СОСТАВ ФЛЕГМАТИЗИРОВАННОГО КРАСНОГО ФОСФОРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
COMPOSITION OF PHLEGMETISED AMORPHOUS PHOSPHORUS AND PREPARATION METHOD THEREOF

Изобретение относится к химической промышленности и касается разработки состава флегматизированного красного фосфора и способа его изготовления.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в спичечной промышленности, металлургии для получения и легирования полупроводниковых материалов, получения фосфорной кислоты и получения на ее основе фосфорных удобрений, в дымовых препаратах для профилактики и борьбы с заболеваниями продуктов сельскохозяйственного растениеводства, в производстве фосфорорганических инсектицидов (тиофос, карбофокс и т.д.). Красный фосфор применяется в военном деле как в отечественной, так и зарубежной технике в аэрозолеобразующих составах (патенты США №3607472, кл. 149-19, опубл. 21.09.71 г.; №4534810, кл. 149-96, опубл. 03.08.85 г. Патент Великобритании №1008576, кл. С108 от 27.10.65 г.; патент RU №2083539, кл. C06D 3/00, C06B 39/06, C06B 21/00).
Технический красный фосфор как отечественный, так и зарубежный имеет большое количество недостатков:
- способен к самовоспламенению;
- легко воспламеняется при трении и ударе;
- имеет высокую чувствительность к статическому электричеству;
- нетехнологичен: сильно пылит;
- плохо просеивается, комкуется, слеживается при хранении;
- образует с воздухом взрывоопасные аэровзвеси.
За рубежом (США, ФРГ, Франция) серийно изготавливаются марки красного фосфора (фосфор фирмы ХЕХСТ, РА фирмы Кнапзак). Указанные марки фосфора также представляют собой порошки с весьма высокой чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям.
Таким образом, использование существующих порошков красного фосфора как отечественного, так и зарубежного производства в условиях применения при создании составов многоцелевого назначения затруднено из-за перечисленных недостатков, что приводит к необходимости создания специальных мер для обеспечения безопасности в производственных условиях, а также при хранении и транспортировке фосфора.
Известен способ изготовления пиротехнических составов (А.А.Шидловский. Основы пиротехники. - М. - 1973. - С.300-307), который заключается в смешивании компонентов состава, провялке, грануляции, ворошении и сушке состава. Недостатками этого способа являются: длительная сушка (до 24 часов), которая приводит к увеличению продолжительности технологического цикла изготовления состава; необходимость операции ворошения и гранулирования методом протирки через металлическую сетку, что резко увеличивает опасность его изготовления вследствие того, что ворошение состава на основе красного фосфора проводится, как правило, вручную.
В качестве прототипа выбран технический красный фосфор ГОСТ 8655-75. Исключительная опасность технического красного фосфора резко затрудняет разработку многочисленных составов и препаратов для использования их во многих отраслях промышленности.
Наиболее близким способом изготовления разработанного состава является способ изготовления состава, приведенного в патентах США №4534810 от 30.01.84, кл. 149-19 и №4503004 от 12.03.84, кл. 149-19.
Суть способа заключается в последовательной загрузке компонентов состава с добавлением растворителя и периодическим его перемешиванием с последующей грануляцией методом протирки через сито с удалением растворителя. Весь технологический цикл производства состава составляет более 180 мин.
Недостатками способа-прототипа являются: большая продолжительность технологического цикла изготовления состава; высокая опасность производства ввиду использования большого количества горючего растворителя, что создает условия для образования взрывоопасной смеси паров растворителя с воздухом, необходимость такой нежелательной операции, как гранулирование через сито, что также повышает опасность изготовления состава.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание флегматизированного красного фосфора и способа его изготовления, которые устранили бы недостатки, приведенные в аналогах и прототипах.
Указанная задача решается за счет того, что технический красный фосфор дополнительно содержит поливиниловый спирт, графит и гидроокись магния или гидроокись алюминия. Задача решается также количественным соотношением содержания входящих в состав ингредиентов.
Предлагаемый состав содержит указанные компоненты при следующем содержании, мас.%:
Красный фосфор
90,2-92,1
Поливиниловый спирт
1,5-2,0
Графит
3,2-3,8
Гидроокись магния или гидроокись алюминия
3,2-4,0
Задача решается также способом изготовления предлагаемого состава, который включает комплекс операций, каждая из которых основана на оригинальном рецептурно-технологическом решении и осуществляется, например, на одном турбосмесителе-грануляторе окаточного типа:
1
2
- операция перемешивания красного фосфора с гидроокисью магния или гидроокисью алюминия и / количества графита, а также 1,5-2% (на сухое вещество) количества 10-12%-ного водного раствора поливинилового спирта, исходя из конкретной рецептуры изготавливаемого состава. Перемешивание производится в токе азота при 400 об/мин петлевой мешалки в течение 3 мин;
- операция флегматизации производится за счет рецептурных добавок, обеспечивающих при минимальном суммарном их содержании 3,2-4% (графита и гидроокиси магния или гидроокиси алюминия) снижение опасности к механическим и электрическим импульсам в 100-1000 раз;
- операция гранулирования флегматизированного состава красного фосфора производится на высокоскоростном турбосмесителе-грануляторе окаточного типа с добавкой второй половины количества графита при 1200-1400 об/мин в течение 1,5-2 мин и позволяет получить методом окатывания круглые гранулы со средним размером 100-400 мкм;
- выгрузка готового гранулированного флегматизированного красного фосфора в течение 1 мин.
Указанные соотношения компонентов предлагаемого состава определены экспериментально.
В различных вариантах для существования указанного изобретения и получения технического результата из компонентов предлагаемого состава в производственных условиях были изготовлены составы, конкретные соотношения, входящих ингредиентов, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование компонентов
Соотношение компонентов в % по массе и номера составов
1
2
3
4
5
Красный фосфор
92,4
90,2
91,2
92,1
92,2
Поливиниловый спирт
1,4
2,0
1,8
1,5
2,1
Графит
3,1
3,8
3,4
3,2
3,9
Гидроокись магния или Гидроокись алюминия
3,1
4,0
3,6
3,2
1,8
Уменьшение содержания фосфора в составе менее 90,2% приводит к снижению основных характеристик в условиях его применения в составах многоцелевого назначения (состав 2, таблица 1), а увеличение более 92,2% не обеспечивает основных характеристик по взрывоопасной концентрации аэровзвеси и пылению на операции дозирования (состав 5, таблицы 1 и 2).
Уменьшение содержания поливинилового спирта менее 1,5% не обеспечивает технологических характеристик по сыпучести и дозированию (состав 1, таблицы 1 и 2), а увеличение его в составе более 2% (состав 5, таблицы 1 и 2) не приводит к дальнейшему увеличению тех же характеристик по дозируемости. Уменьшение графита в составе менее 3,1% (состав 1, таблицы 1 и 2) не приводит к улучшению характеристик по чувствительности к трению и к электрической искре, а увеличение графита в составе более 3,8% (состав 5, таблицы 1 и 2) приведет к снижению содержания основного компонента в предлагаемом составе (красного фосфора), что является не желательным. Уменьшение в составе менее 3,1% (состав 2, таблицы 1 и 2) гидроокиси магния или гидроокиси алюминия не приводит к стабилизации фосфора от окисления, а повышение их содержания свыше 4% в составе нет необходимости, так как содержание 4,0% достаточно для стабилизации фосфора от окисления.
Сравнительные характеристики технического красного фосфора и разработанного флегматизированного фосфора приведены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристики
Технический красный фосфор
Флегматизированный фосфор
Содержание
Фосфора 99%
Фосфора 95%
Кислых примесей 1%
Флегматизатора 3,2÷3,8%
Чувствительность к трению
1-5 класс, очень высокая
7-13 класс, средняя
Чувствительность к электрической искре
0,02-0,09 мДж, очень высокая
1000 мДж, низкая
Взрывоопасная концентрация аэровзвеси
24 г/м<sup>3</sup>
Взрывоопасных аэровзвесей не образует
Окисляемость
5-7% увлажняется и окисляется при хранении
0,2-0,5% стабилизирован от окисления
Технологичность: - сыпучесть
Плохо сыпуч, не дозируется
Хорошо сыпуч, дозируется объемным способом с погрешностью ±1%
- пыление
10-15% сильно пылит
0,2-0,5% практически не пылит
Известные образцы флегматизированного фосфора иностранного производства (фирмы Хехст, Кнапзак - десинсебилизированный фосфор) уступают по содержанию основного вещества и специальным характеристикам, а по техническим свойствам - также непригодны для механизированной переработки, как и технический фосфор.
Разработанный состав флегматизированного красного фосфора значительно повысил безопасность работы, позволил осуществлять объемное дозирование продукта, обеспечил возможность упрощения процессов изготовления составов различного назначения, улучшил их технологичность и обеспечил снижение времени технологии изготовления.