影響硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量的關(guān)鍵工藝

雷鈁琴

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影響硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量的關(guān)鍵工藝

雷鈁琴

（湖南神斧集團(tuán)向紅機(jī)械化工有限責(zé)任公司，湖南 岳陽，414100）

為提高硝酸肼鎳起爆藥的質(zhì)量，分析了影響硝酸肼鎳藥劑質(zhì)量的原材料、加料方式、反應(yīng)介質(zhì)pH值、化合溫度4大關(guān)鍵工藝，從理論上說明了這些因素對硝酸肼鎳藥劑外觀、結(jié)晶、流散性、起爆能力等質(zhì)量的影響，并提出了生產(chǎn)工藝中的控制措施。生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明控制措施可使硝酸肼鎳藥劑質(zhì)量保持穩(wěn)定，并滿足工業(yè)8號雷管裝配技術(shù)要求。

起爆藥；硝酸肼鎳；工藝；溫度；起爆能力

硝酸肼鎳是硝酸三肼合鎳(或者硝酸三肼鎳)的簡稱，縮寫為NHN，化學(xué)式[Ni(N2H4)3](NO3)2。硝酸肼鎳是由能夠給出孤對電子的肼（N2H4）和具有接受孤對電子空位的鎳離子按一定的組成和空間構(gòu)型所形成的富氮絡(luò)合物，由于其分子內(nèi)含有還原性、氧化性基團(tuán)，故具有燃燒和爆炸特性[1]。硝酸肼鎳起爆藥作為工程雷管裝藥，其優(yōu)點(diǎn)有火焰感度好、機(jī)械感度較低、靜電感度低、耐壓性好，且NHN藥劑生產(chǎn)工藝簡單、制造成本低、廢水量少、不染色、易于處理、環(huán)保價(jià)值高，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。由于硝酸肼鎳是一種絡(luò)合物[2]，其質(zhì)量狀態(tài)受工藝條件影響非常大，若生產(chǎn)過程控制不當(dāng)，NHN藥劑易出現(xiàn)結(jié)晶細(xì)小、流散性差、起爆力不足等質(zhì)量問題。本文通過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)了生產(chǎn)工藝中影響硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量關(guān)鍵因素及相應(yīng)控制措施，以滿足工業(yè)8號雷管裝配要求。

1 硝酸肼鎳的反應(yīng)原理與制造工藝

1.1 反應(yīng)原理

硝酸肼鎳是由能夠給出孤對電子的肼（N2H4）和能夠接受孤對電子空位的鎳離子按一定的組成和空間構(gòu)型所成的化合物，這種化合物為絡(luò)合物或配合物，肼為配體，鎳離子為中心離子，其化學(xué)反應(yīng)式為：

1.2 工藝流程

硝酸肼鎳的制造工藝流程如圖1所示。

圖1 硝酸肼鎳的制造工藝流程圖

2 影響硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量的關(guān)鍵因素

由圖1可知硝酸肼鎳起爆藥制造工藝簡單，生產(chǎn)工藝流程與常規(guī)起爆藥疊氮化鉛、斯蒂酚酸鉛基本一致。根據(jù)湖南某廠12年工業(yè)化生產(chǎn)300多噸硝酸肼鎳，并裝填近15億發(fā)火雷管的經(jīng)驗(yàn)，得出影響質(zhì)量最關(guān)鍵的因素有原材料、加料方式、反應(yīng)介質(zhì)pH值、化合溫度。

2.1 原材料

硝酸肼鎳生產(chǎn)所用的主要原材料為硝酸鎳、水合肼，控制好原材料純度是關(guān)鍵。

水合肼通常采用高濃度工業(yè)級別即可滿足生產(chǎn)要求，在此不做討論。故硝酸鎳的質(zhì)量是影響藥劑質(zhì)量的關(guān)鍵因素。不同廠家、制備方法的硝酸鎳在純度、雜質(zhì)含量方面存在一定差異。選用純鎳板制備的硝酸鎳外觀為墨綠色單斜系結(jié)晶[Ni(NO3)2. 6H2O]，純度可達(dá)98.0%以上，其它硫酸鹽、氯化物、金屬離子Fe、Zn、Cu等雜質(zhì)含量相對較少，生產(chǎn)的藥劑質(zhì)量純度高，結(jié)晶密實(shí)、粒子粗大、流散性好、起爆能力大。因此硝酸鎳材料質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，并定點(diǎn)采購，從而利于藥劑質(zhì)量穩(wěn)定。不同純度的硝酸鎳對藥劑質(zhì)量影響見表1。

表1 硝酸鎳純度對硝酸肼鎳質(zhì)量的影響

Tab.1 The impact of the purity of nickel nitrate on the quality of nickel hydrazine nitrate

通過表1可知，硝酸鎳純度對硝酸肼鎳藥劑性能影響至關(guān)重要。用純度低于98.0%的硝酸鎳生產(chǎn)NHN藥劑顆粒結(jié)晶細(xì)小，假比重低、流散性差、起爆能力弱，裝配工業(yè)8號火雷管，出現(xiàn)半爆炸小孔現(xiàn)象；純度高于98.0%的硝酸鎳生產(chǎn)的NHN藥劑結(jié)晶密實(shí)、流散性好利于裝填雷管，并且起爆能力大。

2.2 加料方式

根據(jù)無機(jī)反應(yīng)基本理論，二價(jià)鎳離子與N2H4、NH3等物質(zhì)間的絡(luò)合反應(yīng)速度非?？靃3]，其性能受工藝條件影響非常大。硝酸鎳溶液pH值在1～3之間，呈酸性，水合肼溶液pH值在10～12之間，呈堿性，如采用常規(guī)單一加料方式：硝酸鎳作為底液，滴加入水合肼溶液，則在藥的生成過程中在聚晶內(nèi)部混雜有硝酸鎳，使產(chǎn)品酸性增加，影響藥劑的起爆能力和長期貯存[4]。為此，在制備中采用雙管加料方式，即硝酸鎳溶液和水合肼溶液對稱滴加入反應(yīng)釜，并采用計(jì)量泵，嚴(yán)格控制等當(dāng)量加料，使兩種反應(yīng)料液保持在當(dāng)量反應(yīng)，以消除上述缺點(diǎn)；另一方面，雙加料方式在反應(yīng)介質(zhì)中可以使pH值變化平穩(wěn)，是保證產(chǎn)品均一性的有利條件，從而得到高純度、聚晶效果好、流散性好、起爆能力也相當(dāng)高的硝酸肼鎳。

同時(shí)，控制適當(dāng)而均勻的加料速度十分重要，在一定攪拌強(qiáng)度下，加料速度太快，加入的原料液來不及分散于整個(gè)反應(yīng)液中，易于在加料點(diǎn)附近產(chǎn)生局部過濃現(xiàn)象，從而使反應(yīng)液內(nèi)溶液的離子濃度（過飽和度）各處大小不同，得到大小不均的硝酸肼鎳晶體，影響NHN藥劑質(zhì)量。

此外，兩種料液的加料順序同樣重要，硝酸肼鎳在酸性或中性且硝酸鎳過量狀態(tài)下化合，盡管藥劑晶形粗大，但藥劑的起爆能力卻并不最好，所以加料時(shí)水合肼先加2～3min，使反應(yīng)介質(zhì)處于弱堿性環(huán)境，再滴加硝酸鎳，最后硝酸鎳溶液先于水合肼3～4min加完，保證硝酸肼鎳絡(luò)合反應(yīng)過程在弱堿性條件下進(jìn)行。同時(shí)調(diào)整加料點(diǎn)位置，令加料點(diǎn)位置處于反應(yīng)液流動線速度最大部位，以避免局部過濃現(xiàn)象，則可得到結(jié)晶均勻、流散性好、起爆能力強(qiáng)的NHN藥劑。

2.3 反應(yīng)底液pH値

反應(yīng)底液的酸堿度（pH值）與生成晶體的形態(tài)及其質(zhì)量關(guān)系密切。反應(yīng)底液pH值對NHN起爆藥晶體大小、均勻性、起爆能力及得率的影響較為顯著。硝酸肼鎳是由硝酸鎳與水合肼在接近弱堿性環(huán)境下反應(yīng)生成的絡(luò)鹽，若反應(yīng)底液pH值小于7，易發(fā)生絡(luò)合劑酸效應(yīng)，使得硝酸鎳與水合肼的絡(luò)合能力降低；若底液pH值大于10，金屬鎳易水解成堿性羥絡(luò)合物，使游離金屬鎳離子濃度降低，絡(luò)合能力降低[5]，同樣影響藥劑純度、得率等質(zhì)量問題，所以應(yīng)控制反應(yīng)液pH值在7～9之間。且加料初期１0～15min內(nèi)反應(yīng)介質(zhì)的pH值的控制非常關(guān)鍵，一旦控制不當(dāng)，出現(xiàn)了不良結(jié)晶效果，就不可能在后續(xù)階段得到改善。在反應(yīng)最初階段，若反應(yīng)釜內(nèi)pH值偏低，可以適當(dāng)加快水合肼的加料流速或減慢硝酸鎳的加料流速，若pH值偏高，同樣可以改變兩種料液的加料流速以調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)的pH值，控制反應(yīng)在適當(dāng)?shù)乃釅A度環(huán)境中進(jìn)行，保證硝酸肼鎳藥劑的質(zhì)量。

2.4 化合溫度

由于硝酸肼鎳的析晶與化合反應(yīng)是同時(shí)進(jìn)行的，因此結(jié)晶介質(zhì)的溫度取決于化合溫度。通常結(jié)晶介質(zhì)的溫度升高，固液兩相之間的界面張力降低，擴(kuò)散系數(shù)增大，可以降低晶核生成速度并提高晶體成長速率，從而有利于獲得大的晶體；另一方面，溫度升高，微小晶體較大晶體具有更大的溶解度，當(dāng)微小晶體與較大晶體同時(shí)存在于溶液中時(shí)，如果溶液對較大晶體是飽和的，對小晶體則未飽和，于是小晶體先溶解，然后在大晶體表面上重新析出，促進(jìn)大晶體成長[6]，因此適當(dāng)提高反應(yīng)溫度有利于獲得大而均勻的晶體。在低于60℃化合反應(yīng)溫度下制備的硝酸肼鎳顆粒呈粉狀淡紫色結(jié)晶，流散性差、粉塵多，不利于裝填雷管。為了得到均勻密實(shí)的玫瑰色球狀聚晶硝酸肼鎳，通?？刂苹蠝囟认孪逓?5℃；因水合肼料液是無色發(fā)煙液體，受熱極易分解，得率降低，并產(chǎn)生異類雜質(zhì)，影響藥劑純度，且溫度過高不利于安全生產(chǎn)，所以化合溫度上限控制在75℃，在此溫度范圍內(nèi)可獲得深玫瑰球狀聚晶、結(jié)晶密實(shí)、粒子粗大、流散性好、起爆能力大、得率高的硝酸肼鎳藥劑。不同化合溫度對硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量的影響見表2。

表2 化合溫度對硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量的影響

Tab.2 The impact of the compound temperature on the quality of nickel hydrazine nitrate primary explosive

通過表2數(shù)據(jù)，分析得出化合溫度控制在65～75℃之間，可得到結(jié)晶密實(shí)、流散性好、得率高、起爆能力大等質(zhì)量理想的硝酸肼鎳起爆藥。

3 結(jié)論

嚴(yán)格控制硝酸肼鎳起爆藥生產(chǎn)工藝條件，能獲得質(zhì)量可靠的硝酸肼鎳藥劑，滿足工業(yè)8號火雷管裝配技術(shù)要求。

（1）控制硝酸鎳原材料，采用純鎳板制備并定點(diǎn)采購，純度在98.0%以上，則可穩(wěn)定硝酸肼鎳起爆藥質(zhì)量。

（2）采取雙管對稱、等當(dāng)量、勻速的加料方式，水合肼提前2～3min加料，最后硝酸鎳提前3～4min加入完畢，控制好加料過程，可得到起爆能力大且性能穩(wěn)定的硝酸肼鎳藥劑。

（3）反應(yīng)介質(zhì)pH值控制在7～9之間，利于硝酸肼鎳藥劑質(zhì)量的穩(wěn)定。

（4）化合溫度控制在65～75℃之間，有利于得到外觀深玫瑰紅、結(jié)晶密實(shí)、流散性好、起爆能力大的硝酸肼鎳起爆藥。

[1] 蔣榮光,劉自湯.起爆藥[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2005.

[2] 成一,王衛(wèi)國,李慧琴.火工藥劑學(xué)[M].南京:南京理工大學(xué),2003.

[3] 朱順官.硝酸肼鎳制備技術(shù)總結(jié)報(bào)告[R].南京:南京理工大學(xué),1998.

[4] 三0三教研室.起爆藥[M].南京:華東工程學(xué)院,1975.

[5] 勞允亮,黃浩川.起爆藥學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué),1979.

[6] 劉自湯,勞允亮.起爆藥實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1995.

The Key Process Influencing the Quality of Nickel Hydrazine Nitrate Primary Explosive

LEI Fang-qin

(Xianghong Mechanic Chemical Co., Ltd. of Hunan Shenfu Group, Yueyang, 414100)

Aimed at the improvement of the quality of nickel hydrazine nitrate, key processes which influence the quality of nickel hydrazine nitrate were analyzed, such as raw material, feeding way, the pH of the reaction medium and compound temperature. The impact of the four key processes on the appearance, the crystallization, the free-flowing property and the initiating power of nickel hydrazine nitrate was also explained theoretically. At the same time, the controlling measures were put forward, which can make the quality of nickel hydrazine nitrate stable, and meet the technical requirements for No.8 detonator assembling in the production process.

Primary explosive；Nickel hydrazine nitrate；Process；Temperature；Initiating power

1003-1480（2014）01-0025-04

TQ560.6

B

2013-11-14

雷鈁琴（1977-），女，工程師，從事火工品生產(chǎn)工藝研究。