограничения количества намола и максимального размера частиц проводят отстаивание и фильтрацию суспензии. В связи с имеющимся нормированием допустимого содержания намола в измельченном ультрадисперсном перхлорате аммония требуется разработка способа определения массовой доли намола в нем.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения массовой доли намола, попадаемого в УДП при износе стеклянных шариков в процессе измельчения.

Технический результат способа, основанного на сжигании вещества и определении массовой доли несгораемого остатка в нем, достигается за счет того, что навеску массой 1,4-1,6 г ультрадисперсной фракции перхлората аммония в тигле обрабатывают 1,5-2,0 см³ серной кислоты и 4-5 каплями хлорной кислоты с последующей выдержкой на электроплитке до прекращения выделения паро- и газообразных веществ, затем тигель переносят в муфельную печь и прокаливают при температуре 700-800°С в течение 40-45 минут, охлаждают, после чего взвешиванием устанавливают массу несгораемого остатка, параллельно навеску массой 0,5-1,0 г лецитина, используемого при изготовлении ультрадисперсного перхлората аммония, сжигают в муфельной печи при тех же температурно-временных параметрах и определяют массу несгораемого остатка, после чего определяют массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония Н,% по формуле:

где: Н - массовая доля намола в ультрадисперсном перхлорате аммония, %,

Б - масса несгораемого остатка в ультрадисперсном перхлорате аммония, г,

А - масса навески ультрадисперсного перхлората аммония, г,

Р - массовая доля лецитина в ультрадисперсном перхлорате аммония, %,

Л - масса несгораемого остатка в лецитине, г,

К - масса навески лецитина, г,

0,04 - массовая доля несгораемого остатка в перхлорате аммония, %.

Массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония, содержащемся в суспензии его в жидкой среде, определяют после полного удаления жидкой среды.

В состав ультрадисперсного перхлората аммония входят лецитин в количестве 1,1-1,3%, вводимый в качестве поверхностно-активного вещества для интенсификации процесса измельчения, до 0,5% намола, попадающего при износе стеклянных шариков. Из указанных компонентов термически устойчивым является намол от стеклянных шариков. Основными составляющими стекла являются устойчивые окислы металлов: SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, К₂O. Формирование стекла происходит в процессе стекловарения при температуре выше 1000°С (Большая Советская Энциклопедия, том 24, стр.471. Москва, Издательство «Советская Энциклопедия», 1976 г.).

Перхлорат аммония при температуре выше 300°С разлагается с выделением газообразных продуктов (Химическая энциклопедия, том 1, стр.154, Москва: Советская Энциклопедия, 1988 г.).

Лецитин как вещество органического происхождения - горюч.

Исходя из вышеизложенного, остаток после сжигания ультрадисперсной фракции перхлората аммония, отнесенный к ее исходной навеске, можно принять за основу для определения массовой доли намола в УДП.

Перхлорат аммония является взрывчатым веществом. Сжигание его в чистом виде, особенно в тонкодисперсном состоянии при наличии органической добавки, представляет определенную опасность. Поэтому перед помещением в условия высокой температуры следует подвергать УДП разложению. Это можно осуществить предварительной обработкой серной кислотой с добавлением хлорной кислоты. Комбинация этих веществ обладает сильным окисляющим действием. При указанной обработке с последующим термическим воздействием перхлорат аммония разлагается с выделением газообразных продуктов.

Отработан способ выделения намола из УДП, при котором навеску УДП массой 1,4-1,6 г в тигле обрабатывают 1,5-2,0 см³ серной кислоты с добавлением 4-5 капель хлорной кислоты. Вышеуказанным образом обработанную навеску УДП выдерживают при более умеренной температуре на электроплитке до прекращения выделения паро- и газообразных продуктов, затем тигель переносят в муфельную печь и прокаливают в течение 40-45 минут при температуре 700-800°С.

Массовая доля несгораемого остатка в ультрадисперсном перхлорате аммония в процентах составит:

где Б - масса несгораемого остатка в ультрадисперсном перхлорате аммония, г;

А - масса навески ультрадисперсного перхлората аммония, г.

В таблице 1 приведены данные по влиянию температурно-временных факторов на значение несгораемого остатка в УДП.

Таблица 1.Влияние температурно-временных параметров на значение несгораемого остатка в УДП при массе навески 1,5 гПараметры прокалкиМассовая доля несгораемого остатка, %Температура, °СПродолжительность, мин60060-650,60 120-1250,55 175-1800,51700120-1250,51 60-650,52 40-450,50 30-320,55800600,49 40-450,50 30-350,5485060-650,49 40-450,51 30-320,52

По данным, приведенным в таблице 1, массовая доля намола имеет в пределах ошибки определения постоянное значение при прокаливании при температуре 700 и 800°С в течение 45-120 мин. Эти же значения достигаются при температуре прокаливания 600°С, но за более продолжительное время 180 мин. Таким образом оптимальными параметрами для прокаливания массы навески УДП в 1,5 г являются: температура 700-800°С при времени 40-45 минут. Уменьшение температуры прокаливания приводит к значительному увеличению времени проведения анализа. Повышение температуры прокаливания выше 800°С приведет к дополнительной затрате электроэнергии. Масса навески УДП в пределах 1,4-1,5 г выбрана исходя из того, что при меньшей массе повышается ошибка анализа, а при большей массе увеличивается расход реактивов и электроэнергии. Исходный перхлорат аммония, из которого получают путем измельчения его ультрадисперсную фракцию, является достаточно чистым веществом, но содержит незначительное количество примесей. Эти примеси при определении намола могут завышать его результат. При многократном сжигании ряда партий исходного перхлората аммония при температуре 700-800°С получено воспроизводимое среднестатистическое значение 0,04%. Аналогичным образом определена массовая доля несгораемого остатка при сжигании навески ряда партий лецитина при температуре 700-800°С в течение 40-45 минут. Эти данные приведены в таблице 2.

Таблица 2.Массовая доля несгораемого остатка на разных партиях лецитинаНомер партии лецитинаМассовая доля несгораемого остатка, %1/909,33/908,84/888,3

По данным таблицы видно, что в лецитине имеется значительное количество несгораемого остатка, а также видна разница между партиями по этому показателю.

Массовую долю несгораемого остатка в 'лецитине вычисляют по формуле:

где Л - масса несгораемого остатка в лецитине, г;

К - масса навески лецитина, г.

Если не учитывать этот факт, то он приведет к завышению результата по массовой доле намола.

С учетом массовой доли лецитина в ультрадисперсном перхлорате аммония увеличение несгораемого остатка в нем будет:

где Р - массовая доля лецитина в ультрадисперсном перхлорате аммония, %.

Таким образом, для определения фактической массовой доли намола в ультрадисперсном перхлорате аммония массовую долю несгораемого остатка после сжигания его снизить на массовые доли, вносимые несгораемыми остатками после сжигания исходного перхлората аммония и лецитина.

С учетом изложенного массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония определяют по формуле:

где Н - массовая доля намола в ультрадисперсном перхлорате аммония, %;

Б - масса несгораемого остатка в ультрадисперсном перхлорате аммония, г;

А - масса навески ультрадисперсного перхлората аммония, г;

Р - массовая доля лецитина в ультрадисперсном перхлорате аммония, %;

Л - масса несгораемого остатка в лецитине, г;

К - масса навески лецитина, г;

0,04 - массовая доля несгораемого остатка в перхлорате аммония, %.

По предлагаемому способу определение массовой доли намола в ультрадисперсном перхлорате аммония производят следующим образом. В прокаленный и взвешенный тигль берут навеску 1,4-1,6 г ультрадисперсного перхлората аммония, которую обрабатывают 1,5-2,0 см³ серной кислоты и 4-5 каплями хлорной кислоты. Затем тигль переносят на электроплитку и выдерживают на ней до прекращения выделения паро- и газообразных продуктов, после чего тигль помещают в муфельную печь и прокаливают при температуре 700-800°С в течение 40-45 минут. Тигль после извлечения из муфельной печи охлаждают в эксикаторе и взвешивают с определением массы несгоревшего остатка.

Параллельно в прокаленный и взвешенный тигль берут навеску 0,5-1,0 г лецитина, которую сжигают в муфельной печи при температуре 700-800°С в течение 40-45 минут. Тигль, извлеченный из муфельной печи, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с определением массы несгоревшего остатка.

Подставив полученные данные в вышеуказанную формулу, вычисляют массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония.

Для определения намола в ультрадисперсном перхлорате аммония, содержащемся в суспензии, из нее предварительно удаляют испарением жидкую среду.

Пример.

При сжигании 1,5 г (А) ультрадисперсного перхлората аммония получен несгораемый остаток 0,0075 г (Б). При сжигании 0,75 г (К) лецитина несгоревший остаток составил 0,06 г (Л). Дозировка лецитина была 1,2% (Р) к массе перхлората аммония. Массовая доля несгораемого остатка в перхлорате аммония 0,04%

Подставив известные данные значения в формулу:

Способ проверен с положительными результатами при изготовлении ультрадисперсного перхлората аммония в условиях опытного химического завода ФГУП «НИИПМ».

Изобретение относится к способам определения качества химической продукции путем проведения физико-химического анализа. Предложен способ определения массовой доли намола стеклянных шариков в ультрадисперсном перхлорате аммония. Навеску ультрадисперсного перхлората аммония обрабатывают в тигле серной кислотой и 4-5 каплями хлорной кислоты с последующей выдержкой на электроплитке до прекращения выделения паро- и газообразных веществ. Затем тигель переносят в муфельную печь и прокаливают, охлаждают, после чего взвешиванием устанавливают массу несгораемого остатка. Параллельно навеску лецитина, используемого при изготовлении ультрадисперсного перхлората аммония, сжигают в муфельной печи при тех же температурно-временных параметрах и определяют массу несгораемого остатка. После этого определяют массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония по формуле. Изобретение направлено на создание способа определения достоверной массовой доли намола в ультрадисперсном перхлорате аммония. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ определения массовой доли намола стеклянных шариков в ультрадисперсном перхлорате аммония, отличающийся тем, что навеску ультрадисперсного перхлората аммония массой 1,4-1,6 г обрабатывают в тигле 1,5-2,0 см³ серной кислоты и 4-5 каплями хлорной кислоты с последующей выдержкой на электроплитке до прекращения выделения паро- и газообразных веществ, затем тигель переносят в муфельную печь и прокаливают при температуре 700-800°С в течение 40-45 мин, охлаждают, после чего взвешиванием устанавливают массу несгораемого остатка, навеску массой 0,5-1,0 г лецитина, используемого при изготовлении ультрадисперсного перхлората аммония, сжигают в муфельной печи при тех же температурно-временных параметрах и определяют массу несгораемого остатка, после этого определяют массовую долю намола в ультрадисперсном перхлорате аммония Н (%) по формуле

где Б - масса несгораемого остатка в ультрадисперсном перхлорате аммония, г; А - масса навески ультрадисперсного перхлората аммония, г; Р - массовая доля лецитина в ультрадисперсном перхлорате аммония, %; Л - масса несгораемого остатка в лецитине, г; К - масса навески лецитина, г; 0,04 - массовая доля несгораемого остатка в перхлорате аммония, %.