Состав флегматизированного красного фосфора и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2378190:
Баринов Артем Валерианович (RU)
Шаинян Галина Рубеновна (RU)
Изобретение относится к химической промышленности и касается разработки состава флегматизированного красного фосфора и способа его изготовления. Состав флегматизированного красного фосфора содержит фосфор, стабилизатор фосфора от окисления, а также дополнительно - поливиниловый спирт, графит и гидроокись магния или гидроокись алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Способ изготовления состава флегматизированного красного фосфора включает флегматизацию красного фосфора при перемешивании его с гидроокисью магния или гидроокисью алюминия, половиной количества графита и поливиниловым спиртом в среде азота при 400 об/мин мешалки в течение 3 минут, гранулирование при 1200-1400 об/мин мешалки в течение 1,5-2 минут с добавкой второй половины графита и выгрузку готового гранулированного флегматизированного красного фосфора в течение 1 минуты. Способ является менее продолжительным по времени и более безопасным. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к химической промышленности и касается разработки состава флегматизированного красного фосфора и способа его изготовления.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в спичечной промышленности, металлургии для получения и легирования полупроводниковых материалов, получения фосфорной кислоты и получения на ее основе фосфорных удобрений, в дымовых препаратах для профилактики и борьбы с заболеваниями продуктов сельскохозяйственного растениеводства, в производстве фосфорорганических инсектицидов (тиофос, карбофокс и т.д.). Красный фосфор применяется в военном деле как в отечественной, так и зарубежной технике в аэрозолеобразующих составах (патенты США №3607472, кл. 149-19, опубл. 21.09.71 г.; №4534810, кл. 149-96, опубл. 03.08.85 г. Патент Великобритании №1008576, кл. С108 от 27.10.65 г.; патент RU №2083539, кл. C06D 3/00, C06B 39/06, C06B 21/00).
Технический красный фосфор как отечественный, так и зарубежный имеет большое количество недостатков:
- способен к самовоспламенению;
- легко воспламеняется при трении и ударе;
- имеет высокую чувствительность к статическому электричеству;
- нетехнологичен: сильно пылит;
- плохо просеивается, комкуется, слеживается при хранении;
- образует с воздухом взрывоопасные аэровзвеси.
За рубежом (США, ФРГ, Франция) серийно изготавливаются марки красного фосфора (фосфор фирмы ХЕХСТ, РА фирмы Кнапзак). Указанные марки фосфора также представляют собой порошки с весьма высокой чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям.
Таким образом, использование существующих порошков красного фосфора как отечественного, так и зарубежного производства в условиях применения при создании составов многоцелевого назначения затруднено из-за перечисленных недостатков, что приводит к необходимости создания специальных мер для обеспечения безопасности в производственных условиях, а также при хранении и транспортировке фосфора.
Известен способ изготовления пиротехнических составов (А.А.Шидловский. Основы пиротехники. - М. - 1973. - С.300-307), который заключается в смешивании компонентов состава, провялке, грануляции, ворошении и сушке состава. Недостатками этого способа являются: длительная сушка (до 24 часов), которая приводит к увеличению продолжительности технологического цикла изготовления состава; необходимость операции ворошения и гранулирования методом протирки через металлическую сетку, что резко увеличивает опасность его изготовления вследствие того, что ворошение состава на основе красного фосфора проводится, как правило, вручную.
В качестве прототипа выбран технический красный фосфор ГОСТ 8655-75. Исключительная опасность технического красного фосфора резко затрудняет разработку многочисленных составов и препаратов для использования их во многих отраслях промышленности.
Наиболее близким способом изготовления разработанного состава является способ изготовления состава, приведенного в патентах США №4534810 от 30.01.84, кл. 149-19 и №4503004 от 12.03.84, кл. 149-19.
Суть способа заключается в последовательной загрузке компонентов состава с добавлением растворителя и периодическим его перемешиванием с последующей грануляцией методом протирки через сито с удалением растворителя. Весь технологический цикл производства состава составляет более 180 мин.
Недостатками способа-прототипа являются: большая продолжительность технологического цикла изготовления состава; высокая опасность производства ввиду использования большого количества горючего растворителя, что создает условия для образования взрывоопасной смеси паров растворителя с воздухом, необходимость такой нежелательной операции, как гранулирование через сито, что также повышает опасность изготовления состава.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание флегматизированного красного фосфора и способа его изготовления, которые устранили бы недостатки, приведенные в аналогах и прототипах.
Указанная задача решается за счет того, что технический красный фосфор дополнительно содержит поливиниловый спирт, графит и гидроокись магния или гидроокись алюминия. Задача решается также количественным соотношением содержания входящих в состав ингредиентов.
Предлагаемый состав содержит указанные компоненты при следующем содержании, мас.%:
| Красный фосфор | 90,2-92,1 |
| Поливиниловый спирт | 1,5-2,0 |
| Графит | 3,2-3,8 |
| Гидроокись магния или гидроокись алюминия | 3,2-4,0 |
Задача решается также способом изготовления предлагаемого состава, который включает комплекс операций, каждая из которых основана на оригинальном рецептурно-технологическом решении и осуществляется, например, на одном турбосмесителе-грануляторе окаточного типа:
- операция перемешивания красного фосфора с гидроокисью магния или гидроокисью алюминия и 1/2 количества графита, а также 1,5-2% (на сухое вещество) количества 10-12%-ного водного раствора поливинилового спирта, исходя из конкретной рецептуры изготавливаемого состава. Перемешивание производится в токе азота при 400 об/мин петлевой мешалки в течение 3 мин;
- операция флегматизации производится за счет рецептурных добавок, обеспечивающих при минимальном суммарном их содержании 3,2-4% (графита и гидроокиси магния или гидроокиси алюминия) снижение опасности к механическим и электрическим импульсам в 100-1000 раз;
- операция гранулирования флегматизированного состава красного фосфора производится на высокоскоростном турбосмесителе-грануляторе окаточного типа с добавкой второй половины количества графита при 1200-1400 об/мин в течение 1,5-2 мин и позволяет получить методом окатывания круглые гранулы со средним размером 100-400 мкм;
- выгрузка готового гранулированного флегматизированного красного фосфора в течение 1 мин.
Указанные соотношения компонентов предлагаемого состава определены экспериментально.
В различных вариантах для существования указанного изобретения и получения технического результата из компонентов предлагаемого состава в производственных условиях были изготовлены составы, конкретные соотношения, входящих ингредиентов, которые приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Наименование компонентов | Соотношение компонентов в % по массе и номера составов | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Красный фосфор | 92,4 | 90,2 | 91,2 | 92,1 | 92,2 |
| Поливиниловый спирт | 1,4 | 2,0 | 1,8 | 1,5 | 2,1 |
| Графит | 3,1 | 3,8 | 3,4 | 3,2 | 3,9 |
| Гидроокись магния или Гидроокись алюминия | 3,1 | 4,0 | 3,6 | 3,2 | 1,8 |
Уменьшение содержания фосфора в составе менее 90,2% приводит к снижению основных характеристик в условиях его применения в составах многоцелевого назначения (состав 2, таблица 1), а увеличение более 92,2% не обеспечивает основных характеристик по взрывоопасной концентрации аэровзвеси и пылению на операции дозирования (состав 5, таблицы 1 и 2).
Уменьшение содержания поливинилового спирта менее 1,5% не обеспечивает технологических характеристик по сыпучести и дозированию (состав 1, таблицы 1 и 2), а увеличение его в составе более 2% (состав 5, таблицы 1 и 2) не приводит к дальнейшему увеличению тех же характеристик по дозируемости. Уменьшение графита в составе менее 3,1% (состав 1, таблицы 1 и 2) не приводит к улучшению характеристик по чувствительности к трению и к электрической искре, а увеличение графита в составе более 3,8% (состав 5, таблицы 1 и 2) приведет к снижению содержания основного компонента в предлагаемом составе (красного фосфора), что является не желательным. Уменьшение в составе менее 3,1% (состав 2, таблицы 1 и 2) гидроокиси магния или гидроокиси алюминия не приводит к стабилизации фосфора от окисления, а повышение их содержания свыше 4% в составе нет необходимости, так как содержание 4,0% достаточно для стабилизации фосфора от окисления.
Сравнительные характеристики технического красного фосфора и разработанного флегматизированного фосфора приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Характеристики | Технический красный фосфор | Флегматизированный фосфор |
| Содержание | Фосфора 99% | Фосфора 95% |
| Кислых примесей 1% | Флегматизатора 3,2÷3,8% | |
| Чувствительность к трению | 1-5 класс, очень высокая | 7-13 класс, средняя |
| Чувствительность к электрической искре | 0,02-0,09 мДж, очень высокая | 1000 мДж, низкая |
| Взрывоопасная концентрация аэровзвеси | 24 г/м3 | Взрывоопасных аэровзвесей не образует |
| Окисляемость | 5-7% увлажняется и окисляется при хранении | 0,2-0,5% стабилизирован от окисления |
| Технологичность: - сыпучесть | Плохо сыпуч, не дозируется | Хорошо сыпуч, дозируется объемным способом с погрешностью ±1% |
| - пыление | 10-15% сильно пылит | 0,2-0,5% практически не пылит |
Известные образцы флегматизированного фосфора иностранного производства (фирмы Хехст, Кнапзак - десинсебилизированный фосфор) уступают по содержанию основного вещества и специальным характеристикам, а по техническим свойствам - также непригодны для механизированной переработки, как и технический фосфор.
Разработанный состав флегматизированного красного фосфора значительно повысил безопасность работы, позволил осуществлять объемное дозирование продукта, обеспечил возможность упрощения процессов изготовления составов различного назначения, улучшил их технологичность и обеспечил снижение времени технологии изготовления.
1. Состав флегматизированного красного фосфора, содержащий фосфор, стабилизатор фосфора от окисления, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поливиниловый спирт, графит и гидроокись магния или гидроокись алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Красный фосфор | 90,2-92,1 |
| Поливиниловый спирт | 1,5-2,0 |
| Графит | 3,2-3,8 |
| Гидроокись магния или гидроокись алюминия | 3,2-4,0 |
2. Способ изготовления состава флегматизированного красного фосфора по п.1, включающий флегматизацию красного фосфора при перемешивании его с гидроокисью магния или гидроокисью алюминия, половиной количества графита и поливиниловым спиртом в среде азота при 400 об/мин мешалки в течение 3 мин, гранулирование при 1200-1400 об/мин мешалки в течение 1,5-2 мин с добавкой второй половины графита и выгрузку готового гранулированного флегматизированного красного фосфора в течение 1 мин.
