Состав для обезвреживания и защиты поверхности металлов, имевших контакт с несимметричным диметилгидразином (ндмг)

 

Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлических изделий путем взаимодействия их поверхности с реакционным средством Состав для обезвреживания и защиты поверхности металлов, имевших контакт с несимметричным диметилгидразином (НДМГ), состоящий из водного раствора 0,5 - 0,6 мас. % метанитробензоата морфолина (МНБМ). Применение предложенного состава позволяет обезвредить поверхность металлов от НДМГ до требуемых норм за один цикл, снизить токсичность используемого состава, обеспечить защиту поверхности металлов от коррозии, уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду. 4 табл.

Предполагаемое изобретение относится к области химической поверхностной обработки металлических изделий путем взаимодействия их поверхности с реакционным средством, в частности с водными растворами реагентов, и может быть использовано во всех областях техники, где необходимо обезвреживание металлов от НДМГ с последующей защитой их от коррозии.

В настоящее время остро стоит проблема обезвреживания технических средств и изделий ракетной техники от компонентов ракетного топлива (горючее: НДМГ, ТГ-02; окислители; меланжи, амил) ввиду их высокой токсичности. При неполном обезвреживании данных средств и изделий возможно попадание компонентов ракетного топлива на грунт и в грунтовые воды, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Особенно проблемной является задача обезвреживания поверхности технических средств и баков изделий от НДМГ из-за его химической активности к конструкционным материалам и высокой токсичности. НДМГ поражает печень, кровяную и нервную системы человека, а также обладает канцерогенным действием [1].

Для обезвреживания поверхности металлов от НДМГ в настоящее время используют воду, хлорорганические растворители: трихлорэтилен (ТХЭ), четыреххлористый углерод (ЧХУ), смесь ЧХУ с бензином [2].

Общим недостатком применения вышеуказанных средств является низкая эффективность обезвреживания поверхности металлов в НДМГ. После применения этих средств спустя некоторое время, как правило, (особенно при высоких температурах окружающего воздуха) концентрация паров НДМГ в обработанной емкости может превышать предельно-допустимые концентрации (ПДК) в несколько сотен раз, в то время как его ПДК в воздухе рабочей зоны не должно превышать 0,1 мг/м³, в почве - не более 0,1 мг/кг, в воде водоемов - не более 0,02 мг/дм³. Кроме того, к недостаткам использования вышеуказанных средств следует отнести токсичность и сложность уничтожения отработанных растворов (ТХЭ, ЧХУ), обусловленная необходимостью удаления токсичного хлора, пожароопасность (бензин) и т.д.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является состав (прототип), представляющий собой 1,5% водный раствор реагента - бихромата калия (K₂Cr₂O₇), используемый для обезвреживания технических средств от НДМГ [3]. В основе обезвреживания лежит химическая окислительно-восстановительная реакция НДМГ до нетоксичных продуктов. После обезвреживания технических средств от НДМГ данным составом осуществляют дополнительно антикоррозионную обработку их поверхности с использованием 0,3% водного раствора нитрита натрия, что значительно усложняет подготовку технических средств для дальнейшего их использования.

К недостаткам состава-прототипа также относятся: низкая эффективность обезвреживания поверхности металлов от НДМГ (невозможность достижения уровня ПДК за один цикл); токсичность состава, обусловленная использованием бихромата калия; токсичность и сложность уничтожения отработанного раствора, связанная с удалением как НДМГ, так и хрома; длительность обезвреживания поверхности металлов (2-3 часа - один цикл).

Технический результат - повышение эффективности действия состава для обезвреживания поверхности металлов от НДМГ с одновременным упрощением способа уничтожения отработанного раствора, сокращением времени обезвреживания поверхности металлов и защитой от коррозии, а также снижением вредных выбросов в окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном составе для обезвреживания технических средств от НДМГ, содержащем 1,5% водный раствор реагента (бихромата калия), согласно предполагаемому изобретению в качестве реагента содержит 0,5. ..0,6% масс. мета-нитробензоата морфолина (МНБМ).

МНБМ выпускается Волгоградским химическим комбинатом по ТУ 6-22-4850-1-91 "Мета-нитробензоат морфолина (ингибитор Г-2М)" и представляет собой белый кристаллический порошок. Применяется в качестве ингибитора коррозии металлов - 3% водный раствор МНБМ, а также используется для приготовления ингибированной бумаги. МНБМ хорошо растворяется в воде, этиловом спирте и других органических растворителях, малотоксичен. Температура плавления - 128 -133^oC.

Физико-химическое свойство МНБМ, связанное с высокой его энергией хемосорбции на металлических поверхностях, позволило предположить возможность обезвреживания поверхности металлов от НДМГ с помощью данного ингибитора.

Авторами при проведении патентного исследования не обнаружено какой-либо информации, где было бы известно использование мета-нитробензоата морфолина для обезвреживания металлов от НДМГ.

Для обоснования количественного содержания МНБМ в составе для обезвреживания поверхности металлов от НДМГ были приготовлены образцы (см. табл. 1), которые прошли испытания по оценке эффективности обезвреживания.

Испытания по оценке эффективности обезвреживания поверхности металлов от НДМГ разными образцами состава проводились в ходе следующих лабораторных опытов. Навески порошков металлов (не мене 5 г), используемых для изготовления технических средств хранения, перекачки и транспортировки НДМГ (Ст. 3, стали Х18Н10Т и сплава АМг-6), выдерживали в течение суток в НДМГ и высушивали путем продувки сухим азотом. После этого бывшие в контакте с НДМГ навески порошков металлов выдерживали в образцах NN 1-5 состава для обезвреживания металла от НДМГ в течение 1 часа и высушивали продувкой азотом. Потом навески порошков металлов исследовали методом масс-спектрометрического термического анализа на предмет определения содержания НДМГ. Как видно из результатов испытаний (см. табл. 2), состав начинает обезвреживать металлы от НДМГ при содержании в нем 0,5% масс. МНБМ (образец N 3).

Полное и качественное удаление НДМГ с поверхности металла достигается и при 0,6% масс. содержании МНБМ в обезвреживающем составе и более. Однако в целях экономии реагента целесообразно использовать этот реагент в водном растворе в минимально достаточных количествах, т.е. 0,5...0,6% масс. Кроме того, испытания подтвердили и антикоррозионные свойства реагента при такой более низкой его концентрации.

Была приготовлена опытная партия состава для обезвреживания металла от НДМГ по образцу N 3, которая прошла сравнительные испытания с составом по прототипу (1,5% водным раствором бихромата калия).

Сравнительные лабораторные испытания эффективности обезвреживания и защиты от коррозии поверхности металлов (стали Ст. 3, стали Х18Н10Т и сплава АМг-6) от НДМГ проводились по "Инструкции по нейтрализации технических средств после работы с меланжами несимметричным диметилгидразином ТГ-02 и Т-185", утвержденной начальником Центрального управления ракетного топлива и горючего Министерства обороны в 1972 году, с использованием состава по образцу N 3 и прототипу на модельных резервуарах (бачках), вместимостью 10 литров. Бачки заливали НДМГ и выдерживали в течение 10 суток. Затем одни из бачков обрабатывали составом по образцу N 3 в течение 1 часа, а другой - составом по прототипу в течение 3 часов (согласно требованиям Инструкции по использованию данного реагента). После осушки сухим азотом определяли концентрацию НДМГ в газовой фазе бачков с использованием индикаторных трубок. Как видно из результатов испытаний (см. табл. 3), содержание НДМГ в газовой фазе бачка, обработанного составом по прототипу, выше предельно-допустимой концентрации в 10 раз, а в газовой фазе бачка, обработанного 0,5% водным раствором МНБМ (образец N 3), ниже в 5 раз (ПДК НДМГ в воздухе рабочей зоны не более 0,1 мг/м³).

Проведенные испытания подтверждают эффективность обезвреживания поверхности металлов от НДМГ 0,5% водным раствором МНБМ в течение одного цикла, тогда как использование состава по прототипу предполагает повторную неоднократную операцию по обезвреживанию. Применение водного раствора МНБМ снижает токсичность используемого для обезвреживания металлов от НДМГ состава и упрощает технологию уничтожения отработанного раствора ввиду отсутствия бихромата калия. Кроме того, сокращается время обезвреживания поверхности металлов от НДМГ за один цикл в 3 раза и обеспечивается одновременно защита от коррозии с меньшей концентрацией ингибитора. Отсутствие токсичного реагента (бихромата калия) приводит к уменьшению вредных выбросов в окружающую среду (см. табл. 4).

Таким образом, использование 0,5% водного раствора метанитробензоата морфолина позволяет повысить эффективность действия состава для обезвреживания поверхности металлов от НДМГ с одновременным упрощением способа уничтожения отработанного раствора, сокращением времени обезвреживания поверхности металлов и защитой от коррозии, а также снижением вредных выбросов в окружающую среду. Состав прост в приготовлении и применении, так как реагент МНБМ выпускается промышленностью Российской Федерации. Данный состав может использоваться также для обезвреживания поверхности вышеуказанных металлов от других гидразиновых горючих ввиду их схожих физико-химических свойств.

Источники информации 1. Зрелов В.Н., Серегин Е.П. Жидкие ракетные топлива. М.: Химия, 1975, с. 158-159.

2. Учебник под ред. Костровского Д.Д. Эксплуатация складов ракетного топлива и горючего. М.: Воениздат, 1992, с. 331.

3. Братков А.А., Серегин Е.П., Горенков А.Ф. Химмотология ракетных и реактивных топлив. М.: Химия, 1987, с. 141-142 (прототип).

Формула изобретения

Состав для обезвреживания и защиты поверхности металлов, имевших контакт с несимметричным диметилгидразином (НДМГ), состоящий из водного раствора реагента, отличающийся тем, что в качестве реагента содержит 0,5 - 0,6 мас.% мета-нитробензоата морфолина (МНБМ).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5