Очистка детонационной алмазсодержащей шихты
Автор: Овчинников-лазарев М.А., Спицын Б.В.
Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka
Статья в выпуске: 1 (17), 2018 года.
Бесплатный доступ
Одним из направлений решения проблемы утилизации взрывчатых веществ боеприпасов по истечении гарантийного срока хранения является получение детонационной шихты, используемой для синтеза наноалмаза. В статье приведены термодинамические расчеты процесса очистки алмазсодержащей детонационной шихты и полученные экспериментальные результаты.
Утилизация взрывчатых веществ, очистка детонационной шихты, термодинамический расчет химических реакций, получение детонационного наноалмаза, очистка наноалмаза, выход целевого продукта
Короткий адрес: https://sciup.org/140279902
IDR: 140279902
Cleaning of detonation diamond-containing shihta
One of the directions of solving the problem of utilization of explosives of ammunition after the warranty period of storage is the receipt of detonation charge, used for nanodiamond synthesis. The article presents thermodynamic calculations of the purification process of a diamond-containing detonation charge and the experimental results obtained.
Текст научной статьи Очистка детонационной алмазсодержащей шихты
В настоящее время в арсеналах хранится большое количество боеприпасов с истекшим гарантийным сроком хранения и их использование по прямому назначению связано с большим риском возможных незапланированных взрывов, что обуславливает необходимость их обезвреживания.
Области реализованного и потенциального применения ДНА весьма обширны (рис.1). Несмотря на сравнительно малые размеры (4-5 нм), нанокристаллы алмаза, полученные методом детонационного синтеза, обладают высокой твердостью и прочностью, свойственной природному
Рис.1. Сферы применения ДНА
алмазу.
Исходным строительным материалом в процессе синтеза наноалмазов (ДНА) является углерод, входящий в состав ВВ. Наиболее сложными стадиями в процессах получения ДНА – фазовая и химическая очистка детонационной шихты.
Главная задача процесса – выделение целевого продукта с минимальными потерями и необходимой степенью чистоты. Относительно высокая химическая стабильность алмаза позволяет сделать этот процесс достаточно эффективным.
Выделение фазы алмаза представляет собой достаточно сложную проблему [4].
Теоретический анализ
Методы очистки НА можно разделить на жидкофазные и газофазные. Жидкофазное окисление проходит с приемлемыми скоростями при высоких температурах. Поэтому окислительные смеси готовят из высококипящих кислот (HClO 4 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 ) с добавлением активного окислителя (HNO 3 , H2O2, NaClO3, K2Cr2O7 и т.д.). После очистки необходима стадия промывки водой, на которой происходит значительная потеря мелкодисперсной фракции ДНА.
Газофазная очистка имеет как позитивные, так и негативные стороны. «Сухие» методы хорошо справляются с неалмазными формами углерода и не требуют в финале промывки.
Экспериментальная часть
Перед проведением эксперимента HNO3 наливалась в кварцевую лодочку, затем лодочка помещалась в реактор. Предварительно взвешенный образец помещался в зону нагрева. После этого в реакторе производится постепенный нагрев HNO 3 (60%) до 120ºС и нагрев исследуемого образца до 280ºС. Требуемый температурный режим устанавливался 15 мин, газовая очистка продолжалась при 280ºС 40 мин.
После обработки образец охлаждался непосредственно в реакторе в атмосфере паров азотной кислоты и взвешивался.
Полученные результаты
Результаты серии экспериментов следующие: процентное содержание ультрадисперсного наноалмаза различно по отношению к исходной массе детонационной шихты (таблица 1), а также по результатам опытов были получены образцы исходного и целевого продукта (рис.3).
Таблица 1. Процентное содержание ультрадисперсного наноалмаза по
Рис. 3. Образец детонационной шихты марки «ША-А»: 1 - до обработки в HNO3; 2 - полученный ДНА после обработки
Выводы
-
1. Проведены экспериментальные исследования по фазовой очистке детонационной шихты от неалмазной фазы (графит и аморфный углерод) с помощью перегретых паров HNO3. В результате очистки детонационной шихты выход наноалмаза составил не менее 50%.
-
2. Двухстадийный процесс превращения основных неуглеродных примесей посредством мягкого хлорирования, с последующей сублимацией летучих хлоридов обеспечивает очистку ДНА от металлических примесей.
2.Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ // Физика горения и взрыва. – 1990. – Т. 26, №3. – С. 123-125.
3. Верещагин А.Л., Петрова Л.А., Петров Е.А., Новоселов В.В. и др. Свойства углерода продуктов детонации взрывчатых веществ // Х Симпозиум по горению и взрыву «Детонация»: тезисы докладов. – Черноголовка: ОИХФ, 1992. С. 119-120.
4. Ларионова И.С., Верещагин А.Л. Влияние природы окислителя и температуры на окисление ультрадисперсных фаз углерода // Матер. конф. «Наука и технологии: реконструкция и конверсия предприятий». – Бийск: БТИ, 2000. – С. 59-61.
Список литературы Очистка детонационной алмазсодержащей шихты
- Денисов С.А., Спицын Б.В. Газофазный метод очистки продуктов детонационного синтеза наноалмаза от неалмазных форм углерода и не углеродных примесей//Успехи в химии и химической технологии. -2009. -Т. 23, №9 (102). -С. 71-76.
- Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ//Физика горения и взрыва. -1990. -Т. 26, №3. -С. 123-125.
- Верещагин А.Л., Петрова Л.А., Петров Е.А., Новоселов В.В. и др. Свойства углерода продуктов детонации взрывчатых веществ//Х Симпозиум по горению и взрыву «Детонация»: тезисы докладов. -Черноголовка: ОИХФ, 1992. С. 119-120.
- Ларионова И.С., Верещагин А.Л. Влияние природы окислителя и температуры на окисление ультрадисперсных фаз углерода//Матер. конф. «Наука и технологии: реконструкция и конверсия предприятий». -Бийск: БТИ, 2000. -С. 59-61.
