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

опыт №1 опыт №2 опыт №3 опыт №4 опыт №5 m(начальная) 4г 470мг 4г 579мг 20г 778мг 22г 692мг 10г 893мг m(конечная) 4г 407мг 4г 458мг 20г 463мг 22г 364мг 10г 621мг ДНА (% мас.) 55,5 48,5 48,0 48,6 52,1 ДНА (сред. % мас.) 50,53 отношению к исходной массе детонационной шихты.

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.