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2 0 0 9 年6 月黑索今超细化技术研究邓国栋等 3 1 黑索今超细化技术研究’ 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 [ 翥笥要] 文章针对如何实现超细黑索今 R D X 的安全连续批量生产问题，提出了采用卧式搅拌球磨机制备超 细R D X 粉体的工艺方法，介绍了卧式搅拌球磨机粉碎原理，详细分析了卧式搅拌球磨机搅拌器转速、研磨时间、磨 球种类、介质球填充率及R D X 浆料浓度等工艺参数对超细R D X 粉体产品粒度的影响。试验结果表明搅拌球磨这 种粉碎方式能制备粒度为D k 3 ．0 5 p , m 的超细R D X 粉体产品，工艺安全可控，产品质量稳定。这种超细R D X 粉 体产品能满足高性能炸药及高能推进荆的需要。 [ 关键词] 黑索今搅拌球磨机研磨粒子粒度超细粉体 【分类号] T Q 5 6 0 ．7 l 引言 黑索今是一种广泛应用于军事、航天、采矿和化 工技术的高威力炸药，黑索今 R D X 经超细化后， 可以大大提高其爆炸性能及起爆灵敏度与可靠性， 同时又可改善其热稳定性。有研究表明，用超细 R D X 制备的高分子粘结炸药，其爆速和作功能力均 优于用工业R D X 制备的高分子粘结炸药⋯。另外， 国内一些高能推进剂和发射药的配方中含有大量 R D X ，若采用超细R D X ，会有利于消除吸收药的沉 底及提高R D X 在吸收药中的分散性，可以提高高能 推进剂和发射药产品质量。 目前国内制备微米或纳米黑索今的方法大多采 用溶剂月E 溶剂法和喷雾干燥法【2 ．3 J ，由于喷雾干燥 过程通常在高温 ≥1 0 0 ℃ 下进行，该工艺过程有 一定危险性，且工艺条件不易控制。本文采用机械 粉碎法 搅拌球磨粉碎法 将工业品R D X 进行超细 粉碎，以制备超细R D X 。 2 黑索今超细化制备原理 搅拌球磨机，又称搅拌磨，自6 0 年代就开始应 用，早期的设备称为砂磨机，主要用于染料、油漆、涂 料行业的浆料分散与混合，后来经多次改进，逐步发 展成一种新型高效超细粉碎机。这类搅拌球磨机均 由一带冷却水夹套的磨腔组成，中心装有不同结构 的搅拌片 磨片 的传动轴，其问再充填以研磨介 质，研磨介质可采用钢珠、玻璃珠、陶瓷球或氧化锆 球‘‘1 。 本文采用卧式搅拌磨对R D X 进行超细化处理， 其结构示意图见图1 。该设备是依靠磨腔中机械搅 拌棒 也叫搅拌器，上面装有多个磨盘或磨片 带动 研磨介质 磨球 运动，利用研磨介质之间及磨介质 与磨腔内壁之间的挤压力和剪切力使物料粉碎，其 工作过程为湿法粉碎，通常以水或乙醇为溶剂，R D X 浆料从磨机一端进入磨腔，然后在磨腔的各截面受 到磨介的研磨及剪切作用力而被粉碎，悬浮状的 R D X 浆料通过填充研磨介质的磨腔，在磨机另一侧一 经研磨介质分离装置 过滤环 排出磨腔，而磨球留 在磨腔内。由于研磨过程在溶液中进行，防止了研 磨过程发热，确保了研磨过程安全。 I 一磨介与R D X 原料浆料入口；2 一冷却水出口；3 一搅拌 叶片；4 一R D X 产品出口；5 一过滤环；6 一粉碎腔； 7 一磨介出口；8 一冷却水进口 图1 I ．G - 1 0 型卧式搅拌磨结构示意图 一般而言搅拌磨磨腔内介质填充率较大，通常 可达到7 0 ％一8 0 ％，物料粉碎时滞留时间短，要得 到理想超细粉体产品．需进行循环粉碎，其工艺装置 示意图如图2 所示。 收穰日期1 2 0 0 8 - 1 1 - 2 1 作者筒介邓国栋 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 a n , d s a 1 2 6 ．咖 万方数据 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3 期 1 一电机；2 一搅拌杆；3 一搅拌锅；4 一阀门； 5 一泵；6 一主机 图2R D X 超细化工艺装置 搅拌磨与普通球磨机的不同之处在于搅拌磨中 的搅拌器以转动形式将动能传递给磨介，以使磨介 间获得充分的输入能，从而使研磨物料更易达到所 希望的粉碎细度。而普通球磨机是靠磨机筒体旋转 带动磨介运动从而将动能传递给磨介，以使磨介间 获得输入能，从而使磨介间的物料被冲击、研磨粉 碎。普通球磨机致命弱点是磨介间的研磨效果较 差，而且腔体中心易形成空洞，被研磨物料易从中心 空洞处逃逸形成“断路”而未受到介质的冲击及研 磨作用，因而产品粒度较粗、效率较低。而搅拌球磨 机正是克服了普通球磨机的上述缺点，避免了物料 从中心“断路”通过，因而粉碎效果好，产品粒度细， 分布范围窄，效率高。 3 试验方法与结果 3 ．1 试验设备、仪器、原材料 本试验使用的仪器设备有L G 一1 0 型卧式搅拌 球磨机，由南京理工大学国家粉体中心设计制造，主 要用于炸药超细粉碎；M A S T E R 2 0 0 0 型激光粒度仪， 由英国马尔文公司生产，用于R D X 粒子粒度分析； X L - 5 0 型水浴干燥箱，由南京理工大学校办工厂生 产，主要用于超细R D X 粉体产品的干燥；J l 9 9 0 2 0 型高倍金相显微镜，由日本尼康公司生产，主要用于 R D X 粒子形貌分析及对激光粒度仪粒度分析结果 验证。本试验使用的原材料有原料R D X ，细度为 D w 2 5 ．8 6 p ．m 、砜 3 7 ．9 5 p m a 的粗粉，由兰州8 0 5 厂提供；无水乙醇，由上海化学试剂公司生产，级别 为化学纯，作为溶剂，用于R D X 超细粉碎。 3 ．2 试验过程 按图2R D X 超细化工艺装置要求，先将磨球 氧化锆材质 装入搅拌磨筒体，再将原料R D X D ∞ 3 7 ．9 5 p , m 和无水乙醇按一定比例放入搅拌锅中 搅拌分散，用泵将R D X 浆料打人搅拌磨中，进行循 环粉碎，设定搅拌磨的各项工艺参数，进行研磨试 验。研磨结束后出料，经干燥得到R D X 粉体干燥产 品；用激光粒度仪测试其产品粒度，并用高倍金相显 微镜对粒度分析结果进行验证。 分别以搅拌磨内搅拌器转速、研磨时间、磨球种 类及介质球 磨球 填充率、R D X 浆料浓度为研究对 象进行试验分析。分析各种工艺条件对R D X 产品 粒度的影响因素。 3 ．3 黑索今原料粒度分析 用激光粒度仪对R b X 原料粒子进行了粒度测 试，测试结果见图3 。 水 √ ＼ 巅 求 也 晕s 长 图3R D X 原料粒子的粒度分布图 从图3 中可以看出，R D X 原料粒度主要分布在 l O 一8 0 9 a n 范围内，测试结果为D 5 0 2 5 ．8 6 p m a 、氏 - - 3 7 ．9 5 p , m 累计体积百分数 。 R D X 原料粒子显微镜照片见图4 。显微镜照 片上出现的E V 和m 两个单位是仪器本身参数， E V 表示拍照时电子转换光效率，I n s 表示拍照时暴 光时间，与放大倍数无关。 图4R D X 原料粒子显微镜照片 放大5 0 0 倍 3 ．4 各种工艺条件下黑索今产品粒度的影响因素 3 ．4 ．1 搅拌球磨机搅拌器转速的影响 原料R D X 是粒度为砜 3 7 ．9 5 p x n 的粗粉 粒 度分布见图3 ，选取无水乙醇作溶剂，二者按一定 比例混合，选取直径为1 ．2 m m 的氧化锆球作为研磨 介质，装填量大约为球磨机筒体体积的3 ／4 ，研磨时 间为7 h ，搅拌器转速分别为8 0 0 、1 1 0 0 、1 4 0 0 、1 8 0 0 、 万方数据 2 0 0 9 年6 月黑索今超细化技术研究邓国栋等 3 3 2 2 0 0r ／r a i n 进行研磨试验。得到不同转速条件下的 R D X 产品，分别测定其粒度。 图5 是R D X 产品粒度与搅拌器转速的关系曲 线图，图中表明，在研磨阶段R D X 的粒度随搅拌器 转速增加而明显变小。这是因为随着搅拌器转速增 加，磨球的运动速度在增加，其对筒体内壁冲击力相 应增加，且研磨介质之间的挤压力和剪切力也在增 加，使得物料粒度变小，当搅拌器转速超过1 8 0 0 r ／r a i n 后，R D X 粒度为D ∞ 3 ．0 5 岬，这时产品粒度 随搅拌器转速增加而变小趋势不明显。另外转速太 高会增加设备设计难度。综合考虑，搅拌器转速为 1 7 0 0 。1 8 0 0 r ／r a i n 最好。 暑 “ - 1 ＼ 煞 0 蓦 * 转逐／ r m i n “ 图5R D X 产品粒度与搅拌器转速的关系曲线 3 ．4 ．2 研磨时间影响 其它研磨条件不变，研磨时间分别取lh 、2 h 、3 h 、5h 、7h 和9h ，进行研磨试验，分析研磨时间对 R D X 产品粒度的影响。得到不同研磨时间的R D X 产品，分别测定其粒度。 图6 是R D X 产品粒度与研磨时间的关系曲线， 图中表明，在研磨初期，R D X 产品粒度随着研磨时 间的延长而明显变小。当研磨时间超过7 h ，R D X 产品粒度随研磨时间的延长而变小趋势不明显。这 是因为研磨初期随着研磨过程不断进行，物料粒度 不断变小，当研磨时间超过7 h ，这时产品粒度为 目 “4- ＼ 型 黧 研磨时间m 图6R D X 产品粒度与研磨时间的关系曲线图 D g o 3 ．0 5 t z r n ，要使产品粒度进一步变小所需能耗 成倍增加，使粉碎变得困难。研磨时间太长，工作效 率低。综合考虑，研磨时间为7 8h 最好。 3 ．4 ．3 研磨介质影响 搅拌球磨机的研磨作用主要是靠研磨介质之间 及研磨介质与磨腔内壁之间的挤压力和剪切力实现 的。因此，磨球介质的种类、性质 包括其密度、直 径、硬度等 对研磨的影响非常大，选择适当的研磨 介质是制备超细R D X 粉体的关键因素。 研磨介质的种类一般包括钢球、陶瓷球、玻璃球 和氧化锆球等。其中钢球的密度最大，即在相同直 径和运动速率时其产生的力最大，因此适合用于物 料研磨，但易磨损【5 】。陶瓷球和玻璃球的密度均较 小，其产生的作用力也小，且玻璃球易碎，不适合用 于R D X 研磨粉碎。氧化锆球的密度适中，硬度高， 在粉碎过程中耐磨，不污染物料，适用于R D X 研磨 粉碎。由于搅拌磨对物料的粉碎是依靠研磨介质的 研磨和剪切力，因此所使用的介质球直径较小，一般 为0 ．3 1 0 r a m ，从而使得球与球之间有效粉碎区增 大。本试验选用直径1 ．2 m m 氧化锆球对R D X 进行 研磨粉碎。 3 ．4 ．4 介质球填充率影响 磨腔内介质球填充率对粉碎效果有很大影响。 填充率较高时，研磨粉碎效果较好，但浆料在磨腔内 流动阻力增大，搅拌困难，启动电流大，功耗高。填 充率较小时，磨球之间易形成空隙区，浆料易“短 路”逃出，因而粉碎效果差【6 】。试验结果表明，对于 R D X 粉碎，最经济合适的填充率7 5 ％左右。试验结 果如图7 所示。 害 ．- t ＼ 倒 黧 介质填充翠／％ 图7 介质填充率对R D X 产品粒度的影响 3 ．4 ．5 浆料浓度影响 R D X 浆料中固体含量 即浓度 对粉碎效果影 响很大，固体含量太少 即浓度太低 时，磨球介质 问被研磨的固体颗粒少，能量利用率低，其粉碎效果 差[ 7 】。当固体含量太大 即浆料浓度太高 时浆料 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第3 期 粘度增大，研磨能耗高，浆料在磨球介质问的运动困 难，易出现“阻塞”堵料现象，工艺过程不易控制。 试验研究表明，其固体含量在3 5 ％一4 0 ％粉碎效果 最好。试验结果如图8 所示。 g , - t 螂 锺 浆料浓厦／％ 图8 黑索今浆料浓度对R D X 产品粒度的影响 3 ．5 试验结果 1 上述试验研究表明，最佳工艺条件为以乙 醇作溶剂，选用直径1 ．2 m m 氧化锆球作研磨介质， R D X 浆料浓度为3 5 ％一4 0 ％，磨介填充率为7 5 ％ 左右，搅拌球磨机搅拌器的转速为1 7 0 0 1 8 0 0 r ／r a i n ，研磨时间为7 8 h 。 2 选取粒度D 帅 3 7 ．9 5 p , m 累计体积百分 数 的R D X 为原料 其粒度分布见图3 ，在最佳工 艺条件下，制备粒度为％ 1 ．5 5 ／a , r n 、％ 3 ．0 5 炉 累计体积百分数 的超细R D X 粉体产品，其粒度 主要分布在0 ．5 5 p , m 范围内 图9 。超细R D X 粉体产品粒子显微镜照片见图1 0 。 3 不同型号的搅拌球磨机，产量不同，本试验 使用的是L G 一1 0 型搅拌球磨机，其产量约为3k g ／h 即每批2 0 k g ／7 h 。 4 结论 研究了用卧式搅拌球磨机制备超细R D X 粉体 产品，详细介绍了该设备工作原理及制备超细R D X 工艺过程，通过试验得出以下结论 1 搅拌球磨这种粉碎方式具有产品粒度细、 辞 V ＼ 藏 求 它 匿 垃 图9 超细R D X 粉体产品的粒度分布图 图1 0 超细R D X 粉体产品粒子显微镜照片 放大5 0 0 倍 分布范围窄、粉碎效率高、安全性高的优点； 2 研磨粉碎过程中各工艺因素对R D X 产品 粒度的影响较大。试验结果表明，通常R D X 产品粒 度随搅拌球磨机搅拌器的转速增加而变小，随研磨 时间增加而变小。但考虑到设备稳定性、可靠性及 粉碎效率，搅拌磨搅拌器的转速、研磨时间、R D X 浆 料浓度及介质球填充率均有最佳值； 3 磨介的种类、性质 包括其密度、直径、硬度 等 对研磨的影响非常大，选择适当的研磨介质是 制备超细R D X 粉体的关键因素，考虑到粉碎效率及 耐磨性，选用直径1 ．2 m m 氧化锆球对R D X 进行研 磨粉碎效果较好； 4 通过试验，探索出了最佳工艺条件，制备了 粒度为％ 3 ．0 5 p , m 的超细R D X 粉体产品。 参考文献 [ 1 ] 刘桂涛，吕春绪，曲虹霞．超细R D X 爆速和作功能力的 研究与测试[ J ] ．爆破器材，2 0 0 3 ，3 2 3 1 3 ． [ 2 ] 焦志强，汤业明，曾贵玉．不同形貌的超细R D X 制备方 法研究[ J ] ．含能材料，2 0 0 4 ， 1 2 5 - 2 7 ． [ 3 ]吕春绪，刘大斌，裴艳敏，等．纳米黑索今的制备及其 机械感度[ J ] ．弹道学报，2 0 0 3 ， 3 2 9 3 1 ． [ 4 ] 李凤生．超细粉体技术[ M ] ．北京国防工业出版社， 1 9 9 9 ． [ 5 ] 邓国栋，刘宏英．点火药用硅粉超细化技术研究[ J ] ． 爆破器材，2 0 0 8 ，3 7 4 3 4 3 7 ． [ 6 ] 李风生．特种超细粉体制备技术及应用[ M ] ．北京国 防工业出版社，2 0 0 2 ． 【7 ]刘宏英，李春俊，李风生．易燃易爆材料超细粉碎技术 及设备研究新进展[ J ] ．爆破器材，1 9 9 9 ，2 8 2 2 7 3 1 ． 下转第3 7 页 万方数据 2 0 0 9 年6 月T A l l P 的性能及检测技术综述丁伟兴等 3 7 3 ．5 ．6 新型检测仪u ．5 1 P E T P E T 是过氧化炸药检测仪英文名称P e r o x i d e E x p l o s i v eT e s t e r 的简称，是美国化学教授E h u dK e i n - 髓花费了近1 8 年时间研究的用于识别T 1 1 P 的新 型工具。实践证明研究过程是困难的，因为T A T P 这种环形的过氧化物是完全孔状的分子结构，其疏 水性也无法识别，因此K e i n a n 借鉴H O 的检测思 想，设计制造了T A T P 检测仪P E T 。P E T 外形类似 于彩色圆珠笔，中心透明，其样机实物照片见图3 。 T A T P 炸药是近年来恐怖分子频繁使用的过氧 化物炸药之一，该炸药具有原料易得、合成简单、易 爆炸、难检测等特点。因此，加强相关原料的管理， 深入研究其安检侦检方法，对于反恐怖斗争工作具 有重要意义。T A T P 是一种起爆药，但由于其感度 灵敏，目前难以在军事上得到应用。红外光谱法、核 磁共振法、气相色谱法、液相色谱法、液- 质联用法等 方法都已经应用于T A r I P 的实验室结构检测。美国 研制的新型P E T 检测仪目前仍处于样机阶段，但是 这种具有方便、快捷、小型化特点的T A l l P 现场安检 仪目前仍然有待研发。 参考文献 [ 1 ] G ．M a n e i n o ．A I I 蛳c a lC h e m i s t r y ．E x p l o s i v eS c i e n c e 图3P E T 的样机实物照片 [ J ] ．C h e m i s t r yW o r l d ，2 0 0 5 ，1 2 2 5 0 5 3 ． P E T 主要由以下元件组成，一个酮硅橡胶探试 [ 2 ]J S h a n e ，S M T i m o t h y n u o r e s e e n t ‰岫P o l y m e r 霎兰薹；隳．，2 型要妻黧璧鼍曼鋈鍪翌纛 菡嚣 艘E l e c 。t r o 脚n i c 。a 拍n d ⅢS t r 。u 8 c 斛t u r ．a l 色颜料等。当探测头与试样接触时，用注射器中的 ”⋯⋯⋯⋯⋯⋯”⋯’ 、⋯ 酸冲洗，并加入颜料和醇，如果试样中含有T A T P 型 [ 3 ] 钟一鹏，等，国外炸药性能手册[ M ] ．北京兵器工业 氧化物，则产生H 0 ，使颜料氧化产生蓝绿色溶液， 出版社，1 9 9 0 ． 这种特殊的颜色变化用于’I ●哪的检测。P E T 仪具 [ 4 ] D ．蹦m ，K ．R o m e ，A ．J o s e p h ，咀a 1 ．D e c o m p o s i t i o n 有响应迅速，操作简单，灵敏性和选择性高等特点， o f T r i a c e t o n eT f i p e r o x i d ei sa nE n t r o p i eE x p l o s i o n [ J ] ． 但P E T 目前尚处于样机阶段。相信在不久的将来， J ．A m ．C h e m ．S C c ．，2 0 0 5 ，1 2 7 4 1 1 4 6 1 1 5 9 ． P E T 将会使社会全体成员的安全，尤其是航空安全 [ 5 ]H ．I t z h a k y ，E ．K e i n a n ．M e t h o da n dK i tf o rt h eD e t e e 。 风险降至最小。tion o fE x p l o s i v e s [ P ] U S 6 7 6 7 7 1 7 2 0 0 4 - 0 7 4 结束语 O v e r v i e wO nt h eP r o p e r t ya n dD e t e c t i n gT e c h n o l o g yo fT A T P D I N GW e i x i n g ， E n g i n e e r i n gI n s t i t u t eo fE n g i n e e rC o r p s ，P L AU 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 0 7 J IY u e p i n g ，W A N GW e i ，D I N GF e n g ，W A N GY i n g l e i X i ’a l lM o d e mC h e m i s t r yR e s e a r c hI n s t i t u t e S h a a n x iX i ’8 n ，7 1 0 0 6 5 [ A B S T R A C T ] I n t h i sp a p e r ，t r i a c e t o n t r i p e r o x i d e T A T P w 鹪s y n t h e s i z e d ，i t sp a r t i a lp e r f o r m a n c e s w e r ec h a r a c t e r i z e d ， a n dt h ec o r r e s p o n d i n gd e t e c tm e a n sw e r ep r e s e n t e d ，e x p e c t i n gi tc o u l do f f e r8 0 m eh d pf o rd e t e c t i n gt h eT A T Pt i m e l ya n d e f f e c t i v e l yi no r d e rt op r e v e n tt e r r o r i s ta t t a c k s ． [ K E YW O R D S ] T A T P ，b l a s t ，t e r r o r ，d e t e c t 上接第3 4 页 S t u d yo nT e c h n o l o g yo fM a k i n gt h eS u p e r f m eP o w d e ro fR D Xb yG r i n d i n g 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 fN 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 st h e s i sd e a l sw i t hh o w t om a k et h es u p e r f i n ep o w d e ro fR D xb yg r i n d i n gm i l li ns a f ec o n t i n u o u sm 脚 p r o d u c t i o n ．T h et e c h n o l o g yo fm a k i n gt h es u p e r f i n ep o w d e r0 fR D Xb yh o r i z o n t a lg r i n d i n gm i l la n dt h ep r i n e i p l eo fi tw e 陀 i n t r o d u c e d ．T h ee f f e c t so fv a r i o u st e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s t h er o t a t i n gs p e e do ft h es t i r r e ro fg r i n d i n gm i l l ，t h et y p e so f g r i n d i n gb a l l s ，g r i n d i n gt i m e 。t h ev o l u m er a t i oo fg r i n d i n gb a l l st Ot h ec h a m b e ro fg r i n d i n gm i l l ，R D Xc o n c e n t r a t i o ne t c ． o nt h ep a r t i c l e ss i z e so fR D X p r o d u c t sw e r es t u d i e d ．R e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h es u p e r f i n ep o w d e ro fR D X w i t hi t sp a r t i c l es i z e ％ 3 ．0 5 p ．m 哪g o tb yg r i n d i n g ．A n dt h et e c h n o l o g yw 阳s a f ea n dc o n t r o l l e dt oe u s t l l tt h es t a b l e q u a l i t yo ft h ep r o d u c t s ，w h i c hc o u l dm e e tt h en e e d 8o fh i g l lq u a l i t ye x p l o s i v ea n dh i s he n e r g yp r o p e l l a n t ． [ K E YW O R D S ] R D X 。s t i r 面n d i n gm i l l ，g r i n d i n g ，t 娅- t i c l es i z e ，s u p e r f i n ep o w d e r 万方数据