Перекиси щелочных металлов

Особую группу поглотителей, применяемых в горноспасательном деле, образуют перекиси щелочных металлов, различные препараты которых известны под названием проксиленов, проксилитов или оксилитов, используемых для конструирования так называемых пневмотогенов. Особенностью этих перекисей является то, что одним из продуктов реакции их с углекислым газом и влагой является кислород, выделяющийся в газообразном виде. Таким образом, перекиси щелочных металлов, если их поместить в регенеративный патрон изолирующего противогаза, осуществляют весь цикл регенерации выдыхаемого воздуха и позволяют устранить из конструкции изолирующих противогазов громоздкие и дорогие устройства для хранения и распределения сжатого кислорода.

Окислы, способные при определенных условиях выделять кислород, образуются щелочными и щелочно-земельными металлами: литием, натрием, калием, кальцием, рубидием, цезием, барием,и их смесями. Известны три типа окислов, образуемых этими металлами: МеО; MeO₂ и МеО₄. Чаще всего встречаются окислы первого типа, высшие окислы второго типа известны в виде KО₂, RbO₂, CsO₂; наконец, окисел типа МеО₄-СаО₄ получен лишь в виде примеси к низшим окислам и в качестве индивидуального продукта еще не изучен.

Чем выше окисел, тем больше кислорода выделяется при его разложении и тем он ценнее с точки зрения использования его в изолирующем противогазе. Реакции поглощения СО₂ и Н₂О и выделения О₂ перекисями щелочных металлов, например, перекисью натрия можно схематически представить следующими уравнениями:

2Na₂O₂ + 2CO₂= 2Na₂CO₂+111,6 ккал;
2Na₂О₂ + 2Н₂О= 4NaOH+О₂+55,6 ккал.

Эффективность перекисей в качестве регенераторов воздуха определяется количеством выделяемого ими в процессе поглощения СО₂ и Н₂О свободного (или активного) кислорода, отнесенного к единице веса препарата перекиси. В табл. 17 приведены данные, характеризующие эффективность некоторых перекисей.

Таблица 17. Эффективность некоторых препаратов перекисей щелочных металлов

Человек выдыхает несколько меньше двуокиси углерода, чем поглощает кислорода (дыхательный коэффициент составляет от 0,8 до 0,95), поэтому при помощи такого регенератора, как перекись натрия, можно получить необходимое для дыхания количество кислорода лишь за счет одновременной реакции как с углекислым газом, так и с достаточным количеством влаги выдыхаемого воздуха.

Однако в реальных условиях применения перекисей щелочных металлов в противогазах далеко не вся влага выдыхаемого воздуха вступает в реакцию с перекисью: часть ее конденсируется на стенках воздуховодов (дыхательных шлангов, клапанных коробок) и вообще не доходит до регенеративного патрона; часть влаги поглощается в отработанных слоях шихты регенеративного патрона вследствие наличия в них таких продуктов реакции, как NaOН или КОН.

Количество влаги, остающейся для реакции с перекисью, непостоянно, так как оно зависит от температуры окружающего воздуха (при низкой температуре конденсация влаги происходит интенсивнее) и от степени отработки регенеративного патрона (непроизводительное поглощение влаги тем больше, чем больше образовалось продуктов реакции, например едкого натрия). Поэтому перекись натрия является недостаточно мощным регенеративным препаратом.

Разработаны значительно более мощные регенеративные препараты, с успехом использованные для конструирования изолирующих противогазов для горноспасательных частей и изолирующих самоспасателей для подземных рабочих шахт, опасных пo газу и пыли.

Высокое качество отечественных препаратов перекисей выражается: в высоком коэффициенте использования препаратов в противогазе вследствие значительной их пористости; в незначительной продолжительности периода первоначального разогревания препарата, связанного с недостаточным выделением кислорода; в отсутствии спекания и сплывания препарата в процессе работы;   в высокой  устойчивости препаратов при их хранении.

Значительное количество тепла, выделяемое перекисями щелочных металлов в процессе работы, не является препятствием для их применения в изолирующих противогазах, так как в отличие от препаратов типа ХПИ вдыхаемый через пероксидные препараты воздух оказывается сильно подсушенным и, следовательно, обладает относительно высокой охлаждающей способностью.

Расчет пероксидных патронов может вестись исходя из потребного времени защитного действия по углекислому газу на основании теории динамической активности, т. е. рассматривая перекись в качестве химпоглотителя. Затем полученные длина и сечение слоя проверяется по сопротивлению и кислородовыделе-нию. Последняя проверка может быть произведена по формуле:

                 (82)

где x — потребное для выделения заданного количества О₂ количество пероксида, см3; k₁ — коэффициент использования препарата по выделяемому в процессе отработки кислороду (отношение фактического кислородовыделения, найденное экспериментально, к теоретически возможному); k₂ — коэффициент использования выделенного кислорода (отношение количества потребленного кислорода к количеству выделенного препаратом кислорода, включая потери кислорода через избыточный клапан);
M — вес препарата, отдающего при реакции один моль кислорода, г; 22,41 — объем моля кислорода, л; О — потребное (заданное) количество кислорода за время защитного действия препарата по углекислому газу, л; Q — вес 1 см3 препарата в г.

Основным преимуществом перекисей щелочных металлов является автоматическое осуществление ими полного цикла регенерации выдыхаемого в противогазе воздуха; этим преимуществом не обладают такие препараты с химически связанным кислородом, как бертолетова соль (КСLO₃) или растворы перекиси водорода (H₂O₂ + Н₂O), предлагавшиеся неоднократно в качестве генераторов кислорода для изолирующих противогазов.