Фазостабилизированный нитрат аммония

 

Настоящее изобретение относится к окислителям экологически чистых энергетических конденсированных систем на основе нитрата аммония. Фазостабилизированный нитрат аммония содержит бинарную добавку в количестве 3-7 мас.%, одним из компонентов которой является нитрат калия, а второй компонент - нитрат кальция или тринатриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты при соотношении компонентов от 0,9:0,1 до 0,5:0,5 соответственно. Нитрат аммония с вышеназванными добавками сохраняет фазовую стабильность в температурном диапазоне от –50 до +50°С не менее 10 циклов изменения температуры. 1 табл.

Настоящее изобретение относится к окислителям экологически чистых энергетических конденсированных систем (ЭКС) на основе фазостабилизи-рованного нитрата аммония (НА).

Известно, что фазостабильные гранулы НА получают введением в его структуру нитрата калия (НК) с образованием твердого раствора, что позволяет стабилизировать III фазу НА в интервале температур от -10 до +40°С (пат. США №728819 от 01.10.76 г.). Основным недостатком полученного фазостабильного НА является необходимость использования значительного количества добавки (10% и более), что снижает содержание основного компонента, и, как следствие, отрицательно влияет на энергетические характеристики ЭКС.

Фазостабилизированный НА по патенту США №3018164 от 23.01.62 г., получают введением в расплав 10-15% НК, охлаждением расплава, фракционированием полученного плава и добавлением его кратной порции в чистый нитрат аммония, чтобы получить содержание НК менее 8%, подогрев этой смеси в трубе, помещенной в масло. Этот продукт обладает стабильностью, выраженной в отсутствии модификационного перехода IV→III в интервале температур от -45 до +100°С, но он обладает рядом недостатков: при циклическом испытании в интервале температур от -50 до +50°С происходит распад твердого раствора и восстановление фазовых переходов, кроме того, предварительно необходимо получать твердый раствор НА-НК, далее необходима дополнительная операция нагрева в масляной бане в течение длительного времени, что представляет значительную сложность при осуществлении промышленного производства окислителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату и принятому за прототип является фазостабилизированный нитрат аммония, содержащий бинарную добавку в количестве 1-7% нитрата калия совместно с 0,1-1% органического красителя, содержащего по крайней мере одну группу арилсульфоната, выбранного из класса, состоящего из групп бензенсульфоната и групп нафталенсульфоната (пат. США №5723812 от 03.03.98 г.). Получение стабилизированного нитрата аммония с добавками НК и органического красителя осуществляют введением добавок в расплав НА с последующим охлаждением расплава на металлической пластине либо растворением в воде с последующим распылением водного раствора в вакууме.

Основным недостатком прототипа является фазовая неустойчивость образцов при проведении циклического нагрева и охлаждения в интервале температур от -50°С до +50°С. После второго охлаждения образцов до -50°С восстанавливается фазовое превращение нитрата аммония IY→III при температуре +40°С. Кроме указанного, к недостатку можно отнести непосредственный контакт органического вещества (красителя) с окислителем (нитратом аммония) при высоких температурах (до 180°С), что при осуществлении процесса в больших объемах промышленного производства может привести к экзотермической реакции разложения расплава НА.

Основная техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы при сохранении основных преимуществ данного способа добиться фазовой стабильности НА при не менее чем 10-кратном циклическом нагреве и охлаждении в диапазоне температур от -50 до +50°С.

Поставленная задача решается путем использования бинарной стабилизирующей добавки в количестве 3-7% массовых, одним из компонентов которой является нитрат калия, дополнительно содержащей нитрат кальция или тринатриевую соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты при соотношении нитрат калия - второй компонент от 0,9:0,1 до 0,5:0,5.

Основным отличительным признаком предлагаемого фазостабилизированного НА является использование бинарной добавки нитрат калия - нитрат кальция или нитрат калия - тринатриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты. При совместном присутствии в НА нитрата калия и указанных добавок, вводимых при сокристаллизации из расплава или водного раствора, наблюдается эффект синергизма, приводящий к ограничению подвижности иона калия в твердом растворе нитрат калия - нитрат аммония за счет образования на поверхностях раздела кристаллов НА комплексов, тормозящих топохимическую реакцию модификационных переходов Y↔IY и IY↔III. Использование заявляемых синергических бинарных добавок позволяет значительно снизить общее количество добавки при сохранении требуемых свойств НА.

В соответствии с настоящим изобретением фазостабилизированный НА может быть использован как окислитель экологически чистых ЭКС, выдерживающий не менее 10 циклов нагрева и охлаждения в диапазоне температур от -50 до +50°С.

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности - новизна, поскольку в известном уровне техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадают со всеми признаками формулы настоящего изобретения. Изобретение соответствует также условию патентоспособности - изобретательский уровень, поскольку известный уровень техники не содержит описания технического решения, отличительные признаки которого направлены на решение технической задачи, на выполнение которой направлено настоящее изобретение.

Авторами впервые установлено, что совокупность вышеназванных добавок позволяет решить техническую задачу за счет образования сложной устойчивой системы.

Сущность изобретения поясняется примерами его реализации (см. таблицу в конце описания).

Пример 1

НА марки “чда” загружают в лабораторную установку, представляющую собой термостойкий сосуд из стекла, для получения расплавов с регулируемым нагревом и при температуре 180°С нагревают до полного расплавления, расплав перемешивают, охлаждают, измельчают, при необходимости фракционируют и исследуют методом дифференциально-термического анализа.

Пример 2

Данные взяты из патента США №3018164.

Пример 3

Процесс ведут по примеру 1, но со следующими отличиями: загружают дополнительно нитрат калия марки “чда” в количестве 4% массовых.

Пример 4

Процесс ведут по примеру 1, но загружают дополнительно оксид кальция марки “чда” в количестве, необходимом для образования 4% массовых безводного нитрата кальция в результате реакции между оксидом кальция и НА.

Пример 5

Процесс ведут по примеру 1, но загружают дополнительно безводную тринатриевую соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты в количестве 4% массовых.

Пример 6

Процесс ведут по примеру 1, но загружают дополнительно нитрат калия и β-нафталоранж марки “чда” в количестве, необходимом для образования бинарной добавки нитрат калия - β-нафталоранж общим количество 3,2% массовых при соотношении нитрат калия: β-нафталоранж 0.94: 0,06

Пример 7

Процесс ведут по примеру 1, но загружают дополнительно нитрат калия и оксид кальция марки “чда” в количестве, необходимом для образования бинарной добавки нитрат калия - безводный нитрат кальция, общим количество 4% массовых при соотношении нитрат калия:нитрат кальция 0,7:0,3.

Пример 8

Процесс ведут по примеру 1, но используют 19,2г НА, а также нитрат калия и безводную тринатриевую соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты общим количество 4% массовых при соотношении нитрат калия:тринатриевая соль нитрилтриметиленфоефоновой кислоты 0,7:0,3.

Изобретение с максимальной эффективностью может быть использовано в химической промышленности для получения окислителей энергетических конденсированных систем.

Формула изобретения

Фазостабилизированный нитрат аммония, содержащий нитрат аммония и бинарную стабилизирующую добавку в количестве 3-7 мас.%, одним из компонентов которой является нитрат калия, отличающийся тем, что бинарная стабилизирующая добавка дополнительно содержит нитрат кальция или тринатриевую соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты при соотношении нитрат калия - второй компонент от 0,9:0,1 до 0,5:0,5.