氣流粉碎硅粉在硅系延期藥中的應(yīng)用?

伍富全四川省宜賓威力化工有限責(zé)任公司(四川宜賓，644600)

?

氣流粉碎硅粉在硅系延期藥中的應(yīng)用
?

伍富全
四川省宜賓威力化工有限責(zé)任公司(四川宜賓，644600)

[摘 要]文章對(duì)氣流粉碎硅粉、球磨硅粉和高純硅粉進(jìn)行性能對(duì)比。選擇氣流粉碎硅粉，研究其配方、粒度、混藥時(shí)間等參數(shù)對(duì)延期藥性能的影響。結(jié)果表明:氣流粉碎硅粉純度較高，粒度分布最集中，延期精度最高，可以較好地滿足硅系延期藥的要求；不同粒度的氣流粉碎硅粉可以用于不同燃速的延期藥；在快燃速硅系延期藥中，不加三硫化二銻能顯著提高產(chǎn)品的延期精度。

[關(guān)鍵詞]氣流粉碎硅粉；粒度分布；硅系延期藥；延期精度

[分類(lèi)號(hào)] TJ510；TD235.22＋2

引言

硅系延期藥的主要成分為硅粉、鉛丹、三硫化二銻等，燃速較快，可調(diào)延期時(shí)間范圍較廣，延期精度高[1]，成本低，工藝性好。硅粉是硅系延期藥的主要可燃劑，其純度、粒度大小和粒度分布狀態(tài)對(duì)延期時(shí)間影響顯著，目前一般采用機(jī)械球磨硅粉或高純硅粉進(jìn)行生產(chǎn)。球磨硅粉的缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗大[1]，噪音大，效率低，球磨出來(lái)的硅粉純度低[2]，粒度分布不集中。高純硅粉純度高，但粒度分布范圍大，且價(jià)格昂貴。

氣流粉碎硅粉是將干燥、凈化后的壓縮空氣通過(guò)特殊的拉瓦爾噴管，加速成具有一定速度的氣流。氣流噴出后，帶動(dòng)物料做高速運(yùn)動(dòng)，使物料相互碰撞、摩擦，實(shí)現(xiàn)粉碎。被粉碎的物料隨氣流運(yùn)動(dòng)到分級(jí)區(qū)，在離心力作用下，達(dá)到一定細(xì)度要求的物料由收集器收集，達(dá)不到要求的再回到粉碎室繼續(xù)粉碎，直至粉碎到所需的細(xì)度后被收集[3]。

氣流粉碎硅粉具有純度高、粒度細(xì)、分布窄、精度高、均勻性與分散性好等特點(diǎn)[4]；氣流粉碎工藝，其生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)格適中。筆者考察了氣流粉碎硅粉、球磨硅粉、高純硅粉的純度、粒度和延期精度，優(yōu)選出氣流粉碎硅粉進(jìn)行延期藥配方試驗(yàn)，并討論了延期藥的安定性，為氣流粉碎硅粉在硅系延期藥的深入研究提供參考。

1 配方設(shè)計(jì)思路

硅和鉛丹延期藥3個(gè)階段的反應(yīng)為:

反應(yīng)生成物有一氧化鉛，在延期藥的反應(yīng)溫度下呈氣態(tài)[2]。由于氣體生成物對(duì)燃燒穩(wěn)定性有影響，因此，可燃劑硅粉應(yīng)過(guò)量，即配方需設(shè)計(jì)為負(fù)氧平衡，以減少氣態(tài)生成物。降低燃速是通過(guò)增加硅粉含量實(shí)現(xiàn)的，多余的硅粉起熱沉作用。

如果燃速更低一些，只增加硅粉含量已不能滿足持續(xù)燃燒所需的熱量，需要用三硫化二銻等參與的緩燃劑來(lái)降低燃速，含有三硫化二銻的延期藥還可能存在產(chǎn)生二氧化硫氣體的反應(yīng):

生成物二氧化硫氣體對(duì)燃燒穩(wěn)定的影響巨大。因此，在延期藥配方的設(shè)計(jì)上，一是要保證配方處于負(fù)氧平衡，減少氣態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)生；二是低段別只用硅粉和鉛丹來(lái)調(diào)節(jié)燃速，高段別加三硫化二銻等來(lái)調(diào)節(jié)燃速。

2 試驗(yàn)材料與儀器

氣流粉碎硅粉:粒徑0.82、5.10、10.41 μm，過(guò)200目篩。

球磨硅粉:粒徑2.97 μm，過(guò)200目篩。

高純硅粉:粒徑10.17 μm，過(guò)200目篩。

鉛丹:粒徑1.18 μm，過(guò)200目篩。

三硫化二銻:粒徑2.70 μm，過(guò)200目篩。

儀器:winner2000激光粒度分析儀；ZBS9601智能爆速測(cè)量?jī)x。

3 硅粉對(duì)比

3.1 硅粉純度

硅的純度越高，秒量精度越好[2]；一般采用純度＞98%的硅粉即可滿足純度要求[2]。表1是3種常用硅粉純度的對(duì)比。不同種類(lèi)的硅粉，其純度差異較大，氣流粉碎硅粉和高純硅粉的純度較高，球磨硅粉由于長(zhǎng)時(shí)間球磨過(guò)程中帶入雜質(zhì)，硅粉純度下降較大。

表1 硅粉純度對(duì)比Tab.1 Comparison of silicon powder purity

3.2 硅粉粒度

將過(guò)200目篩的氣流粉碎硅粉、球磨硅粉、高純硅粉用激光粒度分析儀進(jìn)行粒度對(duì)比。圖1為氣流粉碎硅粉粒度分布曲線，其粒度分布集中，兩端的粒度分布具有較好的對(duì)稱性，過(guò)篩時(shí)篩上無(wú)顆粒物；圖2中，球磨硅粉粒度分布范圍較大，且有兩個(gè)粒度分布較集中的點(diǎn)，對(duì)稱性較差，過(guò)篩有少量顆粒物；圖3中，高純硅粉粒度分布范圍大，粒度由小到大呈遞增分布，無(wú)對(duì)稱性，過(guò)篩后粒度呈斷崖式分布，篩上有較多顆粒物。

4 試驗(yàn)方案及結(jié)果

4.1 硅粉種類(lèi)對(duì)延期精度的影響

為了對(duì)比3種硅粉對(duì)延期時(shí)間及精度的影響，使用3種硅粉按相同條件混制延期藥。氣流粉碎硅粉粒徑為5.10 μm，球磨硅粉粒徑為2.97 μm，高純硅粉粒徑為10.17 μm。由表2可以看出，氣流粉碎硅粉由于純度高，粒度分布集中，延期精度最好；球磨硅粉延期精度也可滿足要求；高純硅粉雖然純度很高，但由于粒徑大，粒度分布不集中，導(dǎo)致延期精度較差。

表2 硅粉種類(lèi)對(duì)延期精度的影響Tab.2 Effect of different kinds of silicon powder on accuracy of delay time

4.2 氣流粉碎硅粉配方對(duì)延期精度的影響

硅系延期藥中一般用三硫化二銻等緩燃劑來(lái)調(diào)節(jié)燃速，三硫化二銻含量越高，燃速越慢，延期精度越差，甚至?xí)斐上够餥2]。所以在燃速較快的延期藥中不加三硫化二銻，通過(guò)硅粉和鉛丹的比例來(lái)調(diào)節(jié)燃速，一般配成負(fù)氧平衡。燃速較慢的延期藥需要加入適量的三硫化二銻和硒粉來(lái)提高延期藥的可靠性和延期精度。由表3和表4可以看出，對(duì)于燃速較快的延期藥，不加三硫化二銻時(shí)延期精度更高；對(duì)于燃速較慢的延期藥，加入適量的三硫化二銻和硒粉后可靠性更高。

4.3 氣流粉碎硅粉的粒徑對(duì)延期精度的影響

硅粉粒度對(duì)燃速和延期精度影響較大，為了得到更快的燃速和更高的延期精度，一般用較細(xì)的硅粉來(lái)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于燃速較慢的硅系藥，過(guò)細(xì)的硅粉不但燃速難以調(diào)節(jié)，配方偏離合理區(qū)間太遠(yuǎn)還易造成延期精度差，甚至瞎火。

表5為不同粒徑的硅粉通過(guò)調(diào)整配方到相同燃速后的延期時(shí)間對(duì)比，燃速快的硅系藥用粒度細(xì)的硅粉，燃速慢的硅系藥用粒度較粗的硅粉能得到更好的延期精度和更高的可靠性。

表3 三硫化二銻對(duì)延期精度的影響Tab.3 Effect of antimony trisulfide on the delay precision

表4 氣流粉碎硅粉在慢燃速延期藥中的配方試驗(yàn)Tab.4 Test of air milling silicon powder in delay composition with slow burning rate

表5 氣流粉碎硅粉的粒徑對(duì)延期精度的影響Tab.5 Effect of particle size of air milling silicon powder on the delay precision

4.4 混藥時(shí)間對(duì)延期精度的影響

采用滾筒球磨機(jī)，球料質(zhì)量比2︰1，球的直徑有15、20、25 mm 3種，混藥介質(zhì)為工業(yè)酒精，轉(zhuǎn)速60 r/min。由表6可以看出，混藥時(shí)間加長(zhǎng)，平均燃速增大，延期精度提高，達(dá)到一定的混藥時(shí)間之后，延期精度變化緩慢，混藥時(shí)間在12 h以上，性能趨于穩(wěn)定。

4.5 延期藥的安定性

硅系延期藥具有自發(fā)氧化還原反應(yīng)擴(kuò)散模型，鉛丹與硅粉的氧化還原反應(yīng)在硅粉表面形成的二氧化硅膜，在達(dá)到穩(wěn)定厚度后反應(yīng)停止，應(yīng)把剛生產(chǎn)出來(lái)的延期藥儲(chǔ)存一定時(shí)間后再使用[5]。而提高硅系延期藥的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，關(guān)鍵是要解決硅系延期藥的吸濕問(wèn)題[6]。

表6 混藥時(shí)間對(duì)延期精度的影響Tab.6 Effect of mixing time of air milling silicon powder on the delay precision

提高延期藥的安定性一般采用以下3種措施:

1)用化學(xué)或物理的方法使可燃劑粒子表面包覆一層惰性保護(hù)層；

2)除去藥劑中的水分，即盡量干燥；

3)隔絕藥劑和空氣，使產(chǎn)品密封良好。

為了提高延期藥的安定性，一般同時(shí)采用這3種方法[7]。另外，根據(jù)延期藥燃速隨時(shí)間的變化特點(diǎn)，延長(zhǎng)儲(chǔ)存時(shí)間，在藥劑儲(chǔ)存相對(duì)穩(wěn)定后再使用。具體做法為:

1)適當(dāng)提高黏合劑含量，隔絕空氣的同時(shí)提高延期藥流散性，從而提高裝藥均勻性。

2)降低延期藥水分含量，水分控制在0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以內(nèi)，甚至更低。

3)保溫、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存是為了進(jìn)一步降低水分含量，使硅粉表面的反應(yīng)基本停止。在一定溫度條件下，延期藥儲(chǔ)存時(shí)間不低于180 d；鉛延期索儲(chǔ)存期不低于60 d；對(duì)于延期管，由于段別已固定，必須在3 d內(nèi)完成裝配，減少藥劑吸潮。

表7為經(jīng)過(guò)安定性處理的延期藥裝配成導(dǎo)爆管雷管模擬儲(chǔ)存試驗(yàn)的結(jié)果。模擬儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，雷管的秒量越高，延期精度略有下降，但仍符合標(biāo)準(zhǔn)要求，沒(méi)有出現(xiàn)瞎火失效現(xiàn)象。

表7 雷管模擬儲(chǔ)存試驗(yàn)Tab.7 Simulation storage test of detonator

5 結(jié)論

1)氣流粉碎的硅粉純度高，粒度選擇范圍大，粒度分布集中，是硅系延期藥較理想的可燃劑。

2)使用氣流粉碎硅粉的硅系延期藥在燃速低時(shí)宜用硅和鉛丹來(lái)調(diào)節(jié)燃速，在燃速高時(shí)可加適量的三硫化二銻等緩燃劑。

3)宜選用不同粒度的氣流粉碎硅粉來(lái)混制不同燃速的硅系延期藥，粒度細(xì)的硅粉混制燃速快的延期藥，粒度較粗的硅粉混制燃速慢的延期藥。

4)硅系延期藥水分含量控制在0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))內(nèi)，保溫、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存延期藥和延期索后，其秒量穩(wěn)定性仍然較好。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳幼成，宋敬埔.延期藥技術(shù)綜述[J].爆破器材，2000，29(2):23-27，39.WU Y C，SONG J P.Review on the technology of delay composition[J].Explosive Materials，2000，29(2):23-27，39.

[2] 劉自鐋，蔣榮光.工業(yè)火工品[M].北京:兵器工業(yè)出版社，2003: 216-252.LIU Z T，JIANG R G.Industrial pyrotechnics[M].Beijing:Chinese Weapon Industry Press，2003: 216-252.

[3] 王戰(zhàn)宏，王莉.氣流粉碎技術(shù)及應(yīng)用[C]//第八屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)和應(yīng)用研討會(huì)論文集.銀川，2007:189-191.

[4] 蔡艷華，馬冬梅，彭汝芳，等.超音速氣流粉碎技術(shù)應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2008，27(5):671-674，714.CAI Y H，MA D M，PENG R F，et al.New research progress of supersonic speed airflow grinding technology [J].Chemical Industry and Engineering Progress，2008，27(5):671-674，714.

[5] 顏事龍，張涵，何杰，等.鉛丹-硅系延期藥貯存中的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理[J].火炸藥學(xué)報(bào)，2014，37(2):86-90.YAN S L，ZHANG H，HE J，et al.Chemical reaction mechanism of the stored silicon type delay composition [J].Chinese Journal of Explosives and Propellants，2014，37(2):86-90.

[6] 鄭思友，翟廷海，夏斌，等.硅系延期藥貯存穩(wěn)定性的熱動(dòng)力學(xué)研究[J].煤礦爆破，2010(3):14-17.ZHENG S Y，ZHAI T H，XIA B，et al.Research on thermokinetics of the storage stability of silicon type delay composition[J].Coal Mine Blasting，2010(3):14-17.

[7] 陳文基，陳姍姍，周桂松，等.Pb3O4對(duì)硅系延期藥穩(wěn)定性的影響[J].爆破器材，2014，43(6):39-42.CHEN W J，CHEN S S，ZHOU G S，et al.Effect of Pb3O4on the stability of silicon-based delay composition[J].Explosive Materials，2014，43(6):39-42.

Application of Air Milling Silicon Powder in the Manufacture of Si-series Delay Composition

WU Fuquan
Sichuan Yibin Weili Chemical Co.，Ltd.(Sichuan Yibin，644600)

[ABSTRACT]Performances of air milling silicon powder，ball milling silicon powder and high purity silica fume were analyzed.Air milling silicon powder was selected to examine the effect of its formulation，particle size and mixing time on the performances of delay composition.Experiment results indicate that，for air milling silicon powder，the purity is moderate，the size distribution is the most concentrated and the delay accuracy is the highest，which are better meet requirements of the manufacture of Si-series delay composition.Air milling silicon powder with different particle size can be used for Si-series delay composition of different burning rate.In the absence of antimony trisulfide the delay accuracy of the high-latency Si-series delay composition can be remarkably improved.

[KEY WORDS]air milling silicon powder；size distribution；Si-series delay composition；delay accuracy

作者簡(jiǎn)介:伍富全(1978～)，男，工程師，主要從事民爆器材及爆炸技術(shù)研究。E-mail:wfquan146@ sohu.com

收稿日期:?2015-06-29

doi:10.3969/j.issn.1001-8352.2016.02.011