ОГНЕЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C09K21/04 C01B25/38 

Изобретение относится к нерастворимым антипиренам на основе металламмонийфосфатов, используемых для придания огнестойкости и снижения горючести легковозгораемых материалов, а также в качестве отвердителя жидких силикатных стекол [1-3] и других целей [4].

I. Огнезащитный состав (вещество)

Известен состав нерастворимого антипирена [5] (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ-6-08-3 70-76), основные качественные показатели которого приведены в таблице 1.

Таблица 1 Качественный состав антипирена из нефелина № п/п Показатели Содержание Примечание 1. P₂O₅ общая, мас.% не менее 46,0 1. Применялся более 15 лет как огнезащитное и отверждающее средство. 2. P₂O₅ водораств., мас.% не более 2,50 3. NH₃, мас.% не менее 4,00 4. Содержание влаги, мас.% не более 3,00 2. Мольные отношения P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7; 5. рН водной суспензии готового продукта не менее 4 NH₃/P₂O₅=0,8-0,9

Молекулярный состав антипирена из нефелина соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH₄)₂O·0,92(Na₂O+К₂О)·Al₂O₃·3,5P₂O₅·2,5SiO₂·6H₂O.

В качестве сырья для его получения использовались нефелин (не менее 29% Al₂O₃), экстракционная фосфорная кислота (24-25% P₂O₅) и карбамид (46,6% азота). Из-за ухудшения качества фосфатного сырья для производства фосфорной кислоты и уменьшения содержания Al₂O₃ в нефелине до 26% снизилось качество антипирена из нефелина: повысилось количество водорастворимых фосфатов до 10%, содержание NH₃ не превышало 4%, а рН водной суспензии опустился ниже 4-х, что привело к потере потребителей и прекращению производства антипирена из нефелина.

Задачей данного изобретения является улучшение качества огнезащитного состава (вещества) - антипирена из нефелина до показателей, представленных в таблице 1, достигаемое тем, что в известный состав при его получении, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что для снижения растворимости и увеличения рН водной суспензии в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота повышенной концентрации: 28-33% P₂O₅ вместо 24-25% P₂O₅ при следующих отношениях компонентов (мас.%):

Фосфорная кислота 76,32-77,82 Нефелин (26% Al₂O₃) 17,88-18,38 Карбамид 3,60-4,40 Оксид кальция 0,70-0,90,

а молекулярный состав соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH₄)₂O·0,92(Na₂O+K₂O)·Al₂O₃·3,6P₂O₅·0,3СаО·2,5SiO₂·6H₂O.

Качественные показатели огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина) показаны в таблице 2.

Таблица 2 Основные показатели качества огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина) № п/п Основные показатели качества готового продукта Огнезащитный состав: нефелин Прототип: нефелин (26% Al₂O₃)+H₃PO₄+карбамид при мольных отношениях (26% Al₂O₃)+H₃PO₄+карбамид+СаО до сушки и нагревания при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,6; NH₃/P₂O₅=0,85; СаО/Al₂O₃=0,3 P₂O₅/Al₂O₃=3,6; NH₃/P₂O₅=0,85     миним. содер-е максим. содер-е Оптимал содер-е миним. содер-е максим. содер-е Оптимал. содер-е 1. P₂O₅ общ., мас.% 47,5 51,6 48,85 46,5 49,7 48,16 2. P₂O₅ вод. раств., мас.% Менее 1 2,4 следы 4,3 10,0 7,24 3. NH₃, мас.% 4,2 5,3 4,75. . 3,5 3,81 3,8 4. рН водной суспензии 4,5 5,9 5,86 2,5 3,0 3

II. Способ получения огнезащитного состава

Вторая часть изобретения относится к способам получения нерастворимых антипиренов на основе металламмонийфосфатов, используемых для огнезащиты целлюлозно-бумажных, стальных и других материалов, а также для отверждения жидких силикатных стекол.

Известен способ получения малорастворимого антипирена, получаемого путем взаимодействия нефелинового концентрата (не менее 29% Al₂O₃) и фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией продуктов разложения газообразным аммиаком (NH₃) и сушкой готового продукта при 230-250°С [6].

Недостатком данного способа является то, что готовый продукт содержал до 10% Р₂О₅ в водорастворимой форме, рН его водной суспензии не превышал 3-х, что в свою очередь вызывало большие потери айтипирена в производстве огнезащищаемых целлюлозно-бумажных материалов и привело к отказу от его применения.

Другой известный способ получения нерастворимого антипирена [5] путем разложения нефелинового концентрата (29% Al₂O₃) экстракционной фосфорной кислотой (24-25% P₂O₅) отличался от первого тем, что нейтрализация получаемой пульпы осуществлялась карбамидом с последующей сушкой ее при температуре 150-170°С. В этом продукте среднее содержание основных компонентов составляло (мас.%): 48,5% P₂O₅ общ., следы P₂O₅ водорастворимого, 4-5 аммиака, рН водной суспензии не менее 4-х (ТУ-6-08-370-76).

В связи с ухудшением качества исходного сырья в производстве экстракционной фосфорной кислоты и изменения состава нефелина (не более 26% Al₂O₃), получаемый по этому способу антипирен (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ РБ 00203714. 005-94) содержал (мас.%): Р₂О₅ общ. не менее 46, P₂O₅ вод. раств. не более 10, рН водной вытяжки не превышал 3-х. Такой продукт не обеспечивал огнезащиту материалов до уровня трудногорючих, как требовали потребители.

В предлагаемом способе получения огнезащитного состава (вещества) путем разложения нефелина (до 26% Al₂O₃) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90 с целью снижения растворимости готового продукта и повышения рН его водной суспензии донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅, а сушку осуществляют при температуре 180-200°С.

Пример: 100 г нефелина (26% Al₂O₃) разлагают 425 г экстракционной фосфорной кислоты (30% P₂O₅) в течение 30 минут. В полученную массу (пульпу) затем добавляют 22,2 г карбамида и 4,4 г СаО с перемешиванием в течение 10 минут. Образовавшуюся пульпу сушат при температуре 100-110°С и прогревают далее продукт при температуре 190°С около часа.

Результаты анализа параллельно проведенных опытов получения огнезащитного состава на основе нефелина (26% Al₂O₃) без введения оксида кальция на стадии нейтрализации карбамидом представлены в таблице 3.

Таблица 3 Качественные показатели огнезащитного состава на основе нефелина и фосфорной кислоты № п/п Основные показатели качества готового продукта Огнезащитный состав с дополнительной нейтрализацией оксидом кальция при мольном отношении Прототип: антипирен из нефелина без нейтрализации оксидом кальция Примечание СаО/Al₂O₃=0,3 1. P₂O₅ общ., мас.% 48,85 48,16 На стадии приготовления пульпы мольные отношения для обоих образцов: NH₃/P₂O₅=0,85 P₂O₅/Al₂O₃=3,60 2. P₂O₅ вод. раств., мас.% следы 7,24 3. NH₃, мас.% 4,75 3,80 4. рН водной вытяжки 5,86 3,90 5. Влажность, мас.% 0,1 0,5

Дополнительное введение оксида кальция после нейтрализации карбамидом продуктов разложения нефелина (26% Al₂O₃) фосфорной кислотой (30% P₂O₅) приводит к снижению содержания водорастворимых фосфатов за счет частичного образования пирофосфата кальция в готовой продукции после прогревания, к уменьшению потерь аммиака и повышению рН водной суспензии, что положительно сказывается на улучшении экологической обстановки как в самом производстве огнезащитного состава, так и в потребляющих отраслях.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №605803 «Кислотоупорная замазка» (опубл. 15.04.1978, бюл. №17).

2. Авторское свидетельство СССР №670109 «Самотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм».

3. Авторское свидетельство СССР №685681 «Вибропоглощающая мастика» (опубл. 15.09.1979, бюл. №34).

4. ГОСТ 23791-79 «Покрытие по стали фосфатное огнезащитное».

5. Авторское свидетельство СССР №490663 «Способ получения нерастворимого антипирена» (опубл. 05.11.1975, бюл. №41).

6. Авторское свидетельство СССР №175210 (опубл. 27.06.1963, бюл. №19).

Изобретение относится к нерастворимым антипиренам на основе металламмонийфосфатов. Огнезащитный состав содержит фосфорную кислоту (28-33% P₂O₅), нефелин (26% Al₂O₃), карбамид, оксид кальция. Способ получения огнезащитного состава включает разложение нефелина фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,50-3,70 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90, донейтрализацию оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина и сушку при температуре 180-200°C. Изобретение обеспечивает улучшение качества огнезащитного состава из нефелина: снижение содержания водорастворимых фосфатов, уменьшение потерь аммиака и повышение рН водной суспензии. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Огнезащитный состав, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота концентрации 28-33% P₂O₅ при следующих отношениях компонентов, мас.%:
Фосфорная кислота 76,32-77,82 Нефелин (26% Al₂O₃) 17,88-18,38 Карбамид 3,60-4,40 Оксид кальция 0,70-0,90

2. Способ получения огнезащитного состава путем разложения нефелина (26% Al₂O₃) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90, отличающийся тем, что донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅, а сушку осуществляют при температуре 180-200°C.