огнезащитный состав и способ его получения

Формула изобретения

1. Огнезащитный состав, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота концентрации 28-33% P ₂O₅ при следующих отношениях компонентов, мас.%:

Фосфорная кислота	76,32-77,82
Нефелин (26% Al 2O3)	17,88-18,38
Карбамид	3,60-4,40
Оксид кальция	0,70-0,90

2. Способ получения огнезащитного состава путем разложения нефелина (26% Al₂O₃ ) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅ /Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂ O₅=0,80-0,90, отличающийся тем, что донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅ , а сушку осуществляют при температуре 180-200°C.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нерастворимым антипиренам на основе металламмонийфосфатов, используемых для придания огнестойкости и снижения горючести легковозгораемых материалов, а также в качестве отвердителя жидких силикатных стекол [1-3] и других целей [4].

I. Огнезащитный состав (вещество)

Известен состав нерастворимого антипирена [5] (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ-6-08-3 70-76), основные качественные показатели которого приведены в таблице 1.

Таблица 1
Качественный состав антипирена из нефелина
№ п/п	Показатели	Содержание	Примечание
1.	P2O5 общая, мас.%	не менее 46,0	1. Применялся более 15 лет как огнезащитное и отверждающее средство.
2.	P2 O5 водораств., мас.%	не более 2,50
3.	NH 3, мас.%	не менее 4,00
4.	Содержание влаги, мас.%	не более 3,00	2. Мольные отношения P2O5/Al2 O3=3,5-3,7;
5.	рН водной суспензии готового продукта	не менее 4
			NH3/P2O5 =0,8-0,9

Молекулярный состав антипирена из нефелина соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH₄)₂O·0,92(Na ₂O+К₂О)·Al₂O₃·3,5P ₂O₅·2,5SiO₂·6H₂ O.

В качестве сырья для его получения использовались нефелин (не менее 29% Al₂O₃), экстракционная фосфорная кислота (24-25% P₂O₅) и карбамид (46,6% азота). Из-за ухудшения качества фосфатного сырья для производства фосфорной кислоты и уменьшения содержания Al ₂O₃ в нефелине до 26% снизилось качество антипирена из нефелина: повысилось количество водорастворимых фосфатов до 10%, содержание NH₃ не превышало 4%, а рН водной суспензии опустился ниже 4-х, что привело к потере потребителей и прекращению производства антипирена из нефелина.

Задачей данного изобретения является улучшение качества огнезащитного состава (вещества) - антипирена из нефелина до показателей, представленных в таблице 1, достигаемое тем, что в известный состав при его получении, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что для снижения растворимости и увеличения рН водной суспензии в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота повышенной концентрации: 28-33% P₂O₅ вместо 24-25% P₂O₅ при следующих отношениях компонентов (мас.%):

Фосфорная кислота	76,32-77,82
Нефелин (26% Al 2O3)	17,88-18,38
Карбамид	3,60-4,40
Оксид кальция	0,70-0,90,

а молекулярный состав соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH ₄)₂O·0,92(Na₂O+K₂ O)·Al₂O₃·3,6P₂O ₅·0,3СаО·2,5SiO₂·6H₂ O.

Качественные показатели огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина) показаны в таблице 2.

Таблица 2
Основные показатели качества огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина)
№ п/п	Основные показатели качества готового продукта	Огнезащитный состав: нефелин			Прототип: нефелин
					(26% Al2O3)+H3PO4 +карбамид при мольных отношениях
		(26% Al2O3)+H3PO4 +карбамид+СаО до сушки и нагревания при мольных отношениях P 2O5/Al2O3=3,6; NH 3/P2O5=0,85; СаО/Al2O 3=0,3
					P2 O5/Al2O3=3,6;
					NH3/P2O5=0,85
		миним. содер-е	максим. содер-е	Оптимал содер-е	миним. содер-е	максим. содер-е	Оптимал. содер-е
1.	P2O5 общ., мас.%	47,5	51,6	48,85	46,5	49,7	48,16
2.	P2O5 вод. раств., мас.%	Менее 1	2,4	следы	4,3	10,0	7,24
3.	NH3, мас.%	4,2	5,3	4,75.	. 3,5	3,81	3,8
4.	рН водной суспензии	4,5	5,9	5,86	2,5	3,0	3

II. Способ получения огнезащитного состава

Вторая часть изобретения относится к способам получения нерастворимых антипиренов на основе металламмонийфосфатов, используемых для огнезащиты целлюлозно-бумажных, стальных и других материалов, а также для отверждения жидких силикатных стекол.

Известен способ получения малорастворимого антипирена, получаемого путем взаимодействия нефелинового концентрата (не менее 29% Al₂O₃) и фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией продуктов разложения газообразным аммиаком (NH₃) и сушкой готового продукта при 230-250°С [6].

Недостатком данного способа является то, что готовый продукт содержал до 10% Р₂О₅ в водорастворимой форме, рН его водной суспензии не превышал 3-х, что в свою очередь вызывало большие потери айтипирена в производстве огнезащищаемых целлюлозно-бумажных материалов и привело к отказу от его применения.

Другой известный способ получения нерастворимого антипирена [5] путем разложения нефелинового концентрата (29% Al₂O₃) экстракционной фосфорной кислотой (24-25% P₂O₅) отличался от первого тем, что нейтрализация получаемой пульпы осуществлялась карбамидом с последующей сушкой ее при температуре 150-170°С. В этом продукте среднее содержание основных компонентов составляло (мас.%): 48,5% P₂O₅ общ., следы P₂ O₅ водорастворимого, 4-5 аммиака, рН водной суспензии не менее 4-х (ТУ-6-08-370-76).

В связи с ухудшением качества исходного сырья в производстве экстракционной фосфорной кислоты и изменения состава нефелина (не более 26% Al₂ O₃), получаемый по этому способу антипирен (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ РБ 00203714. 005-94) содержал (мас.%): Р₂О₅ общ. не менее 46, P₂O₅ вод. раств. не более 10, рН водной вытяжки не превышал 3-х. Такой продукт не обеспечивал огнезащиту материалов до уровня трудногорючих, как требовали потребители.

В предлагаемом способе получения огнезащитного состава (вещества) путем разложения нефелина (до 26% Al₂O ₃) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅ /Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂ O₅=0,80-0,90 с целью снижения растворимости готового продукта и повышения рН его водной суспензии донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅ , а сушку осуществляют при температуре 180-200°С.

Пример: 100 г нефелина (26% Al₂O₃) разлагают 425 г экстракционной фосфорной кислоты (30% P₂O ₅) в течение 30 минут. В полученную массу (пульпу) затем добавляют 22,2 г карбамида и 4,4 г СаО с перемешиванием в течение 10 минут. Образовавшуюся пульпу сушат при температуре 100-110°С и прогревают далее продукт при температуре 190°С около часа.

Результаты анализа параллельно проведенных опытов получения огнезащитного состава на основе нефелина (26% Al ₂O₃) без введения оксида кальция на стадии нейтрализации карбамидом представлены в таблице 3.

Таблица 3
Качественные показатели огнезащитного состава на основе нефелина и фосфорной кислоты
№ п/п	Основные показатели качества готового продукта	Огнезащитный состав с дополнительной нейтрализацией оксидом кальция при мольном отношении	Прототип: антипирен из нефелина без нейтрализации оксидом кальция	Примечание
		СаО/Al2O 3=0,3
1.	P2O5 общ., мас.%	48,85	48,16	На стадии приготовления пульпы мольные отношения для обоих образцов: NH 3/P2O5=0,85 P2O5 /Al2O3=3,60
2.	P2O5 вод. раств., мас.%	следы	7,24
3.	NH3 , мас.%	4,75	3,80
4.	рН водной вытяжки	5,86	3,90
5.	Влажность, мас.%	0,1	0,5

Дополнительное введение оксида кальция после нейтрализации карбамидом продуктов разложения нефелина (26% Al ₂O₃) фосфорной кислотой (30% P₂O ₅) приводит к снижению содержания водорастворимых фосфатов за счет частичного образования пирофосфата кальция в готовой продукции после прогревания, к уменьшению потерь аммиака и повышению рН водной суспензии, что положительно сказывается на улучшении экологической обстановки как в самом производстве огнезащитного состава, так и в потребляющих отраслях.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР № 605803 «Кислотоупорная замазка» (опубл. 15.04.1978, бюл. № 17).

2. Авторское свидетельство СССР № 670109 «Самотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм».

3. Авторское свидетельство СССР № 685681 «Вибропоглощающая мастика» (опубл. 15.09.1979, бюл. № 34).

4. ГОСТ 23791-79 «Покрытие по стали фосфатное огнезащитное».

5. Авторское свидетельство СССР № 490663 «Способ получения нерастворимого антипирена» (опубл. 05.11.1975, бюл. № 41).

6. Авторское свидетельство СССР № 175210 (опубл. 27.06.1963, бюл. № 19).