一種煙花爆竹用抗結塊氧化劑及其製備方法與流程
2023-04-24 08:42:06
本發明涉及一種煙花爆竹用抗結塊氧化劑及其製備方法，屬於煙花爆竹製造領域。
背景技術：
《煙花爆竹安全與質量》GB10631-2013實施以來，因高氯酸鉀的安全性和儲存穩定性能好，現在國內生產爆竹所用的氧化劑均為高氯酸鉀。然而，高氯酸鉀的生產工藝均採用氯酸鉀二次電解的方法，每生產一噸高氯酸鉀需要八千多度電，消耗大量的電能和鉀資源，使得高氯酸鉀的成本較高，每噸價格高達近萬元，造成煙花爆竹企業的生產成本較高。此外，高氯酸鉀在儲存過程中容易結塊，增加煙花爆竹的生產難度，給產品質量帶來影響。因此找到能部分替代高氯酸鉀，具有既不結塊又不影響效能，且成本較低的氧化劑，是當前研究的重點和方向。
目前，少數企業利用高氯酸鉀、硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鋇等原材料混合製成複合氧化劑、晶格組合氧化劑等，一些研發機構製備出來添加催化劑的複合氧化劑等，但這些氧化劑在燃放性能、貯存安定性、結塊性等方面存在著一定缺陷。造成不足的原因可能是高氯酸鉀與硝酸鹽類之間的分解溫度差異性較大，將其混合後會影響放氧速率，進而影響煙花爆竹的燃放效果。此外，由此種氧化劑生產的爆竹產品貯存一段時間後，爆響度降低，接火能力下降，燒成率達不到要求。因此這類複合氧化劑得不到企業的認可。
技術實現要素：
針對現有的煙花爆竹用氧化劑存在的缺陷，本發明的目的是在於提供一種儲存過程不易結塊、穩定性好，且能用於製備爆響度好、接火能力強、燒成率高、熱穩定性好、吸溼率、摩擦感度、撞擊感度等均能達到國家標準要求的煙花爆竹的氧化劑。
本發明的另一個目的在於提供一種過程簡單、成本低製備所述氧化劑的方法。
為了實現上述技術目的，本發明提供了一種煙花爆竹用抗結塊氧化劑，該氧化劑包含高氯酸鉀和硝酸鋇氧化組分，以及氣相二氧化矽與酒石酸和/或酒石酸鉀鈉添加劑組分。
優選的方案，氧化組分中高氯酸鉀和硝酸鋇按質量百分比(1％～40％):(60％～99％)組成；較優選為按質量百分比(5％～15％):(85％～95％)組成；最優選為按質量百分比10％:90％組成。
優選的方案，氣相二氧化矽為氧化組分質量(高氯酸鉀和硝酸鋇總質量)的0.5～5％，較優選為0.5～2％。
優選的方案，酒石酸和/或酒石酸鉀鈉為氧化組分質量的0.5～5％，較優選為0.5～2％。
本發明還提供了一種製備所述的煙花爆竹用抗結塊氧化劑的方法，該方法是將高氯酸鉀、硝酸鋇、氣相二氧化矽及酒石酸和/或酒石酸鉀鈉置於粉碎機中，進行粉碎及混合，粉碎至混合物料粒度≤400目，即得。
優選的方案，粉碎時間為15分鐘以上。
優選的方案，粉碎過程中加入玫瑰紅作為指示劑，以混合物料顏色均勻判斷為混合均勻。玫瑰紅的質量百分比含量不大於0.01％。
相對現有技術，本發明技術方案帶來的技術優勢：
(1)本發明的氧化劑具有放氧溫度低、速率快，能改善煙花燃放效果的特點。常規的氧化劑如高氯酸鉀分解溫度高於610℃，而硝酸鋇的分解溫度高於590℃，兩者分解溫度差異性較大，將其混合後會影響放氧速率，從而影響了煙花爆竹的燃放效果。而在本發明的氧化劑配方中通過採用了酒石酸鉀鈉或酒石酸等添加劑，能有效降低高氯酸鉀中Cl-O和硝酸鹽類中N-O的化學鍵能，較大程度下降低了高氯酸鉀及硝酸鋇的分解溫度，特別是對Cl-O鍵能降低較大，使高氯酸鉀和硝酸鋇分解溫度差異縮小，使其更加適合於煙火效應，能改善煙花燃放效果。從氣體產物壓力與時間的關係可以證明它的有效性。根據聯合國《關於危險貨物運輸的建議書測試與標準手冊》相關標準規定，當氣體產物壓力由0.69MPa(690千帕)上升至2.07MPa(2070千帕)所需時間≤5ms時即為爆竹白色炸藥，採用本發明氧化劑生產的爆竹藥經測定其時間為1.58ms，符合標準要求，由它生產的爆竹品質得到顯著提高。
(2)本發明的氧化劑能用於製備穩定性好、安全性高的煙花爆竹。氧化劑中的酒石酸鹽或酒石酸鉀鈉對煙花爆竹藥劑中的酸鹼成分起到配位效應，對酸鹼物質起到緩衝作用。特別是在藥劑粉粹過程和機械混合過程中由分子間作用力上升成為化學鍵作用力，提高了藥劑的安定性，抑制了長期貯存的副反應，提升了儲存性能。
(3)本發明的氧化劑能長期儲存，不結塊，不變質。一般氧化劑粒度越小，用於煙花爆竹時，效果越顯著，但是氧化劑顆粒越小，其儲存過程越容易結塊，不利於長期保存，容易變質。本發明的氧化劑配方通過採用氣相二氧化矽，有效地解決了氧化劑不能長期保存的問題，氣相二氧化矽一方面能減少顆粒之間的相互作用，增加了物質之間的流散性，大大減少了結塊的機率，氧化劑粒度≤800目可以長期保存，另一方面，氣相二氧化矽能及時吸附少量水分等，保持氧化劑乾燥，提高了氧化劑儲存穩定性，防止其變質。
(4)本發明的氧化劑可以製備爆響度好、接火能力強、燒成率高、熱穩定性好、吸溼率、摩擦感度、撞擊感度等均能達到國家標準要求的煙花爆竹。
(5)本發明的氧化劑製備過程中使用了玫瑰紅，可直觀判斷藥劑混合的均勻性。
(6)本發明的氧化劑生產成本低。氧化劑採用廉價的硝酸鋇主要原料替換大部分價格較貴的高氯酸鉀，每噸產品可以降低成本5000元左右；同時，工藝簡單化，生產一噸本發明的氧化劑可以節電4500度，具有較大的經濟效應和社會效益。
具體實施方式
以下結合實施例旨在進一步說明本發明內容，而非限制本發明權利要求保護範圍。
實施例1
將質量百分比高氯酸鉀10％，硝酸鋇90％組成的混合物，外加佔混合物總質量0.5％的酒石酸鉀鈉和0.5％的氣相二氧化矽，以及添加原料0.009％的玫瑰紅，置於粉碎機中，進行粉碎及混合20min左右，粉碎至混合物料粒度≤400目，以混合物料顏色均勻判斷為混合均勻，得到氧化劑。最後將氧化劑與可燃劑1:1混合物組成煙花爆竹藥劑，生產爆竹。爆竹依據SN/T0306.4-2006、GB10631-2013、聯合國標準等，經過檢測得出：
爆響率達到95％以上；
燒成率達到98％以上；
聲級：聲級值≤120dB(最大聲級值118.6dB，最小聲級值112.3dB，平均聲級值116.9dB)；
氣體產物壓力從0.69MPa上升至2.07MPa的時間為1.58ms；
煙火藥的pH值在5～9範圍內；
煙火藥水分≤1.5％；
煙火藥吸溼率≤2.0％；
煙火藥熱安定性為在75℃±2℃、48h條件下，無肉眼可見分解現象，且燃燒效果無改變；
煙火藥撞擊感度(≤50％)：4％；
煙火藥摩擦感度(≤60％)：22％；
著火溫度為(180℃以上)：225.2℃；
高氯酸鉀市場價9200元/噸，硝酸鋇3500元/噸，配合物和氣相二氧化矽用量少，成本忽略不計，那麼生產一噸本發明氧化劑需要的費用：
高氯酸鉀：9200×10％＝920(元)；
硝酸鋇：3500×90％＝3150(元)；
其他生產成本：800元；
總計成本：4150元；
經濟效益：9200-4150＝5050(元)。