Глава XXI применение пиротехнических составов в народном хозяйстве

Использование пиросоставов в промышленности, сельском хозяйстве, в космосе, в научно-исследовательских работах, при киносъемках, а также при пуске салютов и фейерверков становится с каждым годом все более значительным и более разнообразным.

Пиротехнические составы, используемые для мирных целей, можно разделить на две категории: 1) составы, назначением которых является получение в качестве продуктов горения твердых или газообразных (простых или сложных) химических веществ;

2) составы, а которых используется выделяющаяся при их горении энергия — тепловая, световая или механическая.

§ 1. Составы для получения химикатов

Термитные составы находят в настоящее время большое и разнообразное применение. Их используют для получения целого ряда безуглеродистых металлов, в том числе Ti, V, С г, Мn, Со, Ni, Zr, Mo, W и др. Еще большее значение имеет способ получения металлотермическим методом ферросплавов [66, 76].

В том случае, когда получение металла при помощи алюми-нотермической реакции затруднительно, используются следующие варианты для ее осуществления:

1. Добавляют более активные окислители к низшему окислу, например, хроматы к окиси хрома.

2. Добавляют сильные окислители, увеличивающие тепловой эффект реакции и облегчающие протекание процесса, например BaO2, PbO2, КСl3 и др.

3. Добавляют к алюминию другие сильные восстановители, например Са, Mg, CaSi2 и др.

4. Процесс проводится при предварительном подогреве (в печи). Этот вариант рекомендуется для получения титана и циркония при восстановлении их из оксидов при помощи магния

Ниобий и тантал могут быть получены восстановлением их сульфидов порошком алюминия. Разделение продуктов реакции достигается испарением Аl2S3 при температуре, большей, чем 1550° С. В результате процессов горения могут быть получены также бориды, карбиды и нитриды тяжелых тугоплавких металлов (Zr, Mb, Та и др.). Это может быть осуществлено при непосредственном взаимодействии металлов с бором, углеродом или жидким азотом, протекающем в форме горения.

Газообразные вещества. Газообразный кислород, имеющий достаточную чистоту и используемый при дыхании, например, в подводных лодках или в авиации, может быть получен при горении пиротехнических составов. Приспособления, служащие для получения кислорода, называются хлоратными свечами; основным компонентом в них является хлорат натрия (или хлорат калия).

Так как при разложении NaClO3 выделяется мало тепла:

2NаСlO3=2NaС1+3O2+24 ккал (101 кДж),

то для повышения теплового эффекта (это необходимо для обеспечения устойчивости горения) к нему добавляют небольшое количество горючего. Необходимо иметь в виду, что при сгорании смеси не должно образоваться токсических газов (примесь небольшого количества СО2, по-видимому, является допустимой). Часто в качестве горючего используется порошок железа; образующаяся при его горении окись железа Fe2О3 является хорошим катализатором для разложения хлоратов.

В литературе [96] приводятся такие рецепты: NаСlO3 — 74— 80%, Fe—10%, Ba02—4%, стеклянное волокно — 12—6%;

ВаO2 добавляется для того, чтобы избежать при горении выделения свободного хлора.

В [118] сообщается, что рецепт: NaClO3—92%, ВаO2—4°/о, стальная вата—4%, дает в газах менншее содержание хлора (<0,5 промилей), чем указанный выше. В [117] имеются и рецепты, дающие большее количество кислорода, чем составы с NaClO3, а именно: LiC1O4 — 84,9%, Li2O2 — 4,2%, Мn (порошок) 10,9%; кислорода образуется 49% от первоначального веса состава. Там же имеются и указания о возможности применения для регенерации воздуха в герметических противогазах супероксидов калия и натрия, КO2 и NaO2, а также озонида калия — КО3.

Для обеззараживания теплиц и овощехранилищ используется сернистый газ SO4; он образуется при горении безоболочных шашек, в состав которых входят сера — 75%, KNO3—17% и диатомит—8% разрыхлитель и катализатор горения. Состав этот имеет резко отрицательный кислородный баланс и нуждается во время горения в свободном доступе воздуха.

Из газообразных веществ, кроме О2 и SO2, в качестве продуктов горения могут еще быть получены водород, галогены (в том числе и фтор), дициан, азот, закись азота N2O и др.

Для образования водорода используется омесь, получившая название гидрогенита.В результате реакции горения

Si+Ca(OH)2+2NaOH=Na2Si03+CaO+2H2

она дает от 270 до 370 л Н2 на 1 кг смеси. Галогены могут быть получены в результате термического разложения галогенидов тяжелых металлов. Аналогичным путем, судя по сообщению [117], образуется и дициан. Азот, судя по литературным данным, может быть получен в результате реакции

NaN02+NH4Cl=N2+NaCl+2H20nap+52 ккал (218 кДж),

однако получаемый азот содержит в качестве примеси некоторое количество оксидов азота. Устойчивость при хранении сухой смеси солей может быть повышена введением в нее добавки оксидов щелочно-земельных металлов [117].

Известно, что термическое разложение нитрата аммония при низкой температуре .(200—240° С) протекает преимущественно с образованием закиси азота:

NH4NO3=N20+2H20nap+8,8 ккал (37 кДж).

При добавлении к нитрату аммония 5—10% К2Сг2О7 система становится способной к устойчивому горению при атмосферном давлении, но в продуктах реакции содержится много NO и NО2. Возможно, что понижение температуры процесса введением инертного 'вещества (например, 10—15% Н20) могло бы направить реакцию преимущественно в сторону образования N2O. В заключение следует заметить, что получение пиротехническим путем различных неорганических веществ пока еще осуществляется сравнительно редко. Эта мало изученная область ждет еще своих исследователей — экспериментаторов.