Способ утилизации отходов материала сгорающей гильзы

Предложенное изобретение относится к пиротехнике, а именно пиротехническим средствам для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей. Согласно изобретению при изготовлении пиротехнических составов салютов и фейерверков предлагается использовать отходы материала сгорающей гильзы. Для этого отходы материала сгорающей гильзы, содержащие тринитротолуол, пироксилин и целлюлозу, предварительно сушат при температуре 40-50°C в течение 3-5 часов до содержания влаги и летучих не более 0,5 мас.%, измельчают до размера частиц не более 100 мкм и в форме сыпучего компонента добавляют в пиротехническую смесь в качестве активного кислородсодержащего окислителя и горючего вещества. Изобретение обеспечивает утилизацию производственных отходов, включающих нитросоединения, а также достигается практически полное сжигание компонентов пиротехнических составов при функционировании зарядов по назначению и улучшение их основных технических характеристик.

 

Предложенное изобретение относится к пиротехнике, то есть к пиротехническим средствам для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей, а более конкретно к составам, содержащим неорганическую кислородсодержащую соль и мелкораздробленный сплав металлов в совокупности с компонентом термической основы, который является утилизируемым производственным отходом.

Уровень данной области техники характеризует патент RU 2331619 С1, С06В 33/04; С06В 31/24, 2007 г., в котором описан пиротехнический состав для фейерверочных и сигнальных средств, изготовленный с использованием утилизируемых отходов пироксилинового пороха (устаревших арсенальных или производственных), составляющих треть - половину массы зарядов.

Этот состав, который горит с образованием белого огня, стабильно пульсирующим пламенем в заданном режиме, включает нитроцеллюлозу или пироксилиновый порох, азотнокислый барий в качестве окислителя, металлическое горючее - мелкодисперсный порошок алюминиево-магниевого сплава и горючее связующее - дибутилфталат, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

нитроцеллюлоза или пироксилиновый порох	35-53
азотнокислый барий	25-34
порошок алюминиево-магниевого сплава	20-30
дибутилфталат	1-2.

Описанный пиропороховой состав белого огня мерцающего пламени при горении изготавливают следующим образом.

Измельченный пироксилиновый порох или нитроцеллюлозу расчетной массы засыпают в лопастной смеситель вместе с дибутилфталатом и заливают половиной необходимого для пластификации количества этилового спирта, после чего в течение 20 минут перемешивают при комнатной температуре, в результате чего получают технологическую и термическую основу состава.

Затем в пластифицированную основу последовательно добавляют азотнокислый барий и порошок алюминиево-магниевого сплава с дискретностью селективных частичек 60-160 мкм и заливают второй половиной этилового спирта до общей массы (30-40% от массы композиции), после чего перемешивают в течение 10-15 минут при нормальной температуре.

Приготовленная смесь пригодна для проходного прессования функционального шнура диаметром 2-7 мм с осевым каналом.

Смотанный в бунт шнур выдерживают при температуре 20-30°C в течение 20 минут для провяливания смеси, чтобы она не налипала на режущий инструмент при последующем изготовлении мерных пиропороховых элементов (звездок). При этом шнур не сминается и разрезание взрывобезопасно.

Недостатком описанного технического решения по утилизации пироксилинового пороха путем введения его в структуру фейерверочного состава является многостадийность технологического процесса, вызванного необходимостью пластификации пироксилинового пороха для его смешивания с компонентами состава.

Изготовленный по описанному способу пиропороховой состав мерцающего пламени при горении характеризуется невысокой чистотой цвета пламени, что определяет узко целевое его применение.

Более совершенным техническим решением является способ изготовления прессованных пиропороховых элементов из функционального состава, содержащего крошку утилизируемого пироксилинового пороха, азотнокислый барий, порошок алюминиево-магниевого сплава, в качестве усилителя цвета поливинилхлорид и связующее - фенолформальдегидную смолу, описанный в изобретении по патенту UA 39607, F42B 4/00, 1996 г.

Способ приготовления пиропороховых элементов из указанного состава, содержащего, мас.%:

крошку пироксилинового пороха	25-29
азотнокислый барий	39-47
порошок алюминиево- магниевого сплава	10-11
фенолформальдегидную смолу	4-5
поливинилхлорид	14-16, - включает следующие операции.

Предварительно приготавливают смесь металлического горючего в спиртовом растворе фенолформальдегидной смолы, для чего в раствор связующего засыпают навеску порошка алюминиево-магниевого сплава и перемешивают в течение 20-25 минут.

Параллельно в диспергаторе при комнатной температуре готовят смесь из азотнокислого бария, поливинилхлорида и крошки пироксилинового пороха, которую затем порционно загружают в смеситель с периодическим добавлением лаковой смеси с металлическим горючим в течение 25-30 минут до получения однородной гомогенной массы.

Далее полученную смесь компонентов состава гранулируют, после чего гранулы сушат в шкафу при температуре 55-60°C в течение 2,5-3,0 часов.

Из гранулированного пиропорохового состава в специальном пресс-инструменте на прессе при давлении 2,5 тс/см² формируют таблетки функционального заряда для снаряжения фейерверочных изделий.

Изготовленный по описанному способу функциональный заряд характеризуется улучшенной воспламеняемостью, контрастным цветом пламени, полным сгоранием компонентов при интенсификации равномерного горения состава с выделением большого количества тепловой энергии.

Недостатком этого нетехнологичного способа является высокая трудоемкость, что ограничивает его промышленную применимость.

Кроме того, функциональность применения получаемых по известному способу пиропороховых элементов ограничена в узкоцелевом назначении из-за их неоднородной структуры: крошка пироксилинового пороха имеет миллиметровые размеры, а частицы остальных порошковых компонентов - на порядок меньше, что затрудняет достижение равномерности их распределения при смешивании в штатных технологических смесителях пиротехнического производства.

Неравномерность массового соотношения компонентов в смеси не гарантирует достижения заданных показателей назначения всех пиротехнических зарядов, изготовленных из этого состава.

Известный состав пригоден только для создания красочного искро-форсового эффекта для фейерверков и салютов, который формируется за счет того, что крошки пироксилинового пороха воспламеняются в заряде и генерируемыми газообразными продуктами горения состава выносятся в факел, где они догорают на воздухе с искрением, создавая снопы искр.

Это узкоцелевое назначение состава ограничивает применение утилизируемой крошки пироксилинового пороха в цветопламенных и сигнальных зарядах, которые должны обеспечить ровное продолжительное свечение при горении.

При сжигании пиропороховых элементов, полученных по описанному способу, в котором утилизируется крошка пироксилинового пороха, происходит большой выброс экологически вредных веществ (аммиака, цианистого водорода и оксида углерода) из-за неполного сгорания компонентов. Эта проблема полностью не решается при измельчении пироксилинового пороха потому, что он содержит относительно малое количество кислорода, необходимого для полного сгорания компонентов состава.

В качестве наиболее близкого по технической сущности и целевому назначению аналогу предложенному способу выбран, раскрытый в книге Л.А. Смирнова, О.В. Тинькова, Конверсия, Ч.IV, Утилизация снятых с вооружения боеприпасов и твердотопливных ракет, М., МГАХМ, 1966, с.88, 116-117, способ утилизации отходов материала сгорающей гильзы.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного способа утилизации отходов материала сгорающей гильзы для их включения после предварительной обработки, в форме сыпучего компонента в пиротехническую смесь, обеспечив универсальность безопасного применения в составах различного назначения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации отходов материала сгорающей гильзы производственные отходы сгорающей гильзы, содержащие тринитротолуол, пироксилин и целлюлозу, предварительно сушат при температуре 40-50°C в течение 3-5 часов до содержания влаги и летучих не более 0,5 мас.%, измельчают до размера частиц не более 100 мкм и включают в форме сыпучего компонента в пиротехническую смесь для салютов и фейерверков в качестве активного кислородсодержащего окислителя и горючего вещества.

Отличительные признаки способа позволяют создать промышленную технологию по утилизации производственных отходов материала сгорающей гильзы в процессе изготовления пиротехнических составов различного функционального назначения.

При этом достигается практически полное сгорание компонентов пиротехнических составов при их функционировании и улучшение основных технических характеристик назначения фейерверочных зарядов из них.

Дополнительная обработка производственных отходов, образующихся при изготовлении сгорающих патронных гильз, материал которых включает (мас.%): 50 тринитротолуол, 25 пироксилин и 25 целлюлозу, - необходима для создания условий совместимости с компонентами пиротехнического состава.

Усовершенствование отходов материала сгорающей гильзы по физическим характеристикам и фракционности делает их пригодными для использования в качестве активирующей добавки в пиротехнический состав, обеспечивающей сжигание конденсированной фазы в заряде, что резко увеличивает интенсивность свечения, пригодного в цветопламенных сигналах и осветительных зарядах, повышает красочный эффект в фейерверках, салютах и т.п.

Замедленная безопасная сушка материала сгорающей гильзы (3-5 часов при температуре 40-50°C) до содержания влаги и летучих не более 0,5 мас.% необходима для осуществления автоматического измельчения материала на частицы размером не более 100 мкм, соизмеримым с фракционностью остальных компонентов, что обеспечивает равномерность их распределения в объеме при смешивании.

При этом повышается поверхность горения состава с высокой температурой и скоростью, так как материал сгорающей гильзы содержит более мощный (сравнительно с пироксилиновым порохом аналога) окислитель из активных нитросоединений, повышенной теплотворной способности, обеспечивая тем самым полное сгорание компонентов непосредственно в заряде.

Сушка материала сгорающей гильзы при температуре меньше 40°C нетехнологична из-за большой продолжительности процесса.

При сушке материала сгорающей гильзы с температурой больше 50°C возможно воспламенение, что делает технологический процесс взрывонебезопасным.

При времени сушки материала сгорающей гильзы меньше 3 часов не достигается заданный уровень содержания влаги и летучих, который необходим для проведения измельчения в автоматическом диспергаторе без налипания материала на инструмент.

Проведение сушки в течение времени более 5 часов требует дополнительных производственных площадей, что приводит к росту потребительской стоимости материала.

Уровень содержания влаги и летучих в материале сгорающей гильзы не выше 0,5 мас.% является нормативно установленным в отрасли пределом для компонентов пиротехнических смесей, который удовлетворяет техническим условиям и требованиям безопасности.

При этом уровне содержания влаги и летучих материал сгорающей гильзы беспроблемно дробится в автоматическом диспергаторе.

Актуальность предложенного изобретения обоснована тем, что при изготовлении сгорающих гильз производственные отходы составляют 40%, простое сжигание которых сопряжено с выбросом веществ 2-4 классов опасности: хлора, хлористого водорода, оксидов углерода и азота, что неприемлемо по существующим экологическим нормативам (Я.М. Грушко, «Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу», Справочник, Л., Химия, 1987, 191 с.).

Предложенный способ реализуется на действующем пиротехническом оборудовании по принятой технологии, что не создает препятствий для практического использования изобретения.

Способ является простым, надежным и безопасным приемом для утилизации отходов производства материала сгорающей гильзы сжиганием в пиротехнических зарядах без превышения норм ПДК на выделяемые при этом вредные вещества, за счет практически полного сгорания структурных компонентов состава при повышенном содержании кислорода в нитросоединениях материала сгорающей гильзы.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленной переработки отходов в универсальные пиротехнические заряды, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности. -I

Способ утилизации отходов материала сгорающей гильзы, отличающийся тем, что производственные отходы сгорающей гильзы, содержащие тринитротолуол, пироксилин и целлюлозу, предварительно сушат при температуре 40-50°C в течение 3-5 ч до содержания влаги и летучих не более 0,5 мас.%, измельчают до размера частиц не более 100 мкм и включают в форме сыпучего компонента в пиротехническую смесь для салютов и фейерверков в качестве активного кислородсодержащего окислителя и горючего вещества.