利用回收溶劑制備某含RDX傳爆藥的工藝研究

曹 浩，楊偉濤，趙東奎，楊 渤，楊少紅

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利用回收溶劑制備某含RDX傳爆藥的工藝研究

曹 浩，楊偉濤，趙東奎，楊 渤，楊少紅

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

為降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染，采用含奧克托今（HMX）和黑索今（RDX）傳爆藥生產(chǎn)過程中的回收溶劑制備了某含RDX傳爆藥。首先對不同工藝過程回收的溶劑進(jìn)行組分分析，測定了冷凝回收溶劑中各組分含量，然后采用二元、三元混合溶劑模擬橡膠溶解過程，最后采用回收溶劑制備了RDX基傳爆藥，并對其全組分進(jìn)行了表征?；厥杖軇┓治鼋Y(jié)果表明，回收溶劑中主要成分為乙酸乙酯，含量在94.9%以上，同時(shí)回收溶劑中含有少量石油醚和水。溶膠試驗(yàn)表明回收溶劑中的石油醚和水的含量均低于3%，不會(huì)影響氟橡膠溶解質(zhì)量，可用于溶解氟橡膠。RDX基傳爆藥性能表征結(jié)果表明，3批樣品質(zhì)量穩(wěn)定性好，組分含量符合設(shè)計(jì)要求。

含RDX傳爆藥；回收溶劑；組分；表征；含量

傳爆藥是一種以高能炸藥為主體的壓裝用高分子粘結(jié)炸藥，具有傳爆性能穩(wěn)定、不容易殉爆特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的壓制性能、工藝性能[1-3]。

火炸藥工業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要污染源之一，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生各種污染物，以氣體、液體和固體等形態(tài)排入環(huán)境[4]。某RDX基傳爆藥采用水懸浮-蒸發(fā)法造粒工藝生產(chǎn)，先用乙酸乙酯將氟橡膠溶解形成粘結(jié)劑溶液，滴加到RDX與水的懸浮液中，在攪拌、抽真空和加熱條件下，蒸發(fā)溶劑，使氟橡膠包覆RDX形成顆粒，經(jīng)烘干去除水分，再篩選、鈍化形成最終產(chǎn)品。傳爆藥生產(chǎn)工藝采用乙酸乙酯作為溶劑，生產(chǎn)過程中冷凝收集的乙酸乙酯純度較高，但目前都直接銷毀或排放至廢水管網(wǎng)，造成極大污染和浪費(fèi)[5-8]。利用溶劑再回收利用，按1條60kg級炸藥生產(chǎn)線年均乙酸乙酯使用量計(jì)算，每年可有效節(jié)約成本40萬元。所以，利用回收乙酸乙酯制備某RDX基傳爆藥的工藝研究既有理論價(jià)值又有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本實(shí)驗(yàn)對回收的乙酸乙酯進(jìn)行組分分析研究，進(jìn)一步對該含RDX傳爆藥生產(chǎn)過程溶膠工藝和造粒工藝進(jìn)行研究，最終生產(chǎn)出合格的含RDX傳爆藥。研究結(jié)果可為回收乙酸乙酯的使用、利用回收乙酸乙酯制備合格的混合炸藥工藝條件制定提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 取樣

針對奧克托今（HMX）基、LLM105基和黑索今（RDX）基3種傳爆藥生產(chǎn)過程，每日生產(chǎn)結(jié)束后收集回收溶劑1次，收集時(shí)先將回收罐靜置30min以上，然后將底層水放掉，觀察無分層后，留取上層溶劑。

1.2 冷凝回收后的乙酸乙酯的組分含量

采用氣相色譜（Agilent 4890氣相色譜儀）對HMX基、LLM105基和RDX基傳爆藥生產(chǎn)中的回收溶劑進(jìn)行組分分析。

1.3 回收溶劑的溶膠試驗(yàn)

將氟橡膠進(jìn)行破碎，采用乙酸乙酯、石油醚和水的二元及三元混合物，溶解氟橡膠，觀察溶解現(xiàn)象。試驗(yàn)在40℃條件下，攪拌速度300轉(zhuǎn)/min進(jìn)行，連續(xù)攪拌5h，觀察并記錄氟橡膠的溶解現(xiàn)象。

1.4 回收溶劑的造粒試驗(yàn)

使用回收溶劑溶解氟橡膠，并進(jìn)行造粒、洗滌、干燥、篩選及混石墨，采用QUANTA FEG 250掃描電鏡對樣品進(jìn)行表征，并對3個(gè)批次樣品進(jìn)行組分含量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 冷凝回收后的乙酸乙酯的組分含量

對HMX基、LLM105基和RDX基傳爆藥回收溶劑分別取樣進(jìn)行組分分析，圖1～3為3種不同回收溶劑的氣相色譜圖，回收溶劑的成分含量見表1。由圖1~3可見，標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜分離效果良好，圖上從左到右依次是水、乙酸乙酯、石油醚的峰。保留時(shí)間依次為0.15min，0.21min和0.28min。

表1 不同種類回收溶劑的成分

Tab.1 Components of recovered solvent for various booster production

圖1 HMX基傳爆藥生產(chǎn)過程回收溶劑色譜圖

圖2 LLM105基傳爆藥生產(chǎn)過程回收溶劑色譜圖

圖3 RDX基傳爆藥生產(chǎn)過程回收溶劑色譜圖

由表1可見，HMX基和兩種不同型號RDX基傳爆藥回收溶劑中大部分為乙酸乙酯，同時(shí)還含有少量水分和一部分石油醚。不同傳爆藥生產(chǎn)后回收的溶劑中的水分含量小于3%，與常溫下水在乙酸乙酯中的溶解度為2.94%吻合。回收溶劑中石油醚的含量分別為2.8%、2.4%和1.0%，此數(shù)據(jù)與生產(chǎn)投料量相比，明顯偏小，可能的原因是石油醚的揮發(fā)性強(qiáng)于乙酸乙酯，在混合炸藥試制線的回收條件下，大部分石油醚以氣態(tài)的形式揮發(fā)了。

2.2 回收乙酸乙酯的溶膠工藝研究

傳爆藥采用氟橡膠作為粘結(jié)劑，氟橡膠是由偏氟乙酸與全氟丙烯共聚而成的彈性體，具有良好的貯存穩(wěn)定性，它在低分子酮類和酯類溶劑中具有良好的溶解性。膠溶液穩(wěn)定性好，放置5d看不出變化，無分層，不析出膠。為了研究回收溶劑中少量石油醚和水對傳爆藥溶膠質(zhì)量的影響，并確定使用回收溶劑的溶膠工藝，進(jìn)行了以下工藝模擬試驗(yàn)。

2.2.1 乙酸乙酯-石油醚混合溶液溶解氟橡膠的工藝試驗(yàn)

乙酸乙酯對氟橡膠具有極好的溶解能力，而純石油醚對氟橡膠不能溶解，乙酸乙酯中夾雜了石油醚可能會(huì)對其溶解效果產(chǎn)生不利影響。為此，分別配制了不同比例的乙酸乙酯-石油醚混合溶液，觀察混合溶液對氟橡膠的溶解能力。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同配比的乙酸乙酯-石油醚二元溶液溶解氟橡膠的溶解現(xiàn)象

Tab.2 Solution phenomenon of rubber in ethyl acetate/mineral ether binary mixtures with different ratio

由表2可見，當(dāng)乙酸乙酯-石油醚混合溶液中石油醚含量達(dá)到60%以上時(shí)，才會(huì)對氟橡膠溶解過程產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了排除乙酸乙酯總量不夠可能導(dǎo)致氟橡膠溶解不完全的可能性，項(xiàng)目組采用純乙酸乙酯進(jìn)行溶解試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表3。

表3 純乙酸乙酯溶解氟橡膠的溶解現(xiàn)象

Tab.3 Solution phenomenon of rubber in pure ethyl acetate

由表3試驗(yàn)結(jié)果可見，40℃條件下，純乙酸乙酯對氟橡膠的溶解極限大約為10:1。對比表2、表3中序號4的試驗(yàn)現(xiàn)象，可以看出乙酸乙酯-石油醚混合溶劑中石油醚對溶解有一定的抑制作用。為研究石油醚的加入對已經(jīng)完全溶解的乙酸乙酯-氟橡膠溶液是否會(huì)產(chǎn)生不利影響，采用400mL乙酸乙酯完全溶解40g氟橡膠后，加入不同量的石油醚，觀察溶液質(zhì)量變化，結(jié)果見表4。

由表4可見，氟橡膠能否完全溶解，取決于混合溶劑中乙酸乙酯的絕對量，石油醚的抑制作用很小。已經(jīng)完全溶解的乙酸乙酯-氟橡膠溶液中再加入同體積的石油醚，不會(huì)導(dǎo)致膠體析出，石油醚只對溶液起稀釋作用。

表4 石油醚加入量對乙酸乙酯-氟橡膠溶液的影響

Tab.4 The influence of mineral ether addition on the solution of rubber in ethyl acetate

2.2.2 乙酸乙酯-水混合溶劑溶解氟橡膠的工藝試驗(yàn)

水在乙酸乙酯中的溶解度為2.94%（常溫），且不能溶解氟橡膠，已知3種回收溶劑中水含量均低于此值。故研究水對乙酸乙酯溶解氟橡膠的影響時(shí)，采用飽和水后的乙酸乙酯進(jìn)行溶解試驗(yàn)。取360mL乙酸乙酯、100mL水加入到三口瓶中，常溫下攪拌2h。靜置1h分層，用分液漏斗除去底層水。將有機(jī)層加入到三口瓶中，加熱到40℃，在攪拌條件下加入40g氟橡膠，觀察溶解情況。大約5h后，氟橡膠被完全溶解。結(jié)果表明，飽和水的乙酸乙酯可以完全溶解氟橡膠。

2.2.3 乙酸乙酯-石油醚-水混合溶劑溶解氟橡膠的工藝試驗(yàn)

配制不同濃度比例的乙酸乙酯-石油醚-水混合溶劑，按照傳爆藥生產(chǎn)工藝的要求，溶解氟橡膠，并觀察溶液的穩(wěn)定性。模擬生產(chǎn)條件，在1 000mL三口燒瓶中加入450mL不同配比的混合溶劑，在攪拌條件下加入粉碎過的12g氟橡膠FPM2603，在40℃恒溫條件下攪拌5h，觀察不同配比的乙酸乙酯-石油醚-水混合溶液的溶膠性能，并將溶解好的膠液倒入1 000mL三角燒瓶中，蓋塞靜置120h，觀察膠液的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 石油醚-水分-乙酸乙酯三元混合物對氟橡膠的溶解現(xiàn)象

Tab.5 Solution phenomenon of rubber in ternary mixtures composed by ethyl acetate, mineral ether and water

由表5可見，在回收溶劑組分配比的情況下，回收溶劑對橡膠溶解良好，穩(wěn)定不分層。

2.3 利用回收溶劑制備含RDX傳爆藥

本實(shí)驗(yàn)利用表1中3種回收溶劑制備了RDX基傳爆藥，外觀及內(nèi)部形貌見圖4。非回收溶劑制備的RDX基傳爆藥內(nèi)部形貌見圖5。對相同制備條件下的3批樣品進(jìn)行組分分析，并與非回收溶劑制備的3個(gè)批次的RDX基傳爆藥對比，結(jié)果見表6。由圖4~5及表6可見，形貌、組分測試結(jié)果與非回收溶劑制備的炸藥一致，且3個(gè)批次的樣品組分分析結(jié)果一致性好，均滿足相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求，無質(zhì)量問題。

圖4 回收溶劑制備的炸藥外觀及內(nèi)部形貌

圖5 非回收溶劑制備的炸藥內(nèi)部形貌

表6 RDX基傳爆藥樣品組分測試結(jié)果

Tab.6 Proportion of RDX-based booster

3 結(jié)論

（1）本研究結(jié)果表明乙酸乙酯-石油醚-水混合溶劑中石油醚含量小于20%，水分含量小于3%時(shí)，不會(huì)影響氟橡膠的溶解質(zhì)量。3類傳爆藥生產(chǎn)過程的回收溶劑均可用于溶解氟橡膠。

（2）研究過程中利用3種不同炸藥的回收溶劑制備出的某含RDX傳爆藥均滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求。因此，判斷含HMX和RDX傳爆藥的回收溶劑可以用于某含RDX傳爆藥的生產(chǎn)。

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Research of RDX-based Booster Production Process Using Recycled Solvent

CAO Hao，YANG Wei-tao，ZHAO Dong-kui，YANG Bo，YANG Shao-hong

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an, 710065)

In order to reduce the cost and the pollution of production, the recycled solvent during HMX-based and RDX-based booster production were collected and reused to produce RDX-based booster explosive. The component content and IR were used to analyze the content of each components, the binary and ternary mixture were used to study the solution of rubber binder. At last, the RDX-based booster was produced using recycled solvent and characterized. The results indicated that the main component of the recycled solvent was ethyl acetate, whose content was above 94.9%. The recycled solvent also contained tiny amount of mineral ether and water. The solution tests of rubber in mixed solvent showed that the content of mineral ether and water was lower than 3%, which would not influence the solution process of rubber. The characterization of RDX-based booster indicated that the booster had satisfied uniformity, the component content can meet the design requirement.

RDX-based booster；Recycled solvent；Components；Characterization；Content

1003-1480（2019）02-0011-04

TQ564.3

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.003

2018-11-27

曹浩（1990 -），男，助理工程師，主要從事混合炸藥工藝研究。