СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНИТРОРЕЗОРЦИНАТА СВИНЦА МЕЛКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО Российский патент 2021 года по МПК C06B41/02 

Изобретение относится к области пиротехнических производств, а именно к производству инициирующих взрывчатых веществ, используемых при создании средств инициирования, в частности к способу получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического. Продукт, полученный предложенным способом, в виде отдельных мелких кристаллов размером 10-50 мкм и насыпной плотностью 1,1-1,5 г/см³, может быть использован при нанесении на электронные мостики в системах электронного регулирования скорости замедления передачи детонации, а также в других конструкциях и системах для обеспечения передачи импульса.

При создании средств инициирования в производстве широко применяется тринитрорезорцинат свинца кристаллический размером 100-250 мкм. Существующие технологии отработаны на получение такого продукта, обеспечивающего технические требования при изготовлении средств инициирования.

Разработка и внедрение новых технических решений конструкций средств инициирования (СИ) потребовало создания промышленного способа получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического в виде одиночных кристаллов размером до 50 мкм и насыпной плотностью не менее 1,1 г/см³.

Все работы и патенты по промышленному производству тринитрорезорцината свинца фактически развивают и совершенствуют два основных способа его получения:

1) через стифнат натрия;

2) через стифнат магния.

Известен способ производства тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического (Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ – М.: Дом техники, 1975), в котором основными исходными продуктами являются: стифниновая кислота, бикарбонат натрия, уксусная кислота, азотнокислый свинец.

Схема получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического указанным способом:

C₆H(NO₂)₃(OH)₂+2NaHCO₃=C₆H(NO₂)₃(ONa)₂+CO₂+2H₂O

C₆H(NO₂)₃(ONa)₂+Pb(NO₃)₂=C₆H(NO₂)₃O₂Pb=2NaNO₃

Для получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического применяют 4% раствор стифната натрия и 15% раствор азотнокислого свинца.

В 15% раствор азотнокислого свинца (16 л) находящийся в реакторе синтеза вводят в течение 15-20 минут при перемешивании 4% раствор стифната натрия (39 л). Температуру сливаемых растворов поддерживают не выше (14-18)°С, Такой режим обеспечивает коллоидное гелеобразное состояние осажденного стифната свинца.

После выдержки при перемешивании реакционной массы в баке осаждения в течение 10-15 минут следует операция перевода коллоидной массы в мелкокристаллическую форму. Этот перевод осуществляется нагревом, для чего в рубашку бака осаждения пускают горячую воду с температурой на входе (50-90)°С. Температура содержимого бака не должна превышать 60°С.

Перевод коллоидной массы в мелкокристаллическую форму ведется в течение 15-45 минут до потемнения реакционной массы, наблюдаемой по системе зеркал. После выдержки 2-5 минут подача горячей воды прекращается и содержимое бака спускается на воронку вакуум-фильтра. [Типовой техпроцесс получения мелкокристаллического продукта ГОСТ 1944-70. 1974 год].

Способ производства тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического, описанный выше принят за прототип.

Основным недостатком такого способа получения является сложность в поддержании низкой температуры в реакторе и невозможность обеспечения быстрого равномерного нагрева коллоидной массы в реакторе для перевода ее в мелкокристаллическое состояние. Затяжное разбивание коллоида формирует разный по величине и форме кристалл. По описанной выше технологии продукт получается разнородный по величине, агрегированный, с наличием пыли и крупных кристаллов. Гравиметрическая плотность, зависящая от формы кристалла и степени агрегированности кристалла, составляет в лучшем случае 0,7-0,8 г/см³ (Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ – М.: Дом техники, 1975).

Целью заявляемого решения является разработка простого способа получения сыпучего тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического в виде одиночных кристаллов размером 10-50 мкм с гравиметрической плотностью (1,1-1,5) г/см³ для использования в системах электронного регулирования скорости замедления передачи детонации, а также в других конструкциях и системах для обеспечения передачи импульса.

Для решения этой задачи была применена технология быстрого разрушения коллоида, образующегося при сливе реагирующих растворов, методом добавки дополнительного реагента в процессе синтеза, Такими реагентами были выбраны спирты этиловый или изопропиловый. Быстрое разрушение коллоида способствует образованию множества центров кристаллизации в коллоиде, что, в конечном счете, определяет размер кристалла тринитрорезорцината свинца. Синтез тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического ведется через раствор стифната магния.

Поставленная задача решена за счет получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического по следующей схеме:

1) C₆H(NO₂)₃(ОН)₂+MgO=C₆H(NO₂)₃O₂Mg+H₂O

2) C₆H(NO₂)₃O₂Mg+Pb(NO₃)₂=C₆H(NO₂)₃O₂Pb+Mg(NO₃)₂

Первым этапом синтеза является получение раствора стифната магния заданной концентрации (7-10)%. В суспензию стифниновой кислоты в воде присыпают расчетное количество окиси магния. Реакция проводится при нагревании раствора. Для подкисления раствора используется уксусная кислота до значения рН=3,8-4,3

Раствор азотнокислого свинца готовится 30%-ной концентрации, значение рН=1,8-2,1. Корректировка рН проводится уксусной кислотой.

Второй этап синтеза состоит в том, что подогретый раствор азотнокислого свинца быстро сливается в реактор с нагретым раствором стифната магния. Одновременно со сливом раствора азотнокислого свинца дозируется спирт этиловый или изопропиловый, который вводится в один или два приема. Синтез проводится при температуре (65-80)°С и перемешивании до создания турбулентного потока с критерием Рейнольдса Re 200000, время выдержки реакционной смеси в реакторе 2-5 мин.

Затем смесь из реактора сливается на вакуумную воронку, фильтруется, кристалл промывается водой, обезвоживается этанолом.

Заявляемое решение отличается от прототипа тем, что:

- для получения заданной кристаллической структуры вместо раствора стифната натрия используется раствор стифната магния (7-10)%-ной концентрации с значением рН раствора равным 3,8-4,3;

- раствор азотнокислого свинца используется с концентрацией - 25-30% и значением рН раствора равным 1,6-2,5;

- для обеспечения размера кристалла, вводится добавка в виде спиртов (этилового или изопропилового) в объемном соотношении к объему раствора стифната магния 0,5-0,75:1 в один или два приема;

- изменен порядок слива растворов при синтезе по сравнению с прототипом;

- длительность синтеза 2-5 мин.;

- синтез проводится при температуре (64-80)°С;

- скорость перемешивания реакционной массы в реакторе Re≥200000;

Преимуществами предлагаемого решения является:

- получение однородного по форме и размеру кристалла (10-50) мкм, удовлетворяющего техническим требованиям;

- снижение трудоемкости процесса;

- использование материалов, сырья, применяемых в валовом производстве;

- применение легко поддерживаемых в производственных условиях режимов синтеза, обеспечивающих качество получаемого продукта;

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание способа получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического в виде отдельных мелких кристаллов размером 10-50 мкм и насыпной плотностью 1,1-1,5 г/см³.

Примером достижения заявляемой цели является синтез, проведенный в лабораторных условиях:

Пример 1. К 72 мл подогретого до 67°С раствора стифната магния с концентрацией 7,5% и рН=4,1 быстро сливали подогретый до этой же температуры 30%-ный раствор азотнокислого свинца с рН=2,1 при перемешивании со скоростью вращения мешалки 900 об/мин. Одновременно с дозированием раствора азотнокислого свинца начинали быстрый слив этанола. Объем слитого этанола составил 50 мл. Время выдержки реакционной массы - 2 мин. В результате в осадок выпал тринитрорезорцинат свинца мелкокристаллический (мелкие кристаллы). Реакционную массу слили на фильтровальную воронку. После фильтрования продукт промыли водой, обезводили спиртом и высушили при температуре 45°С.

Полученные одиночные кристаллы имеют правильную форму, размер кристалла 10-50 мкм, гравиметрическую плотность 1,42 г/см³. Продукт обладает хорошей сыпучестью. Выход составил 75%.

Пример 2. К 72 мл подогретого до 68°С раствора стифната магния с концентрацией 7,25% и рН=4,1 быстро сливали подогретый до этой же температуры 30%-ный раствор азотнокислого свинца с рН=2,1 при перемешивании со скоростью вращения мешалки 900 об/мин. Одновременно с дозированием раствора азотнокислого свинца начинали быстрый слив изопропилового спирта. Объем слитого изопропилового спирта составил 38 мл. Время выдержки реакционной массы в реакторе - 3 мин. Реакционную массу слили на фильтровальную воронку. После фильтрования продукт промыли водой, обезводили спиртом и высушили при температуре 45°С.

Полученные одиночные кристаллы имеют правильную форму, размер кристалла 10-50 мкм, гравиметрическую плотность 1,36 г/см³. Выход составил 90%.

Предлагаемый способ получения применен на производственном участке АО «НМЗ «Искра», полученный продукт использован для изготовления изделий в системах электронного регулирования скорости замедления.

В ходе производственного опробования было подтверждено, что:

- синтезы обладают хорошей воспроизводимостью;

- продукт обладает хорошей сыпучестью, кристаллы однородны по размеру одиночные, правильной формы;

- насыпная плотность продукта составляет 1,1-1,5 г/см³;

- размер кристалла 10-50 мкм.

Изобретение относится к области пиротехнических производств, а именно к производству инициирующих взрывчатых веществ, в частности к способу получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического. Продукт, полученный данным способом, может быть использован при нанесении на электронные мостики для передачи детонации в системах электронного регулирования скорости замедления, а также в других конструкциях и системах для обеспечения передачи импульса. Синтез проводят методом одновременного слива 25-30% раствора азотнокислого свинца и регулирующей добавки в виде этилового или изопропилового спирта в 7-10% раствор стифната магния. Температуру реакционной смеси поддерживают в пределах 64-80°С, перемешивают до создания турбулентного потока с критерием Рейнольдса Re≥200000. Раствор азотнокислого свинца должен иметь значение pH 1,6-2,5, pH раствора стифната магния 3,8-4,3. При необходимости растворы подкисляются уксусной кислотой. Соотношение объемов регулирующей добавки и раствора стифната магния (0,5-0,75):1. Реакционную смесь выдерживают в реакторе 2-5 минут. Обеспечивается получение сыпучего, однородного тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического в виде одиночных кристаллов с размером 10-50 мкм, насыпной плотностью 1,1-1,5 г/см³.

Способ получения тринитрорезорцината свинца мелкокристаллического, заключающийся в том, что одновременно при сливе раствора азотнокислого свинца с концентрацией 25-30%, подкисленного до значения рН 1,6-2,5, в раствор стифната магния в 7-10% концентрации, подкисленного до рН 3,8-4,3, при перемешивании с созданием турбулентного потока с критерием Рейнольдса Re≥200000, поддержанием температуры синтеза 64-80°С, производят слив регулирующей добавки в виде этилового или изопропилового спирта в соотношении с объемом использованного раствора стифната магния (0,5-0,75):1 и выдержкой реакционной смеси в реакторе 2-5 минут.