Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры для изготовления взрывчатых веществ

Изобретение относится к области создания специальных видов сырья и технологии его производства для изготовления взрывчатых веществ. Предложено три варианта способа получения водоустойчивой аммиачной селитры. Способ по варианту 1 включает обработку гранул минерально-органической эмульсией, состоящей из минеральной фазы, которая содержит железоаммонийные квасцы и получена из аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа и раствора гидроксида натрия, органической фазы, содержащей парафин и природный стеарин, и стабилизатора эмульсии, сушку и измельчение. Способ по варианту 2 включает обработку гранул аммиачной селитры раствором железоаммонийных квасцов, полученным из сульфата трехвалентного железа, аммиачной селитры и гидроксида натрия и имеющим кислотность среды рН от 1,5 до 2,5, сушку, последующую обработку гранул органическим гидрофобизатором, содержащим парафин и природный стеарин, сушку и измельчение. Способ по варианту 3 включает обработку гранул аммиачной селитры минерально-органической смесью, содержащей жезезоаммонийные квасцы, полученной путем смешения аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа, раствора гидроксида натрия, парафина и природного стеарина с последующей сушкой, после обработки гранулы аммиачной селитры измельчают. Способ позволяет получить водоустойчивую аммиачную селитру с высоким показателем водостойкости 70-90 см вод. ст. 3 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области создания специальных видов сырья и технологии его производства для изготовления взрывчатых веществ (ВВ) смесевого типа, применяемых преимущественно в горнорудной промышленности.

Водоустойчивая аммиачная селитра марок ЖВГ (железненная водоустойчивая гранулированная) и ЖВК (железненная водоустойчивая кристаллическая) для производства смесевых ВВ выпускается промышленностью в соответствии с требованиями ГОСТ 14702-79 "Селитра аммиачная водоустойчивая". Водоустойчивость аммиачной селитры по ГОСТ 14702-79 должна быть не менее 25 см водяного столба.

Известен способ получения водоустойчивой аммиачной селитры, заключающийся в нейтрализации аммиаком азотной кислоты, упаривании полученного раствора аммиачной селитры до высококонцентрированного плава, введении в плав водного раствора сульфата трехвалентного железа, гранулировании или кристаллизации полученной смеси с последующей обработкой селитры гидрофобной добавкой [1]. Этот процесс реализован на специализированных предприятиях по производству аммиачной селитры. В связи с небольшим объемом потребления водоустойчивой аммиачной селитры для производства промышленных взрывчатых веществ ее выпуск организован на установках, выпускающих аммиачную селитру в том числе и других марок. Это в конечном итоге приводит к загрязнению последних и неритмичной поставке водоустойчивой аммиачной селитры, обусловленной необходимостью перехода выпуска с одной марки на другую. Другим недостатком этого способа является высокая чувствительность к колебаниям расходов дозируемых компонентов в связи с малым временем протекания реакции (отверждение расплава происходит за 5-7 сек), что приводит к большим колебаниям по водостойкости и использованию не в полной мере возможностей вводимого сульфата трехвалентного железа как добавки, повышающей водоустойчивость.

Известен способ производства водоустойчивой аммиачной селитры путем ее обработки гидрофобизаторами, в качестве которых используют гидрат окиси металла и карбоновые кислоты или их смесь с неокисленными или частично окисленными парафиновыми углеводородами. Получение водоустойчивой аммиачной селитры данным способом осуществляют следующим образом. Растворы аммиачной селитры подают в выпарные аппараты и после упарки под вакуумом направляют на кристаллизацию, при этом в плав вводят раствор, например, окисного сернокислого железа и газообразный аммиак, далее плав охлаждают и частично кристаллизуют на охлаждаемом барабане и направляют в шнек-докристаллизатор, одновременно в шнек вбрызгивают распыляемую воздухом жирную кислоту или ее смесь с парафином, горячую селитру в шнеке перемешивают с жирной кислотой, подсушивают и охлаждают [2]. Недостатком этого способа является низкая водоустойчивость продукта и невозможность получения водоустойчивой аммиачной селитры в гранулированном виде, так как гидроокись железа забивает отверстия грануляторов плава аммиачной селитры.

Известен способ получения водоустойчивой аммиачной селитры методом капсулирования, включающий нанесение на поверхность гранул расплава смеси полиэтиленового воска с парафином или порошкообразным полиэтиленом при температуре 140-180°С в количестве 0,5-2,0% с последующим доведением массы покрытия до 3-6% в процессе охлаждения гранул [3]. Недостатком способа является узкая область применения гранул, так как в процессе производства получается готовое взрывчатое вещество, которое может быть использовано только в гранулированном виде и теряет свою водоустойчивость при измельчении гранул.

Наиболее близким аналогом к предлагаемым изобретениям по технической сущности и достигаемому результату является способ получения водоустойчивой аммиачной селитры путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, упаривания полученного раствора до высококонцентрированного плава, введения в плав трехвалентного железа в виде водного раствора сульфата, гранулирования или кристаллизации полученной смеси с последующей обработкой гидрофобной добавкой, в качестве которой используют натуральный стеарин в смеси с парафином в количестве 0,2-0,4% от массы продукта [4]. Показатель водостойкости аммиачной селитры, полученной этим способом, составляет 55 см вод.ст. Повышение водоустойчивости аммиачной селитры обеспечивается за счет образования железоаммонийных квасцов при взаимодействии сульфата трехвалентного железа с расплавом аммиачной селитры и образования на поверхности гранул или кристаллов стеарата железа при взаимодействии солей трехвалентного железа со стеариновой кислотой. Однако оба эти процесса технически неконтролируемы, что не обеспечивает возможности значительного увеличения водоустойчивости за счет реализации в полной мере физико-химических эффектов, заложенных в их основу. Кроме того, этот способ может быть экономически и технически оправдан только при реализации его на химических предприятиях в процессе производства аммиачной селитры.

Техническим результатом изобретения является получение водоустойчивой аммиачной селитры с более высокими показателями водостойкости.

Для достижения указанного технического результата предлагается три варианта способа получения водоустойчивой аммиачной селитры.

ВАРИАНТ 1

Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры включает обработку гранул аммиачной селитры химическим реагентом, сушку и измельчение. В качестве химического реагента используют минерально-органическую эмульсию, состоящую из минеральной фазы, содержащей железоаммонийные квасцы, полученные из аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа и раствора гидроксида натрия, органической фазы, содержащей парафин и природный стеарин, и стабилизатора эмульсии.

ВАРИАНТ 2

Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры включает обработку гранул аммиачной селитры раствором железоаммонийных квасцов, сушку, последующую обработку гранул аммиачной селитры органическим гидрофобизатором, содержащим парафин и природный стеарин, сушку и измельчение. Раствор железоамонийных квасцов получают из сульфата трехвалентного железа, аммиачной селитры и гидроксида натрия при кислотности среды рН от 1,5 до 2,5.

ВАРИАНТ 3

Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры включает обработку гранул аммиачной селитры химическим реагентом и измельчение. В качестве химического реагента используют минерально-органическую смесь, содержащую железоаммонийные квасцы, полученную путем смешения аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа, раствора гидроксида натрия, парафина и природного стеарина, последующей сушки и измельчения состава.

Предлагаемые варианты способа получения водоустойчивой аммиачной селитры расширяют производственные возможности по получению водоустойчивой аммиачной селитры марок ЖВГ и ЖВК. Эти варианты могут быть реализованы на любом предприятии, производящем промышленные взрывчатые вещества на основе водоустойчивой аммиачной селитры марок ЖВГ и ЖВК.

Водоустойчивость аммиачной селитры обеспечивается за счет:

1. образования железоаммонийных квасцов при взаимодействии сульфата трехвалентного железа с аммиачной селитрой,

2. покрытия гранул или кристаллов гидрофобизирующей добавкой смеси стеарина и парафина,

3. образования на поверхности гранул или кристаллов стеарата железа при взаимодействии солей трехвалентного железа со стеариновой кислотой,

4. образования на поверхности гранул кислых мыл в результате адсорбирования стреаратом железа жирных кислот

Сущность настоящего изобретения состоит в приготовлении растворов, эмульсий, концентратов, содержащих в своем составе уже готовые компоненты, повышающие водостойкость аммиачной селитры. Получение сред, содержащих железоаммонийные квасцы, стеарат железа, парафин и природный стеарин, их использование для обработки гранул аммиачной селитры в трех предлагаемых вариантах обеспечивает получение водоустойчивой аммиачной селитры с показателями, значительно превышающими известные аналоги.

Примеры реализации вариантов способа.

ВАРИАНТ 1

Для получения водоустойчивой аммиачной селитры была приготовлена минерально-органическая эмульсия, состоящая из минеральной фазы, органической фазы и стабилизатора эмульсии. Минеральную фазу получали из аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа и раствора гидроксида натрия, органическую фазу - из парафина и природного стеарина. Стеарин и парафин использовались в расчетных количествах по ГОСТ 14702-79. Варьировались количества 40%-ного раствора сернокислого окисного железа, 10%-го раствора гидроокиси натрия и стабилизатора эмульсии. В этом способе регулировалось количество стеарата железа по реакциям (1), (2)

Железоаммонийные квасцы образовывались по реакциям (3), (4) в процессе выдержки и сушки гранул. Содержание квасцов в продукте не контролировалось.

Полученной минерально-органической эмульсией обрабатывались гранулы аммиачной селитры. Результаты по водоустойчивости полученной аммиачной селитры с учетом влияния железа, щелочи и стабилизатора эмульсии приведены на Фиг.1, 2, 3.

Представленные данные свидетельствуют о возможности получения более высоких показателей по водостойкости (70-90 см вод.ст.) в сравнении с показателями, достигаемыми по способу, принятому в качестве наиболее близкого аналога (55 см вод.ст.).

Падение водостойкости, представленное на Фиг.2 при содержании 10%-ного раствора NaOH в эмульсии более 0,47% обусловлено образованием гидроокиси железа с выпадением ее в осадок.

Результаты испытаний способа по варианту 1 приведены в Таблице 1.

Таблица 1
Вещество	Водостойкость
Норма, см вод.ст.	по факту, см вод.ст.
Аммиачная селитра мар-	25	70-90
Аммонит марки 6ЖВ	40	93-96

Полученные результаты отвечают требованиям нормативной документации.

ВАРИАНТ 2

Из сульфата трехвалентного железа, нитрата аммония и гидроксида натрия готовили раствор железоаммонийных квасцов. Экспериментально было определено, что кислотность этого раствора должна находиться в диапазоне значений рН от 1,5 до 2,5. Увеличение рН сверх 2,5 приводило к выпадению гидроокиси железа, ниже 1,5 увеличивало кислотность готовой продукции. Этим раствором обрабатывали гранулы аммиачной селитры, после чего осуществлялась сушка и последующая обработка смесью парафина и природного стеарина, взятых в соотношении 1:1, в количестве от 0,3 до 0,4% от массы продукта. В этом способе регулировалось количество железоаммонийных квасцов, образующихся по реакциям (3), (4), при этом в результате последующей реакции солей железа со стеариновой кислотой образовывался стеарат железа. Содержание стеарата железа в готовом продукте не контролировалось.

Испытания способа повышения водоустойчивости аммиачной селитры по варианту 2 показали, что он позволяет обеспечить водостойкость в диапазоне 70-85 см вод.ст. Результаты испытаний способа приведены в таблице 2. Показатели аммонита 6ЖВ по водостойкости приведены в таблице 3.

Таблица 2
Наименование показателя	Норма	Фактические
Образец 1	Образец 2	Образец 3
Железо Fe+++, %	0,06-0,09	0,07	0,06	0,06
Жирные кислоты, %	0,30-0,40	0,30	0,46	0,44
Водостойкость, см вод.ст.	25	85	70	74
Таблица 3.
Наименование показателя	Норма	Фактические
Образец 1	Образец 2	Образец 3
Водостойкость, см вод.ст.	40	114	104	106

Во втором варианте способа получения водоустойчивой аммиачной селитры водостойкость обеспечивается за счет железоаммонийных квасцов.

Приведенные выше варианты реализации способа (варианты 1 и 2) получения водоустойчивой аммиачной селитры требуют дополнительного времени сушки обработанных гранул селитры либо в существующих аппаратах производства аммонита 6ЖВ (в т.ч. барабанная сушилка), либо в дополнительной сушилке.

ВАРИАНТ 3

Для получения водоустойчивой аммиачной селитры гранулы аммиачной селитры обрабатываются готовым высушенным концентратом, содержащим оптимальные количества железоаммонийных квасцов и стеарата железа в присутствии стеарина и парафина. Усреднение всех компонентов происходит в технологическом процессе получения аммонита 6ЖВ за счет многостадийного измельчения и смешения. Концентрат может быть приготовлен с использованием аммиачной селитры, 50%-го раствора гидроксида натрия, 50%-го раствора сульфата трехвалентного железа, парафина и стеарина путем смешения компонентов в определенной последовательности с последующей сушкой при следующем соотношении компонентов (мас.%):

- аммиачная селитра	8,8
- гидроксид натрия	7,0
- сульфат трехвалентного железа	29,4
- парафин	27,4
- природный стеарин	27,4

Концентрат вводился в аммиачную селитру в количестве 1,1% с дальнейшим перемешиванием, размолом и повторным перемешиванием. Определение водостойкости в трех опытах дало значения в диапазоне 74-85 см вод.ст.

Результаты экспериментов по вышеописанным вариантам 1, 2 и 3 показали, что существует возможность повышения водостойкости аммиачной селитры регулированием количеств железоаммонийных квасцов, стеарата железа при неизменном соотношении парафин-стеариновой смеси к аммиачной селитре.

Источники информации

1. М.А.Миниович. "Производство аммиачной селитры". М.: Химия, 1974, с.202-204.

2. А.С. СССР №109465 А1, 17.12.1957, МПК С01С 1/18, С05С 1/02.

3. Патент РФ №2038346 C1, 27.06.1995, МПК C05G 3/00, В01J 2/02.

4. Патент РФ №2227121 C1, 20.04.2004, МПК С01С 1/18, С05С 1/02.

1. Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры, включающий обработку гранул аммиачной селитры химическим реагентом, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют минерально-органическую эмульсию, состоящую из минеральной фазы, содержащей железоаммонийные квасцы, полученной из аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа и раствора гидроксида натрия, органической фазы, содержащей парафин и природный стеарин, и стабилизатора эмульсии, после обработки осуществляют сушку и измельчение.

2. Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры, включающий обработку гранул аммиачной селитры органическим гидрофобизатором, содержащим парафин и природный стеарин, отличающийся тем, что перед обработкой гранул аммиачной селитры органическим гидрофобизатором гранулы обрабатывают раствором железоаммонийных квасцов, полученным из сульфата трехвалентного железа, аммиачной селитры и гидроксида натрия и имеющим кислотность среды рН от 1,5 до 2,5, и сушат, после обработки органическим гидрофобизатором гранулы аммиачной селитры сушат и измельчают.

3. Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры, включающий обработку гранул аммиачной селитры химическим реагентом, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют минерально-органическую смесь, содержащую железоаммонийные квасцы, полученную путем смешения аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа, раствора гидроксида натрия, парафина и природного стеарина с последующей сушкой и измельчением, а после обработки гранулы аммиачной селитры измельчают.