CN1830923A - 一种用于烟花爆竹的复合氧化剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烟花爆竹的复合氧化剂，属于用于烟花爆竹行业的化工原料技术领域。本氧化剂以金属氧化物、硝酸钾、高氯酸钾、粘合剂为原料，首先将金属氧化物粉碎，将硝酸钾和高氯酸钾搅拌溶解，加入粘合剂，最后将金属氧化物粉体加入到溶液中，搅拌均匀，将混合物烘干、粉碎。本发明的复合氧化剂，所用的原料廉价易得，以其为主要成份组合成的复合氧化剂，不仅能使各自的氧化性能得到充分的发挥，而且由于相互作用产生了新的性能，用以替代已有的氧化剂，按传统工艺制作烟花爆竹，其摩擦感度为0％，撞击感度为4％，以任何方式撞击、摩擦都不会燃烧、爆炸，能确保烟花爆竹在生产、装卸、运输、仓储、销售等环节中的安全。

Description

一种用于烟花爆竹的复合氧化剂

技术领域

本发明涉及一种用于烟花爆竹的复合氧化剂，属于用于烟花爆竹行业的化工原料技术领域。

背景技术

烟花爆竹生产厂家现在普遍采用的生产工艺是，将外购的氧化剂、硫磺、铝银粉，按一定的重量比例混配拌匀，作制造鞭炮的配药；用氧化剂、硫磺、铝银粉、调色物质、造声物质等按一定比例混配拌匀，作制造烟花的配药。其中，氧化剂起着主导的作用，为燃烧、爆炸供氧，是烟花爆竹配药中的主要成分，占总量的50～75％。烟花爆竹爆炸力的强弱，危险还是安全，主要决定于其中的氧化剂种类及其比例。

现在烟花爆竹生产厂家使用的氧化剂普遍都是氯酸钾。因为氯酸钾有效供氧量高(39.2％)，可燃性好，便于调色，制作的烟花爆竹响声清脆，碎纸率高，还经济适用。但是，由于氯酸钾熔点低(365℃)，分解放氧温度低(400℃)，与硫磺、金属粉或有机物混配时，冲击感度和摩擦感度都很高(达100％)，对机械振动很敏感，稍有冲击和摩擦就引起爆炸。因此，用氯酸钾作为氧化剂的烟花爆竹，在生产、装卸、运输、仓储、销售等环节中，爆炸事故时有发生，造成重大恶性事故，使人民的生命财产遭受很大损失，对企业和工人都是一种安全威胁。

对于氯酸钾作烟花爆竹氧化剂的危险性已引起世界各国的共同关注。我国国务院于2002年发文严禁用氯酸钾配制烟花爆竹用药。澳大利亚规定含有氯酸钾的氧化剂不准与硫磺、雄磺、金属物混合。日本规定所有烟花不准含氯酸钾、氯六代苯。德国规定不准用氯酸钾与金属混合。美国规定所有烟花不准用氯酸钾。

为了免除氯酸钾的危害，中国专利03118049.3公开了“一种安全烟花鞭炮药剂组合物”的技术，它是由氧化剂、硫酸盐化合物、铝粉、珍珍岩粉、木炭粉按一定重量比组成。其中氧化剂为金属化物或有机碱硝酸盐，或它们的组合。所述的金属氧化为三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜、二氧化锰、氧化锌、氧化钴、氧化铝或它们的任意组合；所述的有机碱硝酸盐为硝酸脲、硝酸胍、硝基胍，或它们的任意组合。该专利中的氧化剂，不管是金属氧化物单独使用还是有机碱硝酸盐单独使用，或是两者组合起来使用都存在以下问题：

首先，所述的金属氧化物的生成热都很高，即负值很大，如三氧化二铁为-822.16千焦/摩尔，四氧化三铁为-1121千焦/摩尔等，不一一列举，它们要分解放氧被还原成单质就要吸收大量的热量。又加上它们的熔点很高，如三氧化二铁为1548℃，四氧化三铁为1540℃，要使它们熔化才能分解放氧，又要吸收不少热量，于是这些氧化物就要减少爆炸做功的能量贡献，即所谓“能量因子”就不大，必然降低爆炸能力。再就是所述的金属氧化物除铝以外都是副族元素，属较重的金属，按重量分数其氧含量并不算高。因此，金属氧化物不管怎么组合，从“能量因子”和供氧量上看单独做氧化剂，配成的火药爆炸能力并不强。

其次，所述的有机碱硝酸盐，即硝酸脲、硝酸胍、硝基胍，它们是一种猛炸药。例如硝基胍，威为为104％TNT当量，猛度为23.7mm(铝柱压缩值)。它的分解反应如下： ，可见它并不提供有效氧，不是氧化剂，它是一种用于军事的高能火炮发射药。将它用于民用的烟花鞭炮的火药是不可行的。首先是生产工艺复杂，使产品价格昂贵。例如硝基胍的生产，第一步是制造硝酸胍，然后经浓硫酸脱水得硝基胍。而生产硝酸胍要经过5个工艺过程，耗费大量能源，成本很高。其次是生产过程中的中间产物有氰化氢钙、氰化胺、双氰胺等氰化物，对环境十分有害。将它用于军事火炮是可以的，但是大量用于广大群众的生活，对环境不利。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于烟花爆竹的复合氧化剂，以提高生产的烟花爆竹的燃放性能和安全稳定性，同时使生产工艺简单、生产成本降低。

本发明提出的用于烟花爆竹的复合氧化剂，各成分的重量百分比为：

金属氧化物      30～80

硝酸钾          20～65

高氯酸钾        0～2

粘合剂          0.5～3

其制备方法包括以下步骤：

(1)将金属氧化物粉碎至800～1250目；

(2)将硝酸钾和高氯酸钾同时按比例加入到80～100℃的水中搅拌溶解，然后按比例加入粘合剂，连续搅拌10～20分钟，搅拌均匀；

(3)将金属氧化物粉体按比例边搅边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌20～40分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至600～1000目。

上述安全氧化剂中的金属氧化物为三氧化二铁、四氧化三铁和二氧化锰的混合物，其比例为：三氧化二铁∶四氧化三铁∶二氧化锰＝100∶0～40∶0～30。

本发明提出的用于烟花爆竹的复合氧化剂，具有以下优点：

本发明方法所用的原料硝酸钾、三氧化二铁及二氧化锰，都是廉价易得的氧化剂，以它们为主要成份组合成的复合氧化剂，不仅能使它们各自的氧化性能得到充分的发挥，而且由于相互作用产生了许多新的实际的性能。

1、其中的硝酸钾能够成为金属氧化物反应的引发剂。金属氧化物熔点高(三氧化二铁1548℃，二氧化锰1785℃)分解温度也高，反应需要高的活化能。硝酸钾熔点较低(334℃)，分解温度为400℃，能首先与烟花爆竹中的铝粉反应造成2000-2500℃以上的高温，快速引发整体反应的进行。

2、硝酸钾的有效供氧量比金属氧化物要高，可提高复合氧化剂的富氧值。硝酸钾又是金属氧化物的良好增孔剂，可显著地提高火药的燃速。当金属氧化剂细粉末与硝酸钾溶液的混合浆料干燥后，能使氧化剂形成多孔结构的物质，这种多孔氧化剂的粉末与可燃物混合可显著提高燃烧速度。

3、其中的三氧化二铁可以加速硝酸钾的分解，成为硝酸钾的燃速催化剂，使硝酸钾完全分解。硝酸钾在与可燃物反应时，分解出NO₂，进一步被还原成NO，而 的反应很慢，三氧化二铁的加入能形成活化中间体与NO作用，加速 反应的进程。硝酸钾能加速完全分解又促使铝粉的深度氧化。铝粉的燃烧产物AlO、Al₂O在活性氧作用下进一步氧化形成Al₂O₃，产生更多的能量，提高了爆炸力。

本发明方法中的催化剂的活性与金属氧化物的粒径和制备条件之间有着直接的关系。三氧化二铁、二氧化锰和硝酸钾等几种成分的加入必须进行微晶化处理，而不能只作简单的物理混合。只有当氧化物的微细颗粒进入至硝酸钾的结晶过程，形成结晶颗粒结构，它们的催化性能才能得到充分发挥。这里同时要求三氧化二铁等氧化物颗粒必须有足够的细度，实验证明800-1250目的粒度是必要的。

加入少量的高氯酸钾可提高氧化剂的性能。在有其它氧化物和硝酸钾存在的情况下，高氯酸钾对外界的撞击和摩擦已有了缓冲的余地，其性能变得更为稳定。但高氯酸钾有许多优点，如供氧量高(46.2％)，与铝银粉反应发热量大，当加入量低于5％时，既保证了安全又使氧化剂的性能有所提高。

粘合剂的加入形成很稀的胶体，能使几种比重差异很大的物质结晶微粒结合在一起，形成微晶化颗粒，以使后续的干燥、粉碎、分级始终保持均匀的体系，确保产品质量均一、稳定。更重要的是能使氧化剂颗粒表面有层薄膜，提高了耐磨擦和耐冲击的性能，达到降低机械感度，提高安全性的目的。

用本发明方法制备的氧化剂，替代已有技术中的氧化剂氯酸钾，按传统工艺配以硫磺、铝银粉、调色剂、造声剂等，制作烟花爆竹，其摩擦感度为0％，撞击感度为4％，以任何方式撞击、摩擦都不会燃烧、爆炸，能确保烟花爆竹在生产、装卸、运输、仓储、销售等环节中的安全。

具体实施方式。

实施例1

(1)将三氧化二铁55份、二氧化锰24份分别粉碎至1250目；

(2)将硝酸钾20份加入到80℃的水中搅拌溶解，然后加入玉米淀粉1份，连续搅拌15分钟，搅拌均匀；

(3)将上述三氧化二铁和二氧化锰的粉体边搅伴边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌30分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至1000目。

实施例2

(1)将三氧化二铁26份、四氧化三铁24份、二氧化锰12.5份分别粉碎至1000目；

(2)将硝酸钾34份、高氯酸钾0.5份分别加入到90℃的水中搅拌溶解，然后加入面粉3份，连续搅拌20分钟，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)的粉体边搅伴边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌40分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至900目。

实施例3

(1)将三氧化二铁30份、四氧化三铁13份、二氧化锰5份分别粉碎至1000目；

(2)将硝酸钾49份和高氯酸钾1份同时加入到95℃的水中搅拌溶解，然后加入羧甲基纤维素2份，连续搅拌20分钟，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)的粉体边搅伴边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌30分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至800目。

实施例4

(1)将三氧化二铁26.5份、四氧化三铁6份分别粉碎至800目；

(2)将硝酸钾65和高氯酸钾2份同时加入到100℃的水中搅拌溶解，然后加入羧甲基纤维素0.5份，连续搅拌20分钟，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)的粉体边搅伴边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌40分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至600目。

Claims (2)

1、一种用于烟花爆竹的复合氧化剂，其特征在于该氧化剂中各成分的重量百分比为：

金属氧化物    30～80

硝酸钾        20～65

高氯酸钾      0～2

粘合剂        0.5～3

其制备方法包括以下步骤：

(1)将金属氧化物粉碎至800～1250目；

(2)将硝酸钾和高氯酸钾同时按比例加入到80～100℃的水中搅拌溶解，然后按比例加入粘合剂，连续搅拌10～20分钟，搅拌均匀；

(3)将金属氧化物粉体按比例边搅边加入到步骤(2)的溶液中，继续搅拌20～40分钟，搅拌均匀；

(4)将上述混合物烘干至含水量小于0.2％，粉碎至600～1000目。

2、如权利要求1所述的安全氧化剂，其特征在于其中所述的金属氧化物为三氧化二铁、四氧化三铁和二氧化锰的混合物，其比例为：三氧化二铁∶四氧化三铁∶二氧化锰＝100∶0～40∶0～30。