超细HMX 悬浮液沉降性研究

Ξ 超细HM X 悬浮液沉降性研究 韩爱军, 叶明泉, 白华萍, 李凤生, 韩　芳 (南京理工大学化工学院, 江苏 南京　210094) 摘要: 根据超细炸药HM X (奥克托今)悬浮液的性质, 以及凝聚和絮凝作用机理, 研究了凝聚剂、絮凝剂单组分及复合使用时对悬浮液 沉降性的影响, 并对不同的进行了比较。 关键词: 超细炸药; 悬浮液; 凝聚; 絮凝; 沉降速度 中图分类号: TQ 560. 7; TQ 028. 5　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 100727812 (2000) 0120050203 Study on the Subsidence Property of Superf ine HM X Suspen sion HAN A i- jun , YE M ing-quan , BA I Hua-ping, L I Feng- sheng, HAN Fang (N anjing U niversity of Science and T echno logy, N anjing 　210094, Ch ina) Abstract: 　O n the basis of the p roperty of superfine exp lo sive HM X suspension and m echan ism s of agglom erat ion & coagu lat ion, influences of differen t agglom eran ts and coagalan ts u sed alone o r comp lex ly on the subsidence p roperty of superfine HM X suspension are studied, thus differen t u sing w ays are compared. Keywords: 　Superfine exp lo sive; Suspension; A gglom erat ion; Coagu lat ion; Subsidence rate 引　　言 炸药HM X 在水中超细粉碎后形成的超细微粒在水中浓度较高, 粒子相互团聚, 靠自身的重力在 较短时间内容易沉降, 但随着沉降的进行, 超细炸药微粒在水中的浓度不断降低, 逐渐形成了较为稳 定的悬浮液, 沉降非常缓慢, 给超细HM X 的生产造成困难。因此, 本文将对超细炸药悬浮液沉降性问 题进行研究与探索。 1　凝聚和絮凝作用机理 超细HM X 微粒在水中, 由于微粒的粒度级细 (D 50< 5Λm ) , 同时带有同性电荷形成布朗运动, 因 此, 形成的悬浮液较为稳定。本文拟通过选择合适的凝聚剂或絮凝剂, 利用凝聚或絮凝作用来破坏分 散体系的稳定性, 使超细微粒快速完全沉降。凝聚作用是在悬浮液中加入无机电解质, 通过电性中和, 压缩双电层, 减少微粒间的排斥能, 解除布朗运动, 使微粒能够靠近接触而聚集在一起。絮凝作用是加 入带有许多能够吸附微粒的有机官能团的线性高分子化合物, 通过架桥作用将许多超细微粒聚集在 图 1　不同浓度的聚合氯化铝 对悬浮液的沉降曲线 一起, 形成较大体积的松散絮团, 加速沉降[ 1, 2 ]。 在本文的研究中选用了几种典型的无机凝聚剂, 如明矾、明胶、聚 合氯化铝, 及有机絮凝剂如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等。由于超细粒 子在水中浓度较高时易沉降, 本文以浓度为 0. 2% 的超细 HM X 均匀 分散系为研究对象。当发生凝聚或絮凝作用时, 悬浮液浊度发生变 化, 悬浮液的浊度用 GD S23B 光电型浊度仪来测定, 浊度变化大且最 后稳定值小, 则沉降速度快且沉降完全。 2　凝聚剂和絮凝剂的选择 2. 1　单一凝聚剂或絮凝剂对超细HM X 微粒悬浮液沉降性的影响 凝聚剂明矾、明胶、聚合氯化铝溶液及絮凝剂聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠溶液的浓度为 0. 5% , 使用 05 火 炸 药 学 报 第 1 期　2000 年 Ξ 收文日期: 1999- 04- 09 量为悬浮液的 0. 1% (溶液体积比) , 分别加入超细HM X 微粒的悬浮液中, 快速搅拌, 使之与超细微 粒充分混合接触, 然后缓慢搅拌 2m in, 以避免破坏已形成的絮团[ 3 ] , 观察悬浮液浊度值的变化。 结果表明, 经明矾、明胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠处理后的超细HM X 悬浮液在搅拌停止 30m in 后依旧浑浊, 浊度值变化小, 凝聚或絮凝效果差, 超细HM X 微粒沉降速度慢, 而经聚合氯化铝处理过 的超细HM X 悬浮液, 沉降效果较为明显。利用不同浓度①0. 1% ; ②0. 5% ; ③1% ; ④2% 的聚合氯化 铝溶液对超细HM X 悬浮液进行处理, 结果如图 1 所示 (清水的浊度为 18. 7)。可以看出, 0. 5% 的聚合 氯化铝溶液对超细HM X 悬浮液的凝聚效果较好。 2. 2　凝聚剂与絮凝剂的复合使用对超细HM X 微粒悬浮液沉降性影响 1) 0. 5% 聚合氯化铝溶液加明矾溶液。试验分三组进行: ①0. 5% 聚合氯化铝溶液中加 0. 1% 明矾 溶液; ②0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 5% 明矾溶液; ③0. 5% 聚合氯化铝溶液加 1% 明矾溶液, 分别对 0. 2% 的超细 HM X 悬浮液进行处理, 每种凝聚剂或絮凝剂加入量为悬浮液的 0. 1% (溶液体积比)。 先加入聚合氯化铝溶液, 快速搅拌 2m in, 再加入明矾溶液, 继续快速搅拌 2m in, 然后缓慢搅拌 2m in 后停止, 观察悬浮液浊度值的变化, 结果如图 2 所示。可以看出, 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 5% 明矾 溶液组合, 效果较好。 图 2　聚合氯化铝溶液与不同 浓度的明矾溶液组合对 悬浮液的沉降曲线 2) 0. 5% 聚合氯化铝溶液加聚丙烯酰胺溶液。试验分四组进行: ①0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酰胺溶液; ②0. 5% 聚合氯 化铝溶液加 0. 05% 聚丙烯酰胺溶液; ③ 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 1% 聚丙烯酰胺溶液; ④0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 2% 聚丙烯酰胺 溶液, 按上述同样加入量和方法对 0. 2% 的超细 HM X 悬浮液进行处 理, 结果如图 3 所示。可以看出 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙 烯酰胺溶液组合效果较好。 3) 0. 5% 聚合氯化铝溶液加聚丙烯酸钠溶液。试验分三组进行: ①0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酸钠; ②0. 5% 聚合氯化铝 溶液加 0. 05% 聚丙烯酸钠溶液; ③0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 1% 聚 丙烯酸钠溶液, 按上述同样的加入量及方法分别对 0. 2% 的超细 HM X 悬浮液进行处理, 结果如图 4 所示。可以看出, 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酸钠溶液 组合, 效果较好。 4) 凝聚剂与絮凝剂复合使用时的加入顺序。以 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酰胺溶液 组合为例, 分二组进行: ①0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酰胺溶液; ②0. 01% 聚丙烯酰胺溶 液加 0. 5% 聚合氯化铝溶液, 按上述同样的加入量和方法对超细 HM X 悬浮液进行处理, 结果如图 5 所示。可以看出, 先加入聚合氯化铝溶液组沉降效果较另一组好。 　　　图 3　聚合氯化铝溶液与不同　　　　　图 4　聚合氯化铝溶液与不同　　　　　图 5　聚合氯化铝溶液与聚丙　　　　　 浓度的聚丙烯酰胺溶液 浓度的聚丙烯酸钠溶液 烯酰胺溶液加入顺序对 组合对悬浮液的沉降曲线 组合对悬浮液的沉降曲线 悬浮液的沉降曲线 15第 1 期 火 炸 药 学 报 3　与讨论 1) 对于 0. 2% 的超细HM X 悬浮液, 如用单一试剂进行处理, 则以无机凝聚剂聚合氯化铝效果较 好, 它不仅有电性中和作用, 而且有吸附架桥作用, 形成多核羟基络合物[ 3 ] , 包裹超细HM X 微粒沉降 下来。 2) 无机凝聚剂与有机絮凝剂的性能各有利弊, 无机凝聚剂凝聚作用慢, 絮团含水率低, 有机絮凝 剂絮凝速度快, 絮团含水率高, 将两种试剂 配合使用, 可以获得良好的效果, 不仅超微粒沉降时间短, 而且滤渣含水率低[ 4 ]。从实验可以看出, 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 5% 明矾溶液; 0. 5% 聚合氯化铝 溶液加 0. 01% 聚丙烯酰胺溶液; 0. 5% ; 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酸钠溶液复合使用, 对超细 HM X 悬浮液沉降效果较好。考虑到沉降的完全性, 0. 5% 聚合氯化铝溶液加 0. 01% 聚丙烯酸钠溶液 复合使用时, 在停止搅拌 10m in 后, 悬浮液浊度值最低 (约为 21. 5) , 沉降效果最佳。 3) 凝聚剂与絮凝剂复合使用时的加入顺序不同, 其效果不一样。对于 0. 2% 超细HM X 悬浮液, 先用价格低廉的无机凝聚剂降低HM X 微粒的电荷, 使之逐渐形成能够自由沉降的悬浮物, 然后再加 入高分子絮凝剂, 使形成大块絮团, 以加速沉降和过滤速度, 这样才能取得较好的技术经济效果。 对超细HM X 沉降处理前后的爆速及差热分析值进行比较, 结果表明经沉降处理后的超细HM X 理化性能没有发生变化。 〔　参　考　文　献　〕 〔1〕　梁为民. 凝聚与絮凝〔M 〕. 冶金工业出版社, 1987, 12. 〔2〕　顾夏声, 黄铭荣, 王占先. 水处理工程〔M 〕. 清华大学出版社, 1985, 9. 〔3〕　[英 ]L. 斯瓦罗夫斯基. 固液分离〔M 〕. 化学出版社, 1990, 4. 〔4〕　T. 佐藤, R. J 鲁赫. 聚合物对胶体分散体稳定性的影响〔M 〕. 科学出版社, 1988, 1. 〔5〕　刘志建, 等. 制备亚微米炸药的新方法〔J〕. 火炸药学报 (原火炸药) , 1996, 19 (4) : 12. (上接第 55 页) 仍采用这种金属固体颗粒和液体燃料组分, 改变其固、液混合燃料介质内液态燃料组分细观尺度 范围。由固、液燃料组分重量比为 1∶1 和固、液实体密度可算出单位体积 FA E 介质中金属固体颗粒 组分的实体体积为 23% ,N S = 0. 55×1012, S p a= 1. 22×10- 4m , FA E 混合燃料中液态燃料的平均尺度 为 1. 02×10- 4m , 是固体颗粒组分平均尺度的 5 倍。 5　结论 1) 本文给出了 FA E 混合燃料中球形金属固体颗粒尺寸为随机分布情况下混合燃料细观结构的 分析方法。讨论了 FA E 混合燃料准饱和状态的组分比例, 金属固体粒度分布规律。 2) 改变金属固体颗粒尺寸分布规律或者改变燃料组分比例, 都可以使 FA E 混合燃料介质的细 观结构发生变化。在本文给出的分析实例中, 当固、液燃料组分重量比为 1∶1 时, FA E 混合燃料介质 内液体燃料的细观尺度大约是固体燃料平均尺度的 5 倍。 〔　参　考　文　献　〕 〔1〕　惠君明, 等. 提高 FA E 威力的研究 (É )〔J〕. 南京理工大学学报, 1995, 19 (5) : 472- 476. 〔2〕　蒲加顺, 等. 多元混合燃料分散爆轰研究〔J〕. 火炸药学报, 1998, 21 (1) : 1- 5. 〔3〕　L ouis L avo ie. Fuel2A ir Exp lo sives, W eapons, and Effects〔J〕. M ilitary T echno logy, 1989, (9) : 64- 70. 〔4〕　张奇. 工程爆破动力学分析及其应用〔C〕. 北京: 煤炭工业出版社, 1998, 52. 25 火 炸 药 学 报 2000 年