Experimental studies on processing of polybutadiene-based solid propellant to extract ammonium perchlorate

Abstract

Метою даної роботи є встановлення закономірностей і визначення параметрів вилучення перхлорату амонію з продуктів утилізації твердого ракетного палива. Для вилучення перхлорату амонію зразки полімерної матриці обробляли водою при температурі 20-80 °С і перемішуванні 1-4 годин. Отриману рафіновану полімерну матрицю фільтрували, висушували при кімнатній температурі та зважували. Висушування проводили при температурах 70-100 °С. У рафінованій полімерній матриці визначали вміст перхлорату амонію, нітраміну, алюмінію, вологи, чутливість до механічного впливу (удару, тертя). Відповідно з отриманими результатами ступінь вилучення перхлорату амонію з полімерної матриці в діапазоні температур 80-100 °С досягає 61,5-76,3% відповідно. Виявлено, що ступінь вилучення перхлорату амонію з полімерної матриці максимальна, коли час вилуговування становить 2-4 год, як при проведенні процесу при температурі 20 °С, так і при температурі 60 і 80 °С відповідно. Встановлено, що максимальний ступінь вилучення перхлорату амонію з полімерної матриці твердого ракетного палива становить 82,3% в експерименті з наступними режимами – температура процесу 80 °С, швидкість обертання механічної мішалки 400 об/хв, час процесу екстракції 4 ч. Виявлено, що найбільш прийнятними показниками температури для сушіння рафінованої полімерної матриці є 90-100 °С. Визначено, що рафінована полімерна матриця не є небезпечною для транспортування і може бути рекомендована як домішка у складі емульсійних вибухових речовин. Встановлено закономірності вилучення перхлорату амонію з твердого ракетного палива на основі полібутадієну, отриманого з двигунів з закінченим терміном експлуатації. Визначені параметри чутливості рафінованої полімерної матриці після вилучення перхлорату амонію до механічного впливу (удару, тертя). Отримані дані після детального техніко-економічного аналізу можуть бути розглянуті як основа для створення дослідно-промислового об'єкту вилучення водонерозчинного компоненту твердого ракетного палива – перхлорату амонію.

Целью данной работы является установление закономерностей и определения параметров извлечения перхлората аммония из продуктов утилизации твердого ракетного топлива. Для извлечения перхлората аммония из полимерной матрицы образцы полимерной матрицы обрабатывали водой при температуре 20-80 °С и перемешивании 1-4 ч. Полученную рафинированную полимерную матрицу отфильтровывали, высушивали, взвешивали. В рафинированной полимерной матрице определяли содержание химического состава – перхлората аммония, нитрамина, алюминия, влаги и чувствительность к механическому воздействию (удару, трению). Установлено, что максимальная степень извлечения перхлората аммония из полимерной матрицы составляла 82,3% в опыте со следующими режимами – температура процесса 80 °С, частота вращения механической мешалки 400 об/мин, время процесса экстракции 4 ч. Выявлено, что приемлемой температурой для сушки рафинированной полимерной матрицы является 90-100 °С. Установлены закономерности извлечения перхлората аммония из твёрдого ракетного топлива на основе полибутадиена, полученного из двигателей с истёкшим сроком эксплуатации. Определены параметры чувствительности рафинированной полимерной матрицы после извлечения перхлората аммония к механическому воздействию (удару, трению). Полученные данные после детального технико-экономического анализа могут быть рассмотрены как основа для создания опытно-промышленного объекта извлечения водонерастворимого компонента твердого ракетного топлива – перхлората аммония.

The purpose of this work is to establish regularities of the leaching process and to determine parameters for leaching ammonium perchlorate from polymer crumb as solid propellant disposal products. The process of leaching ammonium perchlorate from the polymer matrix was carried out in a flask equipped with an agitator in a polymer matrix: water ratio of 1:2, with such changing parameters as: temperature (20-80 °С), time of extraction process (1-4 h). Then, the obtained refined polymer matrix was filtered off, dried at room temperature, and weighed. The content of the chemical composition of the polymer matrix was determined in refined polymer matrix. The obtained polymer matrix was dried at temperatures of 70 ºС, 90 ºС, 100 ºС to constant weight, with intermittent weighing of dried samples. It was determined that the degree of leaching of ammonium perchlorate from polymer matrix when the leaching time is 2-4 hours is maximum, both during the process at a temperature of 20 °C and at a temperature of 60 °C and 80 °C, respectively. It was found that the maximum degree of ammonium perchlorate leaching from polymer matrix was 82.3% in the experiment with the following modes – the process temperature was 80 °C, the speed of the mechanical stirrer was 400 rpm, and the leaching process took 4 hours. It was found that the most preferable temperature range for the drying of refined polymer matrix is 90 to 100 °С. It was determined that the refined polymer matrix is a substance which is not particularly dangerous for transportation and can be recommended for use as a filler in compositions of emulsion explosives, or for extraction of nitramine. Establishing the regularities of ammonium perchlorate extraction from polybutadienebased solid propellant, obtained from expired loaded motor cases. The data obtained after a detailed technical and economic analysis can be considered as the basis for the creation of a pilot industrial facility for the extraction of a water-insoluble component of solid propellant, i.e. ammonium perchlorate.