ОЧИСТКА ДЕТОНАЦИОННОЙ АЛМАЗСОДЕРЖАЩЕЙ ШИХТЫ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 666.233.

Овчинников-Лазарев М.А. студент магистратуры кафедра наноматериалов и нанотехнологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Спицын Б.В., доктор химических наук главный научный сотрудник Лаборатория поверхностных явлений при низкоэнергетических воздействиях Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (РАН)

Россия, г. Москва

ОЧИСТКА ДЕТОНАЦИОННОЙ АЛМАЗСОДЕРЖАЩЕЙ ШИХТЫ

Одним из направлений решения проблемы утилизации взрывчатых веществ боеприпасов по истечении гарантийного срока хранения является получение детонационной шихты, используемой для синтеза наноалмаза. В статье приведены термодинамические расчеты процесса очистки алмазсодержащей детонационной шихты и полученные экспериментальные результаты.

Ключевые слова: утилизация взрывчатых веществ, очистка детонационной шихты, термодинамический расчет химических реакций, получение детонационного наноалмаза, очистка наноалмаза, выход целевого продукта.

Ovchinnikov-Lazarev M., Master of Arts Department of Nanomaterials and Nanotechnology Russian Chemical-Technological University. DI. Mendeleyev

Russia, Moscow Spitsyn B. V., Doctor of Chemical Sciences Chief Scientific Officer of the Laboratory of Surface Phenomena with

Low-Energy Effects

Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry. A.N. Frumkin

(RAS) Russia, Moscow

CLEANING OF DETONATION DIAMOND-CONTAINING SHIHTA

One of the directions of solving the problem of utilization of explosives of ammunition after the warranty period of storage is the receipt of detonation charge, used for nanodiamond synthesis. The article presents thermodynamic calculations of the purification process of a diamond-containing detonation charge and the experimental results obtained.

Key words: utilization of explosives, purification of detonation charge, thermodynamic calculation of chemical reactions, production of detonation nanodiamond, purification of nanodiamond, yield of the target product.

Введение

В настоящее время в арсеналах хранится большое количество боеприпасов с истекшим гарантийным сроком хранения и их использование по прямому назначению связано с большим риском возможных незапланированных взрывов, что обуславливает необходимость их обезвреживания.

Области реализованного и потенциального применения ДНА весьма обширны (рис.1). Несмотря на сравнительно малые размеры (4-5 нм), нанокристаллы алмаза, полученные методом детонационного синтеза, обладают высокой твердостью и прочностью, свойственной природному алмазу.

Рис.1. Сферы применения ДНА

Исходным строительным материалом в процессе синтеза наноалмазов (ДНА) является углерод, входящий в состав ВВ. Наиболее сложными стадиями в процессах получения ДНА - фазовая и химическая очистка детонационной шихты.

Главная задача процесса - выделение целевого продукта с минимальными потерями и необходимой степенью чистоты. Относительно высокая химическая стабильность алмаза позволяет сделать этот процесс достаточно эффективным.

Выделение фазы алмаза представляет собой достаточно сложную проблему [4].

Теоретический анализ

Методы очистки НА можно разделить на жидкофазные и газофазные. Жидкофазное окисление проходит с приемлемыми скоростями при высоких температурах. Поэтому окислительные смеси готовят из высококипящих кислот (НС104, Н3Р04, H2SO4) с добавлением активного окислителя (НЫОЗ, Н202, КаСЮЗ, К2Сг207 и т.д.). После очистки необходима стадия промывки водой, на которой происходит значительная потеря мелкодисперсной фракции ДНА.

Газофазная очистка имеет как позитивные, так и негативные стороны. «Сухие» методы хорошо справляются с неалмазными формами углерода и не требуют в финале промывки.

Экспериментальная часть

Перед проведением эксперимента НЫО3 наливалась в кварцевую лодочку, затем лодочка помещалась в реактор. Предварительно взвешенный образец помещался в зону нагрева. После этого в реакторе производится постепенный нагрев НЫОЗ (60%) до 120°С и нагрев исследуемого образца до 280°С. Требуемый температурный режим устанавливался 15 мин, газовая очистка продолжалась при 280°С 40 мин.

После обработки образец охлаждался непосредственно в реакторе в атмосфере паров азотной кислоты и взвешивался.

Полученные результаты

Результаты серии экспериментов следующие: процентное содержание ультрадисперсного наноалмаза различно по отношению к исходной массе детонационной шихты (таблица 1), а также по результатам опытов были получены образцы исходного и целевого продукта (рис.3).

Таблица 1. Процентное содержание ультрадисперсного наноалмаза по отношению к исходной массе детонационной шихты.

опыт №1 опыт №2 опыт №3 опыт №4 опыт №5

да(начальная) 4г 470мг 4г 579мг 20г 778мг 22г 692мг 10г 893мг

да(конечная) 4г 407мг 4г 458мг 20г 463мг 22г 364мг 10г 621мг

ДНА (% мас.) 55,5 48,5 48,0 48,6 52,1

ДНА (сред. % мас.) 50,53

Рис. 3. Образец детонационной шихты марки «ША-А»: 1 - до обработки в HNO3; 2 - полученный ДНА после обработки

I

Ф

Выводы

1. Проведены экспериментальные исследования по фазовой очистке детонационной шихты от неалмазной фазы (графит и аморфный углерод) с помощью перегретых паров НЫОЗ. В результате очистки детонационной шихты выход наноалмаза составил не менее 50%.

2. Двухстадийный процесс превращения основных неуглеродных примесей посредством мягкого хлорирования, с последующей сублимацией летучих хлоридов обеспечивает очистку ДНА от металлических примесей.

Использованные источники:

1. Денисов С.А., Спицын Б.В. Газофазный метод очистки продуктов детонационного синтеза наноалмаза от неалмазных форм углерода и не углеродных примесей // Успехи в химии и химической технологии. - 2009. -Т. 23, №9 (102). - С. 71-76.

2. Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ // Физика горения и взрыва. - 1990. - Т. 26, №3. -С. 123-125.

3. Верещагин А.Л., Петрова Л.А., Петров Е.А., Новоселов В.В. и др. Свойства углерода продуктов детонации взрывчатых веществ // Х Симпозиум по горению и взрыву «Детонация»: тезисы докладов. -Черноголовка: ОИХФ, 1992. С. 119-120.

4. Ларионова И.С., Верещагин А.Л. Влияние природы окислителя и температуры на окисление ультрадисперсных фаз углерода // Матер. конф. «Наука и технологии: реконструкция и конверсия предприятий». - Бийск: БТИ, 2000. - С. 59-61.