CN103922873B - 一种膨化剂及其在硝酸钡轻质化改性中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种膨化剂及其在硝酸钡轻质化改性中的应用。所述膨化剂的组分及质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O475～80%，草酸钾K2C2O45～10%，草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]5～10%，催化功能膨化剂0～5%。使用本发明的膨化剂进行硝酸钡轻质化改性，既能降低硝酸钡的密度以提高硝酸钡反应活性，又能降低工艺危险性和降低生产成本，还能保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果。

Description

一种膨化剂及其在硝酸钡轻质化改性中的应用
技术领域
本发明属于烟火药技术领域，特别是一种膨化剂及其在硝酸钡轻质化改性中的应用。
背景技术
硝酸钡Ba(NO3)2是一种烟火药剂配方常用的氧化剂材料，在烟火技术领域的军工或民用范畴均有广泛应用。在各种烟火药氧化剂材料中，硝酸钡具有来源广泛、价格低廉、本质安全等优点，但还存在密度较大、反应活性低等缺陷。
中国发明专利“一种花炮氧化剂硝酸钡的轻质化改性方法”（申请号：201010129564.7，公开日：2011-09-28）公开了一种花炮氧化剂硝酸钡的轻质化改性方法，其采用碳酸铵、碳酸氢铵、草酸铵、硝酸铵中的一种或两种或两种以上的混合物作为无机发泡剂，在降低硝酸钡的密度的同时提高硝酸钡的反应活性。
但该方法存在不足：在使用无机发泡剂（即膨化剂）时，如采用碳酸铵(NH4)2CO3与碳酸氢铵NH4HCO3，则产物中将混有含量较多且完全不参与烟火药燃烧反应的碳酸钡BaCO3杂质，使烟火制品的燃放效果降低；如采用硝酸铵NH4NO3，由于硝酸铵热分解温度低，属易爆危险品，将增加工艺危险性；如全部采用草酸铵(NH4)2C2O4，虽然工艺危险性不大，但由于发泡剂完全消耗而不体现在产物中，将使生产成本大幅度增加。
总之，现有技术存在的问题是：花炮氧化剂硝酸钡的轻质化改性过程中，所采用的膨化剂无法同时满足既能降低烟火药氧化剂硝酸钡的密度以提高硝酸钡反应活性，又能降低工艺危险性和降低生产成本，还能保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果的多项要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膨化剂及其在硝酸钡轻质化改性中的应用，不但制取的轻质化硝酸钡，密度小，反应活性高，而且工艺危险性小，生产成本低，不降低含硝酸钡烟火制品的燃放效果。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种膨化剂，其组分与质量百分含量为：
草酸铵(NH4)2C2O475～80%，
草酸钾K2C2O45～10%，
草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]5～10%，
催化功能膨化剂0～5%。
作为优选，所述催化功能膨化剂为草酸钡BaC2O4﹑草酸铜CuC2O4﹑草酸铁Fe2(C2O4)3﹑草酸亚铁FeC2O4﹑草酸铁钾K3[Fe(C2O4)3﹑草酸铁钠Na3Fe(C2O4)3﹑草酸锑Sb2C2O4﹑草酸锶SrC2O4﹑草酸镍Ni2C2O4﹑草酸亚锡SnC2O4﹑草酸钠Na2C2O4﹑草酸三氢钾KH3(C2O4)2﹑草酸钙CaC2O4﹑草酸镁MgC2O4﹑草酸锌ZnC2O4﹑草酸铝Al2(C2O4)3中的至少一种。
实现本发明另一目的的技术解决方案为：一种膨化剂在硝酸钡轻质化改性中的应用。
制备轻质化硝酸钡包括如下步骤：
31）制备硝酸钡热饱和溶液：将成品工业硝酸钡与水按质量比20：100的比例混合后加热至100℃；
32）加入膨化剂：将膨化剂按硝酸钡质量的5～15%添加至硝酸钡热饱和溶液中；
33）浓缩结晶：将加入了膨化剂的硝酸钡热饱和溶液加热浓缩，蒸发结晶，得到混杂有膨化剂的硝酸钡；
34）强热发泡：将混杂有膨化剂的硝酸钡强热发泡，至物料表面不再有气体逸出为止，所得到的即为微观结构疏松多孔的大颗粒轻质化硝酸钡。
作为方法的优选，所述强热发泡（34）步骤中，强热发泡温度为380～450℃。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
在保持既降低烟火药氧化剂硝酸钡密度又增加硝酸钡反应活性的应用功能的同时，使生产成本降低﹑工艺危险性降低并可保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果。
取得本发明显著效果的原因在于：试验结果表明，使用本发明的膨化剂，可以使硝酸钡形成蓬松多孔结构，降低硝酸钡的密度，使用不同的膨化剂，可以使硝酸钡的密度降低11.2%～17.3%，密度降低便于含硝酸钡烟火药剂的混制与产品装药；同时可使硝酸钡的熔点降低，使用不同的膨化剂，可以使硝酸钡的熔点降低17.3℃～33.8℃；烟火药氧化剂的热分解温度一般都在熔点附近，熔点降低则热分解温度降低，配方中氧化剂热分解温度降低则烟火药剂对点火起始能量以及持续燃烧能量的需求更低；因此，熔点降低可以增加硝酸钡的反应活性。此外，使用草酸盐混合物作为膨化剂，与使用易爆的硝酸铵作为膨化剂相比，可以使生产工艺的燃爆危险性降低，增加工艺操作安全性。第二，由于草酸铁﹑草酸铁铵﹑草酸钠Na2C2O4﹑草酸镁MgC2O4等草酸盐来源广泛﹑价格低廉，较使用硝酸铵或单纯使用草酸铵作为膨化剂，生产成本降低。第三，由于不使用碳酸盐或碳酸氢盐作为膨化剂，则产品中不会产生较多碳酸钡，碳酸钡不参加烟火药的燃烧反应，只是一种多余的杂质，这样的杂质过多的话就会影响含硝酸钡烟火药的燃放效果；使用混合草酸盐作为膨化剂，产品中碳酸钡杂质的量降低，有利于保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
具体实施方式
下面的实施例和对比例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。
本发明中，各种配料均为粒度200～300目的市售工业原料。设备均为常规设备。
按前文所述的步骤制备轻质化的硝酸钡，用于以下各实施例的恨不能测试。
各实施例中，烟火药氧化剂硝酸钡的性能均按相同的方法测试，具体如下：
性能 方法 仪器 参照标准
堆积密度 振实装填 振实密度计 GB∕T15814.2-1995
熔点 TG、DTA、DSC 热分析天平 GB∕T15814.3-1995
实施例1
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量5%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度450℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O480%﹑草酸钾K2C2O410%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]10%﹑其它催化功能膨化剂0%。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
实施例2
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量15%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度380℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O475%﹑草酸钾K2C2O410%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]10%﹑其它催化功能膨化剂5%。使用的催化功能膨化剂为草酸钡BaC2O4。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
实施例3
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量10%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度400℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O478%﹑草酸钾K2C2O49%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]9%﹑其它催化功能膨化剂4%。使用的催化功能膨化剂为草酸铜CuC2O4﹑草酸铁Fe2(C2O4)3等，两种材料的用量相同。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
实施例4
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量12%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度420℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O479%﹑草酸钾K2C2O48%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]10%﹑其它催化功能膨化剂3%。使用的催化功能膨化剂为草酸亚铁FeC2O4﹑草酸铁钾K3[Fe(C2O4)3﹑草酸铁钠Na3Fe(C2O4)3等，三种材料的用量相同。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
实施例5
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量7%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度390℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O480%﹑草酸钾K2C2O410%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]8%﹑其它催化功能膨化剂2%。使用的催化功能膨化剂为草酸锑Sb2C2O4﹑草酸锶SrC2O4﹑草酸镍Ni2C2O4﹑草酸亚锡SnC2O4等，四种材料的用量相同。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
实施例6
在硝酸钡水溶液中，加入硝酸钡质量8%的膨化剂，蒸发结晶后，在温度410℃下烘干膨化。膨化剂的组分与质量百分含量为：草酸铵(NH4)2C2O479%﹑草酸钾K2C2O410%﹑草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]10%﹑其它催化功能膨化剂1%。使用的催化功能膨化剂为草酸钠Na2C2O4﹑草酸三氢钾KH3(C2O4)2﹑草酸钙CaC2O4﹑草酸镁MgC2O4﹑草酸锌ZnC2O4﹑草酸铝Al2(C2O4)3等，六种材料的用量相同。所制得膨化硝酸钡的性能数据见表1。
对比例
选择100目分析纯硝酸钡作为对比参照物，其性能数据见表1。
表1膨化硝酸钡的性能对照表
试验结果表明，使用本发明的膨化剂，可以使硝酸钡形成蓬松多孔结构，降低硝酸钡的密度，使用不同的膨化剂，可以使硝酸钡的密度降低11.2%～17.3%，密度降低便于含硝酸钡烟火药剂的混制与产品装药；同时可使硝酸钡的熔点降低，使用不同的膨化剂，可以使硝酸钡的熔点降低17.3℃～33.8℃；烟火药氧化剂的热分解温度一般都在熔点附近，熔点降低则热分解温度降低，配方中氧化剂热分解温度降低则烟火药剂对点火起始能量以及持续燃烧能量的需求更低；因此，熔点降低可以增加硝酸钡的反应活性。
此外，使用草酸盐混合物作为膨化剂，与使用易爆的硝酸铵作为膨化剂相比，可以使生产工艺的燃爆危险性降低，增加工艺操作安全性；再者，由于草酸铁﹑草酸铁铵﹑草酸钠Na2C2O4﹑草酸镁MgC2O4等草酸盐来源广泛﹑价格低廉，较使用硝酸铵或单纯使用草酸铵作为膨化剂，生产成本降低；最后，由于不使用碳酸盐或碳酸氢盐作为膨化剂，则产品中不会产生较多碳酸钡，而碳酸钡不参加烟火药的燃烧反应，只是一种多余的杂质，这样的杂质过多会影响含硝酸钡烟火药的燃放效果；使用混合草酸盐作为膨化剂，产品中碳酸钡杂质的量降低，有利于保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果。在花炮氧化剂硝酸钡的轻质化改性过程中，可以同时满足既能降低烟火药氧化剂硝酸钡的密度以提高硝酸钡反应活性，又能降低工艺危险性和降低生产成本，还能保持含硝酸钡烟火制品的燃放效果的多项技术要求。

Claims (2)

1.一种膨化剂在硝酸钡轻质化改性中的应用，所述膨化剂的组分与质量百分含量为：
草酸铵(NH4)2C2O475～80％，
草酸钾K2C2O45～10％，
草酸铁铵(NH4)3[Fe(C2O4)3]5～10％，
催化功能膨化剂0～5％；
所述催化功能膨化剂为草酸钡BaC2O4﹑草酸铜CuC2O4﹑草酸铁Fe2(C2O4)3﹑草酸亚铁FeC2O4﹑草酸铁钾K3[Fe(C2O4)3]﹑草酸铁钠Na3Fe(C2O4)3﹑草酸锑Sb2C2O4﹑草酸锶SrC2O4﹑草酸镍Ni2C2O4﹑草酸亚锡SnC2O4﹑草酸钠Na2C2O4﹑草酸三氢钾KH3(C2O4)2﹑草酸钙CaC2O4﹑草酸镁MgC2O4﹑草酸锌ZnC2O4﹑草酸铝Al2(C2O4)3中的至少一种；
其特征在于，包括如下步骤：
31)制备硝酸钡热饱和溶液：将成品工业硝酸钡与水按质量比20：100的比例混合后加热至100℃；
32)加入膨化剂：将膨化剂按硝酸钡质量的5～15％添加至硝酸钡热饱和溶液中；
33)浓缩结晶：将加入了膨化剂的硝酸钡热饱和溶液加热浓缩，蒸发结晶，得到混杂有膨化剂的硝酸钡；
34)强热发泡：将混杂有膨化剂的硝酸钡强热发泡，至物料表面不再有气体逸出为止，得到轻质化的硝酸钡。
2.根据权利要求1所述的膨化剂在硝酸钡轻质化改性中的应用，其特征在于：所述强热发泡34)步骤中，强热发泡温度为380～450℃。
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