4K2FeO4 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8KOH + 3O2. (9)
Способ получения регенеративного продукта осуществляли следующим образом. Феррат (VI) калия измельчали в валковой дробилке и просеивали на вибросите до фракции менее 1 мм. Исходные компоненты (надпероксид калия - 95% мас. и феррат (VI) калия - 5% мас.) перемешивали в разработанном смесителе шихты в течение 30 мин. Шихту формовали в блоки на гидравлическом прессе П-474 в пресс-формах до плотности 1,35 г/см3. Дробление регенеративного продукта осуществляли на дробилке КМД 2200Т. Рассев регенеративного продукта проводили на вибросите. Готовый продукт термообрабатывали при температуре 100 ± 10 °С в электропечи СНО-8.812/6-И1 в течение 4 ч.
Проведены испытания РП-КФ в динамической трубке (рис. 11), по результатам которых установлено, что время его работы по кислороду и диоксиду углерода в 1,5 раза больше времени работы серийного продукта ОКЧ-3М и составляло 9125 и 8640 до проскоковой концентрации СО2 не более 0,68%.
а) б)
Рис. 11. Зависимость концентрации О2 (а) и СО2 (б) на выходе из динамической трубки от времени работы регенеративных продуктов
Проведены испытания РП-КФ в самоспасателях СПИ-20, ШСС-Т и ШСС-ТМ производства ОАО «Корпорация «Росхимзащита» (г. Тамбов) на установке «Искусственные легкие».
При испытании РП-КФ в самоспасателях СПИ-20 в режиме средней физической нагрузки при легочной вентиляции 30 ± 1 дм3/мин и объемной подаче СО2 1 ± 0,03 дм3/мин было отмечено, что их время защитного действия выше аналогичных показателей для СПИ-20, снаряженных серийным регенеративным продуктом, и составило 28 и 34 мин, что дает возможность улучшения эксплуатационных характеристик без изменения конструкции аппарата.
При испытании РП-КФ в самоспасателе ШСС-Т по методу МИ 038-0587954-96 в режиме средней физической нагрузки при легочной вентиляции 35 ± 1 дм3/мин и объемной подаче СО2 1,4 ± 0,06 дм3/мин было отмечено, что в процессе работы концентрация СО2 на вдохе не превышала значения 1,23%.
Проведены испытания РП-КФ с различным содержанием ферратного катализатора (3, 5, 7% мас.) по методу МИ 038-0587954-96 в ШСС-ТМ, по результатам которых установлено, что все снаряженные аппараты ШСС-ТМ соответствовали требованиям, предъявляемым к работе регенеративных продуктов в них, по всем показателям (время защитного действия, сопротивление дыханию, температура на вдохе, концентрация СО2 на вдохе, концентрация О2 на вдохе). Наибольшее время защитного действия (73 мин) принадлежало аппарату с 5%-ным содержанием ферратного катализатора, что выше, чем при испытании в ШСС-ТМ серийных регенеративных продуктов (68 мин). Отмечено, что при испытании РП-КФ в ШСС-ТМ концентрация СО2 на вдохе в конце испытаний не превышала 0,95% (серийные продукты - 3%).
При испытании РП-КФ в патроне ИДА-59 (рис. 12), который погружался в термостатирующую жидкость, температура которой поддерживалась на уровне 15 ± 2 С, на соответствие требованиям ТУ 6-16-26-90 при легочной вентиляции 30 ± 1,1 дм3/мин и объемной подаче СО2 1,2 ± 0,1 дм3/мин было отмечено, что продукт РП-КФ способен полностью очищать подаваемую в систему газо-воздушную смесь от СО2, при этом концентрация углекислого газа, равная 0,01%, достигалась на 180 минуте, что значительно ниже, чем у серийного продукта О-3.
а) б)
Рис. 12. Зависимость концентрации СО2 (а) и сопротивления (б) от времени работы регенеративных продуктов в патроне ИДА-59
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Разработан новый энергосберегающий процесс получения ферратов (VI) щелочных металлов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (патенты РФ № 2356842 «Способ получения феррата (VI) натрия» от 09.08.2007, № 2371392 «Способ получения феррата (VI) калия» от 12.02.08).
2. Разработана оригинальная методика определения содержания ферратов (VI) щелочных металлов в продуктах синтеза, основанная на их разложении под действием 1-нормального раствора серной кислоты в устройстве типа аппарата Киппа.
3. Экспериментально определен состав шихты для СВС ферратов (VI) калия и натрия, позволяющий получать продукты с содержанием основного вещества до 88% мас. по K2FeO4 и до 93% мас. по Na4FeO5, включающий: углерод - 5,0% мас., железо - 1,0% мас.; Fe2O3 - 31,0% мас. для СВС K2FeO4 (30,5% мас. для СВС Na4FeO5); KO2 - 63,0% мас., Na2O2 - 63,5% мас.
4. Установлено влияние качества сырья (содержание активного кислорода в пероксидных продуктах, близкое к стехиометрическому (33,7% мас. для KО2, 20,5% мас. для Na2O2), минимизация содержания влаги в оксиде железа (III)) и технологических параметров (начальная температура СВС 20…50 С, плотность прессования шихты 1,42 г/см3 для СВС K2FeO4 и 1,65 г/см3 для СВС Na4FeO5) на содержание ферратов (VI) щелочных металлов в продуктах синтеза.
5. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены морфологические особенности кристаллической структуры ферратов (VI) калия и натрия. Доказано, что содержание основного вещества в продуктах синтеза зависит от качества перемешивания шихты в смесителе.
6. Впервые определена динамическая активность феррата (VI) калия в процессе регенерации воздуха: 2,1 дм3/кг по СО2 и 50 дм3/кг по О2.
7. Экспериментально установлено, что 1 кг/м3 раствора K2FeO4 обеспечивает очистку 5000 м3 раствора Ni2+ с концентрацией, в два раза превышающей предельно допустимую (0,0002 г/м3).
Испытания по очистке водных стоков от цианида натрия показали, что все десять исследуемых образцов феррата (VI) калия способны снижать концентрацию NaCN в водном растворе в 7,14…19,23 раза.
Результаты испытаний очистки почвы от побочного действия пестицида
«Раундап» показали, что ферраты (VI) обеспечивают его разложение до более безопасных химических соединений, таких как гидроксид железа (III), фосфат калия, азот и углекислый газ.
8. Разработан смеситель шихты с дистанционным управлением процессом, обеспечивающий безопасность и эффективное качество перемешивания, позволяющее синтезировать ферраты (VI) щелочных металлов с содержанием основного вещества до 88% мас. по K2FeO4 и до 93% мас. по Na4FeO5.
9. Разработаны реактор СВС ферратов (VI) щелочных металлов и промышленная установка периодического действия производительностью 270 кг K2FeO4 или 314 кг Na4FeO5 за одну операцию.
10. Впервые разработан регенеративный продукт с ферратом (VI) калия в качестве структурообразующей добавки, катализатора и источника кислорода, обладающий улучшенными эксплуатационными характеристиками: высокая емкость по кислороду (до 214,6 дм3/кг) и диоксиду углерода (до 108,5 дм3/кг), равномерное поглощение углекислого газа и выделение кислорода при его работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата. Испытания разработанного регенеративного продукта в аппаратах подтвердили увеличение времени защитного действия и повышение комфортности использования.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
y - концентрация цианида, ммоль;
x - концентрация раствора феррата, ммоль;
Э - энергозатраты, кВтч.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Метод определения ферратов (VI) щелочных металлов / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.И. Дворецкий, Ю.А. Ферапонтов, В.П. Андреев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2009. - Т. 15, № 4. - С. 855 - 860.
2. Рылов, Ю.Б. Разработка энергосберегающего процесса и аппаратурно-технологического оформления производства регенеративного продукта с ферратом (VI) калия / Ю.Б. Рылов, С.И. Дворецкий // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2012. - Т. 18, № 3. - С. 657 - 665.
3. Разработка синтеза ферратов (VI) калия и натрия методом самоподдерживающегося горения / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, В.П. Андреев, С.Б. Путин // Научно-технический и производственный журнал «Цветные металлы». - 2011. - № 3. - С. 77 - 80.
4. Исследование морфологии ферратов (VI) щелочных металлов, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.И. Дворецкий, В.В. Родаев // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2011. - № 2. - С. 32 - 38.
Публикации в других изданиях:
5. Энергосберегающая технология новых ферратных продуктов / Ю.Б. Рылов, С.И. Дворецкий, М.А. Ульянова // Сборник научно-исследовательских работ финалистов конкурса аспирантов и молодых ученых в области энергосбережения в промышленности «ЭВРИКА-2010». - Новочеркасск : Лик, 2010. - С. 174 - 176.
6. Получение феррата калия методом высокотемпературного самораспространяющегося синтеза / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.И. Дворецкий, В.П. Андреев, Ю.А. Ферапонтов // Химическая технология : сборник тезисов докладов Международной конференции по химической технологии ХТ'07: в 5 т. - М. : ЛЕНАНД, 2007. - Т. 1. - С. 253-254.
7. Рылов, Ю.Б. Использование ферратов (VI) щелочных металлов в технологии регенерации воздуха / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова // Химическая технология : сборник тезисов докладов Международной конференции по химической технологии ХТ'12: в 5 т. [Электронный ресурс]. - М., 2012. - Т. 1. - С. 234 - 237.
8. Синтез и использование ферратов щелочных металлов для очистки воды и почв / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, В.П. Андреев, С.Б. Путин // Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии : сборник материалов 5-й научно-практической конференции. - М. : ФГУП «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ», 2009. - С. 63 - 65.
9. О возможностях использования железосодержащих отходов для получения новых химических продуктов / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.Б. Путин, С.И. Дворецкий // Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии : сборник материалов 6-й научно-практической конференции. - М. : ФГУП «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ», 2010. - С. 59 - 61.
10. Рылов, Ю.Б. Получение ферратов щелочных металлов методом СВС / Ю.Б. Рылов // Седьмая Всероссийская с международным участием Школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых. - Черноголовка : ООО «Синтэл-Прогресс», 2009. - С. 94 - 96.
11. Регенеративный продукт с катализатором / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, В.П. Андреев, Р.О. Антонов // XLI Научная конференция «Актуальные вопросы теории и практики радиационной, химической и биологической защиты». - Шиханы : 33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ, 2011. - С. 43-44.
12. Синтез новых продуктов, предназначенных для ликвидации техногенного воздействия на воду и почву / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.Б. Путин, С.И. Дворецкий, Т.Г-Г. Алиев // Химическая и биологическая безопасность : сборник научных трудов : в 2 т. - М. : РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011. - Т. 2. - С. 99 - 102.
13. Синтез феррата (VI) калия для использования в средствах регенерации воздуха / Ю.Б. Рылов, М.А. Ульянова, С.И. Дворецкий, В.П. Андреев // Стратегия развития научно-производственного комплекса Российской Федерации в области разработок и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности : материалы Российской научной конференции. - Тамбов : Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2009. - С. 134 - 136.
14. Рылов, Ю.Б. СВС-технология получения ферратов щелочных металлов для очистки воды и почвы / Ю.Б. Рылов // Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека : материалы I научно-практической конференции. - Тамбов : Изд-во Першина Р.В., 2010. - С. 63 - 65.
15. Пат. 2356842 Российская Федерация, МПК CO1G49/00, CO1D13/00. Способ получения феррата (VI) натрия / Андреев В.П., Рылов Ю.Б., Ульянова М.А., Ферапонтов Ю.А. ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Корпорация «Росхимзащита». - № 2007130581/15 ; заявл. 09.08.2007 ; опубл. 27.05.2009.
16. Пат. 2371392 Российская Федерация, МПК CO1G 49/00. Способ получения феррата (VI) калия / Ульянова М.А., Андреев В.П., Ферапонтов Ю.А., Рылов Ю.Б. ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Корпорация «Росхимзащита». - № 2008105376/15 ; заявл. 12.02.08; опубл. 27.10.09.
17. Заявка № 2011105491. Регенеративный продукт для изолирующих дыхательных аппаратов / Ульянова М.А., Андреев В.П., Рылов Ю.Б., Точилов В.А., Селезнев А.П., Путин С.Б. Приоритет 14.02.11. Решение о выдаче патента 25.04.12.