СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕКОНДИЦИОННОГО ДЫМООБРАЗУЮЩЕГО СОСТАВА, СОДЕРЖАЩЕГО АНТРАЦЕН, ХЛОРИД АММОНИЯ И ХЛОРАТ КАЛИЯ Российский патент 2010 года по МПК A62D3/00 

Изобретение относится к способам утилизации высвобождаемого военного имущества, а именно к разработке способа утилизации некондиционного (с истекшим сроком хранения) дымообразующего состава, входящего в снаряжение дымовых шашек и гранат, содержащих антрацен.

В настоящее время на складах и базах Министерства Обороны Российской Федерации скопилось значительное количество дымовых гранат и шашек с истекшими сроками хранения. В связи с этим возникла необходимость разработки технических решений по их утилизации. Направления разработки технологии утилизации ручных дымовых гранат и дымовых шашек с получением продуктов промышленного назначения включают в себя, главным образом, разработку способов утилизации пиротехнических дымообразующих составов, содержащих смесь компонентов: антрацен, хлористый аммоний и хлорат калия.

Проведенные нами литературные исследования не обнаружили ссылок на разработку способов утилизации некондиционных дымообразующих составов.

Химическое изменение в составах, содержащих хлорат калия и хлорид аммония, чаще всего обусловлены увлажнением и разложением под действием повышенных температур, кислорода воздуха и т.д. Так как регенерация состава потребует удаления продуктов трансформации, то технология утилизации заключается в выделении и очистке каждого компонента.

Нами разработан способ утилизации компонентов дымовых пиротехнических составов, заключающийся в том, что дымообразующий состав обрабатывают водой до полного растворения водорастворимых компонентов (хлорат калия и хлорид аммония), затем из реакционной массы отделяют антрацен, его окисляют хромовой кислотой до 9,10-антрахинона, являющегося ценным полупродуктом для получения кубовых красителей.

9,10-Антрахинон и его производные производятся и потребляются химической промышленностью во всех развитых странах мира. Соединения антрахинона представлены в различных группах технической классификации красителей: дисперсных, катионных, протравных, кубовых и т.д. [1-3].

Дисперсные красители являются единственной группой красителей, пригодных для крашения полиэфирных, ди- и триацетатных волокон. Поскольку прирост производства текстильных материалов в мире преимущественно обеспечивается за счет синтетических волокон, в первую очередь полиэфирного, значение дисперсных красителей исключительно велико [4].

Сущность предлагаемого способа утилизации заключается в разделении дымообразующего состава на две составных части путем растворения в воде: водорастворимую - хлорат калия и хлорид аммония и нерастворимую в воде - антрацен, отделении антрацена фильтрованием и обработкой его раствором хромового ангидрида в уксусной кислоте до 9,10-антрахинона.

На первом этапе пиротехнический состав обрабатывается водой в соотношении 1:3 (вес.) при температуре 100°С в течение 30-40 мин. После чего водный раствор хлорида аммония и хлората калия отделяется от антраценовой фракции. Фильтрат помещают в морозильную камеру (минус 10-12°С) на 8 ч. Выпавшие кристаллы хлората калия отделяются фильтрованием, перекристаллизовываются из воды и сушатся. После упаривания фильтрата остается хлорид аммония, который перекристаллизовывают из воды. Выделенные из смеси хлората калия и хлорид аммония могут быть использованы в химической промышленности в качестве товарных продуктов и реагентов.

Нами был осуществлен синтез 9,10-антрахинона путем окисления антрацена раствором хромового ангидрида в уксусной кислоте [5, 6], (схема 1):

К раствору антрацена в ледяной уксусной кислоте приливали раствор хромового ангидрида в уксусной кислоте при температуре, обеспечивающей слабое кипение реакционной массы. Реакция являлась сильно экзотермичной. Реакционную массу охлаждают, фильтруют. Выпавшие кристаллы 9,10-антрахинона отделяют фильтрованием, перекристаллизовывают из пиридина и сушат. Получают 17,3 г 9,10-антрахинона. Выход продукта составил 83% (от теоретического). Строение подтверждено данными аналитических исследований.

Предложенный способ утилизации некондиционного дымообразующего состава, содержащего антрацен, обладает следующими достоинствами:

- использование доступных и недорогих реагентов;

- относительно мягкие условия проведения процесса (температура 100°С, время 10 ч);

- относительно высокий выход 9,10-антрахинона - 83% (от теоретического);

- получение нескольких веществ из одного утилизируемого состава (хлорат калия, хлорид аммония и 9,10-антрахинон);

- практическое применение конечных продуктов утилизации в химической промышленности в качестве реагентов и получения кубовых красителей.

Пример.

В реактор загружают 100,0 г пиротехнического состава и обрабатывают 300,0 г дистиллированной воды при температуре 100°С в течение 30-40 мин. После чего водный раствор хлорида аммония и хлората калия отделяется от антраценовой фракции. Фильтрат помещают в морозильную камеру (минус 10-12°С) на 8 ч. Выпавшие кристаллы хлората калия отделяются фильтрованием, перекристаллизовываются из воды и сушатся. После упаривания фильтрата остается хлорид аммония, который перекристаллизовывают из воды. Водный раствор пепекристаллизованного хлората калия был проанализирован на ионном хроматографе. Анализ показал практически полное отсутствие ионов Cl^- (<3,0·10^-2 %, в пересчете на сухой продукт). Содержание хлорат-аниона по данным анализа составило 66,0%. Хлористый аммоний, полученный после перекристаллизации и сушки, не содержал в своем составе хлорат-аниона в количестве, превышающем 3,0·10^-2 %. Выделенные из смеси хлорат калия и хлорид аммония могут быть использованы в химической промышленности в качестве товарных продуктов и химических реагентов.

Далее в реактор загружают 18,0 г (0,1 моль) антрацена и при перемешивании порциями загружают 50,0 мл ледяной уксусной кислоты. Затем к раствору антрацена в ледяной уксусной кислоте приливают раствор хромового ангидрида 10,0 г (0,1 моль) в уксусной кислоте (30,0 г) при температуре, обеспечивающей слабое кипение реакционной массы. Реакционную массу перемешивают в течение 1 часа, охлаждают и фильтруют. Полученный сырец перекристаллизовывают из пиридина и сушат. Получают 17,3 г светло-желтого кристаллического вещества с t_пл=287-289°С (лит. 287°С). Выход продукта составил 83,0% (от теоретического).

Строение вещества подтверждено методами элементного анализа, ИК-спектроскопии.

Данные элементного анализа:

Найдено, %: C - 80,77; H - 3,85; O - 15,38.

Вычислено, %: C - 80,77; H - 3,85; O - 15,38, C₁₄H₈O₂.

ИК-спектр, ν_макс; см^-1: 1680 (ν_C=O), 1590, 1570 (V_C=Capoм).

Список использованной литературы

1. Каталог активных лазерных сред на основе растворов органических красителей и родственных соединений. Под. ред. Б.И.Степанова. - Минск: Институт физики АН БССР, 1977. - 279 с.

2. Manecke G., Kretzmar H. Makromol. Chem. 1973. - Bd. 169. S. 15-M.

3. M.B.Горелик. Химия антрахинонов и их производных. - М.: Химия, 1983. С.295.

4. З. 2222356, 1975 г., (Франция); С.А. 1975. - V.82. 141613.

5. М.И.Красносельская, В.И.Гудзенко // ЖПХ. - 1977. Т.50. № 6. С.1374-1377.

6. М.И.Красносельская, В.И.Гудзенко // ЖорХ. - 1972. Т.8. № 11. С.2379-2382.

Изобретение может быть использовано для утилизации ручных дымовых шашек и гранат с истекшими сроками хранения. Способ утилизации некондиционного дымообразующего состава, содержащего антрацен, хлорид аммония и хлорат калия, заключается в обработке дымообразующего состава водой до полного растворения водорастворимых компонентов - хлорида аммония и хлората калия, с последующим отделением антрацена из реакционной массы и окислением его раствором хромового ангидрида в уксусной кислоте до 9,10-антрахинона. Технический результат: утилизация дымообразующего состава, содержащего антрацен, хлорид аммония и хлорат калия. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации некондиционного дымообразующего состава, содержащего антрацен, хлорид аммония и хлорат калия, заключающийся в обработке дымообразующего состава водой до полного растворения водорастворимых компонентов - хлорида аммония и хлората калия, с последующим отделением антрацена из реакционной массы и окислением его раствором хромового ангидрида в уксусной кислоте до 9,10-антрахинона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дымообразующий состав обрабатывают дистиллированной водой при температуре 100°С в течение 30-40 мин.