Научная статья на тему 'К вопросу о разработке способа преобразования желтого фосфора в красный непосредственно в каморе дымовых боеприпасов'

К вопросу о разработке способа преобразования желтого фосфора в красный непосредственно в каморе дымовых боеприпасов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
265
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЖЕЛТЫЙ ФОСФОР / КРАСНЫЙ ФОСФОР / ФОСФОРОСОДЕРЖАЩИЕ БОЕПРИПАСЫ / МЕТОД ИЗВЛЕЧЕНИЯ СЛИВОМ ПОД ВОДОЙ / ТЕРМИЧЕСКИЙ МЕТОД / ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЖЁЛТОГО ФОСФОРА В КРАСНЫЙ НЕПОСРЕДСТВЕННО В КАМОРЕ БОЕПРИПАСА / YELLOW / WHITE / RED PHOSPHORUS / WHITE PHOSPHORUS MUNITIONS / METHODS OF DEMILITARIZATION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Касаткин Андрей Витальевич, Ватутин Николай Михайлович, Колтунов Владимир Валентинович, Кузнецова Ирина Анатольевна., Василевская Екатерина Михайловна

Проведён всесторонний анализ проблемы ликвидации боеприпасов, показавший её актуальность и важность. На основании изучения конструктивных особенностей различных типов боеприпасов, а также физико-химических свойств дымообразующего вещества (фосфора), предложены различные методы переработки боеприпасов. Описываются характерные особенности способа, основанного на преобразовании жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса. Предложены направления дальнейшего улучшения метода термической переработки боеприпасов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Касаткин Андрей Витальевич, Ватутин Николай Михайлович, Колтунов Владимир Валентинович, Кузнецова Ирина Анатольевна., Василевская Екатерина Михайловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON DEVELOPMENT A METHOD FOR CONVERTING PHOSPHORUS FROM YELLOW TO RED PHASE DIRECTLY INSIDE SMOKE AMMUNITION CHAMBER

In this article provides a comprehensive analysis of problem of the elimination of ammunitions, which had shown its relevance and importance. Based on the studying of design features of different types of ammunition, as well as the physical and chemical properties of the smoke-producing substance (phosphorus), proposed various methods of processing ammunition. Main characteristics of method based on the conversion of yellow phosphorus to red directly into the chamber of the ammunition were described. The directions of further improvement of the method of thermal processing of ammunition were suggested.

Текст научной работы на тему «К вопросу о разработке способа преобразования желтого фосфора в красный непосредственно в каморе дымовых боеприпасов»

УДК 623.451.083.37

К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ СПОСОБА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЖЕЛТОГО ФОСФОРА В КРАСНЫЙ НЕПОСРЕДСТВЕННО В КАМОРЕ ДЫМОВЫХ БОЕПРИПАСОВ

А. В. Касаткин, Н. М. Ватутин, В. В. Колтунов, И. А. Кузнецова, Е. М. Василевская

Проведён всесторонний анализ проблемы ликвидации боеприпасов, показавший её актуальность и важность. На основании изучения конструктивных особенностей различных типов боеприпасов, а также физико-химических свойств дымообразующего вещества (фосфора), предложены различные методы переработки боеприпасов. Описываются характерные особенности способа, основанного на преобразовании жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса. Предложены направления дальнейшего улучшения метода термической переработки боеприпасов.

Ключевые слова: желтый фосфор, красный фосфор, фосфоросодержащие боеприпасы, метод извлечения сливом под водой, термический метод, преобразование жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса.

Существующие на сегодняшний день технологии ликвидации боеприпасов основного назначения (осколочных, фугасных, осколочно-фугасных, кумулятивных, бронебойных, подкалиберных и др.) основаны на извлечении разрывного заряда тем или иным методом, в зависимости от физико-химических свойств содержащихся в них взрывчатых веществ (плавкие и неподдающиеся плавлению) и методах снаряжения (вкладные, прессованные, литые) не применимы для ликвидации боеприпасов снаряженных жёлтым фосфором из-за его специфических свойств. По этой причине вопрос ликвидации этих боеприпасов, долгое время даже не рассматривался. А между тем номенклатура таких боеприпасов достаточно широка и включает в себя боеприпасы калибра от 82 до 240 мм, а также ручные гранаты. При этом их общее количество превышает миллион штук. Учитывая, что боеприпасы в таком снаряжении, да и ещё с истекшими сроками хранения, представляют собой реальную угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций в местах их хранения, проблема ликвидации таких боеприпасов является крайне важной и актуальной.

Актуальность проблемы подтверждается и её рассмотрением на заседании Военно-промышленной комиссии Российской Федерации в 2012 году, на котором было отмечено, что решение вопроса об утилизации фосфорсодержащих боеприпасов является одним из приоритетных направлений выполнения государственного оборонного заказа.

В этой связи с 2012 года специалисты ФКП «НИИ «Геодезия» с участием ФГБОУ ВО «Московский Политех» в инициативном порядке, собственными силами приступили к разработке методов расснаряжения боеприпасов, их экспериментальной реализации на практике и проведением их полигонных испытаний [1, 2].

Сложность решаемой задачи обусловлена такими специфическими физико-химическими свойствами жёлтого фосфора как способность самопроизвольного воспламенения на воздухе, высокая токсичностью, как самого фосфора, так и продуктов его горения. Поэтому важнейшим условием при разработке методов являлось соблюдение особых мер предосторожности, обеспечивающих требуемый уровень безопасности проводимых работ.

1. Особенности конструкции боеприпаса и свойства дымообразующего вещества

Перед проведением работ потребовалось доскональное изучение, как конструктивных особенностей различных типов боеприпасов [3], так и физико-химических свойств самого фосфора [4]. К фосфоросодержащим боеприпасам относятся такие специальные боеприпасы как дымовые, при-стрелочно-целеуказательные и зажигательные. Конструкция основных типов таких боеприпасов представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства различных типов дымовых боеприпасов: 1 - корпус, 2 - запальный стакан, 3 - взрыватель, 4 - разрывной заряд, 5 - дымообразующее вещество, 6 - пробка, 7 - свинцовая прокладка

Проведённый анализ конструктивных особенностей боеприпасов показал принципиальную возможность извлечения из них дымообразующего состава следующими методами:

- разборка боеприпаса посредством вывинчивания запального стакана по имеющемуся резьбовому соединению;

- разрушение корпуса боеприпаса посредством надрезания стенки с последующим разламыванием корпуса по ослабленному сечению;

- просверливанием сквозных отверстий в стенке корпуса боеприпаса по кратчайшему направлению в нижней части каморы боеприпаса.

Так же был выполнен анализ физико-химических свойств дымообразующего вещества (жёлтый или белый фосфор), который позволил установить, что:

- уничтожение таких боеприпасов методом подрыва или сжигания с соблюдением экологических требований без использования мощных очистных установок, обеспечивающих герметичность, сбор и улавливание образующихся продуктов горения, не представляется возможным;

- для изоляции жёлтого фосфора от атмосферного воздуха может быть использована при положительных температурах вода, а при отрицательных температурах водные солевые растворы [7].

На основании проведённого анализа конструктивных особенностей боеприпасов и свойств дымообразующего вещества были предложены следующие методы ликвидации фосфоросодержащих боеприпасов:

- метод основанный на выжигании жёлтого фосфора под водой за счёт подачи к нему струи сжатого воздуха с последующим образованием ортофосфорной кислоты;

- метод основанный на извлечении жёлтого фосфора из боеприпасов сливом в ванне с водой при температуре 73±5 °С, с последующим его сбором для вторичного использования или переработки;

- метод нейтрализации основанный на разложении жёлтого фосфора насыщенным водным раствором сульфата меди (медного купороса);

- термический метод, основанный на превращение жёлтого фосфора в красный при нагревании до температуры 250...300 °С в замкнутом (герметичном) объёме, т.е. непосредственно в корпусе боеприпаса, с последующим его извлечением и вторичным использованием;

Каждое из предложенных направлений обладает своими преимуществами и недостатками, но при этом все они требуют соблюдения специальных мер безопасности.

2. Метод извлечения желтого фосфора из боеприпаса сливом под водой

Принципиальная схема предложенной экспериментальной установки для изучения метода извлечения дымообразующего вещества из боеприпасов методом слива, приведена на рис. 2.

Технологический процесс может быть организован следующим образом. Предварительно прогретый до температуры 65±5 оС корпус боепри-паса 1 без взрывателя и разрывного заряда погружается в обогреваемую технологическую емкость 2 заполненную горячей водой при температуре 65.70 оС. Дно технологической емкости должно иметь соответствующие уклоны для обеспечения сбора и последующего слива извлекаемого желтого фосфора. Боеприпас в емкости надежно закрепляется, затем сверлом 3 под водой в корпусе делается сквозное отверстие. Отверстие должно про-

ходить между дном каморы и концом запального стакана. Для предупреждения контакта фосфора с воздухом сверло должно постоянно омываться струей воды 5 из технологической емкости, циркулирующей под действием насоса 4. Напор струи должен быть достаточным для омывания сверла и одновременно исключать возможность бурления жидкости в емкости. В связи с тем, что плотность желтого фосфора больше плотности воды, после образования сквозного отверстия расплавленный желтый фосфор под собственным весом, самотеком сливается из каморы в технологическую емкость и собирается в ее нижней части. После окончания свободного вытекания фосфора для лучшей очистки каморы она с помощью ручной промывочной головки 6 промывается струей воды подаваемой насосом 4 из технологической емкости под небольшим напором. После промывки каморы боеприпаса собранный фосфор сливается в емкость для хранения 7, после чего пустой корпус в технологической емкости, без извлечения из воды, перекладывается в транспортный контейнер и передается на операцию нейтрализации. Полная нейтрализация возможных остатков фосфора достигается последующим помещением корпуса боеприпаса в ванну с водным раствором медного купороса или продувкой каморы сжатым воздухом. После нейтрализации пустой корпус становится абсолютно безопасным в обращении. Собранный под водой в емкостях для хранения желтый фосфор может храниться неограниченное время и транспортироваться.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для изучения метода утилизации боеприпасов, снаряженных желтым фосфором сливом под водой: 1 - боеприпас; 2 - технологическая ёмкость; 3- сверло; 4 - циркуляционный насос; 5 - автоматический омыватель сверла; 6 - ручной омыватель для промывки каморы; 7 - ёмкость для хранения

з

желтого фосфора; 8 - зонт вытяжной вентиляции

12

Основным недостатком данного метода является то, что слив под водой неизбежно приводит к необходимости работы с жёлтым фосфором и как следствие этого - требование соблюдения специальных мер безопасности. При нейтрализации желтого фосфора раствором медного купороса возможно его зашлаковывание, что не исключает наличия непрореагиро-вавших остатков, а сжигание фосфора приводит к образованию чрезвычайно токсичных соединений - фосфинов. Поэтому был продолжен поиск менее опасных методов. В качестве более безопасного метода был предложен термический метод утилизации фосфорсодержащих боеприпасов, который исключает непосредственный контакт с жёлтым фосфором, являющимся очень ядовитым и опасным веществом, способным к самовозгоранию при взаимодействии с атмосферой.

3. Термический метод преобразование жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса

Термический метод преобразования жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса может быть условно поделён на три основных вида: длительный нагрев в печи; кратковременный нагрев с последующим использованием аккумулированной энергии и позонный нагрев корпуса боеприпаса до разных температур.

3.1. Метод длительного нагревания в печи. Первоначально предложенным способом расснаряжения боеприпасов [1], предполагалось активное вещество дымообразующего заряда перед извлечением из корпуса подвергать физико-химической модификации непосредственно в корпусе боеприпаса находящимся в нагревательной печи, при этом активное вещество подвергалось термодеструкции (полимеризации), причем без осуществления массообменных процессов с окружающей средой.

Данный метод основан на таком свойстве красного фосфора, как возможность его образования при длительном нагревании жидкого жёлтого фосфора в закрытом сосуде без доступа воздуха при температуре 250.260 °С [5 - 8]. При этих условиях происходит переход от одной аллотропной модификации фосфора (белый фосфор) в другую (красный фосфор) описываемый следующим химическим уравнением:

Р4 ^ Рп + а

Для протекания подобной химической реакции желтый фосфор должен находиться в закрытом сосуде, а в нашем случае роль закрытого сосуда (химического реактора) выполняет сам корпус боеприпаса - при данной температуре он остаётся герметичным, т.к. температура плавления свинцовой прокладки превышает 327 °С.

Технологический процесс для осуществления данного метода был организован следующим образом. Первоначально с корпуса боеприпаса и запального стакана смывается покрытие из консервационной смазки (осал-ка) и вывинчивается транспортировочная пробка. Затем корпус снаряда без

взрывателя и разрывного заряда помещается в муфельную печь, где на протяжении нескольких часов выдерживается при температуре 250...260 °С. За это время в каморе снаряда протекает реакция полимеризации, приводящая к переходу жёлтого фосфора в красный. По истечении установленного периода корпус снаряда извлекается из нагревательной печи и охлаждается. Для извлечения красного фосфора у снаряда вывёртывается запальный стакан и через открытое очко с помощью установки вымывания ГКМ4 (рис. 3) под действием струи воды высокого давления производится вымывание и одновременное измельчение образовавшегося красного фосфора. Так как красный фосфор в воде не растворим, то после высыхания он полностью сохраняет свои первоначальные свойства.

Схема установки для термического преобразования фосфора в каморе боеприпаса изображена на рис. 4.

Рис. 3. Общий вид установки вымывания ГКМ4

Рис. 4. Схема установки для перевода желтого фосфора в красный: 1 - корпус боеприпаса без взрывателя; 2 - нагревательная печь;

3 - электрический нагревательный элемент; 4 - автоматический регулятор; 5 - термодатчик; 6 - воздушная вентиляция

Основными недостатками указанного способа являются большие энергетические затраты на постоянное нагревание расснаряжаемого дымового боеприпаса в течение длительного периода, большие временные затраты на проведение реакции полимеризации, а также необходимость применения нагревательных печей большого размера.

14

3.2. Метод использования аккумулированной энергии. Следующим этапом стал способ [2], согласно которому процесс полимеризации желтого фосфора осуществляют в режиме гомогенной экзотермической реакции, при этом боеприпас нагревают однократно, а поддержание необходимого теплового режима осуществляют за счет аккумулированной тепловой энергии корпусных элементов боеприпаса, а также теплового эффекта реакции полимеризации.

Расчёты показали, что суммарная тепловая энергия, аккумулированная корпусными элементами, например 82-мм дымовой мины для батальонного миномета (индекс ГРАУ: 53-Д-832С), плюс выделяемая в процессе полимеризации, составляет порядка 475 кДж, что в 3,9 раза превышает тепловую энергию, необходимую для непосредственного нагрева по-лимеризуемого фосфора в каморе боеприпаса до заданной температуры.

Для рационального использования тепловой энергии, аккумулированной корпусными элементами боеприпаса и выделяемой в результате реакции, боеприпас целесообразно после нагрева до заданной температуры теплоизолировать от окружающей среды, например, путем помещения в широкогорлый термос, без контакта с его внутренними поверхностями. Так, минимальный контакт с днищем термоса может быть обеспечен путем использования подставки в виде тонкостенного перфорированного цилиндра, либо путем подвеса.

На рис. 5, а и 5, б изображены варианты теплоизоляция нагретого боеприпаса от окружающей среды в широкогорлом термосе.

а б

Рис. 5. Схема установки снаряда: а - внутри термоса на подставке; б - внутри термоса на подвесе

Процесс проводится следующим образом. Корпус боеприпаса нагревается (индукционным нагревом, в муфельной печи и т.п. известными способами) до температуры 260.300 °С, а затем устанавливается в по-

15

лость колбы широкогорлого термоса 2 на подставку 4 (рис. 5, а) или подвешивается на тонком тросе 4 (рис. 5, б), крышку термоса 6 закрывают, и боеприпас выдерживается в нем на протяжении нескольких часов. За это время в каморе боеприпаса протекает реакция полимеризации, приводящая к переходу желтого фосфора в красный. По истечении установленного периода корпус извлекается из термоса и охлаждается. В качестве термоса может использоваться и сама камера нагревательной печи.

Однако и данный способ не был лишён отдельных недостатков. Во-первых, это большие временные затраты на процесс полимеризации. Во-вторых, в способе не учитывается с позиций теплообмена как конструкция самого боеприпаса, так и его корпуса, - наличие незаполненной полости в оживальной части, разнотолщинность стенок и большое заглубление запального стакана внутрь каморы в заряд дымообразующего вещества. Поэтому было решено продолжить исследования в данном направлении.

3.3. Метод позонного нагрева боеприпаса. Рассматриваемой технической задачей является упрощение аппаратурного оснащения и снижение как временных, так и энергетических затрат при расснаряжении боеприпасов, снаряженных желтым фосфором, а также повышение качества получаемого красного фосфора.

Представляемый новый способ [9] в отличие от своих предшественников [1, 2], предполагающих равномерный нагрев по всей поверхности корпуса боеприпаса до температуры, не превышающей температуру плавления свинцовой прокладки 327 °С, по сути, предусматривает осуществлять нагрев по раздельным зонам корпуса отдельными нагревательными устройствами с учетом толщины/массы нагреваемых элементов и их удаленности от границы герметичного стыка. Это позволит нагревать наиболее удаленные от границы герметичного стыка с запальным стаканом элементы корпуса боеприпаса до более высоких температур, чем температура плавления свинца, что приведёт к более быстрому прогреву металлических элементов боеприпаса и находящегося в его каморе желтого фосфора, более высоким скоростям химической реакции полимеризации [8], и естественно существенно снизит время проведения процесса.

Возможность и принцип осуществления данного способа можно пояснить результатами и выводами работ [10, 11].

Так, по результатам работы [10] при температуре 308 оС время 94 %-го превращения белого фосфора в красный составило 22 680 с (6,3 часа) (вместо 280 оС) и 43 200 с (12 часов) по вышеописанным способам), а при температуре 373 оС) - соответственно 99,3 % и 600 с (10 минут) при увеличении константы скорости реакции приблизительно на порядок.

Также и в работе [11] упомянуто, что значительная скорость образования красного фосфора из расплава белого наблюдается в интервале температур 350.510 оС.

Нагрев отдельных элементов боеприпаса наиболее целесообразно осуществлять по механизму теплопередачи, например, посредством механического контакта со спиральными электронагревателями, керамическими ленточными нагревателями и т.п. нагревающими устройствами, размещенными в защитных металлических кожухах, выполненных по форме обогреваемого элемента в соответствующей зоне нагрева и обеспечивающих равномерный нагрев поверхности боеприпаса.

В качестве примера на рис. 6 схематично представлена конструкция фосфорного боеприпаса с показом разнотолщинности отдельных его элементов, на рис. 7 - условная «разбивка» на зоны нагрева, в зависимости от толщины/массы стенки и месторасположения, а на рис. 8 - возможное расположение отдельных нагревающих элементов.

Рис. 6. Разнотолщинность боеприпаса

Рис. 7. «Разбивка» боеприпаса на зоны нагрева

17

Рис. 8. Схема расположения нагревательных элементов

Как уже упоминалось ранее, подлежащий расснаряжению боепри-пас (рис. 6) в общем случае содержит корпус боеприпаса 1, вкрученный в него запальный стакан 2, герметизирующую свинцовую прокладку 3 и заряд желтого фосфора 4, расположенный в каморе боеприпаса. В оживаль-ной части корпуса 1 между внутренней поверхностью каморы, стенкой запального стакана 2 и поверхностью заряда желтого фосфора 4 имеется незаполненная полость 5. Отдельные конструктивные элементы конструкции боеприпаса имеют различную толщину - наиболее толстые и массивные расположены в придонной части корпуса - 51 и 52 (днище и стенка), менее толстые и обладающие меньшей массой, приходящейся на единицу обогреваемой поверхности, 53 и 54 - в цилиндрической и оживальной части, наконец, самые тонкие и наименее массивные элементы - 55 и 56 соответственно дно и стенка запального стакана.

В зависимости от толщины/массы стенки и месторасположения конструктивного элемента боеприпаса относительно свинцовой прокладки может быть произведена следующая условная «разбивка» на зоны нагрева, представленная на рис. 7.

Здесь зона I соответствует днищу корпуса, II - придонной части, III - цилиндрической, IV - оживальной, V - дну запального стакана и VI -стенке запального стакана. Ввиду приблизительно одинаковых толщин днища и стенки придонной части корпуса, стенок корпуса в цилиндрической и оживальной части, дна и стенки запального стакана, соответствующие зоны нагрева могут быть объединены. То есть I с II, III с IV, V с VI. Это позволит одновременно упростить конструкцию нагревающих элементов и облегчить тепловой контроль при проведении процесса нагрева за счет сокращения суммарного количества температурных датчиков.

Исходя из предложенной «разбивки» на зоны нагрева целесообразно максимальный нагрев боеприпаса осуществлять с донной части, как наиболее удаленной от границы герметичного стыка, а также из полости запального стакана, как наиболее «близкой» непосредственно к заряду

18

фосфора и к тому же отделенной от него тонкими металлическими элементами. При этом, руководствуясь результатами работ [10, 11], наиболее приемлемая температура нагрева должна быть порядка 350...400°С, а температура общего нагрева зон цилиндрической и ожи-вальной частей - не более 300 оС, дабы предохранить свинцовую прокладку герметичного стыка от расплавления и последующей возможности разгерметизации.

Используя предложенную схему, путем подбора мощности нагревающих элементов можно подобрать режим нагрева боеприпаса по температуре/времени таким образом, чтобы обеспечить одинаковый прогрев заряда фосфора, как со стороны придонной части корпуса, так и со стороны запального стакана. Это обеспечит практически единовременное инициирование реакции полимеризации фосфора по всему его объему, т.е. условия гомогенной реакции, что существенно снизит время проведения процесса.

При осуществлении способа (рис. 8) предварительно подготовленный боеприпас вертикально устанавливают в донный электронагреватель 6, затем на корпус надевается верхний электронагреватель 7, и, наконец, вставляется внутренний нагреватель 8 размещаемый в полости запального стакана 2, после чего на выводные клеммы электронагревателей подаётся необходимое напряжение, обеспечивающее нагрев до заданной температуры, и начинается непосредственный процесс термического преобразования.

Для улучшения условий теплообмена полость нижнего электронагревателя 6 выполнена по форме придонной части корпуса боеприпаса 1, внутренняя поверхность верхнего электронагревателя 7 также геометрически соответствует форме цилиндрической и оживальной частей, а также центрирующего утолщения корпуса, а внешняя поверхность внутреннего электронагревателя 7 по форме соответствует полости запального стакана 2.

Время нагрева и последующей выдержки в условиях, обеспечивающих отсутствие теплообмена с окружающей средой, для каждого типа боеприпасов предварительно определяется расчетным путём, а затем подтверждается экспериментальными исследованиями в зависимости от конструкции боеприпаса, заданной температуры нагрева, мощности используемых нагревателей и т.п. Контроль и регулирование процесса нагрева осуществляется известными способами и с применением известных средств.

В случае необходимости, при возможном перегреве герметичного стыка корпуса боеприпаса с запальным стаканом, можно осуществлять от него отвод тепла. Например, регулируемым обдувом потоком воздуха, или посредством радиатора, плотно устанавливаемого на свободный участок оживальной части у очка корпуса, и иными известными средствами.

По завершению нагрева боеприпас выдерживают в условиях, обеспечивающих отсутствие теплообмена с окружающей средой, например в широкогорлом термосе. За это время в каморе завершается реакция полимеризации, приводящая к переходу жёлтого фосфора в красный. По истечении установленного периода корпус извлекается из термоса и охлаждается. Последующее извлечение красного фосфора из корпуса боеприпаса производится известными отработанными методами.

Использование в качестве реакционной емкости корпуса боеприпа-са, обладающего малым объемом, позволяет резко снизить вероятность экологического ущерба при расснаряжении по сравнению с крупногабаритной типовой промышленной аппаратурой. А нагрев отдельных элементов корпуса боеприпаса до разных температур с учетом их толщины\массы и удаленности от границы герметичного стыка с запальным стаканом, с осуществлением отдельного нагрева изнутри запального стакана - существенно уменьшить временные затраты на проведение реакции полимеризации.

Предлагаемый способ обеспечивает 100 % вторичную переработку боеприпасов снаряженных жёлтым фосфором. Конечными продуктами утилизации являются технический красный фосфор, пригодный для использования в производстве ортофосфорной кислоты, минеральных удобрений, пиротехнических изделий, а также лом черных и цветных металлов. Хотя данный способ и является потенциально опасным, вследствие чувствительности красного фосфора к механическим воздействиям и пламени, его экологическая и промышленная безопасность на порядки выше, чем в случае извлечения жёлтого фосфора из корпусов боеприпасов методом слива или выжигания, а временные затраты на его проведение значительно меньше чем у всех других способов.

В ближайшем будущем для того чтобы более точно просчитать и смоделировать термические процессы проходящие в каморе боеприпасов, ФКП «НИИ «Геодезия» планирует провести натурные полигонные испытания данного метода. В ходе полигонных испытаний будут проведены эксперименты для определения теплопроводности и теплоёмкости фосфора в процессе его перехода из жёлтого в красный, необходимые для уточнения математической модели и вычисления времени, необходимого для полной трансформации фосфора внутри боеприпаса, с целью сокращения энергетических и временных затрат на осуществление процесса.

Выводы

1. Проведён всесторонний анализ проблемы ликвидации боеприпасов, показавший её актуальность и важность.

2. Исследованы конструктивные особенности устройства различных типов боеприпасов, а также физико-химических свойств фосфора.

3. На основании выполненного анализа предложены различные методы переработки боеприпасов обеспечивающих достаточную степень безопасности.

4. Обосновано использование способа основанного на преобразовании жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпаса, что обеспечивает:

- уменьшение временных затрат на проведение реакции полимеризации, а соответственно и полного времени технологического процесса расснаряжения боеприпасов;

- отказ от использования крупногабаритной промышленной аппаратуры (технологических ванн и нагревательных печей);

- безопасное и экологически чистое преобразование жёлтого фосфора в красный непосредственно в каморе боеприпасов;

- безотходную переработку дымовых боеприпасов с получением технического красного фосфора, лома чёрных и цветных металлов.

5. Предложены направления дальнейшего улучшения метода термической переработки боеприпасов, выбора оптимальных режимов и скоростей нагрева, других параметров является целью дальнейших исследований.

Список литературы

1. Патент РФ № 2493537, F42 B 33/06, 2012.

2. Патент РФ № 2550894, F42 B 33/06, 2014.

3. Третьяков Г.М. Боеприпасы артиллерии. М.: Воениздат, 1947.

4. Корбридж Д. Фосфор. Основы химии, биохимии, технологии. Пер. с англ. M., 1982.

5. Везер В.Дж. Фосфор и его соединения / пер. с англ. М., 1962.

6. Реми Г. Курс неорганической химии / пер. с нем. М., 1963. Т. 1.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Некрасов Б.В. Основы общей химии / М., 1973. Т. 1.

8. ГОСТ 8655-75. Фосфор красный технический. Технические условия. М., 1999.

9. Заявка на изобретение № 2016133989. 2016.

10. Введенский А.А., Фрост Г.В. К вопросу об аллотропии фосфора. Скорость превращения белого фосфора в красный // Журнал общей химии, 1933. № 7. С. 916-925.

11. М.А. Будников [и др.]. Взрывчатые вещества и пороха / М.,

1955.

Касаткин Андрей Витальевич, инженер-конструктор Научно-испытательного отделения №1, kasandr- a mail. ru, Россия, Красноармейск, ФКП НИИ Геодезия,

Ватутин Николай Михайлович, канд. техн. наук, начальник службы перспективных проектов, vatutina niigeo.ru, Россия, Красноармейск, ФКП НИИ Геодезия,

Колтунов Владимир Валентинович, канд. техн. наук, доц., v_koltunov@mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,

Кузнецова Ирина Анатольевна., д-р техн. наук, проф., rabota731 @yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,

Василевская Екатерина Михайловна, руководитель органа по сертификации, e. vasilevskaya@extw. org, Россия, Москва, ООО Экспотехвзрыв

ON DEVELOPMENT A METHOD FOR CONVERTING PHOSPHORUS FROM YELLOW

TO RED PHASE DIRECTLY INSIDE SMOKE AMMUNITION CHAMBER

A. V. Kasatkin, N.M. Vatutin, V. V. Koltunov, I.A. Kuznetsova, E.M. Vasilevskaya

In this article provides a comprehensive analysis of problem of the elimination of ammunitions, which had shown its relevance and importance. Based on the studying of design features of different types of ammunition, as well as the physical and chemical properties of the smoke-producing substance (phosphorus), proposed various methods of processing ammunition. Main characteristics of method based on the conversion of yellow phosphorus to red directly into the chamber of the ammunition were described. The directions of further improvement of the method of thermal processing of ammunition were suggested.

Key words: yellow, white, red phosphorus, white phosphorus munitions, methods of demilitarization.

Kasatkin Andrey Vital'yevich, Design Engineer, Scientific and Testing Department No. 1, kasandr-@,mail. ru, Russia, Krasnoarmeysk, FKP Research Institute Geodesy,

Vatutin Nikolai Mikhailovich, candidate of technical science, docent, Head of Prospective Projects Service, vatutin@niigeo. ru, Russia, Krasnoarmeysk, FKP Research Institute Geodesy,

Koltunov Vladimir Valentinovich, candidate of technical science, docent, v_koltunov@,mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,

Kuznetsova Irina Anatolievna, doctor of technical science, professor, rabota 731 @yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,

Vasilevskaya Ekaterina Mikhailovna, head of the certification body, e. vasilevskaya@extw. org, Russia, Moscow, LLC Expotechvzryv

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.