ВОДА, ОКСИДЫ СЕРЫ И УГЛЕРОДА КАК ОКИСЛИТЕЛИ В ПРОЦЕССАХ ГОРЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ

А. А. ШИДЛОВСКИЙ, В. В.ГОРБУНОВ
(МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ)

Общеизвестно, что в качестве горючих в конденсированных системах используются порошки высококалорийных металлов, теплота соединения которых с 1 г-атомом кислорода превышает 130 ккал. К числу таких металлов относится: Mg—144, Be—142, Al—133, Zr—130, а также Li—143 ккал: Очевидно, что порошки вышеперечисленных металлов могут гореть и в смеси с окислителями, требующими» на свое разложение гораздо большее количество тепла, чем часто используемые на практике нитраты щелочных или щелочноземельных металлов.

Оставляя вне рассмотрения окислы тяжелых металлов, применяемые в качестве окислителей в металлургии-, обратимся к окислам неметаллов. Как вполне доступные и требующие для своего разложения не слишком большое количество тепла можно отметить соединения: СО— 26, SO₂—35, SO_3(КР)—36, СО₂—47, Н₂Опар—57, Н₂О_Ж—68 (цифры показывают количество тепла в ккал, необходимое для того, чтобы при разложении этих окислов получить 1 г-атом кислорода). При взаимодействии этих окислов с магнием по уравнению     1\n R_mO_n+Mg=MgO + m\n R,   где R = C,S,H,    должно выделиться от 76'(Н₂Ож) до 118 ккал (СО) тепла. Однако все эги вещества (вода в меньшей степени, чем другие) неудобны для практического использования. Но известны вещества, более удобные в обращении, в состав которых вышеуказанные окислы входят в «связанном виде». К числу их относятся: для СО — полиформальдегид, для SO2— сульфиты, для SОз — сульфаты, для СО2 — карбонаты, для Н2О — кристаллогидраты, а также различные содержащие кислород органические соединения (углеводы, щавелевая кислота, ее соли и др.). Некоторые свойства таких соединений, для выделения из которых 1 г-атома кислорода требуется не более 70 ккал, приведены в таблице. Там же помещена найденная расчетным путем калорийность стехиометрических смесей этих окислителей с магниевым порошком. Для сравнения приведены показатели и для окислителя — NaNO₃ и смеси NaNO3+2,5 Mg. Магниевые сода в качестве окислителей выбраны вследствие того, что при их разложении с выделением SO₂, SO₃ или СО₂ требуется меньшая затрата тепла, чем ₍ для соответствующих солей щелочных или щелочноземельных металлов.

Как видно из таблицы, калорийность большинства смесей с новыми окислителями высока: она превышает 1,5 ккал \ г и сравнительно мало отличается от калорийности нитратно-магниевой смеси. Такие соединения, окислительные свойства которых могут проявляться только в смеси с высококалорийными металлами (Mg, Al, Zr), можно, по нашему мнению, назвать пиротехническими окислителями «второго рода»* К ним следует отнести вещества, для освобождения из которых 16 г кислорода требуется затратить не менее 40—45 ккал, но и не более 75—80 ккал; если на разложение требуется слишком большое количество тепла, например более 100 ккал, то в смесях или не удастся возбудить процесс горения или горение будет мало интенсивным.

Для некоторых новых окислителей способность к горению и характер горения их смесей с магнием и алюминием были нами изучены экспериментально. В таблице приведены данные о скорости горения магниевых смесей на воздухе при атмосферном давлении и коэффициенте уплотнения 0,7—0,8 и критический диаметр горения смесей. Оказались способными к горению смеси Mg и А1 с водой [1]. Результаты наших исследований процессов горения смесей Mg и А1 с различными органическими веществами, в том числе с (СН₂О)_П и с H2С2O4, опубликованы в работах [2]. Исследование процессов горения смесей Mg и А1 с сульфатами металлов (в том числе и с Na₂SO₄- IOH2O) описано ранее [3]. Процессы горения смесей с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов описаны в нашей работе [4]. Неизученными в настоящее время остались только смеси с сульфитами.

В заключение следует заметить, что некоторые из изученных нами смесей способны к вторичным реакциям горения (догорание Н₂ и С) за счет кислорода воздуха. Такого же типа, но, очевидно, еще более интенсивное догорание может быть осуществлено и при горении фосфатной смеси.

2NaPO₃+5Mg=5MgO+Na₂O+2P,

2P+2,5O2(воздух)=P2O5

Выводы

1.  Проведены термохимические расчеты для смесей высококалорийных металлов (Mg, A1) с новыми окислителями — сульфитами, сульфатами и карбонатами, содержащими в «связанном' виде» окислы серы и углерода,

2.  Показано, что эти соли, содержащие от 36 до 70 вес. % активного кислорода, требуют для выделения из них 1 г-атома свободного кислорода затраты 50—70 ккал, то есть менее чем 50% тепла, выделяющегося при горении 1 г-атома магния.                      .                                        .

3. Экспериментально доказано, что стехиометрические смеси Mg и А1 с водой, кристаллогидратами, сульфатами и карбонатами металлов способны к распространению в них процессов, горения.

4. Соединения, требующие затраты не менее 45 ккал для выделения из них 1 г-атома кислорода и проявляющие свои окислительные свойства только в смеси- с высококалорийными металлами (Mg, A1 и Zr), предложено назвать окислителями «второго рода».

ЛИТЕРАТУРА

1.'В. В. Горбунов, А, В. Васильев, А. А. Шидловский. Изв. ВУЗ СССР. Химия и хим. технология, 12, 1171 (1969); 13, 318 (1970).

2.  В. В. Горбунов, В. Г. Хромов, А. А. Шидловский. Физика горения и взрыва, №2, 182 (1968); № 2, 274 (1969).

3.  В. В, Горбунов, А. В. Васильев, А. А. Шидловский. Физика горения и взрыва, № 1, 150 (1971).

.4. В. В. Горбунков, А. В. Васильев, В. Г. Хромов, А. А'. Шидловский. Изв. ВУЗ СССР. Химия и хим. технология, 14, 183 (1971).

                                                        21 апреля 1971 года
Кафедра химии

www.pirotek.info - всё о пиротехнике и , напалм и петарды