Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива
Дослiджено високоенергетичнi продукти, якi одержують з твердого ракетного палива, на чутливiсть до удару, тертя, електростатичного розряду, детонацiйного iмпульсу, вiбронавантаження i дiї капсуля-детонатора, а також хiмiчну стабiльнiсть, термiчну стiйкiсть та iншi фiзико-хiмiчнi параметри. Наведено...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19772 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива / Л.Н. Шиман, В.В. Соболев // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 98-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860225307361935360 |
|---|---|
| author | Шиман, Л.Н. Соболев, В.В. |
| author_facet | Шиман, Л.Н. Соболев, В.В. |
| citation_txt | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива / Л.Н. Шиман, В.В. Соболев // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 98-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Дослiджено високоенергетичнi продукти, якi одержують з твердого ракетного палива, на чутливiсть до удару, тертя, електростатичного розряду, детонацiйного iмпульсу, вiбронавантаження i дiї капсуля-детонатора, а також хiмiчну стабiльнiсть, термiчну стiйкiсть та iншi фiзико-хiмiчнi параметри. Наведено деякi результати цих дослiджень, показано область повторного ефективного використання одержаного октогену, перхлорату амонiю i калiю.
The high-energy products taken from hard rocket fuel are explored on the sensitivity to a shock, friction, electrostatic discharge, detonation impulse, vibroloads, and capsule-detonator activity. Their chemical stability, thermal stability, and other physicochemical parameters are studied. The field of a recurring effective utilization of gained octogene, ammonium, and potassium perchlorate is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:19:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
3 • 2010
ЕНЕРГЕТИКА
УДК 662.2
© 2010
Л.Н. Шиман, В. В. Соболев
Получение высокоэнергетических продуктов в процессе
глубокой переработки твердого ракетного топлива
(Представлено академиком НАН Украины Г. Г. Пивняком)
Дослiджено високоенергетичнi продукти, якi одержують з твердого ракетного палива,
на чутливiсть до удару, тертя, електростатичного розряду, детонацiйного iмпульсу,
вiбронавантаження i дiї капсуля-детонатора, а також хiмiчну стабiльнiсть, термiч-
ну стiйкiсть та iншi фiзико-хiмiчнi параметри. Наведено деякi результати цих дослiд-
жень, показано область повторного ефективного використання одержаного октогену,
перхлорату амонiю i калiю.
Процесс утилизации ракет с истекшими сроками гарантийного хранения и непригодного
для дальнейшего применения твердого ракетного топлива (ТРТ) заключается в разборке
ракет и их двигателей, извлечении ТРТ с последующей его переработкой. Начиная с 60-х
годов прошлого столетия, наибольший вклад в научное обеспечение и развитие технологий
утилизации ракетного топлива внесли США [1]. В течение многих лет специализированные
предприятия России и Украины проводят работы по утилизации и обычных видов боепри-
пасов, непригодных для дальнейшего использования [2]. Такие боеприпасы представляют
техногенную и экологическую опасность, которая может возникнуть в случае аварийной
ситуации при длительном хранении.
Одной из задач утилизации является исследование, создание и организация новых тех-
нологических процессов, направленных не на уничтожение материальных ресурсов, зало-
женных в ТРТ и боеприпасах, а на их возврат в экономику государства. Этот подход
особенно актуален для таких материальных ресурсов, производство которых в Украине
либо отсутствует, либо является опасным, экологически вредным и экономически нецеле-
сообразным. К таким продуктам относятся некоторые компоненты, входящие в рецептуру
эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), высокобризантные ВВ октоген и гексоген, пи-
ротехнические вещества для изготовления некоторых элементов неэлектрических систем
инициирования (НСИ) зарядов промышленных ВВ.
Цель работы — исследовать характеристики и оценить возможность получения высоко-
энергетических продуктов в результате глубокой переработки ТРТ для изготовления эле-
ментов неэлектрической системы инициирования зарядов ВВ.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
Материалы и методы исследований. В экспериментальных исследованиях исполь-
зовались высокоэнергетические продукты, полученные в процессе утилизации ТРТ меж-
континентальных баллистических ракет РС-22 и некоторых боеприпасов: октоген, перхло-
рат аммония или калия и гексоген, извлеченный из боеприпасов. Перечисленные вещества
исследовались на чувствительность к удару, трению, электростатическому разряду, детона-
ционному импульсу, вибронагрузкам и к действию капсюля-детонатора, химическую и тер-
мическую стойкость, тротиловый эквивалент и влажность извлеченного ТРТ. Испытания
к удару и трению проводились по методике [3] с использованием копра БИМ 782–0000
и фрикционного прибора БИМ 781–0000 (Германия). Дифференциальный термический ана-
лиз (ДТА) проводился для всех продуктов, предназначенных для изготовления элементов
НСИ и ЭВВ. Исследования проводились с применением дифференциального термоанализа-
тора L81 немецкой фирмы LINSEIS и дифференциального гравиметрического термоанали-
затора Diamond TG/DTA компании Perkin Elmer (США). Определение плотности вещества
осуществлялось с использованием устройства для измерения удельного веса на базе ана-
литических весов АХ-200 с приставкой SMK. Термографический и термогравиметрический
анализы, определение плотности и удельного веса продуктов утилизации ТРТ и боеприпа-
сов производились в соответствии с методиками, описанными в работах [4, 5].
Октоген, перхлорат аммония (ПХА) или перхлорат калия (ПХК) являются компонен-
тами твердого топлива утилизируемых межконтинентальных баллистических ракет (МБР)
РС-22. Гексоген и октоген содержатся в некоторых видах боеприпасов. В процессе ути-
лизации вооружений установлено, что некоторые высокоэнергетические компоненты, из-
влеченные из ТРТ, и ВВ боеприпасов могут быть использованы в качестве продуктов
для производства неэлектрической системы инициирования и промышленных эмульсион-
ных ВВ.
При проведении массовых взрывов одной из наиболее безопасных и удобных в обра-
щении является неэлектрическая система инициирования “Нонель” [6] и другие аналогич-
ные системы, которые наиболее широко используются при добыче полезных ископаемых
и в строительстве [7]. Основными элементами НСИ являются капсюль-детонатор (КД)
и трубка-волновод, снаряженные такими высокоэнергетическими веществами как гексо-
ген или ТЭН. В составе вещества-замедлителя КД используется, в частности, перхлорат
калия.
Решением Правительства Украины Павлоградский химический завод проводит утили-
зацию размещенных на территории Украины МБР РС-22 гидромеханическим способом,
обеспечивая таким образом безопасность технологического процесса в целом. Целесообра-
зность использования этого способа извлечения подтверждается результатами, получен-
ными в США и за более чем 10-летний опыт работы специалистами Украины [8]. Способ
гидромеханического извлечения ТРТ в наибольшей степени удовлетворяет комплексу тех-
нических, технологических, экономических, социальных и экологических требований. Возв-
рат извлеченных и регенерированных компонентов в промышленное производство позволя-
ет изготавливать новые и модернизировать существующие образцы ракетного вооружения
и боеприпасов. При этом исключается необходимость создания экологически вредных и ава-
рийно опасных производств высокоэнергетических компонентов на территории Украины
или экспортных поставок таких компонентов.
Таким образом, для утилизации ТРТ, по существу, принята технология, состоящая из
комплекса различных методов, которые включают гидромеханическое извлечение топлива
из корпуса двигателя, механическое измельчение полученного продукта, глубокую химичес-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 99
Рис. 1. Зависимость концентрации перхлората аммония от размеров образца наполнителя, температуры
водной среды и продолжительности воздействия водной среды на образцы наполнителя, приготовленные
различным способом: 1, 2, 3 — стружка (7× 5× 1 мм); 1а, 2а, 3а — кубик (2× 2× 2 мм); 1б, 2б, 3б — брусок
(6 × 6 × 3 мм); 1, 1а, 1б ; 2, 2а, 2б и 3, 3а, 3б — образцы наполнителя, выдержанные при фиксированной
температуре 20, 40 и 60 мин соответственно
кую переработку топлива с выделением окислителей и высокоэнергетических компонентов.
Такой подход в наибольшей степени удовлетворяет комплексу технических, технологичес-
ких, экономических, социальных и экологических требований.
Способность ПХА переходить из полимерного связующего в водный раствор исследо-
валась в зависимости от типа и размеров образцов ТРТ, временных режимов воздействия
водной среды на образцы ТРТ и влияния параметров термоциклирования на интенсивность
вымывания окислителя и др. На рис. 1 приведены зависимости концентрации ПХА от спосо-
ба изготовления образцов ТРТ, температуры воды и продолжительности вымывания при
фиксированной температуре. Во всех экспериментах наиболее эффективными переходами
окислителя характеризуются образцы ТРТ, приготовленные в виде стружки. Следующими
по величине концентрации растворенных окислителей являются образцы, приготовленные
в виде кубиков. Худшие показатели концентрационных зависимостей относятся к образцам
в виде брусков. Наибольшая химическая активность образцов в виде стружки является
следствием того, что в процессе образования стружки (в отличие от других способов меха-
нического воздействия) ТРТ запаслось наибольшей дополнительной внутренней энергией.
Этот вывод подтверждается наибольшей плотностью дислокаций и соответствует большей
концентрации парамагнитных центров.
Изменение концентрации в растворе водорастворимого окислителя при термическом
циклировании исследовалось на образцах ТРТ, приготовленных в виде стружки 7х5х1 мм.
Образцы подвергались семикратному воздействию водных сред (циклированию) при темпе-
ратурах 293, 333 и 353 К. Каждый последующий цикл выполнялся с применением навески
свежего топлива. После каждого цикла в образцах топлива и водных средах определяется
содержание компонентов наполнителя, растворимых и не растворимых в воде. Продолжи-
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
Рис. 2. Изменение концентрации ПХА в растворе при семикратном воздействии водных сред на образцы
ТРТ: 1, 2, 3 — экспериментальные данные; 4, 5, 6 — расчетные значения концентраций
тельность каждого цикла составляла 30 мин. Результаты эксперимента представлены на
рис. 2. Концентрация окислителя в растворе существенно увеличивается с каждым после-
дующим циклом, причем этот показатель приобретает наибольшее значение при темпера-
турах 333 и 353 К.
Растворенный в процессе циклирования перхлорат аммония извлекался двумя способа-
ми: упариванием на водяной бане насыщенного водного раствора и кристаллизацией ра-
створенного продукта при низких температурах [7]. Полученный кристаллический продукт
был проанализирован на содержание основного вещества и массовой доли влаги, были опре-
делены стандартные параметры безопасности (табл. 1).
Минимизация выбросов в атмосферу и предотвращение попадания вредных продуктов
в почву обеспечивается организацией замкнутого технологического цикла рабочей жидкос-
ти. В этом процессе технологическая рабочая жидкость подвергается фильтрации и обра-
ботке для отделения твердых компонентов и нерастворимых частиц, в том числе октогена
и перхлората калия (рис. 3).
Перхлорат калия и октоген как высокоэнергетические компоненты наиболее опасных
и ответственных элементов НСИ должны строго соответствовать определенным требова-
ниям, предъявляемым к фракционному составу и степени чистоты микрокристаллов. Эк-
спериментальные исследования свидетельствуют о том, что эти параметры в максимальной
степени отвечают за чувствительность к инициирующему импульсу и температурному воз-
действию, за полноту протекания химических реакций, а в целом определяют точность сра-
Таблица 1. Основные параметры конверсионных и товарного качества высокоэнергетических компонентов
Наименование
продукта
Температура
разложения, К
Плотность,
кг/м3
Условная теплота
разложения,
кДж/кг
Чувствительность
к механическим воздействиям
удар, Дж трение, Н
Октоген:
конверсионный 551 1,89 5920 5,0 120
по ОСТ более 551 более 1,87 более 5800 5,0 более 48
ПХК:
конверсионный 853 2,51 625 не чувствит. не чувствит.
по ОСТ более 833 2,52 627 не чувствит. не чувствит.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 101
Рис. 3. Технологическая схема выделения высокоэнергетических компонентов из ТРТ
батывания капсюля-детонатора, надежность, безопасность и другие важнейшие параметры
НСИ. После проведения первого этапа конверсии компонентов ТРТ и их экстрагирования
были выполнены технологические процессы доведения свойств ПХК и октогена до требу-
емых физико-химических параметров.
Отфильтрованная из рабочей жидкости твердая фаза с октогеном обрабатывается ра-
створителем для экстрагирования и перевода в раствор октогена, а нерастворимая часть,
содержащая полимерное связующее и алюминиевый порошок, используется в качестве энер-
гетической добавки для изготовления эмульсионных ВВ.
Октоген выделяют из раствора в виде кристаллического продукта, образованного путем
проведения водного высаживания. После первого экстрагирования частицы октогена отли-
чаются по форме и размерам, являются некондиционными, но после перекристаллизации
размеры частиц не превышают 40 мкм, частицы становятся однородными по форме, имеют
высокую степень чистоты и в их составе практически отсутствуют игольчатые кристаллы,
характеризующиеся высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Октоген
используется как вторичное инициирующее ВВ в капсюлях-детонаторах и как активное
вещество в трубке-волноводе НСИ.
Чистота и выход октогена, полученного в процессе регенерации, составил более 98%.
Средняя продолжительность процесса переработки — 24 ч. Полученные данные обеспечи-
ли четкие показатели качества продукта, основанные на сравнении с параметрами, преду-
смотренными отраслевым стандартом, в том числе и значениями военной спецификации
США. Предыдущий опыт показал, что материалы, соответствующие требованиям уровня
чистоты, отвечают также требованиям уровня кислотности и количества твердого остатка
(нерастворимых веществ). Из оценки экономической целесообразности регенерации октоге-
на следует, что благоприятный срок окупаемости составляет 3,6 года.
После фильтрации рабочая жидкость представляла собой раствор перхлората аммо-
ния. Для получения перхлората калия раствор ПХА обрабатывался щелочными раство-
рами. Для использования в качестве замедляющего состава полученный перхлорат калия
измельчался и просеивался до получения требуемого фракционного состава. Полученные
частицы ПХК размером до 150 мкм практически не отличались от частиц товарной про-
дукции (см. табл. 1).
102 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
Установлено, что при использовании полученных продуктов в элементах НСИ “При-
ма-ЕРА” характеристики по передаче инициирующего импульса соответствуют служебным
режимам тех образцов неэлектрических систем инициирования, которые изготавливаются
с использованием товарных марок высокоэнергетических компонентов [9].
В элементах системы “Прима-ЕРА” вместо гексогена или ТЭНа использовано одно из
наиболее мощных ВВ — октоген, выделенный из ТРТ. В результате удалось повысить
термическую стабильность трубки-волновода и капсюля-детонатора, степень безопасности
в обращении с ними, снизить удельный расход ВВ и в целом улучшить служебные харак-
теристики системы инициирования.
Таким образом, разработана технология и организовано производство по утилизации
твердого ракетного топлива, состоящее из комплекса различных этапов и включающее ги-
дромеханическое извлечение топлива из корпуса двигателя, механическое измельчение по-
лученного продукта, глубокую химическую переработку топлива с выделением окислите-
лей и высокоэнергетических компонентов. Выбор такой технологии в наибольшей степени
удовлетворяет техническим, технологическим, экономическим, социальным и экологиче-
ским требованиям.
Организация и комплексное сочетание таких технологических этапов как замкнутый
водооборот, очистка сточных вод, отсутствие условий для образования и выделения вре-
дных веществ, извлечение и последующее использование компонентов ТРТ в промышлен-
ных целях создают экономически целесообразный, экологически чистый и относительно
безопасный технологический процесс утилизации различных видов ТРТ.
Впервые в результате утилизации ТРТ получены такие продукты как перхлорат ам-
мония, перхлорат калия и октоген. Продукты исследовались на чувствительность к удару,
трению, электростатическому разряду, детонационному импульсу, вибронагрузкам и дей-
ствию капсюля-детонатора, а также на химическую и термическую стойкость, тротило-
вый эквивалент и др. Установленные физико-химические и взрывчатые характеристики
соответствуют эксплуатационным требованиям и критериям безопасности, установленным
к элементам неэлектрической системы “Прима-ЕРА”.
1. Бурдюгов С.И., Карипанов М.А., Кузнецов Н.П. Утилизация твердотопливных ракетных двигате-
лей. – Москва: Ин-т регуляр. и хаот. динамики; Ижевск. ин-т компьютерных исслед., 2008. – 511 с.
2. Леонов В.С., Устименко Е.Б., Дубина В. Е., Шиман Л.Н. Использование продуктов утилизации
боеприпасов и СТРТ в производстве промышленных ВВ // Пробл. производства промышленных ВВ
на современном этапе и утилизация боеприпасов. – Междунар. конф., 12–15 мая 1997 г.: Тез. докл. –
Павлоград, 1997. – С. 27–29.
3. Рекомендации по перевозке опасных грузов, руководство по испытаниям и критериям. – Методика
ООН 5(а). – ООН, 1995. – 246 с.
4. Шестак Я. Теория термического анализа. – Москва: Мир, 1987. – 128 с.
5. Афанасьев Г. Т., Боболев В.К. Инициирование твердых взрывчатых веществ ударом. – Москва: Нау-
ка, 1968. – 174 с.
6. Густафссон Р. Шведская техника взрывных работ / Пер. с англ. под ред. проф. Г.П. Демидюка. –
Москва: Недра, 1977. – 264 с.
7. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. – Москва: Недра, 1989. –
376 с.
8. Устименко Е. Б., Шиман Л.Н., Подкаменная Л.И., Кириченко А.Л. Опыт использования проду-
ктов переработки ТРТ, извлекаемого гидромеханическим методом из корпусов ракетных двигателей,
в составах промышленных водосодержащих ВВ // Комплексная утилизация обычных видов боепри-
пасов. – Междунар. конф., 19–21 сент. 2007 г.: Тез. докл. – Красноармейск, 2007. – С. 211–215.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 103
9. Шиман Л.Н., Устименко Е. Б., Подкаменная Л.И., Терещенко И.П. Опыт применения неэлектриче-
ской системы инициирования марки “Прима-ЕРА” для взрывания скважинных зарядов взрывчатых
веществ на нерудных и рудных карьерах // Вiсн. КДПУ. – 2007. – Сер. 5. – С. 87–90.
Поступило в редакцию 23.09.2009ГП НПО “Павлоградский химический завод”
Национальный горный университет, Днепропетровск
L.M. Shyman, V.V. Soboliev
Production of high-energy substances in the process of thorough
treatment of hard rocket fuel
The high-energy products taken from hard rocket fuel are explored on the sensitivity to a shock, fri-
ction, electrostatic discharge, detonation impulse, vibroloads, and capsule-detonator activity. Their
chemical stability, thermal stability, and other physicochemical parameters are studied. The field of
a recurring effective utilization of gained octogene, ammonium, and potassium perchlorate is shown.
104 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-19772 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:19:55Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шиман, Л.Н. Соболев, В.В. 2011-05-12T19:36:23Z 2011-05-12T19:36:23Z 2010 Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива / Л.Н. Шиман, В.В. Соболев // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 98-104. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19772 662.2 Дослiджено високоенергетичнi продукти, якi одержують з твердого ракетного палива, на чутливiсть до удару, тертя, електростатичного розряду, детонацiйного iмпульсу, вiбронавантаження i дiї капсуля-детонатора, а також хiмiчну стабiльнiсть, термiчну стiйкiсть та iншi фiзико-хiмiчнi параметри. Наведено деякi результати цих дослiджень, показано область повторного ефективного використання одержаного октогену, перхлорату амонiю i калiю. The high-energy products taken from hard rocket fuel are explored on the sensitivity to a shock, friction, electrostatic discharge, detonation impulse, vibroloads, and capsule-detonator activity. Their chemical stability, thermal stability, and other physicochemical parameters are studied. The field of a recurring effective utilization of gained octogene, ammonium, and potassium perchlorate is shown. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Енергетика Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива Production of high-energy substances in the process of thorough treatment of hard rocket fuel Article published earlier |
| spellingShingle | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива Шиман, Л.Н. Соболев, В.В. Енергетика |
| title | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| title_alt | Production of high-energy substances in the process of thorough treatment of hard rocket fuel |
| title_full | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| title_fullStr | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| title_full_unstemmed | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| title_short | Получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| title_sort | получение высокоэнергетических продуктов в процессе глубокой переработки твердого ракетного топлива |
| topic | Енергетика |
| topic_facet | Енергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19772 |
| work_keys_str_mv | AT šimanln polučenievysokoénergetičeskihproduktovvprocesseglubokoipererabotkitverdogoraketnogotopliva AT sobolevvv polučenievysokoénergetičeskihproduktovvprocesseglubokoipererabotkitverdogoraketnogotopliva AT šimanln productionofhighenergysubstancesintheprocessofthoroughtreatmentofhardrocketfuel AT sobolevvv productionofhighenergysubstancesintheprocessofthoroughtreatmentofhardrocketfuel |