CC BY
22
УДК 661.525
Т. Л. Диденко, А. М. Сысоева
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АМИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ С ОКСИДОМ НИКЕЛЯ
Ключевые слова: аммиачная селитра, гигроскопичность, слеживаемость, разрывная машина, термостатирование.
Исследовано влияние оксида никеля на технологические характеристики аммиачной селитры. Установлено, что добавка практически не снижает точку гигроскопичности аммиачной селитры. Слеживаемость снижается при увеличении процентного содержания оксида никеля в составах в зависимости от условий хранения, а прочностные характеристики шашек увеличиваются. Введение NiO стабилизирует поведение составов на основе аммиачной селитры при термостатировании. Оптимальным является трехпроцентное содержание стабилизирующей добавки.
Keywords: ammonium nitrate, hygroscopicity, caking, testing machine, temperature control.
The influence of nickel oxide on the technological characteristics of ammonium nitrate. It found that the additive does not substantially reduce the hygroscopicity of ammonium nitrate point. Caking is reduced with an increase in the percentage of nickel oxide in the formulations, depending on storage conditions, and increasing the strength characteristics of checkers. Introduction of nickel oxide stabilizes the behavior of compositions based on ammonium nitrate during incubation, The best is three-percent content of stabilizing additive.
Аммиачная селитра (АС) является высокоэффективным минеральным средством, содержащим не менее 34,4% азота. Низкая чувствительность к механическим воздействиям в сочетании с практически неограниченной сырьевой и хорошо налаженной технической базой производства делают аммиачную селитру самым доступным, дешевым окислителем для ПВВ, используемых в различных отраслях народного хозяйства и определяет необходимость уделять серьезное внимание всем аспектам технологии, хранения и перевозки этого продукта.
Она обладает очень ценными качествами, что и делает ее практически незаменимой: обладает, хотя и слабыми, взрывчатыми характеристиками; содержит до 20% свободного кислорода; разлагается при взрывчатом превращении только на газообразные продукты, не включая токсичные; безопасна в обращении; имеет доступную и дешевую сырьевую базу.
Несмотря на ряд достоинств, аммиачная селитра обладает недостатками: гигроскопичностью, слежи-ваемостью и полиморфизмом, которые влияют на ее физико-химические свойства.
Аммиачная селитра отличается высокой гигроскопичностью, что является одной из причин ее слеживаемости. Процесс поглощения влаги из воздуха растворимой твердой солью протекает в две стадии. Сначала сухая соль адсорбирует влагу, затем образуется пленка насыщенного раствора [1].
Для снижения гигроскопичности и слёживаемо-сти аммиачную селитру гранулируют и в процессе производства вводят различные добавки, например нитраты, либо оксиды щелочных металлов [2].
В данной работе рассматривается влияние добавки оксида никеля на характеристики аммиачной селитры.
В качестве объектов исследования были приготовлены составы на основе смеси аммиачной селитры с добавкой оксида никеля 3%, 5%, 7%.
Оксид никеля высушивали при температуре 60°С. Измельчали АС в ступке и просеивали через сито 0,250 мм. Измельченную АС высушивали при температуре 105 - 110°С в течение 30 минут. Смешивали навески АС и оксида никеля (ОС) в фарфо-
ровой чашке, помещали на плиту, расплавляли при температуре 170°С в течение 10 минут, периодически помешивая. Полученный плав остужали и измельчали.
Измельченные навески (10 гр.) помещали в бюксы с притертыми крышками, которые устанавливали в эксикаторы с относительной влажностью 80% и 94%.
Изменение массы контролировали в течение 72 часов. Экспериментальные данные представлены в таблицах 1 и 2.На основании экспериментальных данных построены графические зависимости, представленные на рис.1.
При 80% и 94% относительной влажности происходит поглощение влаги исследуемыми образцами. Анализируя графические зависимости (рис.1) видно, что поглощение влаги образцами в течение 72 часов имеет линейную зависимость, но независимо от составов, приготовленных на основе аммиачной селитры и оксида никеля, поглощение при 94% влажности практически в 1,5 раза больше, чем при 80%.
Характер увлажнения всех составов практически идентичен, но отмечено незначительно большее поглощение влаги составами, содержащими технологические добавки. Состав, содержащий 3% оксида никеля поглощает влаги примерно на 1,5% больше, чем исходная аммиачная селитра, а образцы, содержащие 5 и 7% - менее, чем на 1%.
Гигроскопичность влияет на слеживаемость. Было исследовано влияние различных факторов на слеживаемость аммиачной селитры (АС) и составов на ее основе. Для проведения эксперимента использовались специальные сборки, которые имитируют хранение аммиачной селитры в штабелях.
Составы, массой 6 грамм, были засыпаны в сборки и помещены в эксикаторы с влажностью 60% и 100%. Сборка для испытаний состояла из матрицы, поддона и пуансона (рис.2). В течение одной недели (168 ч) проводились испытания под грузом, массой 508 грамм, что составляет 2 кПа и без него. В течение недели проводились замеры высоты сборки, рассчитывались габаритные размеры, объём и плотность навески. Плотность образцов
40
Время,1! а
10,9 1 10 £10,7-¡10,6 -ё 10,5 -«10.4 Й 10,3 -^ 10,2 10,1 10
0
40
Время, ч б
Рис. 1 - Изменение массы аммиачной селитры и составов на ее основе при хранении в эксикаторах с относительной влажностью 80% (а) и 94% (б): 1 - АС+3% №0, 2 - АС+7% №0, 3 - исходная аммиачная селитра (АС), 4 - АС+5% №0
изучалась в естественных условиях. Параллельно проводились по два опыта для воспроизводимости результатов.
Рис. 2 - Сборка для испытаний на слеживае-мость: 1 - груз, 2 - пуанон, 3 - матрица, 4 - вещество, 5 - поддон
На основании экспериментальных данных построены гистограммы (рис. 3-5). Изменение относительной плотности у аммиачной селитры в естественных условиях (без груза) при влажности 60% и 100% составляет 9% (рис. 3). Аммиачная селитра обладает большим сродством к воде, и в течение
ную селитру относительная плотность равна при влажности 60% - 15%, а при влажности 100% - 17%, что практически в два раза больше, чем без усилия (рис. 4,5).
Исследования показали, что влажность играет важную роль в процессе слеживаемости составов на основе аммиачной селитры и оксида никеля (рис.3). При влажности 60% относительная плотность составов снижается до 1% в естественных условиях (без груза) с увеличением содержания добавки оксида никеля, а при влажности 100% - до 2%.
При хранении под грузом (2 кПа) при влажности 60% (рис.4) относительная плотность аммиачной селитры увеличивается на 15%, а у составов, содержащих 3%, 5% и 7% оксида никеля - на 8, 3 и 2%, соответственно. При хранении под нагрузкой (2 кПа) при влажности 100% (рис.5) относительная плотность аммиачной селитры увеличивается на 17%, а у состава, содержащего 3% оксида никеля -на 14%, а при содержании 5% и 7% добавки оксида никеля - на 10%.
Рис. 3 - Гистограмма изменения объёмов составов при хранении в естественных условиях при различной влажности
первых суток наступает насыщение, поэтому аммиачная селитра в последующие дни ни подсыхает, ни увлажняется. При воздействии нагрузки на аммиач-
Рис. 4 - Гистограмма изменения объёма составов при хранении без груза и под грузом при влажности 60%
Анализируя гистограммы установлено, что оксид никеля стабилизирует аммиачную селитру при хранении, вследствие чего слеживаемость снижается практически в 2 раза.
Рис. 5 - Гистограмма изменения объёма составов при хранении без груза и под грузом при влажности 100%
Полиморфные превращения аммиачной селитры сопровождаются изменением объёма изделий.
Были запрессованы шашки на основе аммиачной селитры с добавлением оксида никеля. Прессование велось при давлении 147 МПа с ограничителем, обеспечивающим получение качественной запрессовки с заданной плотностью. Готовые шашки подвергались термостатированию при температуре 50°С в течение 10 циклов. После каждого цикла измеряли геометрические размеры. По значениям построены графические зависимости изменения объёма шашек при термостатировании (рис.6).
На графической зависимости видно, что изменение объёма исходной АС и составов АС+3%№0, АС+5%№0 и АС+7%№0 в течение 10 циклов имеет линейную форму. Объём у исходной АС увеличивается в 1,87 раз, у состава АС+3% - в 1,0 раз, а у состава АС+7%№0 - в 1,29 раза. Объём у состава АС+5%№0 увеличивается в 1,32 раз. Визуально наблюдали, что в течение 10 циклов структура шашек, содержащих добавки, оставалась плотной, а шашки, запрессованные из аммиачной селитры, становились более хрупкими, а после 10 цикла разрушались.
Следовательно, оксид никеля стабилизирует аммиачную селитру при температурных колебаниях.
Для определения прочностных характеристик приготовленные составы были исследованы на разрывной машине БМ-500. Затем были измерены геометрические размеры и рассчитан объём. Составы были запрессованы при Р=147 МПа. Габаритные размеры всех шашек были одинаковыми и исходная их плотность составила 1,511 г/см3. На рис. 7 представлена графическая зависимость изменения приложенного усилия, необходимого для разрушения шашки, от содержания добавки оксида никеля. Визуально определили, что шашки разрушались от периферии к центру.
Рис. 6 - Изменение объёма шашек при термостатировании: 1 - АС, 2 - AC+3%NiO, 3 -AC+5%NiO, 4 - AC+7%NiO
0 5 10
Содержание оксида никеля, %
Рис. 7 - Изменение приложенного усилия в зависимости от содержания добавки оксида никеля
Внедрение оксида никеля значительно упрочняет структуру шашек, и если исходная аммиачная селитра разрушались при усилии, равном
116,5 кг/см2, то даже введение 3% оксида никеля увеличивает приложенное усилие в 1,7 раз.
Повышение содержания добавки оксида никеля также приводит к упрочнению структуры и шашки разрушаются при большем усилии, например, при содержании добавки оксида никеля приложенное усилие равно 202,7 кг/см2.
Таким образом, оксид никеля практически не влияет на гигроскопичность аммиачной селитры и составы увлажняются аналогично, однако оксид никеля способствует снижению слеживаемости практически в 2-3 раза относительно исходной аммиачной селитры и приводит к значительному упрочнению шашек практически в 2 раза. При тер-мостатировании введение оксида никеля в состав уменьшает вероятность разрушения шашек на основе аммиачной селитры. Анализируя все вышесказанное, установлено, что для повышения технологических характеристик оптимальным содержанием добавки оксида никеля является 3%.
Литература
1. Под ред. В.М. Олевского. Технология аммиачной селитры - М.: Химия, 1978. - 312 с.
2. Ю.М. Михайлов, Е.В. Колганов, В.А. Соснин. Безопасность аммиачной селитры и ее применение в промышленных взрывчатых веществах - Дзержинск, ООО «Партнер-плюс, 2008. - 304 с.
© Т. Л. Диденко - к.х.н., доцент каф. ТТХВ КНИТУ, levtat@list.ru; А. М. Сысоева - студент гр. 1111-71 каф. ТТХВ КНИТУ, ania.sysoeva@yandex.ru.
© T. L. Didenko - Ph.D., Department of technology of solid chemical substances KNRTU, levtat@list.ru; A. M. Sysoeva - student 1111-71 gr., Department of technology of solid chemical substances KNRTU, ania.sysoeva@yandex.ru.
43
