способ получения пускового брикета для изолирующих дыхательных аппаратов

Формула изобретения

Способ получения пускового брикета для изолирующих дыхательных аппаратов, включающий приготовление шихты смешением кислородогенерирующего вещества - супероксида натрия и супероксида калия, и активирующих добавок - бисульфата калия и алюминия, и формование шихты, отличающийся тем, что перед смешением осуществляют термообработку бисульфата калия в присутствии вещества, выбранного из группы гидроксид калия или натрия, супероксид калия или натрия, а приготовление шихты осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии готовят смесь алюминия и термообработанного бисульфата калия, а на второй полученную смесь вводят в кислородогенерирующее вещество.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения химических веществ, используемых в изолирующих дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде.

Для получения кислорода в начальный период работы изолирующего дыхательного аппарата на химически связанном кислороде, когда выделение кислорода основным веществом недостаточно для обеспечения дыхания пользователя, и для инициирования работы основного вещества в регенеративном патроне аппарата, последний обычно снабжается пусковым устройством, состоящим из кислородгенерирующего вещества, называемого пусковым брикетом, и приспособления для его разложения с помощью водного раствора кислоты или соли (1) (SU 1109178, A 62 B 21/00, 23.08.84).

Известен способ получения пускового брикета для изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде, заключающийся в смешении вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водным раствором соли или кислоты и активирующих добавок с последующим формованием смеси в пригодную для использования форму, например, брикет. В качестве активирующих добавок в известном способе используют алюминиевую пудру, гидроксид алюминия и диоксид марганца (2) (SU 1197679, A 62 D 9/00, 15.12.85).

Введение активирующих добавок обусловлено необходимостью получения тепла и влаги при разложении пускового брикета, которые, с одной стороны, должны оптимизировать скорость разложения брикета, с другой стороны, способствовать разработке основного вещества в аппарате.

Однако изготовляемый известным способов пусковой брикет имеет недостаточную скорость разложения и низкое тепловыделение при температуре ниже минус 10^oC, что ухудшает эксплуатационные характеристики изолирующих дыхательных аппаратов, которые должны быть работоспособны при температуре от минус 40^oC до плюс 50^oC. Наряду с этим такой пусковой брикет имеет низкую термостойкость (75-100^oC), что не позволяет обеспечить длительное хранение аппаратов. Эти недостатки брикета обусловлены наличием в его составе компонента с низкой термостойкостью (гидроксида алюминия), и компонента, имеющего высокую химическую активность по отношению к супероксиду калия - MnO₂, а также невысоким тепловым эффектом основных реакций, определяющих работу данного состава.

Кроме того, при смешении компонентов по известному способу, представляющих собой сильные окислители и горючее, возникают неконтролируемые экзотермические процессы, приводящие к частичному разложению гидроксида алюминия и частичному окислению алюминия (горючего). В результате получить стабильный состав конечного продукта и, соответственно, устойчивые характеристики пускового брикета не представляется возможность.

Известен способ получения пускового брикета для изолирующих дыхательных аппаратов (3), в котором для повышения термостойкости брикета и разрабатываемости при температуре ниже минус 10^oC в качестве активирующих добавок используются бисульфат калия и алюминиевая пудра, а в качестве кислородгенерирущей основы используются супероксид калия и супероксид натрия. Работоспособность пускового брикета, получаемого по этому способу, обеспечивается при низких температурах за счет более высокого теплового эффекта протекающих в нем реакций взаимодействия компонентов и разложения кислородгенерирующей основы, а высокая термостойкость обусловлена высокой термостойкостью бисульфата калия (SU RU 2121858, A 62 D 9/00, 05.03.97).

Однако при смешении компонентов такого пускового брикета также, как и в (2), возникают неконтролируемые химические процессы, которые практически не позволяют обеспечить стабильность характеристик конечного продукта. В процессе смешения происходит взаимодействие бисульфата калия и алюминия, которое обусловлено наличием кислой среды, создаваемой присутствием влаги в бисульфате калия и появлением влаги при его разложении. Соответственно, часть алюминия переходит, как установлено нами с помощью рентгеноструктурного анализа, в соединения типа AlK(SO₄) nH₂O, т.е. количество алюминия, являющегося основным тепловыделяющим компонентом брикета, снижается, а характеристики брикета ухудшаются.

Кроме того, при взаимодействии алюминия в системе, содержащей кислые компоненты, выделяется водород, что в процессе смешения может привести к возникновению взрывоопасной газовой смеси. Опытным путем установлено, что количество выделившегося водорода определяется по формуле



где объем выделившегося водорода, см³/г;

- влажность бисульфата калия, %;

A - константа, равная 1,3-1,4.

Обеспечить низкое содержание влаги в бисульфате калия возможно продолжительной сушкой (24 часа), вместе c тем при длительной сушке бисульфат калия склонен к агломерации, что недопустимо с точки зрения реакционной способности бисульфата, так как для работы пускового брикета требуется определенная дисперсность (поверхность частиц бисульфата калия должна быть не менее 900 см²/г). Таким образом процесс сушки нестабилен и требует большого количества электроэнергии, что в итоге снижает производительность процесса изготовления пускового брикета.

Задачей изобретения является улучшение технологии изготовления пускового брикета за счет повышения производительности, снижения взрывоопасности и обеспечения стабильных характеристик конечного продукта.

Задача решается предлагаемым изобретением, согласно которому в способе получения пускового брикета, включающем приготовление шихты смешением кислородгенерирующего вещества - супероксида натрия и супероксида калия, и активирующих добыток - бисульфата калия и алюминия, и формование шихты, перед смешением осуществляют термообработку бисульфата калия в присутствии вещества, выбранного из группы гидроксид калия, гидроксид натрия, супероксид калия, супероксид натрия, а приготовление шихты осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии готовят смесь алюминия и термообработанного бисульфата калия, а на второй полученную смесь вводят в кислородгенерирующее вещество.

Особенность предварительной термообработки бисульфата калия в присутствии указанных веществ обусловлена следующим.

Промышленный бисульфат калия (ГОСТ 4223-75), получаемый по реакции

K₂SO₄ + H₂SO₄ ---> 2KHSO₄

всегда содержит в качестве примеси серную кислоту, обладающую высокой гигроскопичностью. Чтобы обезводить серную кислоту, ее необходимо нагреть до кипения. Однако в этом случае потребуется повысить температуру сушки бисульфата калия выше 170^oC, что приведет к его разложению до пиросульфата и сульфата. Добавка к бисульфату калия в процессе термообработки указанных веществ приводит к нейтрализации серной кислоты, и освобождению связанной с ней воды, которая легко удаляется уже при температуре 110-130^oC. При этом продолжительность процесса термообработки существенно снижается и составляет не более 6 часов, а качество конечного продукты по гигроскопичности повышается, поскольку в процессе термообработки образуются мало гигроскопичные продукты взаимодействия серной кислоты с вводимыми компонентами.

Приготовление шихты в две стадии обусловлено следующим: поскольку наряду с бисульфатом калия, кислородгенерирующие вещества также обладают определенной гигроскопичностью и всегда содержат влагу, одновременное смешение компонентов шихты может сопровождаться образованием взрывоопасной газовой смеси, так как взаимодействие алюминия с влагой в щелочной среде сопровождается выделением водорода. В случае же предварительного смешения бисульфата калия и алюминия последний равномерно распределяется в бисульфате калия, и при введении этой смеси в кислородгенерирующее вещество возможность активного взаимодействия алюминия с влагой практически исключается. В то же время совокупность этих приемов обеспечивает стабильность конечного состава получаемой шихты, поскольку в процессе ее приготовления практически исключается возможность протекания реакций взаимодействия компонентов, и, соответственно, обеспечивается стабильность характеристик пускового брикета.

Способ осуществляется следующим образом. Исходные компоненты перед смешением подвергают предварительной обработке. Алюминий в виде алюминиевой пудры прокаливают. Супероксиды натрия и калия при необходимости размалывают, просеивают и отбирают требуемую фракцию. Бисульфат калия, предварительно подсушенный до влажности 0,5-0,8%, смешивают с определенным количеством вещества, выбранного из группы гидроксид калия, гидроксид натрия, супероксид калия, супероксид натрия, и смесь термообрабатывают при температуре 120-140^oC в течение 2-6 часов в электрической печи.

При изготовлении пусковых брикетов для изолирующих дыхательных аппаратов предпочтительно использовать супероксид калия в качестве добавки при термообработке бисульфата калия, поскольку в этом случае в результате нейтрализации серной кислоты образуется малогигроскопичный нейтральный сульфат калия.

Подготовленные компоненты смешивают в смесителе в следующей последовательности. Сначала смешивают термообработанный бисульфат калия с алюминиевой пудрой, затем полученную смесь вводят в расчетное количество супероксида натрия и супероксида калия. Все компоненты перемешивают. При необходимости в шихту может быть добавлено связующее (асбест, диатомит и т.п.). Подготовленную шихту формуют в брикеты различной конфигурации (блоки, таблетки) в зависимости от типа изолирующего дыхательного аппарата, для которого они предназначены.

Пример. Осуществляют подготовку исходных компонентов. Алюминиевую пудру прокаливают в сушильном шкафу с постепенным подъемом температуры от 50 до 230^oC. Супероксид калия просеивают с целью отделения крупных частиц. Супероксид натрия размалывают на микромельнице и также просеивают. Бисульфат калия также размалывают до достижения дисперсности не ниже 900 см²/г. Фактически дисперсность бисульфата калия после размола составляет 1800-1900 см²/г. Термообработку бисульфата калия производят с добавкой супероксида калия в количестве 6% от взвешенного бисульфата. При использовании в качестве добавки гидроксидов натрия или калия они также должны быть измельчены и подсушены до влажности не более 1%. Масса гидроксида натрия составляет 4,5%, а масса гидроксида калия составляет 3,5% по отношению к массе бисульфата калия.

Перемешивание бисульфата калия и супероксида калия осуществляют, добавляя к насыпному тонким слоем на противень бисульфату калия небольшими порциями супероксид калия, с соблюдением соотношения по массе. Сразу после перемешивания, которое составляет обычно несколько минут, противень помещают в электрическую печь и осуществляют термообработку в течение 2 часов при температуре 13010^oC. Остаточная влажность бисульфата калия после термообработки составляет 0,25%.

Приготовление смеси термообработанного бисульфата калия и алюминиевой пудры осуществляют в шаровой мельнице, в которую помещают 4,740,005 кг бисульфата калия и 0,260,005 кг алюминиевой пудры. Перемешивание осуществляют в течение 30 минут.

Окончательное приготовление шихты осуществляют в шаровой мельнице, в которую загружают 1,260,05 кг смеси бисульфата калия с алюминиевой пудрой, 1,20,005 кг супероксида калия и 0,450,005 кг супероксида натрия. Перемешивание осуществляют в течение 30 минут. При необходимости в шихту вводят связующее, например, асбест, в количестве 0,090,005 кг.

Формование брикетов осуществляют на прессах в пресс-формах, обеспечивающих требуемые геометрические параметры брикета.

Получаемые по предлагаемому способу пусковые брикеты имеют следующие характеристики:

термостойкость - 145^oC

объем выделяемого кислорода:

при температуре 10-35^oC - 7-6 дм³

при температуре минус 40^oC - 7-8 дм³

начальный период разложения:

при температуре 10-35^oC - 10-12 сек

при температуре минус 40^oC - 15 сек

Литература

1. Авторское свидетельство СССР N 1109178, МКИ A 62 B 21/00, 23.08.84.

2. Авторское свидетельство СССР N 1197679, МКИ A 62 D 9/00, 15.12.85.

3. Патент РФ 2131388, МКИ A 62 D 9/00, 05.03.97.