超细高氯酸铵粉体制备研究.pdf

2 0 0 9 年2 月超细高氯酸铵粉体制备研究邓国栋等 5 超细高氯酸铵粉体制备研究。 邓国栋刘宏英 南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 文章研究了用扁平式气流粉碎机对高氯酸铵 A P 进行超细化粉碎，探索出了最佳粉碎工艺条件，制 备了平均粒度为2p l n 的超细高氯酸铵 A P 粉体；分析了高氯酸铵 A P 超细粉碎过程中静电产生的原因，提出了 消除静电积累方法，保证了粉碎过程安全。 [ 关键词] 气流粉碎机高氯酸铵 A P 粒度 [ 分类号] T Q 5 6 0 ．4 1 引言 近年来，高新武器发展迅速，对推进剂燃速及能 量提出了很高的要求。目前提高推进剂燃速主要途 径之一是靠提高推进剂配方中氧化剂含量及加入超 细氧化剂。氧化剂粒度对推进剂燃速影响较大。 将氧化剂高氯酸铵 A P 超细化之后，制成的推 进剂的燃烧速度较普通的推进剂燃烧速度快5 一1 0 倍，这对制造高性能火箭与导弹十分有利J 。 由于高氯酸铵 A P 属易燃易爆材料，对其超细 粉碎具有很大的难度，因此各国对该项技术十分保 密。长期以来，我国超细高氯酸铵都是靠进口，因此 价格十分昂贵瞄】。本研究采用扁平式气流粉碎机 来制备超细高氯酸铵，以满足高燃速推进剂的需要。 2 超细高氯酸铵制备设备原理 本研究采用南京理工大学国家粉体中心研制的 C , Q F - 3 型扁平式气流粉碎机来制备超细高氯酸铵， 其结构如图1 所示。 2 6 1 一下盖板；2 一主进气口；3 一环形壁；4 一上盖板； 5 一进料口；6 一辅进气口；7 一拉瓦喷口；8 一下料管； 9 一出气出料口 图1扁平式气流粉碎机结构示意 该机由进料口、主气人口、喷射环、上盖、下盖及 出料口组成。出料口有上出料和下出料两种形式， 喷射环 环形壁 上一般装配有6 2 4 个气流入口。 气流入口与喷射环 环形壁 成一角度，使喷射气流 所产生的旋转涡流既能使物料粒子与磨腔内壁产生 较强的冲击、摩擦、剪切而被粉碎，又能在离心力作 用下达到正确分级。该设备优点是产品粒度细，结 构较简单，操作方便，生产过程连续，生产能力大，清 理、维修容易，产品质量稳定，生产安全可靠。粉碎 腔内部采用高耐磨材料经特殊的热处理加工，耐磨 损、防污染。该设备特别适用于氧化剂等固体物料 粉碎，产品粒度可达2 岬。 3 高氯酸铵粉碎 3 ．1 高氯酸铵粉碎原理 氧化剂高氯酸铵 A P 由辅气流导入粉碎室，主 气流经入口进入气流分配室 环形壁 ，分配室与粉 碎室相连，主气流在自身压力下强行通过环形壁的 拉瓦喷嘴时产生高达每秒几百米的气流速度。由于 拉瓦喷嘴与粉碎室的相应半径成一锐角，A P 物料在 由拉瓦喷嘴射出的高速气流带动下做循环运动。粗 粉在离心力作用下甩向粉碎室周壁做循环粉碎，而 微粉在窝旋气流带动下被导人粉碎机磨腔中心出 口，经出料管进入收集袋。 3 ．2 工艺条件对A P 粒度的影响 3 ．2 ．1 气流压强的影响 用气流粉碎机对A P 进行超细化粉碎，在其它 条件不变的情况下，气流压强对A P 产品粒度的影 响如图2 所示。 图2 表明A P 产品粒度随着气流压强的增大而 变小。因为气流给予的能量越高，粉碎就越充分。 收稿日期2 0 0 8 - 0 7 - 1 1 作者简介邓国栋 1 9 6 5 一 ，男，工程师，重点研究易燃易爆材料超细粉体制备。E - m a i l ．d r p a 1 2 6 ．咖 万方数据 6 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第1 期 试验结果表明，当气流压强增大到一定程度时 1 ．0 M P a ，A P 产品粒度可达2I x m 。若气流压强进一步 增大 1 ．0M P a ，A P 产品粒度随气流压强的增大 而变小的趋势不明显。 p ／M P a 图2 气流压强对A P 产品粒度的影响 3 ．2 ．2进料速度的影响 气流粉碎时的加料速度也对粉碎后产品粒度有 一定的影响。总的来说，加料速度慢，A P 在气流磨 中的粉碎时间比较长，从而得到更小的产品粒度。 加料速度快，得到的产品粒度就大。不同生产能力 气流粉碎机 不同型号 对进料速度要求是不一样 的，本研究采用C ．Q r - 3 型气流粉碎机进行实验。气 流粉碎机进料速度对A P 产品粒度的影响如图3 。 呈 巷 嚣 莲 { L 进料速J 堑／ k g ’h ‘1 图3 进料速度对A P 产品粒度关系曲线 从图3 中可知，A P 产品的粒度随进料速度的 增大而变大，而要得到小于2 岬的超细A P ，必须要 控制加料速度 。 2 0 k g ／h 。 3 ．2 ．3 A P 原料粒度的影响 A P 超细粉碎时，由于不同粒度的A P 原料在气 流粉碎过程中消耗的能量是一样的，因此原料粒度 小，产品粒度也小；原料粒度大，产品粒度也比较大。 A P 原料粒度对A P 产品粒度的影响如图4 所 示。 呈 毒 辣 茎 兰 原料粒度／g m 图4 原料A P 进料粒度与A P 产品粒度的关系 图4 表明A P 产品粒度随原料粒度增大而增 大，要得到小于2p z n 的A P 产品，必须控制原料的 粒度 ≤1 0 0 恤m 。 3 ．2 ．4 磨腔出料管高度的影响 磨腔出料管高度是指磨腔中心出料管伸出底磨 盘高度，它的高低对A P 产品粒度起到分级作用。 磨腔出料管高度对A P 产品粒度的影响如图5 。 9 n 莹 型 袋 乏 兰 1 5 1 0 5 脐腔} f { 科霄商 i f ／r a m 图5 磨腔出料管高度对产品粒度的影响 图5 表明磨腔出料管高度越小，得到的产品粒 度就越大；反之，得到的产品粒度就越小。由于磨腔 高度一定 一般为2 0m m ，出料管高度不应高于2 0 姗。实验结果表明，出料管高度为1 7m ／l l 较合适， 这时产品粒度可达2p L m 。 3 ．3A P 超细粉体制备过程中的安全问题 A P 超细粉碎会出现严重的静电积累现象，解决 安全问题的关键是如何解决静电问题。 3 ．3 ．1 静电的产生 在气流粉碎过程中，由于干燥气体与A P 颗粒 表面产生剧烈的摩擦，固体粒子之间也产生剧烈的 碰撞与摩擦，同时固体粒子还与磨体内腔、管壁发生 剧烈的碰撞与摩擦，使得A P 固体粒子表面带有大 量的静电；另一方面，随着固体粒子的不断细化，产 生了大量的新生表面，原粒子的表面电荷平衡状态 被破坏，使得新生粒子表面带有大量的电荷。由于 聚集、粘附管壁等原因，产生静电积聚【3 】。如果整 机接地状态不良，可使积累的静电电荷形成相当高 的静电电压。用静电仪测得A P 粉碎时出料口处最 高静电电压为3 5k v 。这种静电积累在一定条件下 会导致静电释放产生强烈的电火花，极易引起已经 被超细化的A P 粉体的突然燃烧或爆炸。 对于A P 气流粉碎过程中产生的静电积累，必 须采取相应的措施，消除静电，才能保证粉碎过程的 安全。 3 ．3 ．2 避免静电方法 气流粉碎机磨腔、输送管道及各部件问的连接 件和密封件若采用导电材料 如金属材料 ，并将整 个系统仔细接地，可使粉体上的静电能及时地导走， 万方数据 2 0 0 9 年2 月 超细高氯酸铵粉体制备研究邓国栋等 7 避免静电积累。 收集袋若用防静电纤维材料 如石墨纤维或金 属纤维 制成，就能及时消除进入袋中的粉体上的 静电，避免粉体聚集成块时产生的剥离起电。 保持设备和环境的清洁，工作人员穿戴防静电 服进行操作等，对抑制、减少和消除粉碎过程中的静 电也是有效的。 用静电仪测得采取上述措施后A P 粉碎时出料 口处最高静电电压为2 0 0V ，有效避免了静电积累。 4 结论 本文研究了用G Q F - 3 型扁平式气流粉碎机对 氧化剂A P 进行超细粉碎，通过实验得到以下结论 1 该设备对氧化剂A P 进行超细粉碎，产品粒 度可达2 岬，生产能力为1 8 2 0k g ／h ，产品质量稳 定，生产安全可靠； 2 通过实验，探索出了最佳工艺条件气流压 强为0 ．9 一1 ．0M P a ，进料速度为1 8 2 0k g ／h ，进料 粒度为8 0 ～1 0 0 岬，出料管高度为1 7 ～1 8m i l l ；制 备出了砜 2 岬超细高氯酸铵粉体，满足了高燃 速推进剂需要； 3 对高氯酸铵超细粉碎过程产生的静电问题 进行了分析，提出了消除静电方法，将静电电压由 3 0k V 降至2 0 0V ，确保了生产过程安全。 参考文献 [ 1 ] 李凤生．超细粉体制备技术及应用[ M ] ．国防工业出 版社。2 0 0 0 ． [ 2 ] 李凤生．特种超细粉体制备技术及应用[ M ] ．国防工 业出版社，2 0 0 2 ． ’ [ 3 ] 李凤生．气流粉碎过程中的静电问题[ J ] ．化工进展， 1 9 9 5 2 1 5 1 3 ． S t u d yO i lP r e p a r a t i o no ft h eS u p e r f i n eP o w d e ro fA n n n o n i t u nP e r c h l o r a t e D E N GG u o d o n g ，L I UH o n g y i n g N a t i o n a lS p e c i a lS u p e r f i n eP o w d e rE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t r eo f N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] T h i sp a p e rd e a l sw i t hm a k i n gt h es u p e r f i n ep o w d e ro fA P a m m o n i u mp e r c l d o r a t e b yj e tm i l l ．B e s tt e c h - n o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e 糟g o tf r o mt h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n t s ．T h es u p e r f i n ep o w d e ro fA P i t sp a r t i c l es i z ei s2t t m W a S g o tb yc r u s h i n gi nb e s tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ．T h ee l e c t r o s t a t i cp r o b l e md u r i n gA Pc r u s h i n gW 8 8a I l a l y 粥d ，a n dt h ew a yt o e l i m i n a t ee l e c t r o s t a t i cW f l 8f o u n dt oe n s u I ℃t h es e c u r i t yi nc r u s h i n gp r o c e s s ． [ K E YW O R D S ]j e tm i l l ，A P a m m o n i u mp e r c h l o r a t e ，p a r t i c l es i z e 3 ￡3 ￡3 星刍￡鳘刍￡刍￡刍￡鳘 I 星刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡勺匣刍￡刍￡笪曼￡刍￡刍￡勺匣旦￡刍￡刍￡刍￡曼芝刍￡刍￡刍￡曼￡勺匣鱼矿刍￡刍￡刍￡‘￡垒￡璺￡刍￡篁望 国内首条直接以硝酸铵溶液为原料的 乳化炸药生产线落户凯龙集团 日前，湖北凯龙化工集团股份有限公司投资1 0 0 多万元新建的硝酸铵溶液地面站及运输设备落户该公司乳化炸药生产线 并正式投入使用，标志着该公司乳化炸药生产线已经成为国内首条直接使用硝酸铵溶液作为生产原料的生产线。 结晶状硝酸铵的生产一般以硝酸和氨为原料，中和反应后浓度控制为9 2 ％左右，再减压结晶、定量包装即得。在生产乳 化炸药和膨化硝酸铵炸药时，又要将硝酸铵粉碎后再加水加热制成7 2 ％一9 2 ％的溶液后再进行乳化或膨化制得炸药。直接 使用硝酸铵溶液作为生产原料，省却原来使用固体硝酸铵作原料的破碎、溶化工序，提高配料速度，节能降耗并减少生产线定 员，其优势是显而易见的。随着凯龙集团的发展壮大，与某公司合资组建了生产炸药上游原料硝酸铵的工厂，具备了使用硝 酸铵溶液生产乳化炸药、膨化硝酸铵炸药的条件。直接使用硝酸铵溶液作为原料，在目前的运输形势下虽然运输成本较使用 固体硝酸铵有所增加，但对硝酸铵生产厂而言，可节约包装材料，降低结晶包装人工成本及能耗，还可降低原料消耗；对炸药 生产厂家而言，可节约仓贮成本、转运人工成本，降低设备磨损，降低溶化能源消耗。相对使用固体硝酸铵而言，直接使用硝 酸铵溶液总的社会成本有较大降低。2 0 0 7 年，该公司成立专门的项目组负责进行硝酸铵溶液运贮项目前期试验工作。通过 试验，项目组制定了适合乳化、膨化炸药生产线使用硝酸铵溶液技术条件，并提出了硝酸铵溶液运输车的技术要求。2 0 0 7 年 底完成了设备招标采购工作，现在已完成乳化炸药生产线硝酸铵溶液地面站的建设工作，并已开始全面使用硝酸铰溶液作为 原材料，截止发稿时已经使用2 0 0 余吨，生产合格产品近3 0 0 吨。该公司下一步将根据乳化生产线的使用情况进一步完善设 计，在膨化硝酸铵炸药生产线再建设一座硝酸铵溶液地面站，全面推广使用硝酸铵溶液。 凯龙公司乳化炸药、膨化硝酸铵炸药生产线年需使用浓度为9 2 ％的硝酸铵溶液2 5 4 0 0t ，按照8 0 ％使用硝酸铵溶液考虑， 该项目的实施每年可为该公司降低生产成本3 0 万元左右。 陈静 万方数据