新型起爆药GTX生产技术简介

余迅猛，韦争何

（广西金建华民用爆破器材有限公司，广西 百色，533000）

GTX起爆药是北京理工大学新研制出的一种配合物类高能钝感起爆药，具环境性能良好、物理化学性能稳定、安定性和相容性好、机械感度较低、爆炸性能优良等特点，可以满足各类工程雷管生产使用要求。广西金建华民用爆破器材有限公司从 2010年8月开始淘汰GTG起爆药，转用GTX起爆药进行雷管生产，并于2010年12月23日通过国家工信部鉴定验收，成为国内首家生产GTX起爆药并使用GTX进行雷管生产的民爆厂家。在此，结合公司生产经验对GTX起爆药生产技术进行简单介绍。

1 制备反应原理

GTX起爆药（化学名称为高氯酸三碳酰肼合锌）是由碳酰肼与高氯酸锌在一定条件下进行反应制得的一种配合物。其制备反应分两步进行：首先将氧化锌与高氯酸反应制备高氯酸锌水溶液，高氯酸锌溶液再与碳酰肼水溶液发生配位反应生成高氯酸三碳酰肼合锌[1]。

其反应方程式如下：

式（2）中CHZ为碳酰肼。

2 生产工艺

2.1 生产工艺流程

GTX起爆药的生产工艺过程与GTG相近，这使得 GTX起爆药生产技术更加利于工业化生产的推广，其工艺流程图如图1所示。

2.2 主要因素控制和选择

2.2.1 反应液酸碱度

图1 GTX起爆药生产工艺流程图Fig.1 Flow chart of GTX production process

反应液的酸碱度（pH值）对起爆药的结晶质量（晶体大小、均匀性、规则性）乃至产品质量与得率影响较为显著[2]。一般起爆药的合成都适合在弱酸性条件下进行，特别是GTX起爆药化合中含有金属锌离子。锌离子在pH值为6时就开始生成氢氧化锌沉淀，而碳酰肼水溶液的pH值在8～9之间，因此，当碳酰肼水溶液与高氯酸锌溶液相遇时首先会生成难溶的氢氧化锌沉淀，将影响产物的纯度、结晶形状以及产品爆炸性能。因此，必须对碳酰肼溶液和高氯酸锌溶液的pH值严格控制，避免氢氧化物的生成。

借鉴GTG起爆药的制备经验，选择在碳酰肼溶液中加入高氯酸来进行pH值调节，将碳酰肼溶液和高氯酸锌溶液的pH值调至4～5之间再进行化合以保证反应体系的酸碱度。

2.2.2 搅拌强度

起爆药结晶过程中的搅拌一方面可以加速质点的活动性，减弱涡流作用，避免局部过浓现象，使晶核周围溶液的离子浓度趋于均匀、各晶面生长的速度差别减小，从而有利于生成较短粗而均匀的起爆药晶体；另一方面，可以降低固液界面的滞流层厚度，提高晶体的成长速率，同样有利于生成较大的起爆药晶体[2]。因此，在 GTX起爆药制备过程中，控制适当而均衡的搅拌强度是十分必要的。

广西金建华民用爆破器材有限公司GTX起爆药生产使用温州中翔轻工机械厂提供的G-10型化合反应器，其内径及搅拌桨形状、尺寸、安装位置等设计合理，较适合起爆药药剂生产使用。同时，化合反应器配备功率为 0.75kW 的搅拌电机及变速比为 1∶5的变速器。在GTX起爆药生产时，通过变速器将搅拌桨搅拌速度控制在120～130rpm以保证适宜而均衡的搅拌强度，从而使结晶颗粒的尺寸和粒度分布满足使用要求。

2.2.3 反应温度

反应温度对起爆药产物的影响很大，温度太低，反应不能进行完全，而温度太高晶形的均一性差[2]。碳酰肼与高氯酸锌的配位反应生成GTX配合物的过程是放热反应过程，不论从热力学的角度还是从动力学的角度考虑，不应该选择太高的反应温度。但是，GTX起爆药的晶体形状受温度影响较大，在较高的温度条件下能比较容易得到较大且规整、均匀颗粒的产品。

根据公司生产GTG起爆药经验，并综合考虑安全因素、生产周期、生产成本及产品的性能，通过向化合反应器夹套中通入热水间接加热，将GTX起爆药反应温度控制在65～75℃范围内。

2.2.4 出料温度及时间

根据北京理工大学提供的资料，GTX起爆药在不同温度下的溶解度见表1。

表1 GTX起爆药在不同温度下的溶解度Tab.1 Solubility of GTX at different temperature

由表1可见GTX起爆药随着温度的升高，其在水溶液及母液中的溶解度急剧地增加。在30℃时其在水中溶解度为5.42g/L，在母液中溶解度为0.64g/L；在70℃时其在水中的溶解度为35.50g/L，在母液中的溶解度为23.60 g/L。

因此，在65～75℃反应时，生成的GTX产物在反应液中溶解很多，为了将溶解的产物析出，减少产物的溶解损失，得到好的产品晶形，GTX起爆药生产时在化合保温15min后，给化合反应器夹套缓慢通入冷却水对反应体系进行降温，控制冷却水的速度使反应系统从 70℃降低至 50℃以下，时间不少于10min。待反应体系温度达到50℃以下方可加大冷却水通入速度，加快降温速度，直至温度降到30℃以下方可出料。

2.2.5 晶形的控制

高氯酸三碳酰肼合锌配合物在正常的合成条件下得到的晶体为薄片状、细小结晶，产品假密度很小，不能满足民爆行业采用的定容装药的使用要求。因此，需要在合成过程中对该配合物的晶形进行控制。

GTX起爆药生产采用C型和T型晶形控制剂双控双加的方式对晶形进行控制。C 型控制剂属于离子型晶形控制剂，易与金属离子生产不溶性金属盐作为晶核，有利于GTX起爆药晶形的成长，使GTX起爆药晶形向球形化发展。T型控制剂属于非离子型控制剂，能显著降低GTX起爆药晶面的生长速率，促使晶体成长，其粘度越大这方面作用更加明显[3-4]。两者的复配使用能进一步改善GTX起爆药的晶体形态。

在配料时将配制成0.5%浓度的C型控制剂溶液加入碳酰肼溶液中，将配制成4%浓度的T型控制剂加入高氯酸锌溶液中，再进行化合反应，使GTX起爆药的晶形成长为短、粗型大颗粒，并且粒度分布范围较小，以提高GTX起爆药的流散性，使假密度达到0.8～0.9g/cm3，满足定容装药使用要求。

3 生产废水处理

GTX起爆药生产废水的主要来源是反应母液、化合器和过滤器以及管道等设备的洗涤液。GTX起爆药制备用原料液的浓度较高，按20kg投料计算，反应液总体积为125L（碳酰肼溶液81L，高氯酸锌溶液44L），反应后母液总量约为100L，洗涤用水20L，洗涤用无水乙醇5L，故废液总计约为125L。

GTX起爆药生产废水是无色透明清亮的液体，没有颜色污染，其含有的主要有害成分为碳酰肼、高氯酸根、锌离子、GTX。因此，销爆及处理方法可以依据这些物质的性质而定。

3.1 销爆

在GTX起爆药废水的处理过程中，首先是销爆处理，销爆原理是GTX起爆药在强酸性溶液中分解为高氯酸锌、碳酰肼盐，原来的高氯酸三碳酰肼合锌分子被破坏，失去爆炸性，碳酰肼与亚硝酸反应分解成氮气、水、氮氧化物等无毒害物质。反应原理如下：

操作方法是将废液放入化合反应器中，在搅拌条件下缓慢加入配制好的亚硝酸钠溶液、稀硝酸溶液（浓度为 30%以下）。稀硝酸的加入量必须保证销毁液中无GTX起爆药固体颗粒存在，且反应液显强酸性，反应过程中注意通风。

3.2 锌离子沉淀

我国地表水环境质量标准基本项目中锌离子的标准限值为：Ⅰ类水≤0.05mg/L，Ⅱ～Ⅲ类水≤1.0mg/L，Ⅳ～Ⅴ类水≤2.0mg/L[5]。因此，为了使GTX起爆药的生产废水达到排放标准，必须将销爆处理后的溶液中的锌离子沉淀出来。

锌离子的初级沉淀处理原理是将锌离子转变成难溶的碳酸锌沉淀，碳酸锌的溶度积为1.46×10-10，生成的碳酸锌沉淀可以过滤后分离出来。

反应原理如下：

若只用碳酸钠处理后的废水还不能达到标准，还可以进行深度处理，即将溶解的锌离子转化成难溶的硫化锌沉淀。反应原理如下：

有文献报道硫化锌的溶度积为2.93×10-29，另有文献报道为2.93×10-29（α型）和2.93×10-29（β型）。因此，经过上述处理后废水即可以达到排放标准。

具体操作过程为：在搅拌条件下将碳酸钠粉末加入销爆后的废水中，溶液中出现白色沉淀，并伴有二氧化碳气体生成，控制体系的碳酸钠过量且溶液的pH值达到13左右，然后将反应液缓慢地放入初级沉淀池中，使碳酸锌沉淀出来。清液则流入排放池中进一步与加入的硫化钠进行反应，使锌离子转化成硫化锌沉淀出来，之后的清液排入厂内总废水池进行处理并排放。

4 不合格品的返修

在GTX起爆药生产过程中，倒药筛分工序会分离出一些大的GTX起爆药颗粒，或由于某些原因造成起爆药假密度不合格，其流散性不能满足装药使用要求，此时可以通过对不合格品进行返修，回收使用，消除浪费和危险的销毁过程，提高经济效益。

根据GTX起爆药在水中和母液中的溶解情况，其不合格品返修的方法为：在母液或净水中加入适量的碳酰肼粉末配制溶液，并通过高氯酸调整其pH值在4～5之间。将配制的碳酰肼溶液转入化合器中，再加入待返修的GTX起爆药，注意控制返修量。在搅拌条件下将反应液加热到65～75℃，保温反应30min后，按照化合工序操作方法降温出料及后续处理。

5 结论

新型起爆药GTX具有流散性好、爆炸性能优良、对环境友好等特点，同时，其生产工艺简单、操作方便、工艺稳定性好、产品得率高且生产废水量少，无颜色污染，易于处理，具有良好的发展前景。广西金建华民用爆破器材有限公司从GTG起爆药生产转变成GTX起爆药生产仅用4个月的时间，充分证明了GTX起爆药生产技术具有良好的兼容性和通用性，能够在GTG起爆药、DS共晶、KD复盐起爆药的生产基础上快速转换，满足工业化生产使用要求。

[1]张志刚,张建国,张同来,等.新型起爆药GTX的制备工艺与性能研究[J].含能材料,2001,9(6):49-52.

[2]刘自铴,蒋荣光.起爆药[M].北京:兵器工业出版社,2005.

[3]张建国,张同来,杨利.起爆药的结晶控制技术与单晶培养[J].火工品,2001(1):50-54.

[4]王志新,李国新,劳允亮,等.改形苦味酸钾的结晶控制[J].含能材料,2004,12(6):326-328.

[5]GB 3838-2002 地表水环境质量标准[S].国家环境保护总局,2002.