Результат интеллектуальной деятельности: Огнетушащий порошок многоцелевого назначения и способ его получения

Огнетушащий порошок многоцелевого назначения и способ его получения.

Изобретение относится к получению огнетушащих порошков, а именно к составам, которые могут быть использованы для тушения пожаров В, С, Д классов, а также находящихся под напряжением электроустановок (пожар класса Е).

Известен порошковый состав для тушения пожаров, содержащий сульфат аммония, высокодисперсный гидрофобный диоксид кремния, дисперсную алюмосиликатную добавку, аммофос, графит, расширенный графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %: сульфат аммония - 5-50, высокодисперсный гидрофобный диоксид кремния - 1-3, дисперсная алюмосиликатная добавка (флогопит, мусковит, клиноптилолит, промышленные пыли) - 2-10, графит - 1-5, аммофос - остальное (Патент РФ N 2159138, A62D 1/00, 1998).

Недостатком предложенного состава является высокое содержание (более 82%) в составе огнетушащего порошкового состава сульфата аммония и аммофоса, что требует специальных условий хранения описанного огнетушащего порошка ввиду гигроскопичности составляющих его компонентов.

Известен огнетушащий порошок многоцелевого назначения, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас. %: гидрофобизованный аэросил - 0.30-1.5; гидрофобизованный сульфат аммония - 10.0-50.0; гидрофобизованный моноаммонийфосфат - остальное (Патент РФ N 2027455, A62D 1/00, 1995).

Недостатком предложенного состава является высокое содержание (более 98%) аммонийных солей в порошке, поэтому для уменьшения их гигроскопичности используется обработка гидрофобизирующими составами, что усложняет технологию изготовления описанного огнетушащего порошка.

Известен огнетушащий порошок многоцелевого назначения, содержащий компоненты, в мас. %: аммофос - 35-45, сульфат аммония - 35-45, высокодисперсный гидрофобный диоксид кремния - 0,5-6, дисперсная алюмосиликатная добавка - остальное, при этом сульфат аммония имеет размеры частиц 50-130 мкм, аммофос имеет размеры частиц менее 50 мкм, алюмосиликаты - 50-150 мкм, в качестве высокодисперсного гидрофобного диоксида кремния используют аэросил, белую сажу или их смеси, в качестве дисперсной алюмосиликатной добавки используют минералы: флогопит, мусковит, вермикулит, пирофиллит, клиноптилолит или каолиношамот (Патент РФ N 2086279, A62D 1/00, 1997).

Недостатком является высокое содержание (более 70%) аммонийных солей в огнетушащем порошке, что требует специальных условий его хранения ввиду гигроскопичности составляющих его компонентов.

За прототип выбрано изобретение по патенту РФ N 2396095, А62С 3/00, 2009 г. в котором заявлен способ тушения пожара с помощью пламегасящего водного раствора соли калия. Необходимо отметить, что водные растворы желтой или красной кровяной соли известны в патенте как средство для гашения пожара. Заявлено, что пламегасящий раствор подают в очаг горения в виде объемного аэрозольного потока с диапазоном размеров частиц 5-80 мкм с интенсивностью не менее 0,02 л/(м²с), а в качестве солей калия применяется желтая или красная кровяные соли. Однако этот способ не является универсальным, так как водные растворы солей не могут быть использованы при отрицательных температурах, т.к. возможно замерзание растворов солей, а также этот способ не пригоден для тушения пожаров класса "Д" и пожаров электроустановок, находящихся под напряжением (пожар класса Е).

Задачей изобретения является повышение качества тушения пожаров, расширение ассортимента огнетушащих порошков и расширение многоцелевого назначения (универсальность) для тушения пожаров класса В, С, Д, а также применение при тушении пожаров электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В и выше, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, а также пониженными влагопоглощением и слеживаемостью.

Поставленная задача обеспечивается тем, что предлагаемый огнетушащий порошок многоцелевого назначения включает порошкообразные компоненты двух различных фракций: крупнодисперсную - измельченную минеральную основу, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), с размером частиц от 0.05 до 0.3 мм, и мелкодисперсную - желтую кровяную соль или красную кровяную соль с размером частиц от 0.001 до 0.030 мм, при этом содержание компонентов в смеси находится в следующем соотношении, мас. %: желтая кровяная соль 1-30%, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%), гидрофобизированая измельченная минеральная основа, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), - остальное, или красная кровяная соль 1-30%, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%, гидрофобизированая измельченная минеральная основа, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), - остальное.

Способ получения огнетушащего порошка многоцелевого назначения заключается в механическом смешении порошков двух различных фракций: одна из которых, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), предварительно измельчена до частиц, дисперсность которых составляет от 0.05 до 0.3 мм и гидрофобизирована олеиновой кислотой; другая - желтая или красная кровяная соль, предварительно высушенная и механически измельченная до частиц, дисперсность которых составляет от 0.001 до 0.030 мм, при этом порошки смешивают в заданной пропорции: 1-30 масс% желтой или красной кровяной соли, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%, остальное - измельченный гидрофобизированный минерал, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), в механической мешалке до равномерного распределения частиц желтой или красной кровяной соли в смеси.

Положительный эффект достигается тем, что огнетушащий порошок многоцелевого назначения содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) - 1-30%, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%, гидрофобизированный минерал, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), - остальное, или - железосинеродистый калий (красная кровяная соль) 1-30%, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%, гидрофобизированный минерал, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), - остальное, при этом дисперсность минерала, например, известняка (или доломита, сланца, ракушечника, магнезита), составляет 0.05-0.3 мм, а желтой или красной кровяной соли составляет - 0.001-0.030 мм.

Состав сочетает в себе порошкообразные компоненты двух различных фракций - крупнодисперсную (0.05-0.3 мм) и мелкодисперсную (0.001-0.030 мм). Компоненты этих фракций обладают различным эффектом на процессы горении - крупнодисперсный компонент за счет теплоемкости понижает температуру в зоне горения, а мелкодисперсный компонент за счет химического взаимодействия с активными центрами в высокотемпературной зоне пламени ингибирует цепные реакции окисления топлива. Комбинация этих свойств компонентов огнетушащего порошка позволяет получить высокие физико-механические свойства порошка (высокую сыпучесть, низкую слеживаемость, высокую насыпную плотность, большую глубину проникновения в очаг пламени за счет большой инерционности крупных частиц) в совокупности с его высокой огнетушащей способностью при малой массовой доле мелкодисперсной фракции (1-30% масс).

Способ получения огнетушащего порошка многоцелевого назначения осуществляют следующим образом.

Отдельно измельчают минеральную основу, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), до частиц, дисперсность которых составляет 0.05-0.3 мм, проводят ее гидрофобизацию олеиновой кислотой (0,1 масс % олеиновой кислоты). Этот компонент соответствует производимой ООО Акона порошку «Пыль инертная гидрофобная», ГОСТ Р 51569-2000, код ОК 005(ОКП) 21 4921. Независимо проводят сушку и измельчение желтой или красной кровяной соли способом, обеспечивающим размер частиц в диапазоне 0.001-0.030 мм. После этого смешивают гидрофобизированую минеральную основу, например, известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит), антислеживающую добавку и измельченную желтую или красную кровяную соль в заданной пропорции (1-30 масс% желтой или красной кровяной соли, антислеживающая добавка, например, аэросил (или белуая сажа, оксид магния, бентонит), - 0.1-5%, остальное - измельченный известняк (или доломит, сланец, ракушечник, магнезит)) в механической мешалке до равномерного распределения частиц желтой или красной кровяной соли в смеси. Полученный огнетушащий состав представляет собой сыпучий порошок с массовой долей влаги не более 0.35%, с кажущейся плотностью неуплотненного порошка не менее 1010 кг/м³, с влагопоглощением не более 3.0%, склонностью к слеживаемости не более 3%, что соответствует сроку сохраняемости не менее 8 лет и способностью к водоотталкиванию не менее 120 мин. Использование заявленной совокупности признаков позволяет получить новый порошковый огнетушащий состав, обладающий насыпной плотностью 1000-1100 кг/м³, плотностью утряски не менее 1500 кг/м³, показателем текучести 0.28-0.32 кг/с, огнетушащей способностью при тушении пожаров, кг/м²: для класса В не менее 0.8; для класса С не менее 1.2, и позволяющий тушить пожары электроустановок, находящихся под напряжением выше 1000 В. Заявляемый порошковый состав предназначен для применения в переносных и передвижных огнетушителях, автоматических установках порошкового пожаротушения, во всех климатических зонах при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С и относительной влажности воздуха до 90%.

Важной особенностью предлагаемого способа изготовления огнетушащего порошка является структура его частиц. Основа частиц порошка состоит из минеральной основы, например, измельченного известняка (или доломита, сланца, ракушечника, магнезита), покрытого слоем олеиновой кислоты, которая способствует удержанию на поверхности частиц минеральной основы мелких частиц желтой или красной кровяной соли при их перемешивании. Из литературы известно, что желтая или красная кровяные соли являются эффективными ингибиторами цепных реакций окисления, протекающих в пламени (Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М., Якимов С.А., Князьков Д.А., Комаров В.Ф., Сакович Г.В., Исследование фосфорорганических, фторорганических, металлсодержащих соединений и твердотопливных газогенераторных составов с добавками фосфорсодержащих соединений в качестве эффективных пламегасителей, // Физика горения и взрыва. Т. 42. №6. С. 64-73 (2006)). Таким образом, частица порошка, попадая в пламя, вызывает замедление цепных реакций окисления за счет гетерогенных реакций активных центров с желтой или красной кровяной солью, а также за счет охлаждения зоны горения, что приводит к гашению памени. Важно также обеспечить высокую удельную поверхность желтой или красной кровяной соли, что достигается их измельчением до частиц размером порядка 0.01 мм. Так как частицы порошка минеральной основы, например, известняка (или доломита, сланца, ракушечника, магнезита), имеют диаметр 0.05-0.3 мм, то за счет своей инерционности хорошо проникают в различные зоны пламени, при этом на их поверхности в пламя вносятся мелкие частицы желтой или красной кровяной соли. Использование крупных частиц минеральной основы или мелких частиц желтой или красной кровяной соли по отдельности не может обеспечить эффективное тушение очага пожара, так как известняк и вышеназванные минералы являются слабыми ингибиторами цепных реакций горения, а мелкие частицы желтой или красной кровяной соли из-за малой инерционности не способны глубоко проникать в зону горения и уносятся конвективным потоком из пламени, в результате чего не реализуется в достаточной мере процесс ингибирования реакций окисления топлива желтой или красной кровяной солями. Результаты поведенных исследований показали, что оптимальным массовым соотношением желтой или красной кровяной соли с измельченной минеральной основой, например, известняком (или доломитом, сланцем, ракушечником, магнезитом), является пропорция от 1:5 до 1:3. При большей доле желтой или красной кровяной солей в порошковой смеси эффективность гашения пламени практически перестает увеличиваться, наступает эффект насыщения.

На схеме 1 показана зависимость массовой гасящей концентрации порошковой смеси гидрофобизированного известняка и желтой кровяной соли от ее доли в смеси, при гашении лабораторного очага пожара класса "В", а также массовая гасящая концентрация промышленных огнетушащих порошков "Вексон", "Волгалит" и "Исток".

Из приведенных данных следует, что при массовой доле желтой кровяной соли около 10-15% в смеси с известняком, эффективность такого состава соответствует эффективности огнетушащего порошка "Волгалит". При увеличении доли желтой кровяной соли до 25-30% в смеси с известняком эффективность такого порошкового состава в 2-2.5 раза превышает эффективность огнетушащего порошка "Волгалит".

Источники информации:

1. Патент РФ N 2159138, A62D 1/00, 1998;

2. Патент РФ N 2027455, A62D 1/00,1995;

3. Патент РФ N 2086279, A62D 1/00, 1997;

4. РФ N 2396095, А62С 3/00, 2009 г. – прототип.