СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ Российский патент 2021 года по МПК C06B21/00 B09B3/00 

Изобретение относится к способу переработки нитратцеллюлозных порохов, в частности к пористым пироксилиновым порохам, и может быть использовано для утилизации некондиционных порохов или порохов с истекшим сроком хранения с извлечением нитратов целлюлозы для применения в производстве гражданской продукции.

Известен способ утилизации пироксилиновых порохов в полимерную основу для нитроцеллюлозных лакокрасочных материалов, заключающийся в измельчении пороховых элементов с последующим снижением содержания азота и степени полимеризации нитратов целлюлозы пироксилиновых порохов, отличающийся тем, что процесс снижения степени полимеризации и содержания азота нитратов целлюлозы пироксилиновых порохов проводят в водных растворах гидроксиламина при 75…98°C (патент на изобретение №2161633 от 10.01.2001 г.).

Недостатком данного способа является применение экологически небезопасного органического растворителя - гидроксиламина.

Также известен способ переработки пироксилиновых порохов в охотничий порох под дробовые патроны, основанный на механическом измельчении пороховых элементов в водной среде, отличающийся тем, что пироксилиновый порох измельчают в две ступени: предварительно до размеров фрагментов 0,8…2,2 мм, например, в дисковой мельнице, и окончательно до размеров фрагментов 0,2…0,7 мм, например, в виброкавитационных вертикальных мельницах, затем проводят последовательно отжим пороховой крошки от воды, предварительную сушку до содержания влаги 2…5% фракционирование, окончательную сушку до содержания влаги 0,8…1,0% и усреднение физико-химических характеристик мешкой (патент на изобретение №2105743 от 27.02.1998 г.).

Недостатком данного способа является его применимость для переработки только плотных пироксилиновых порохов. Его использование для переработки пористых пироксилиновых порохов не является эффективным, т.к. получаемые пороха новых марок не отвечают предъявляемым к ним требованиям по плотности.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является способ переработки нитроцеллюлозных порохов, содержащих стабилизаторы химической стойкости (СХС), флегматизаторы и другие добавки органических соединений с трехвалентным азотом, включающий экстракцию добавок органических соединений с трехвалентным азотом жидкими экстрагентами из нитроцеллюлозного пороха, отличающийся тем, что экстракцию проводят водным раствором хлорного железа (патент на изобретение №2198154 от 10.02.2003 г.).

Известный способ выбран заявителем в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:

- железо имеет переменную степень окисления (+2 и +3), что позволяет данному элементу менять степень окисления в течение технологического процесса обработки пороха; это требует постоянного контроля уровня рН среды;

- соединения трехвалентного железа являются окислителями. Это приводит к образованию различных производных органических соединений с трехвалентным азотом, которые могут оставаться в составе пороха после его обработки. Например, стабилизатор химической стойкости - дифениламин - образует при воздействии на него хлорного железа ряд производных: нитрозодифениламин, о-, м- и п-динитродифениламин, тринитродифениламин и др., отличающиеся повышенной токсичностью и являющиеся экологически небезопасными веществами;

- соединения железа (III) обладают высокой окрашивающей способностью, что приводит к получению окрашенных нитратов целлюлозы при их извлечении из обработанного пороха. Это сужает спектр применения нитратов целлюлозы в производстве гражданской продукции.

Задачей заявленного способа является замена водных растворов хлорного железа водными растворами солей других металлов, также являющихся d-элементами или имеющими свободные d-орбитали, соединения которых не окрашены и не являются окислителями, в силу чего представляется возможным получать неокрашенные компоненты нитратов целлюлозы, которые пригодны для производства продукции гражданского назначения, в том числе лакокрасочной продукции, полимерных материалов и др.

К таковым соединениям, например, следует отнести водные растворы солей алюминия и цинка. Так, цинк, по аналогии с железом, является d-элементом, а алюминий, являясь р-элементом, содержит на последнем энергетическом уровне свободные d-орбитали. Наличие свободных d-орбиталей обеспечивает элементам хорошую комплексообразующую способность, в частности способность данных элементов к образованию лабильных комплексных соединений с органическими компонентами порохов, содержащих трехвалентный азот.

Задача решается тем, что способ переработки пироксилиновых порохов, содержащих СХС с трехвалентным азотом, включающий экстракцию органических добавок жидкими экстрагентами, отличается тем, что в реактор загружают пироксилиновый порох, приливают 10%-ный водный раствор хлорида алюминия или хлорида цинка, полученную смесь перемешивают в течение 18 часов при температуре 50°С, далее осадок отфильтровывают от экстракта, промывают его водой, сушат и анализируют на остаточное содержание стабилизатора химической стойкости, после чего отправляют на производство гражданской продукции.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. В реактор помещают пироксилиновый порох в виде гранул или любом другом, даже измельченном, виде, который обрабатывают водным раствором хлорида алюминия (цинка). При этом из состава пороха экстрагируются органические компоненты, содержащие трехвалентный атом азота. Экстракцию проводят 10%-ным раствором хлорида металла при комнатной температуре Т=18…25°С или при повышенной температуре (50°С) в течение 18 часов. Полученный экстракт отделяют от смеси фильтрованием и отправляют на вторичную экстракцию. Осадок промывают дистиллированной водой, сушат и анализируют. Содержание примесей стабилизатора химической стойкости - дифениламина - и возможных его производных составляет всего 0,15%.

Взаимодействие реагентов протекает по донорно-акцепторному механизму с образованием лабильных комплексных соединений, в которых СХС выступает в роли лигандов, а ионы алюминия (цинка) - в роли комплексообразователей. При этом элементы с неподеленной электронной парой (кислород, азот, π-система бензольного кольца) являются донорами электронов, а свободные d-орбитали ионов металлов - акцепторами.

Далее заявителем приведен пример конкретного выполнения.

Пример.

1. В реактор загружают 10 кг пироксилинового пороха.

2. В него приливают 500 дм³ раствора хлорида алюминия (хлорида цинка), содержащего 50,0 кг AlCl₃ (ZnCl₂).

3. Полученную смесь перемешивают в течение 18 часов при комнатной температуре Т=18…25°С или при температуре 50°С.

4. Далее смесь фильтруют.

5. Осадок промывают водой.

6. Осадок сушат, анализируют на остаточное содержание стабилизатора химической стойкости (ДФА) и отправляют на производство продукции гражданского назначения.

ИК-спектральное исследование обработанных порохов показало, что структура нитратов целлюлозы, входящих в состав осадка системы, не изменяется в результате обработки пороха водными растворами хлоридов алюминия и цинка.

В таблице 1 представлены результаты анализов пироксилиновых порохов различной пористости, обработанных водными растворами хлоридов алюминия и цинка при различных условиях, в сравнении с результатами обработки порохов водным раствором хлорного железа. Кроме того, анализ обработанных порохов методом тонкослойной хроматографии показал отсутствие производных ДФА, которые имели место при обработке таких порохов водным раствором FeCl₃. Таким образом, предлагаемые нами хлориды алюминия и цинка не уступают соединениям рекомендованного нами ранее элемента - железа (III).

Заявленный способ обработки порохов прошел испытание на опытном производстве предприятия, в результате которого были получены положительные результаты. Установлено, что в результате экстракции пороха водным раствором хлорида алюминия содержание ДФА снизилось с 1,78 масс. % до 0,06 масс. %; в результате экстракции водным раствором хлорида цинка содержание ДФА снизилось с 1,78 масс. % до 0,1 масс. %.

Основываясь на вышеизложенном, можно сделать логический вывод о том, что заявленное техническое решение обеспечивает возможность переработки нитратцеллюлозных пироксилиновых порохов путем извлечения из его состава органических добавок и выделением нитратов целлюлозы в чистом виде для дальнейшего их использования в производстве продукции гражданского назначения, а также заявленный способ соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение может быть использовано для утилизации некондиционных порохов или порохов с истекшим сроком хранения с извлечением нитратов целлюлозы для применения в производстве гражданской продукции. При переработке пироксилиновых порохов, содержащих стабилизатор химической стойкости с трехвалентным азотом, осуществляют экстракцию органических добавок жидкими экстрагентами. В реактор загружают пироксилиновый порох, приливают 10%-ный водный раствор хлорида алюминия или хлорида цинка. Полученную смесь перемешивают в течение 18 часов при температуре 50°С. Осадок отфильтровывают от экстракта, промывают его водой, сушат и анализируют на остаточное содержание стабилизатора химической стойкости. После этого отправляют на производство гражданской продукции. Обеспечивается возможность переработки нитратцеллюлозных пироксилиновых порохов путем извлечения из их состава органических добавок и выделением нитратов целлюлозы в чистом виде для дальнейшего их использования в производстве продукции гражданского назначения. 1 табл.

Способ переработки пироксилиновых порохов, содержащих стабилизатор химической стойкости с трехвалентным азотом, включающий экстракцию органических добавок жидкими экстрагентами, отличающийся тем, что в реактор загружают пироксилиновый порох, приливают 10%-ный водный раствор хлорида алюминия или хлорида цинка, полученную смесь перемешивают в течение 18 часов при температуре 50°С, далее осадок отфильтровывают от экстракта, промывают его водой, сушат и анализируют на остаточное содержание стабилизатора химической стойкости, после чего его отправляют на производство гражданской продукции.