Способ удаления компонентов ракетного топлива с металлических поверхностей и оборудования

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в оборонной, химической и металлургической промышленности. Способ включает обработку поверхности водным раствором реагента, при этом в качестве реагента используют смесь растворимых в воде фосфатов щелочных металлов и аммония, взятых в массовом соотношении от 1/10 до 10/1, а концентрация реагента составляет от 1 до 10 мас.%. Технический результат - высокая степень удаления компонентов ракетного топлива с металлической поверхности. 3 табл.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в химической, металлургической и оборонной отраслях промышленности при очистке от несимметричного диметилгидразина (НДМГ) поверхностей ракет-носителей, а также при промывке емкостей и трубопроводов.

Производные соединений гидразинового ряда, в частности несимметричный диметилгидразин, являются компонентами ракетного топлива.

НДМГ обладает способностью проявлять высокую адгезию к металлическим поверхностям, проникать в микротрещины и микропоры. В ходе пуска ракет-носителей, имеющих в качестве компонентов ракетного топлива (КРТ) НДМГ, происходит отделение ступеней, содержащих как восстановитель - НДМГ, так и окислитель - азотную кислоту, которые не успевают сгорать в атмосфере и попадают в окружающую среду (почву, воздух и воду). (Справочник по токсикологии и гигиеническим нормативам (ПДК) потенциально опасных химических веществ (разработка Института биофизики и его филиалов), под ред. В.С.Кушневой и Р.Б.Горшковой, М., Изд.АТ, 1999, 272 с.).

НДМГ представляет собой подвижную, легко кипящую жидкость со специфическим запахом, характерным для всего ряда аминопроизводных. Это соединение высокотоксично: ПДК для воздуха рабочей зоны составляет 0,1 мг/м³, для воды водоемов - 0,02 мг/л (Колла В.Э., Берлинский И.С. "Фармакология и химия производных гидразина", Йошкар-Ола, 1976, 264 с.).

В процессе окисления НДМГ, в зависимости от условий процесса, может иметь место формирование нитрозодиметиламина, тетраметилтетразена, формальдегида и некоторых других вредных веществ.

Токсичность некоторых из этих продуктов трансформации превышает токсичность самого НДМГ. Обезвреживание отделяющихся частей ракет-носителей (ОЧРН) является актуальной задачей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ детоксикации поверхностей ОЧРН, оборудования и т.д. с помощью водных растворов метанитробензойной кислоты. При этом НДМГ образует гидрофильное комплексное соединение, которое переходит в обмывочный раствор. Дальнейшая детоксикация полученных растворов, загрязненных НДМГ, проводится термическим методом, путем сжигания их в форсунке в смеси со светлым жидким нефтепродуктом (керосин, дизельное топливо). Патент России №2158321 «Состав для обезвреживания и защиты поверхностей металлов, имевших контакт с несимметричным диметилгидразином» Чирков А.М., Глазунов М.П., Буряк А.К., Курничников В.Н.

Недостатком данного способа детоксикации поверхностей от НДМГ и продуктов его трансформации является необходимость использования дорогостоящего комплексообразователя - метанитробензойной кислоты и утилизации загрязненных вод путем сжигания, в процессе которого образуются оксиды азота и формальдегид. Эти продукты, наряду с оксидом углерода, наиболее неблагоприятно влияют на окружающую среду.

Задачей изобретения является очистка металлических поверхностей от НДМГ, который прочно адсорбируется на поверхности. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе удаления компонентов ракетного топлива с поверхности ракеты-носителя и оборудования, включающая обработку поверхности водным раствором реагента, отличающийся тем, что в качестве реагента используют смесь растворимых в воде фосфатов щелочных металлов и аммоний, взятых в массовом соотношении от 1/10 до 10/1, а концентрация реагента составляет от 1 до 10 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем.

При обработке поверхностей конструкционных материалов (КМ), применяемых в ракетостроении (АМГ-6, СТ-3, 12Х18Н10Т, БРХ-08), от ракетного топлива - несимметричного диметилгидразина, применяют водный раствор солей ортофосфорной кислоты («фосфатный буфер»-ФБ). Состав раствора КН₂PO₄, NH₄H₂PO₄, в соотношении от 1/10 до 10/1, изменяется в зависимости от степени загрязнения. В зависимости от степени загрязнения, раствор применяют в концентрации от 1 до 10 мас.%. (Содержание вещества в г., растворенного в 100 г раствора). Действие раствора основано на следующих представлениях:

- Перевод НДМГ в протонированную форму (катион), что препятствует его окислению до нитрозодиметиламина (более токсичного соединения, чем НДМГ);

- Блокирование активных центров отмываемой поверхности за счет образования нерастворимых фосфатов;

- Поддержание оптимальной постоянной кислотности среды в течение всего периода отмывки, что препятствует реадсорбции на поверхности;

- Ингибирование поверхности за счет образования молекулярной пленки нерастворимых фосфатов, что также затрудняет повторную адсорбцию на поверхности.

При обработке поверхностей от агрессивных сред растворами, включающими добавки фосфатного буфера, происходит снижение величин поверхностного натяжения раствора. При этом молекулы растворителя проникают в поры поверхностей и вымывают НДМГ и продукты его трансформации в раствор.

В результате падения отделяющихся ступеней РН на землю оказываются загрязненными НДМГ двигательная установка и поверхности фрагментов ОЧРН. Работа с фрагментами ОЧРН, загрязненными НДМГ (сбор, разрезание, утилизация, вывоз и т.д.), представляет опасность для здоровья населения и окружающей среды. В связи с вышеизложенным, представляется необходимым очистка загрязненных НДМГ поверхностей.

В таблицах 1-3 представлены результаты исследований по отмывке отделяющихся частей ракет-носителей, изготовленных из различных конструкционных материалов с помощью фосфатного буфера (КН₂PO₄, NH₄H₂PO₄). Количество НДМГ, переведенного в раствор после обработки фосфатным буфером на различных частях ОЧРН примерно одинаково. Остаточное количество НДМГ на ОЧРН в 4-5 раз ниже исходного. Эти факты относятся к топливным бакам и фрагментам ступеней, металлоконструкциям из СТ-3 и нержавеющей стали.

Таблица 1
Отмывка топливных баков и фрагментов ступеней ракеты-носителя раствором фосфатного буфера (смесь КН2РО4, NH4H2PO4)
№ Объект обработки	Концентрация отмывочного раствора, % мас.	Время, ч	Содержание НДМГ на поверхности, %
до обработки	после обработки
1. Топливные баки и фрагменты ступеней	1,0(1/1)	2	100	25
2. -«-	1,0(1/1)	4	100	7
3. -«-	1,0(1/1)	6	100	менее 1
4. -«-	1,0(1/10)	2	100	10
5. -«-	1,0(10/1)	2	100	3
6. -«-	5,0(1/1)	1	100	5
7. -«-	5,0(10/1)	1	100	3
8. -«-	10,0(1/1)	1	100	7
9. -«-	10,0(10/1)	1	100	5
Примечание: в скобках, здесь и далее, приведено массовое соотношение солей дигидрофосфата калия к дигидрофосфату аммония; рН полученных растворов в примерах №№1-9 составляет 7,5-8,0

Таблица 2
Отмывка металлоконструкций из стали-3 раствором фосфатного буфера (смесь КН2РО4 и NH4H2PO4)
№ Объект обработки	Концентрация отмывочного	Время обработки, ч	Содержание НДМГ на поверхности, %
до обработки	после обработки
1. Металлоконструкции из стали-3	1,0(1/1)	2	130	27
2. -«-	1,0(1/1)	4	130	8
3. -«-	1,0(1/1)	6	130	менее 1
4. -«-	1,0(1/10)	2	130	менее 35
5. -«-	1,0(10/1)	2	130
6. -«-	5,0 (1/1)	1	130	15
7. -«-	5,0 (1/10)	1	130	12
8. -«-	10,0(1/1)	1	130	6
9. -«-	10,0(10/1)	1	130	3
рН полученных растворов в примерах №№1-9 составляет 7,5-8,0

Таблица 3.
Отмывка металлоконструкций из нержавеющей стали раствором фосфатного буфера(смесь КН2РО4 и NH4H2PO4 в соотношении 1/1)
Объект обработки	Концентрация отмывочного раствора, % мас.	Время обработки, ч	Содержание НДМГ на поверхности, %.
до обработки	после обработки
1. Металлоконструкции из нержавеющей стали	1,0(1/1)	2	150	26
2. -«-	1,0(1/1)	4	150	7
3. -«-	1,0(1/1)	6	150	менее 1
4. -«-	1,0(1/10)	2	150	14
5. -«-	1,0(10/1)	2	150	5
6. -«-	5,0(1/1)	1	150	10
7. -«-	5,0(10/1)	1	150	6
8. -«-	10,0(1/1)	1	150	5
9. -«-	10,0(10/1)	1	150	3
рН полученных растворов в примерах №№1-9 составляет 7,5-8,0

Способ удаления компонентов ракетного топлива с поверхности ракеты-носителя и оборудования, включающий обработку поверхности водным раствором реагента, отличающийся тем, что в качестве реагента используют смесь растворимых в воде фосфатов щелочных металлов и аммония, взятых в массовом соотношении от 1/10 до 10/1, а концентрация реагента составляет от 1 до 10 мас.%.