Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор и постановка задач исследования 8
1.1. Основы порошкового пожаротушения 8
1.1.1. Виды огнетушащих порошковых составов 9
1.1.2. Физико-химические основы воздействия огнетушащих порошков на пламя 13
1.2. Свойства огнетушащих порошковых составов 20
1.2.1. Влагопоглощение (гигроскопичность) и влажность огнетушащих порошков 20
1.2.2. Слеживаемость огнетушащих порошков 23
1.2.3. Дисперсность огнетушащих порошков 29
1.2.4. Огнетушащая способность ОПС 31
1.3. Способы измельчения материалов для получения огнетушащих порошковых составов 32
1.3.1. Механическое воздействие t 32
1.3.2. Механохимическое модифицирование огнетушащих порошков 37
Выводы и постановка задач исследования 39
Глава 2. Приборы и методы исследований 40
Глава 3. Исследование процесса диспергирования фосфатов и сульфата аммония 61
3.1. Анализ сырья 61
3.2. Диспергирование компонентов ОПС с применением вибрационной мельницы 70
Глава 4. Исследование процесса гидрофобизации огнетушащих порошковых составов 83
4.1. Анализ гидрофобных и адгезионных свойств фосфатов аммония
4.2. Исследование процесса гидрофобизации компонентов ОПС
4.3. Механохимическое модифицирование основных компонентов ОПС 89
4.4. Термоаналитическое исследование огнетушащих 105 порошков
4.5. Пути повышения огнетушащей эффективности ОПС 112
Глава 5. Разработка технологических основ производства огнетушащих порошков 122
Итоги работы и выводы 129
Список литературы 131
- Виды огнетушащих порошковых составов
- Влагопоглощение (гигроскопичность) и влажность огнетушащих порошков
- Диспергирование компонентов ОПС с применением вибрационной мельницы
- Механохимическое модифицирование основных компонентов ОПС
Введение к работе
Актуальность работы. Среди современных средств пожаротушения огнету-шащие порошковые составы (ОПС) занимают одно из лидирующих мест, так как во многих случаях являются единственным средством подавления возгорания. В настоящее время производство порошковых огнетушителей в европейских странах составляет свыше 85 % от общего числа, а в России - более 60 %, тогда как в 1991 г. этот показатель в нашей стране равнялся 0,5 %.
Многоцелевые порошковые составы используются для тушения пожаров всех классов - АВСЕ (твердые, жидкие, газообразные горючие материалы и установки под напряжением). Сырьем для их производства служат фосфаты аммония (моноаммоний фосфат, диаммоний фосфат, аммофос), так как при повышении температуры они образуют на поверхности горящего материала прочную изолирующую пленку, препятствующую доступу кислорода.
Основными техническими требованиями, предъявляемыми к ОПС, являются ог-нетушащая эффективность, кажущаяся насыпная плотность, склонность к влагопог-лощению и слеживанию, способность к водоотталкиванию, влажность и текучесть, которые зависят от свойств сырья и способов его переработки. Технология получения ОПС, как правило, основана на сухом измельчении исходных компонентов, их классификации и смешении с различными добавками - гидрофобизирующими, антисле-живающими, утяжеляющими, инертными к влаге и др. Поскольку фосфаты аммония являются гигроскопичными солями, в состав ОПС вводят гидрофобизирующие добавки - кремнийорганические жидкости ГКЖ, а для придания порошкам текучести применяют высокодисперсный диоксид кремния (кремнезем, белую сажу, аэросил). С целью увеличения насыпной плотности и снижения способности к влагопоглощению используют инертные в водных средах добавки - алюмосиликаты, фосфогипс, слюды, природные цеолиты, кварцевый песок и др. При этом следует корректировать количество вводимых в состав ОПС добавок с учетом поверхностных свойств сырья, что является малоизученным процессом.
Огнетушащая эффективность порошков существенно зависит от дисперсности основного компонента - фосфата аммония. С увеличением содержания частиц размером 30-60 мкм она возрастает. Однако в этом случае возникают сложности с созданием огнетушащих композиций с приемлемыми эксплуатационными характеристиками (текучестью, склонностью к влагопоглощению и слеживанию).
В связи с вышеизложенным целесообразно установить факторы, позволяющие управлять процессом производства ОПС. В частности, перспективным представляется учитывать механохимические эффекты, возникающие при разрушении твердых компонентов, входящих в состав ОПС. Таким образом, разработка новых эффективных и экономичных составов с использованием метода механохимической активации исходного сырья для производства ОПС является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка научных основ технологии производства гидрофобизированных огнетушащих порошковых составов на основе фосфатов аммония с повышенной эффективностью тушения пожаров класса АВСЕ, а также снижение затрат на их производство.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - установить пути снижения слеживания фосфатов аммония (аммофоса и монофосфата аммония) при хранении и измельчении;
исследовать влияние инертных, антислеживающих и вспучивающих добавок на ог-нетушащие и эксплуатационные свойства ОПС;
изучить процесс гидрофобизации фосфатов и сульфата аммония с применением методов механохимической активации в вибрационной и шаровой мельницах;
оценить вклад сульфата аммония в огнетушашую эффективность порошков класса АВСЕ;
изучить эффекты неаддитивного усиления эффективности воздействия бинарных ингибиторов на основе фосфатов и азотсодержащих добавок при подавлении углеводородного пламени;
разработать научные основы технологии получения огнетушащего порошка с использованием методов механохимической активации фосфатов и сульфата аммония;
наработать опытные партии огнетушащих композиций, в производственных условиях провести лабораторные и полигонные испытания по тушению очагов пожаров классов АВ.
Научная новизна работы:
обоснована необходимость раздельного измельчения основных компонентов огнетушащих порошков для получения фракции тушителя 30-60 мкм (фосфаты аммония) и фракции носителя 70 - 140 мкм (сульфат аммония), улучшения эксплуатационных характеристик и увеличения их огнетушащей способности;
определено влияние инертных и гидрофобизирующих добавок на адгезионные и гидрофобные свойства фосфатов аммония, как в процессе смешения, так и в процессе измельчения; подобран комплекс вводимых в процесс добавок для устранения слеживаемости фосфатов аммония;
выявлены закономерности влияния механохимической активации на процесс гидрофобизации фосфатов и сульфата аммония полиметилгидридсилоксанами; установлены факторы, влияющие на скорость процесса гидрофобизации огнетушащих порошков;
экспериментально доказано, что сульфат аммония увеличивает огнетушашую способность, за счет усиления охлаждающего эффекта смеси;
- показана принципиальная возможность вспучивания огнетушащих порошковых
смесей на нагретых поверхностях при температурах до 950 С;
- выявлен и исследован эффект неаддитивного усиления (синергизм) смеси фосфата
аммония и карбамида при подавлении углеводородного пламени.
Практическая значимость работы:
разработан способ получения огнетушащего порошка, включающий раздельную ме-ханохимическую активацию целевых компонентов - аммофоса и сульфата аммония, совмещенную с процессом гидрофобизации в присутствии белой сажи;
разработан способ получения огнетушащего порошка с повышенной огнетушащей эффективностью по классам А и В, что достигается вспениванием на нагретых поверхностях при температурах до 950 С;
полученные огнетушащие порошки испытаны в лабораторных условиях в ФГУ ВНИИПО (Московская обл., г. Балашиха) с целью определения огнетушащей их эффективности, рекомендовано их промышленное использование;
в ЗАО «Экохиммаш» (Костромская обл., г. Буй) наработана опытно-промышленная партия нового ОПС, прошедшая полигонные и лабораторные испытания; определено, что разработанный порошок соответствует ГОСТ Р 53280.4-2009 «Порошки огнетушащие общего назначения. Технические требования. Методы испытаний» и европейскому стандарту EN 615 «Технические требования к огнетушащим порош-
кам», а полигонные испытания указали на обеспечение тушения модельного очага класса 43 А из огнетушителя ОП-5 и модельного очага класса В.
Новизна и практическая значимость предлагаемых технических решений подтверждается решением о выдаче патента РФ (заявка № 2010120898/05 (029740), приоритет 26.05.2010).
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований процессов измельчения и гидрофоби-зации фосфатов и сульфата аммония;
результаты термического анализа исходного сырья и полученных ОПС;
оценка влияния комплексных добавок на свойства полученного огнетушащего порошка;
технологическая схема производства огнетушащего порошка многоцелевого назначения, полученного с использованием методов механохимической активации;
результаты испытаний по определению огнетушащих концентраций полученных композиций на установке, для которой подача порошков на очаг осуществляется сверху и под давлением.
Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных и результатов экспериментальных исследований, постановке задач и проведении экспериментов, написании научных статей, наработке опытных партий огнетушащих композиций.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции по физической химии и нанотехноло-гиям «НИФХИ-90» (с международным участием) (Москва, 2008), III Международной конференции «Фундаментальные основы механохимических технологий» - «FBMT 2009» (Новосибирск, 2009), Всероссийском семинаре «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбция» (Иваново, Плес 2009), VIII Региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные науки специалисту нового века» (Иваново, 2009), XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Суздаль, 2010), V Региональной конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем. Крестовские чтения» (Иваново, 2010), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 статьи - в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и получено 1 решение о выдаче патента на изобретение.
Достоверность полученных результатов. Результаты диссертационной работы и ее выводы являются достоверными, так как не противоречат фундаментальным представлениям по химии и технологии дисперсных систем и получены с применением современных физико-химических методов исследования.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, анализ литературных источников, описание методов исследований, 3 главы обсуждения результатов эксперимента, выводы и список цитируемой литературы из 169 наименований. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 34 таблицы.
Виды огнетушащих порошковых составов
Широкое применение для тушения пожаров класса ВСЕ получили огнетушащие порошки на основе бикарбоната натрия [9-12]. Кроме основного вещества в их состав входят различные модифицирующие добавки, придающие готовой композиции текучесть и предотвращающие слеживание порошка. К преимуществам данных составов можно отнести высокую огнетушашую способность, низкую стоимость, а также высокие эксплуатационные характеристики готового продукта. К недостаткам- термонестабильность. При температуре 60 С он распадается на карбонат натрия, углекислый газ и воду (процесс разложения наиболее эффективен при 200 С). Это вызывает ряд проблем, связанных с сушкой бикарбонатного сырья до определенной влажности. Для сохране-ния высоких эксплуатационных свойств снижения склонности порошка к- влагопоглощению и слеживанию, повышения устойчивости состава к термическому воздействию, уменьшения коррозионной активности по-отношению к материалам оборудования в работе [13] в качестве второго компонента предложено использовать-шамотно- каолиновый порошок, вводимый в количестве 7 - 10 % от массы бикарбоната натрия. К недостаткам данного огнетушащего средства можно отнести низкую огнетушащую способность, вследствие содержания в нем шамотно- каолиновой добавки, а также повышенные энергозатраты, которые возникают при использовании электрофильтров вращающихся печей для получения шамотно- каолинового порошка (ШКП).
Для уменьшения энергозатрат, при получении ШКП в работах [14, 15] предложено вместо него вводить, к основному веществу (бикарбонату натрия) от 25 до 55 мае. % нерастворимого в воде минерала или смеси минералов с ис-тинной плотностью не менее 2,8 г/см и размером частиц менее 150 мкм (доломит, тальк, талько- магнезит, апатит, магнезит). При этом на 10-50 % возрастает кажущаяся насыпная плотность, что приводит к пропорциональному увеличению текучести огнетушащих порошков. Одновременно уменьшается склонность к влагопоглощению и увеличивается способность к водоотталкиванию, а также возрастает пробивное напряжение, однако огнетушащая способность уменьшается на 10-20 %.
Известны изобретения [16], в которых основным веществом служит опал-кристобалитовая основа (мае. %: опал- кристобалит 30-49, цеолит 7-25, глинистая составляющая 7-25, обломочно- песчано- алевритовый материал— осталь 11 ное). В этом случае повышается огнетушащая способность в области тушения горючих жидкостей, а именно класса В.
Для тушения пожаров классов ВСЕ разработаны составы на основе солей калия (бикарбоната, сульфата, хлорида), которые обладают более высокой ог-нетушащей способностью, нежели составы на основе бикарбоната натрия. Широкое применение в России для производства ОПС нашел хлорид калия [17-19]. Недостаток данных составов заключается в.том, что в процессе их хранения и после применения-возможно появление коррозии [17]. Составы.для тушения пожаров класса АВСЕ
Составы для тушения пожаров класса АВСЕ представляют собой универсальные порошки, основным компонентом которых являются фосфаты, аммония (моноаммоний фосфат, диаммоний фосфат, аммофос). Зарубежные фирмы изготовители в качестве основного компонента ОПС используют преимущест-веншкмоноаммоний фосфат [20]. В России, вследствие удешевления рецептур, широкое распространение получил аммофос (смесь моно- и диаммоний фосфата): В производимых огнетушащих порошках аммофос может использоваться как единственный основной компонент [21-28], так и в смеси со вторымоснов-ным компонентом- сульфатом аммония [29-33], вводимом в-количестве от 10 до 50 мас. %. В качестве замены основного компонента, предлагается использовать диаммоний фосфат [34, 35], понижая при этом общее содержание фосфатов,в смеси, (на 5 %). Однако, в работе [36] авторы указывают на то; что огнетушащая способность значительно снижается с уменьшением содержания, Р2О5 в ОПС, особенного тушению очагов пожара класса А (с 0,46 кг/м до 0,56 кг/м ):
Известны изобретения [37, 38], где основой для огнетушащего порошка служит природный цеолит. При этом, за счет дешевизны сырья уменьшается стоимость порошка, но без сохранения высокой огнетушащей способности готового продукта.
Для увеличения огнетушащей способности ОПС разработаны комбинированные составы [17, 19], включающие два основных компонента: фосфат ам 12 мония и хлорид аммония, при этом подразумевается наличие синергетического усиления огнетушащей способности смеси. Составы для тушения пожаров класса D Основными компонентами составов класса D, могут быть борные соединения (бораты, бура), хлориды натрия, калия, бария, гидрокарбонат натрия, графит. Наибольшее распространение получили хлорид калия, гидрокарбонат натрия И графит [39-41].
На основании исследований, представленных в работе [42],для увеличения огнетушащей способности порошков при тушении, металлов, в их состав-вводят специальные добавки. Так, например, в состав ОНС на основе хлорида натрия вводят термопластические вещества (парафин, стеарин и др.) в количестве от 0,3 до 5,0 мае. %, которые прочно сцепляются с вертикальной5 поверхностью. Это важно при тушении пожаров, на литье, а также пожаров, вызван I ных возгораниями натрия, калия и их сплавов.
В/Составы на основе графита (особенно окисленного) вводят добавки азо-тосодержащих соединений (карбамид, триазодикарбонамид, аллофанат) [43-48] в количестве от 0,5 % до 30 мае. %. Они препятствуют доступу кислорода, что, в свою очередь, увеличивает огнетушащую способность ОПС. Данные вещества при нагревании разлагаются с выделением инертных к горящему металлу газов С02. Кроме того, особенностью составов на основе графита является низкий коэффициент трения частиц [41].
Влагопоглощение (гигроскопичность) и влажность огнетушащих порошков
Взвешивают 1,0 г исследуемого порошка (результат записывают с точностью до четырех знаков после запятой). В делительную воронку наливают дистиллированной воды и высыпают взвешенное количество «порошка. Затем воронку энергично встряхивают. После отстаивания нижний слой, содержащий-гидрофильную часть материала, сливают дляотфильтровывания на предварительно промытый 4...5 раз горячей водой4и высушенный,при,(105...110) С до постоянной массы фильтр. Для предотвращения попадания, верхнего слоя в нижний.при сливании.последний оставляют в делительной воронке высотой 3 мм. Далее в воронку приливают дополнительно еще 30. мл дистиллированной воды и после энергичного взбалтывания снова дают отстояться, а затем нижний слой отфильтровывают через тот же фильтр. Фильтр с осадком помещают в стаканчик для взвешивания и сушат в і течение (4,0± 0,5), ч при температуре 70 С.
Обработка результатов. Содержание гидрофобного материала, Хь %, вычисляют по формуле: где т— масса навески продукта, г; mj— масса стаканчика с фильтром, г; mj- масса стаканчика с гидрофильной частью материала на фильтре, г.
За результат анализа принимают среднее арифметическое значение ре-зультатов двух наблюдений, абсолютное значение расхождения которых не превышает допустимое расхождение, равное 1 %. 2.10.3. Метод пропитки
Для определения водостойкости порошка навески массой 2 г помещали в сетчатый водопроницаемый стакан и сушили до постоянной массы. Затем ста кан с навесками погружали в термостатированный стеклянный сосуд с дистил / лированной водой при температуре 25+0,1 С. Через определенные промежутки времени образцы извлекали из раствора, тщательно сушили до постоянной массы при 50 С и определяли процент ее уменьшения (вследствие частичного растворения порошка).
Проведение анализа. В чашку Петри помещают 14 г порошка, уплотняют его, и взвешивают с погрешностью не более 0,0005 г. Затем чашку Петри с навеской помещают в эксикатор, эксикатор закрывают крышкой. Порошок выдерживают в эксикаторе часа при t= (20±3) С. Затем чашку Петри вынимают из эксикатора и взве І где т— масса исходной навески порошка, г; тг— масса чашки Петри с навеской после выдержки (увлажнения), г; тг- масса чашки/Петри с навеской до вы \ держки, г. За результат испытания принимают среднее арифметическое резуль татов трех параллельных определений. 10 г исследуемого порошка уплотняют в чашке Петри. На поверхность порошка пипеткой наносят каплю воды. Оценивают результат анализа по времени выдерживания порошком капли воды. Обработка результатов. Исследованный порошок считается прошедшим испытание при времени выдерживания капли не менее 3 часов.
Навеску фосфата 2,0 г, взятую с точностью до 0,000г г, переносят в стакан на 250-300 мл, смачивают 5-10 мл дистиллированной воды и вливают туда же 50 мл соляной кислоты. Стакан накрывают часовым стеклом, медленно нагревают до кипения и кипятят 30 мин, перемешивая! стеклянной палочкой.
После кипячения раствор с осадком1 количественно переносят в мерную колбу на 250 мл, охлаждают, доводят до метки водой, фильтруют через-фильтр і белая лента, отбрасывая первые порции фильтрата. Параллельно проводят хо лостой опыт. В стакан вместимостью 200-250 мл помещают 25 мл фильтрата, і прибавляют 25-40 мл раствора Петермана и нейтрализуют аммиаком по фенолфталеину, до розового окрашивания. Медленно, при непрерывном перемешивании, приливают 30-35 мл магнезиальной смеси, затем. 20 мл 25%-го раствора NH4OH и продолжают перемешивать 30 мин или оставляют на срок не менее 4 ч., и не более 16-18 ч. После этого раствор с осадком оставляют в покое на 30-40 мин, а затем фильтруют через фильтр «синяя лента» диаметром 9-11 см.
Осадок количественно переносят на фильтр и промывают 2,5 %-м раствором NH4OH. Фильтр с осадком помещают в прокаленный и взвешенный тигель и обжигают при 700-800 С до полного сгорания фильтра и образования белого осадка. После чего тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Диспергирование компонентов ОПС с применением вибрационной мельницы
Термообработка порошка при 65 С в течение 3 часов способствует уменьшению скорости смачивания с 0,32 до 0,22 г/мин и увеличению значения краевого угла с 83 до 84 (образцы 6, 7, табл. 4.1). По мере увлажнения порошка теплота смачивания падает. Чем больше количество связанной воды, тем эффективнее адгезионное взаимодействие. Таким образом, для уменьшения адгезионных свойств необходимо удаление из порошка» связанной воды [62]. Поэтому в дальнейших исследованиях использовали образцы с размером частиц менее 50 мкм, поскольку они обладают наименьшей адгезией. Кроме того, данная фракция аммофоса предпочтительна в производстве огнетушащих порошковых составов [55].
Исследование водостойкости аммофоса Способность аммофоса сохранять свойства при длительном воздействии воды оценивали по водостойкости. Измельчение аммофоса проводили вручную в ступке. Далее измельченный образец разделяли по фракциям по методике 2.9. Оценку водостойкости проводили по методике 2.10.3 в течение 2, 5 и 10 мин. Результаты экспериментов представлены на рис. 4.2. менее 50 мкм 50-100 мкм
Согласно рис. 4.2, размер фракции порошка оказывает существенное влияние на водостойкость аммофоса. Уменьшение размера частиц с 1250 мкм до 50 мкм приводит к увеличению потери массы с 6,5 % до 34,6 %. Это связано с увеличением активной поверхности взаимодействия порошка с водой, а, следовательно, и с увеличением скорости растворения материала.
Исследование процесса гидрофобизации компонентов ОПС Гидрофобизация активного компонента или его части Одним из приемов снижения влагопоглощения и слеживания фосфатов аммония в производстве ОПС является введение гидрофобизирующих добавок, придающих им водоотталкивающие свойства. Весьма перспективными в этом плане являются кремнийорганические соединения [75-77]. В работе исследовалось влияние содержания гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости (ГКЖ) на водоотталкивающие свойства измельченного аммофоса. В качестве ГКЖ была выбрана жидкость ГКЖ-13 6-41, которая относится к классу полиме-тилгидридсилоксанов, основные свойства которой представлены в табл. 4.2. Гидрофобизирующее действие полиметилгидридсилоксана обусловлено наличием активных атомов водорода, связанных с атомами кремния [76]. Эти связи способны реагировать с ОН- группами и другими активными группами, входящими в состав материала, с выделением активного водорода, при этом между ГКЖ и материалом поверхности протекает химическая реакция [108]. В результате поверхностной реакции происходит сшивка полисилоксановых це-пеймежду собой в единую полимерную пленку [108].
Температура самовоспламенения, С 260 Исследование проводили в соответствии с методикой . 10.3., описанной в работе [75]. Гидрофобизацию-аммофоса осуществляли следующим образом: к высушенному до постоянной массы порошку добавляли ГКЖ и смешивали в ступке, затем проводили высушивание порошка до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 60 С.
При добавлении к аммофосу 1 мае. % ГКЖ путем смешения в ступке скорость растворения уменьшается (рис. 4.3), однако после 60 мин потеря массы незначительно отличается от исходного образца (50 % и 53% соответственно). Это связано с тем, что данного количества ГКЖ недостаточно для придания аммофосу гидрофобных свойств.
При увеличении содержания в образцах ГКЖ до 3 мае. %, также наблюдается снижение скорости растворения, и потеря массы уменьшается на 30 %. При увеличении ГКЖ до 6 %, скорость растворения сводится к минимуму, а потеря массы после 60 мин составляет менее 1 %.
Согласно полученным данным можно сделать вывод о том, что гидрофо-бизация непосредственно аммофоса служит причиной увеличения-водостойко 88 сти, однако введение ГКЖ в количестве 1% и менее не приводит к существенному изменению гидрофобных свойств аммофоса. Зависимость потерь массы измельченного аммофоса (фракция 50-100 мкм) при растворении в воде от времени при различном содержании ГКЖ
Таким образом, показана возможность гидрофобизации высушенного до постоянной массы аммофоса путем его смешения с гидрофобизирующей жидкостью (не менее 6 мае. %). При этом аммофос перед гидрофобизацией необходимо измельчить до фракции размером не более 100 мкм. Однако модифицирование аммофоса ГКЖ не решает проблему его агрегирования на стенках мельницы в процессе измельчения.
Для предотвращения этих нежелательных явлений в состав огнетушащего порошка вводят антислеживающие добавки. В большинстве случаев антисле-живающая добавка представляет собой высокодисперсный диоксид кремния (модифицированный аэросил, модифицированная белая сажа). В работе [77] отмечено, что для производства огнетушащего порошка можно использовать также и немодифицированную белую сажу типа БС-120 совместно с гидрофобизирующей жидкостью. Весьма перспективным в этом направлении является применение методов механохимического модифицирования. 4.3.Механохимическое модифицирование основных компонентов ОПС Механохимическое модифицирование аммофоса в шаровой мельнице
Целью механохимической активации аммофоса является получение порошка с размером фракции от 30 до бОмкм, обладающего гидрофобными свойствами. Для изучения процесса гидрофобизации и определения продолжительности- полимеризации- ГКЖ на поверхности частиц огнетушащих порошков в лабораторных условиях были наработаны образцы на основе аммофоса- наиболее гидрофильного компонента огнетушащих порошков. Высушенный до-массовой доли влаги не более 0,2 % аммофос измельчался в-лабораторной шаровой мельнице втечение 20 мин (количество подведенной энергии114,1 Дж/г).
Механохимическое модифицирование основных компонентов ОПС
Технологический процесс получения огнетушащего порошка по данной схеме (рис. 5.1) включает стадии сушки, измельчения и рассева смеси1 основных компонентов — аммофоса и сульфата аммония, а также гидрофобизированного диоксида кремния; смешивание с различного рода добавками.
Гранулированный аммофос из бункера цоз. Б2 поступает на размол в де-зинтеграторную мельницу поз. ДМ, после чего измельченный аммофос подается на стадию сушки. Сушка осуществляется в барабанной - сушилке поз. EG длиной 8 м топочными газами с температурой 135 С. Высушенный до. массо-вой доли влаги не более 0,3 мае. % аммофос измельчается.совместно с сульфатом аммония- и гидрофобизированным диоксидом кремния, (в соотношении 40:40:20 мае. %) в шаровой мельнице поз. ШМ диаметром 1,3 м и длиной 1,5 м в течение 2,5 часов. Гидрофобизированный диоксид кремния получают путем смешения белой сажи и ГКЖ в соотношении 83:17 мас. % в лопастном смесителе поз. СМ, снабженным электро нагревом [161]. Температура в смесителе поддерживается в пределах 70 С, время смешения 6 часов. Измельченный продукт потоком воздуха увлекается из шаровой мельницы в рукавный фильтр системой продувки и встряхивания рукавов. Выходящий из бункера рукавного фильтра материал представляет собой продукт с высоким содержанием гидрофобизированного диоксида кремния. Он возвращается на стадию измельчения в шаровую мельницу. Основная фракция поступает на рассев на вибросито поз. ВС. Вибросито предназначено для отделения фракции более 200 мкм, которая возвращается в шаровую мельницу поз. ШМ. Мелкая фракция измельченной композиции смешивается с добавкой каолино- шамот-нойшыли в центробежно-лопастном смесителе периодического действия поз: СМ2 в соотношении 95:5 мае. %. После 20-мин смешения-)огнетушащий порошок поступает в бункер готовой продукции поз. БГИ, откуда непосредственно затаривается в мешки.
В работе Антонова [137] предлагается получать 0ПС с применением-ме-ханохимического модифицирования по следующей блок схеме (рис. 5.2).
Блок схема производства огнетушащего порошка с использованием методов МХА при совместном измельчении компонентов
Однако, данная блок схема (рис. 5.2) также относится! к технологии совместного измельчения компонентов.
Для раздельного измельчения компонентов, согласно результатам, полученным. в настоящей работе, можно рекомендовать блок-схему, представленную на рис. 5.3. Результаты исследования механохимического модифицирования сырья в вибромельнице показали, что стадию сушки сырья можно исключить. Также при введении в мельницу белой сажи и ГКЖ исключается стадия гидрофобизации белой сажи. В исследованиях было определено, что к материалу необходимо подвести энергии порядка 105 Дж/г. Поэтому, необходимо оп 125 ределить время измельчения смеси аммофоса, белой сажи и ГКЖ в промышленной шаровой мельнице. 1 измельчение сульфата аммония Классификация (менее 200 мкм) (263,4 Дж/г) т і Механохими чес коемодифицированиеаммофоса(105,32 Дж/г) Смешение(Аммофос - 52,5;сульфат аммония -47,5 %, масс.) Вспучивающаядобавка(5 %) и к У1 Модифицирую щие добавки (БС-120 -4,5; ГКЖ -0.5% Упаковка готового4 сырья ма се.) Рис. 5.3. Блок схема производства огнетушащего порошка с использованием методов МХА при раздельном измельчении компонентов
В,качестве мельницы был выбран промышленный агрегат МШ-1. ті— масса мелющих тел — 2600 кг; тт- масса измельчаемого материала — 800 кг;. диаметр барабана - 1,50 м, частота колебаний - 0,5 Гц (1/с). Энергонапряженность (количество подведенной энергии к единице массы- материала в единицу времени) для шаровой мельницыМШ-1 рассчитывается-по формуле:
Тогда для того чтобы подвести к измельчаемому материалу в шаровой мельнице энергию в количестве 105 Дж/г, материал необходимо измельчать 73 мин. Технологию получения ОПС с раздельным измельчением основных компонентов (рис. 5.4) можно описать следующим образом. Гранулированный аммофос совместно с белой сажей подается при помощи тельфера в мешках, ГКЖ подается с помощью насоса из сборника поз. СБ1 в шаровую мельницу поз. МШ1. Время измельчение смеси составляет 75 мин. Измельченный продукт из шаровой мельницы поз. МШ1 поступает в бункер.
Сюда же подается сульфат аммония, который вначале измельчается в шаровой мельнице поз. ШМ2, после чего поступает на рассев на вибросито поз. ВС. Вибросито предназначено для отделения фракции размером более 140 мкм, которая возвращается в шаровую мельницу поз. ШМ2. Мелкая фракция сульфата аммония поступает в бункер поз. БШ с помощью питательного конвейера поз. ПК, а после в смеситель поз. СМ, где смешивается с композицией измельченного аммофоса, белой сажи и ГКЖ в соотношении 47,5:52,5 мае. %. Также в смеситель поз. СМ из бункера хранения карбамида поз. БЗ вводится вспучивающая добавка (карбамид) в количестве 5 % от массы компонентов. После 20 мин смешения огнетушащий порошок поступает на вибросито поз. ВС для отделения агломератов (фракции размером более 140 мкм), после чего подается в бункер готовой продукции поз. БГП, откуда непосредственно затаривается в мешки. В качестве основных компонентов предлагается использовать сульфат и фосфат аммония в массовом соотношении 1:1, составляющие 97,0- 99,0 % массы всего состава. Содержание белой сажи и кремнийорганической жидкости— 1- 3 % от массы всего состава. В качестве гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости (ГКЖ) предлагается использовать полиметилгидридсилок-сан. В отличие от существующей технологии (рис. 5.1) в разработанной технологии (рис. 5.4) отсутствует стадия сушки основных компонентов, а также стадия» гидрофобизации диоксида кремния.
По предложенной схеме (рис. 5.4) получены образцы ОПС, которые прошли испытания соответствия нормативной документации на огнетушащие порошки в аккредитованной лаборатории ООО «НТЦ Экохиммаш». Как показали результаты испытаний (табл. 5.1), разработанные ОПС превосходят по эксплуатационным характеристикам промышленный порошок отечественного производства, полученный по схеме рис.5.1 (табл. 5.1). Проведенные испытания подтвердили, что раздельное измельчение компонентов ОПС до определенного размера частиц с одновременной гидрофобизацией и последующим смешением, а также введение в состав карбамида в количестве 5 мае. % приводит к усилению (синергизму) эффективности огнетушащих композиций при подавлении углеводородных пламен. Об этом свидетельствует уменьшение на 47 % огнетушащей концентрации ОПС с добавлением карбамида. С применением раздельного измельчения компонентов до определенного фракционного состава получен ОПС с высокой насыпной плотностью, без введения инертных утяжеляющих добавок (кварцевый песок, корунд и т.д.). За счет этого увеличилась огнетушащая эффективность полученного порошка.
