Модифицирование огнетушащих порошковых составов на основе фосфата и сульфата аммония в условиях интенсивных механических воздействий

• Автор: Лапшин, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 196 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Литературный обзор и постановка задач исследования

1.1. Общие сведения об огнетушащих порошковых составах на основе 10 неорганических веществ
1.2. Физико-химические основы взаимодействия частиц огнетушащего 12 порошка с пламенем

1.2.1. Физико-химические основы горения

1.2.2. Физико-химические основы тушения пламени

1.3. Развитие технологии огнетушащих порошковых составов на основе 24 неорганических веществ для тушения пожаров класса АВСЕ

1.4. Состав огнетушащих порошковых композиций класса АВСЕ

1.4.1. Свойства аммонийных солей фосфорной кислоты
1.4.2. Свойства сульфата аммония
1.5. Гидрофобизация компонентов огнетушащих порошковых компози- 34 ций класса АВСЕ
1.5.1. Факторы, влияющие на основные свойства огнетушащих по- 34 рошков
1.5.2. Гидрофобизирующие добавки
1.5.3. Физико-химические основы процесса гидрофобизации
1.6. Измельчение огнетушащих порошковых составов
1.6.1. Влияние размера частиц на свойства ОПС
1.6.2. Влияние формы частиц на свойства ОПС
1.6.3. Механическое и механохимическое воздействие на частицы 43 ОПС
Глава 2. Приборы и методы исследований
Глава 3. Выбор сырья в производстве огнетушащих порошковых составов
3.1. Влияние примесей на гигроскопические свойства фосфатов и суль- 72 фата аммония

3.2. Измельчение сульфата аммония
3.3. Измельчение фосфатов аммония
3.4. Механохимическое модифицирование фосфатов аммония
Глава 4. Гидрофобизация компонентов огнетушащего порошка
4.1. Исследование свойств аморфного диоксида кремния различных ма-

4.2. Гидрофобизация аморфного диоксида кремния
4.3. Гидрофобизация фосфатов аммония
Глава 5. Разработка технологических решений получения огнетушащих
порошков
5.1. Повышение огнетушащей эффективности ОПС
5.2. Разработка технологии производства огнетушащих порошков
5.3. Исследование срока сохраняемости ОПС
Итоги работы и выводы
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложения
Введение
Экономический рост и технический прогресс предполагают внедрение новых технологий и материалов в разнообразных сферах деятельности человека. Применение сложных конструкций и изделий, химических веществ и материалов на их основе может быть причиной возникновения возгораний. Кроме того, в последние годы увеличивается количество пожаров по причинам террористических актов (разрушение торговых центров в Нью-Йорке, США, 2001 г.), случайных возгораний (взрыв завода удобрений в Техасе, США, 2013 г.) и природных катастроф (землетрясение в Японии и лесные пожары в России, 2011 г.).
В настоящее время прослеживается улучшение пожарной безопасности в Российской Федерации. Прямой материальный ущерб за 6 месяцев 2013 г. составил 5763 млн. руб., что на 28,4 % ниже, чем за аналогичный период 2012 г. [1]. Однако до сих пор возгорания являются причиной гибели большого количества людей и материальных потерь на различных объектах. Поэтому создание и внедрение новых или альтернативных средств пожаротушения является актуальной задачей современных исследований.
Огнетушащие порошковые составы (ОПС) на основе неорганических веществ относятся к современным средствам пожаротушения и находят широкое применение для предотвращения локальных и крупномасштабных возгораний. Основными техническими требованиями, предъявляемыми к ОПС, являются огнетушащая способность, кажущаяся насыпная плотность, склонность к влагопог-лощению и слеживанию, способность к водоотталкиванию, влажность и текучесть. Перечисленные характеристики зависят от свойств используемого сырья и технологии получения композиций.
Универсальные ОПС предназначены для тушения твердых, жидких, газообразных горючих материалов и установок под напряжением (класс АВСЕ). Они производятся на основе технических фосфатов аммония (моно- и диаммонийфос-фат, аммофос), являющихся комплексными минеральными удобрениями, которые выпускаются в крупных объемах из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) и аммиака. Вторым основным компонентом универсальных огнетушащих порош-

Существенное влияние на слеживаемость и гидрофобные свойства компонентов огнетушащего порошка оказывает размер частиц. В работе [113] показано, что с уменьшением размера фракции фосфата аммония с 250-500 до 50 мкм и менее краевой угол смачивания увеличивается с 81° до 87°, и наблюдается снижение скорости смачивания с 1,12 до 0,41 г/мин для неуплотненного и с 0,37 до 0,13 г/мин для уплотненного порошков.
Потеря текучести связана с уплотнением и образованием контактов сцепления между частицами [22]. Такие контакты могут быть трех видов: адгезионные, жидкофазные и фазовые. Адгезионные возникают при уплотнении сухого порошка, жидкофазные - при слипании увлажненного порошка, а фазовые - при подсыхании уплотненного увлажненного порошка. Согласно Н.Б. Урьеву [114] уменьшение размера частиц приводит к образованию пространственных структур. Критический размер частиц рассчитывается по следующему соотношению:

°кр -

где /ф - сила сцепления в контактах, Н; Ар - эффективная плотность твердой фазы в дисперсионной среде, кг/м3; ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.
В этом случае поверхность частицы крупного размера можно в первом приближении принять за плоскую. Тогда при наличии частиц с В<Бкр (Окр = 1-100 мкм) происходит взаимодействие не двух сфер, а плоскости и сферы. В соответствии с теорией молекулярных взаимодействий конденсированных фаз сила сцепления частиц во втором случае в два раза больше, чем в первом
А ■ г

А - г

где, Кд1 и Та2 - сила взаимодействия двух сферических и сферической и плоской частиц, Н; А - постоянная межмолекулярных сил взаимодействия частиц Ван-дер-Ваальса - Гамакера; г - радиус частицы, м; Н - расстояние между частицами, м.