Пожаровзрывобезопасность азидной технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Учебное пособие

При несоблюдении этого требования раскаленный газ может проникнуть в приборы контроля, находящиеся в непосредственной близости с работающим. Трубопроводы ведущие к приборам контроля шток вентиля сброса не должны иметь щелей между ними и бетонной стеной, так как в случае взрыва, взрывная волна может проникнуть че- рез эти щели в рабочее помещение. Манометры и вакуумметр, распо- ложенные на лицевой панели пульта управления, должны находиться за листом оргстекла толщиной не менее 30 мм, которое способно за- щитить работающего от их разрыва в случае аварийной ситуации. В помещении, где проводится синтез, над загрузочным грибковым за- твором должен располагаться зонт вытяжной вентиляции.

Перед синтезом целевых продуктов по азидной технологии СВС в фильтрующую оборку засыпается СВС-состав. При этом проверяет- ся наличие в фильтрующей сборке калькового патрона и теплоизоли- рующей прокладки. Теплоизолирующая прокладка, как правило, из- готавливается из графитизированной ткани марки ТГ – 20 или ТГН.

В реакторе проверяется наличие основного шарового и допол- нительного сетчатого фильтров, которые задерживают вторичные продукты синтеза, такие как NaCl или NaF, а также конденсирован- ные частицы исходных и конечных продуктов. Фильтры не должны, быть забиты, не должны иметь прогаров корпуса и фильтрующей сетки.

Перед помещением в реактор реакционной шихты в фильтрую- щей сборке проверяются газовая система контроля и управления, система охлаждения и инициирования. При герметизации реактора проверяется целостность уплотнительных колец, посадочная поверх- ность протирается и смазывается, тонкодисперсным графитом.

Фильтрующая сборка с составом вставляется в реактор, и реак- тор плотно закрывается крышкой. При этом до помещения фильт- рующей сборки необходимо проверить систему поджига, которая должна быть отключена и не должна замыкать на корпусе реактора. Включается охлаждение реактора и подключается система поджига к клеммам инициирующей спирали.

62

Реактор вакуумируется и заполняется рабочим или инертным га- зом до необходимого рабочего давления. Процесс инициирования химической реакции сводится к кратковременному включению тумб- лера поджига и одновременному фиксированию стрелки рабочего манометра, регистрирующего давление газа в реакторе. При малей- шем колебании стрелки манометра, показывающего превышение ра- бочего давления в реакторе, производят сброс, удерживая необходи- мое значение давление для данного синтеза.

Реакция в форме горения идет с относительно высокой скоро- стью, поэтому необходимо быстро сбрасывать давление, чтобы оно не превысило опасный для приборов контроля и рабочих конструк- ций предел. После окончания синтеза реактору дают необходимое время на охлаждение, которое составляет от двух до четырёх часов в зависимости от природы реагирующих веществ и температуры горе- ния. Полностью сбрасывают давление из реактора, оставляя откры- тым вентиль на линии сброса. Спустя 10-60 минут, в зависимости от химической природы исходной смеси и её объёма, разрешается вхо- дить в бетонный бокс. Сразу же после входа в бокс необходимо про- извести контроль температуры охлаждающей воды, которая не долж- на превышает 40 оС.

Разгрузку реактора производят в респираторе и резиновых пер- чатках.

По азидной технологии СВС запрещается сжигать шихты, кото- рые хранились в смешанном состоянии более трех суток, так как в противном случае возможно проявление в конечном продукте сво- бодного непрореагировавшего натрия, что может привести либо к пожару, либо к взрыву. Если по каким-либо причинам в реакторе не удалось поджечь шихту, то разборку проводят только при полном ох- лаждении реактора до температуры охлаждаюшей воды. При несо- блюдении этого требования возможна аналогичная аварийная ситуа- ция, приводящая к пожару или взрыву.

Новую загрузку реактора осуществляют только после полной очистки реактора от вторичного продукта и удаления из бокса всех химических реактивов, исходных шихт и конечных продуктов синте-

за [1, 2].

64

7.2.7. Измельчение компонентов шихты и конечных продуктов синтеза. Классификация продуктов синтеза

Из компонентов СВС-шихт измельчению не подвергается по- рошки металлов и неметаллов. Эти порошки должны просеиваться на выбросите с извлечением требуемой фракции. Например, порошок титана марки ПТХ просеивается только через крупную сетку с разме- ром ячейки 400-500 мкм. Галоидные соли могут быть измельчены как в фарфоровом барабане с керамическими шарами, так и быть пере- кристаллизованы с целью получения более мелких фракций. Азид на- трия не требует механического измельчения, достаточно разрушить крупные слежавшиеся куски. При работе с азидом натрия необходи- мо учитывать его чрезвычайную ядовитость и способность при на- греве свыше температуры 350 ºC выделять пары металлического на- трия, а также пары взрывчатой азотистоводородной кислоты при взаимодействии NaN3 с любыми кислотами. Смешанная шихта про- сеивается для отделения от мелющих тел через сито 1000-2000 мкм. При этом просеивание исходной шихты ведётся порционно – из бара- бана на сито для просейки высыпают часть шихты.

Измельчение целевых конечных продуктов синтеза проводят в спиртовой среде в герметичном барабане. При работе со спиртом не- обходимо учитывать, что он относиться к классу ЛВЖ, поэтому сле- дует принять необходимые меры безопасности.

Все операции по измельчению и классификации порошков осу- ществляются на исправном заземлённом оборудовании с использова- нием исправной вытяжной вентиляции, защитных очков, респирато- ра, резиновых перчаток.

Классификация всех используемых порошков проводится с ис- пользованием исправной вытяжной вентиляции, защитных очков, респиратора, резиновых перчаток.

Классификация осуществляется с помощью набора стандартных сит на вибросите 1E-203/1 или ему подобных. Классификация мелко- дисперсных порошков производится на аппарате типа ВЦК-9.

65

Для лучшего прохождения продукта через сито в просеиваемый продукт дополнительно помещаются плоские фторопластовые тела размером 2х2х0,5 см3 в количестве 10-15 штук. Могут применяться и стальные шары диаметром 10 мм в количестве 10-15 штук. Просеива- ние металлических порошков проводится порционно по 100-200 г при отсутствии металлических шаров. При этом на рабочем месте не до- пускается наличие более 1000 г просеиваемого материала. Просеян- ный порошок помещается в банки с указанием его наименования и фракции.

Порошок титана марки ПГХ для отделения скомковавшегося металла просеивается только через крупную сетку с размером ячейки 400-500 мкм. В том случае, когда необходимо отобрать несколько фракций, устанавливают несколько сит (одно на другое), а получен- ные фракции распределяют в заранее приготовленные банки с надпи- сями для получаемых фракций веществ.

Норма загрузки рабочего места при просейке азида натрия – 1 кг, галоидными солями – 3 кг, конечных продуктов синтеза – до

5 кг.

После окончания просева необходимо тщательно удалить про- сеиваемые вещества, особенно азида натрия и галоидных солей, так как они взаимодействуют с материалом сита, коррозируя его. Удале- ние веществ производится волосяной щеткой.

Рабочие места после окончания работ дополнительно протира- ются влажной тряпкой.

Измельчение и фракционирование компонентов шихты механи- ческим способом должны проводиться в отдельном помещении [0].

7.3. Требования охраны труда по окончании работы

По окончании работы, уходящий из комнаты последним должен привести в порядок свое рабочее место и проверить:

–потушен ли свет, горелки настольные и местные лампы, вы- ключены ли электродвигатели, электроплитки, вентиляция и т.п.;

–общий силовой рубильник выключается в последнюю очередь;

66

– убраны ли в склады и специальные склады ЛВЖ и ГЖ, а также пожаро- и взрывоопасные вещества.

При обнаружении в ходе работы (эксперимента) недостатков, влияющих на безопасность, доложить зав. лабораторией и зав. кафед- рой.

Контрольные вопросы

1.Какие реакционные смеси являются наиболее пожаровзрыво- опасными? С чем это связано?

2.Что необходимо сделать перед началом работы в лаборато-

рии?

3.Где производится сушка пиротехнических составов (порош-

ков)?

4.Перечислите правила сушки порошков.

5.Рекомендуемая температура сушки галоидных солей и азида

натрия.

6.Основные мероприятия, предупреждающие возможность вос- пламенения порошков в условиях трения.

7.Основные мероприятия, предупреждающие возможность вос- пламенения порошков электрическим разрядом.

8.Техника безопасности при взвешивании компонентов СВС-

шихт.

9.Самый пожаровзрывоопасный процесс технологии СВС.

10.К чему может привести смешивание компонентов с круп- ными слежавшимися кусками другого вещества?

11.На каком оборудовании проводят смешивание СВС- составов?

12.Для чего проводят смешивание СВС-шихт в среде этилового

спирта?

13.Какую технику безопасности необходимо соблюдать при прессовании СВС-шихт?

14.Как происходит прессование СВС-шихт?

67

15.Требования безопасности при проектировании СВС- реакторов.

16.Экспериментальный способ определения максимальной за- грузки ректора.

17.Из чего состоит СВС установка для синтеза тугоплавких со- единений?

18.Из чего состоит СВС-реактор?

19.В чем состоит технология СВС-синтеза?

20.Какие компоненты СВС-шихт не подвергаются измельче-

нию?

21.Как осуществляется классификация порошков?

22.Требования охраны труда по окончании работы в лаборато-

рии.

8.ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ СВС

К опасным и вредным производственным факторам в СВС- технологии относится исходное сырье. Причем, чем более дисперсны порошки исходного сырья, тем они являются более химически актив- ными и опасными в отношении пожаро- и взрывоопасности.

Характеристики исходного сырья.

Титан. Титан является переходным металлом. В порошкообраз- ном состоянии имеет серый цвет. Температура плавления составляет 1668 °С, плотность 4,5 г/см3. Характеристика порошка титана дана в табл. 7.

С завода-изготовителя титан поступает в металлической упаков- ке (бочка, бидон). Мелкие порошки титана (менее 45 мкм). В целях пожаро- и взрывобезопасности хранятся в воде. Содержание влаги до 14 %. Наиболее пожаро- и взрывоопасными являются порошки тита- на марки ПТОМ и ПТХ .

68

Порошок титана марки ПТХ способен самостоятельно воспла- меняться во время сушки, даже в условиях провяливания на воздухе. Он также опасен при смешивании с другими компонентами СВС- шихт, например, с углеродом. В связи с этим, смешивание титана ПТХ, с углеродом или другими компонентами в присутствии сталь- ных шаров даже в спиртовой среде с большой вероятностью может привести к воспламенению шихты, а в случае замкнутого объема – может произойти взрыв с разрывом сосуда.

Порошок титана в виде взвеси с воздухом (пыли) может образо- вать взрывоопасную смесь, способную к взрывному горению, ини- циирующуюся от искры любой природы. Взрывоопасная концентра- ция порошка титана в воздухе и его температура воспламенения при- ведены в таблице 8.

Согласно ГОСТ 12.0.003-74 «Системы стандартов безопасности труда» по характеру воздействий на организм человека титан отно- сится к 4 классу опасности. ПДК составляет 10 мг/м3.

Титановая пыль, как и пыли других металлов, может вызвать пневмокониотический процесс (металлокониаз) в организме челове- ка. На начальных стадиях заболевания могут появляться жалобы на одышку, боли в груди, кашель, общую слабость. На рентгенограммах выявляются усиление и деформация лёгочного рисунка. В просветах альвиол содержатся частицы металлической пыли.

69

Таблица 8

Нижний концентрационный предел взрываемости и

температура воспламенения пылевоздушных смесей некоторых металлов

Цирконий, гафний. Порошок циркония выпускается марки М-41 (ТУ 4.8-4-234-72), а также М-41 (ЦМТУ 31-45-52). Содержание ос-

новного вещества не менее 99,5 %, плотность 6,49 г/см3, температура плавления 2125 0С. Порошок гафния выпускается марки ГФ-И-l (ТУ 48-4-203-72). Содержание основного вещества не менее 99,8 %, плот- ность 13,31 г/см3, температура плавления 2200 0С. Заводская упаковка обоих порошков – металлические банки, внутри которых находится полиэтиленовый мешок, в котором порошок массой от 1 до 2 кг хра- нится в воде. Содержание воды должно составлять не менее 14 %. Порошки циркония и гафния взрывоопасны в сухом и влажном, когда содержание влаги составляет 6-10 %. Они способны к взрывному го- рению инициируемого от искры, нагрева, трения, удара.

Алюминий. Порошок алюминия выпускается марок АСД-l и АСД-4 (ТУ 48-05-80-73). Содержание основного вещества 99,9 % (АСД-1) и 99,5 % (для. АСД-4), плотность 2,7 г/см3, температура плавления 560 °С. Дисперсность для порошка марки АСД-1 составля- ет менее 50 мкм, для АСД-4 – менее 30 мкм. Свежий порошок алю- миния вследствие слабой защитной оксидной пленки на поверхности частиц металла может взаимодействовать с кислородом воздуха и па-

70