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低密度雪花硝酸铵及其制备方法

admin 2020年01月16日 10:55 views 0

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低密度雪花硝酸铵及其制备方法

本发明涉及一种用于农业氮肥和工业炸药主成份氯化剂的硝酸铵及其制备方法,特别是一种适用制备无梯膨化硝铵炸药的低密度雪花硝酸铵及其制备方法。该低密度雪花硝酸铵由结晶粉末硝酸铵和复合膨松剂组成。

讫今矿山工程爆破使用的、由硝酸铵(AN)和梯恩梯(TNT)为主要成分组成的粉状岩石硝铵炸药,仍然是当今工业炸药的主要品种,并广泛应用。但还存在二大问题:(1)该类炸药中含有较大比例的TNT,其毒性很大,在制造和使用过程中既危害人体健康,又污染环境。(2)主成份硝酸铵具有易吸湿性、随温度变晶性、盐桥重结晶性和受重挤压下颗粒的易固结性等物理特性,使工业炸药在储存及使用中易吸湿、结块,影响爆炸性能,甚至失效。上述问题成为急需解决而长期未解决的技术难题。

80年代,中国专利ZL91107051.6(1992)研制成功含膨松硝铵、不含TNT的无梯膨化硝铵炸药,由于膨松硝铵具有低密度、比表面大(为普通硝酸铵比表面的四倍)、孔隙多、形状不规则、低的吸湿性及自敏化等特性,所以制得了不含TNT、贮存期内不易结块、爆炸性能优良、低成本(每吨可节约200元成本费用)的无梯膨化硝铵炸药,为工业炸药的研制及发展开辟了一条新的技术途径。但该技术在实际应用过程中尚存在以下问题必须解决:(1)目前低密度膨松硝铵的制备在工业炸药厂实施,由于所有的工业炸药厂没有生产该品种硝酸铵的生产设备,所以要新设计一条年产万吨膨松硝铵的生产线耗资巨大,并需二年左右的建厂和试车时间。(2)在工业炸药厂新建膨松硝铵生产线上投产时,必须采用固体硝酸铵作为原料,在溶解槽中加入水重新溶解,以制备硝酸铵母液,必然带来成品成本高、燃料动力消耗大等缺陷。(3)前人研制选用的膨化材料,存在表面活性剂性能单一,价格昂贵,膨化硝铵制造工艺过程要求严格,膨化处理的硝铵易发硬、孔隙少等缺陷。如何解决现有技术存在的问题,加快新品种工业炸药--无梯膨化硝铵炸药的发展速度,已成为当今低密度雪花硝铵技术领域急待解决的技术难题。

本发明的目的在于克服背景技术有不足,设计提供一种低密度雪花硝酸铵制备方法。不采用商品固体硝酸铵作原料,并提供一种使结品硝酸铵在贮存期不易结块、保持优良的松散度、生产及使用方便、安全的新型膨化材料。

本发明构思:在设计的低密度雪花硝酸铵组成中,添加由阴阳离子表面活性剂和其它助剂复配制成性能互补、成本低廉、能解决结晶硝酸铵固有缺陷的多元复合膨松剂体系。针对结晶硝酸铵的晶体结构和物理特性,该多元复合膨松剂,必须由发泡剂、分散剂、憎水剂、增塑剂和脱水剂组成。组成中的发泡剂主要作用是使结晶硝酸铵在真空减压析晶过程中,得到适量“微气泡”和“孔隙”,因而可大幅度降低硝酸铵的晶体密度。分散剂的主要作用是采用了活性基因与硝铵分子中铵离子在结构和外形上相似的表面活性剂,从而使硝酸铵从含有这种物质的溶液中析晶时,活性基团依附在硝酸铵界面上,使晶体生成膨松的针状或树枝状硝铵结晶,起到提高制品松散度作用;憎水剂主要起防潮作用,防止环境湿气的侵入,并改善制品的外观商品性;脱水剂的配合,基于它在制品贮存期内,能吸收硝酸铵中的水分形成类似Mg(NO3)2·6H2O结晶水合物,此脱水作用,增强了制品的防结块能力;增塑剂能减少制品的粉化程度,避免制品粉尘从结晶机真空系统排出,增塑剂还能改善制品的亲油能力,亦可降低制品成本。其中由起发泡作用为主的阳离子表面活性剂和起晶控作用的阴离子表面活性剂的设计最为关键:复合表面活性剂克服单一阴离子型或阳离子型表面活性剂的缺点,电性相反的表面活性剂离子之间的相互作用,增强了表面的活性,更有效降低AN的表面能,使憎水剂基因在AN颗粒外围形成更密集的憎水薄膜,因而更有效地阻止了空气中水分子进入AN颗粒中,大大提高了制品的防吸湿性能。

根据上述构思,设计了一个组元性能互补的多元复合膨松剂体系;起膨化作用的发泡剂必须采用带长链烷基胺的阳离子表面活性剂;起主体晶控作用的分散剂必须采用含极性基-COOH、-SO4H、-SO3H、-PO4H的平面构型阴离子表面活性剂;憎水剂采用低熔点易成膜材料,这点物质主要是长链脂肪酸及其盐类、聚酯等;脱水剂选用可起脱水作用的无水无机盐类;增塑剂采用亲水-亲油平衡值(HLB值)较小、亲油的廉价材料,这类物质为沥青、芳烃矿物油、烷烃矿物油、蜡、矿脂等。

本发明的复合膨松剂组成(以质量%计)如下:50∽80发泡剂:十八烷基伯胺或十八伯胺醋酸盐或十八烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵5∽15分散剂:羧甲基纤维素或亚甲基双萘磺酸钠或纤维素硫酸酯钠盐或亚甲基苄基萘磺酸钠5∽15憎水剂:高十八碳硬脂酸或聚酯或硬脂酸或硬脂酸铈5∽10增塑剂:凡士林或地蜡或微晶石蜡或复合蜡5∽10脱水剂:硫酸镁或硝酸镍或硫酸铝或硝酸镁本发明的最佳组成(以质量%计)如下:60发泡剂:十八烷基三甲基氯化铵15分散剂:羧甲基纤维素10憎水剂:硬脂酸铈10增塑剂:微晶石蜡5 脱水剂:硫酸镁本发明中低密度雪花硝酸铵的制备方法构思:采用目前化肥厂生产结晶粉末硝酸铵传统的真空减压结晶设备,直接采用结晶硝铵生产线上、从二段蒸发得到的浓度为90%∽92%的硝酸铵母液,加入少量复合膨松剂,在高真空减压条件下析晶干燥,即可制得低密度雪花状硝酸铵。

根据上述构思,实施本发明而设计的低密度雪花硝酸铵制备方法和步骤是:首先在结晶机内加入计量的复合膨松剂(加入量为处理硝酸铵质量的0.1%∽0.3%),然后在负压下吸入浓度为90%∽92%的计量硝酸铵母液,结晶机内混合液温度一般为120∽135℃,然后卸压搅拌混合搅拌5min;最后停止搅拌,快速抽真空,机内物料迅速膨化析晶,析晶时真空度为0.07∽0.095MPa,析晶干燥时间为5∽15min,即得水分含量≤0.3(以质量%计)的低密度雪花硝酸铵。

若制造普通松散型抗硬化结晶硝酸铵(制品堆密度为0.5∽0.7g/cm3),应在不停止搅拌条件下进行真空减压析晶操作。

本发明制备低密度雪花硝酸铵的最佳工艺条件如下:批处理硝酸铵母液质量  800kg硝酸铵母液浓度        90%∽92%添加剂加入浓度        0.15%结晶真空度            0.095MPa硝酸铵母液温度        110∽115℃真空析晶时机内工艺温度120℃真空减压干燥时间      8min本发明与现有技术相比具有以下优点:1本发明制造低密度雪花硝酸铵的工艺实施技术途径合理:在结晶硝酸铵生产线上,直接采用浓度为90%∽92%的硝酸铵母液,加入少量复合膨松剂,制得低密度雪花状硝酸铵。该方法有利于工业化实施和大批量生产,既为硝酸铵厂充分利用了现有设备,开发了一个无梯膨化炸药需求的低密度雪花硝酸铵,又为工业炸药厂节省了投资和时间,故有工业化推广应用价值。

2成功地将阴阳两类表面活性剂同时引入膨松剂组成,并添加入憎水剂、增塑剂等助剂,制得综合性能优良的复合膨松剂。

3应用于结晶硝酸铵中,显著改善了结晶硝酸铵的物理性能,制得比表面大、孔隙多、低密度、流散性好、热稳定性优良和贮存期长的雪花状硝酸铵。

本发明的具体实施例如下:实施例1按本发明最佳配方(以质量%计)如下:99.85  结晶硝酸铵0.15   复合膨松剂其中复合膨松剂按如下的最佳组成(以质量%计)实施:

60发泡剂:十八烷基三甲基氯化铵15分散剂:羧甲基纤维素10憎水剂:硬脂酸铈10增塑剂:微晶石蜡5 脱水剂:硫酸镁(1)复合膨松剂的制备:将硫酸镁50g和羧甲基纤维素150g分别在90∽100℃和60∽70℃烘箱中烘4h,然后同十八烷基三甲基氯化铵600g和粉碎后细度过250μm筛80%以上的硬脂酸铈100g和微晶石蜡100g,一起加入双层双螺旋结构的搅拌机内,进行混拌30∽40min后,出料即制成粉状复合膨松剂。

(2)本发明的制造:称取1.2kg复合膨松剂,从结晶机加料孔加入上述计量复合膨松剂;在负压下吸入浓度为90%∽92%的硝铵母液(硝酸铵质量约800kg),在搅拌下升温至120℃,搅拌5min,使硝酸铵和膨松剂混合均匀;然后停止搅拌,快速抽真空,应在1∽2min内负压达到0.09MPa,此时结晶机内物料迅速膨化析晶,维持真空干燥8min,即制得水份含量≤0.3(以质量%计)的低密度、流散性良好的雪花状硝酸铵。

利用上述制造方法制成的低密度雪花硝酸铵的性能,其外观洁白,膨松良好,纯度为99.75%,水分0.16%,堆密度0.40g/cm3,贮存12个月后产品外观物理状态良好,松散度为95%,不结块,不硬化。

本发明制造参照实施例1利用本发明制成的低密度雪花硝酸铵,与复合油、木粉(质量配比为:低密度雪花硝酸铵92.0%、复合油4.0%、木粉4.0%),在轮碾机内热混制成的无梯岩石膨化硝铵炸药的性能,测试结果参见表1。

表1  制品技术性能<tables id="table1" num="001"><table>性能参数由本发明制成无梯膨化炸药的实测值技术指标水分,    %装药密度,g/cm3爆速,    m/s猛度,    mm殉爆距离,cm0.180.86∽0.93380215.76≤0.30.85∽0.95≥3200≥12≥4</table></tables>实施例3按本发明配方(以质量%计)如下:99.80 结晶硝酸铵0.20  复合膨松剂其中复合膨松剂按如下组成(以质量%计)实施:50发泡剂:十八烷基伯胺15分散剂:纤维素硫酸酯钠盐15憎水剂:聚酯10增塑剂:复合蜡10脱水剂:硫酸铝本发明的制造参照实施例1采用热分析仪,对本发明制品进行了差示扫描量热分析(DSC),研究了复合膨松剂和低密度雪花硝酸铵的热分解谱,测试结果参见表2。

表2    DSC试验结果<tables id="table2" num="002"><table>例子类别试样名称数据来源T初始热分解温度℃T最终热分解温度测试日期比较例实施例比较例参考例实施例比较例实施例膨松剂复合膨松剂复合膨松剂未膨化结晶硝铵轻质膨松硝铵低密度雪花硝酸铵未膨化结晶硝酸铵低密度雪花硝酸铵ZL91 1 07051.6本发明制品本发明制品对比测试ZL91 1 07051.6本发明制品对比试样本发明制品176.35199.95181.5418.3530.84527.5248.2250.2256.7271.43275.1919921998.62000.21997199719972000.22000.2</table></tables>从表2可见:本发明制品复合膨松剂和含有复合膨松剂的低密度雪花硝酸铵比前人制品的耐热性优良,复合膨松剂的热分解温度远高于制造低密度雪花硝酸铵时的工艺温度,故生产使用过程安全。

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