人工影响天气作业碘化银焰剂的试验研究

阎巧玲，许 勇，慕 峰，李小强

人工影响天气作业碘化银焰剂的试验研究

阎巧玲，许 勇，慕 峰，李小强

（西安庆华民用爆破器材股份有限公司，陕西 西安，710025）

为提高人工影响天气作业用碘化银焰剂生产的安全性，基于增雨防雹火箭弹焰剂和机载冷云增雨焰条焰剂配方，分别进行了两种焰剂的燃烧性能、爆轰性能及机械、火焰、静电火花感度试验，对试验结果进行了分析比较。研究表明火箭弹焰剂具有爆轰感度，生产过程中有一定危险性，并据此提出防爆安全技术措施。

碘化银焰剂；人影天气；火箭弹；焰条；感度

人工影响天气作业中广泛使用以碘化银为主要成份的播云催化剂来产生人工冰核。目前国内采用火箭和机载播撒碘化银焰剂，其均由高氯酸铵、碘化银、碘化钾、有机可燃物及一些添加剂混合后制备而成[1]。试验检测证明多组分的碘化银复合型气溶胶粒子的成核率要高于纯碘化银粒子。不同配方的焰剂除了产生气溶胶粒子成冰性能差异外，还会存在感度及爆炸危险性的不同。本研究针对西安庆华民爆公司生产的HY系列降伞式火箭弹和焰条两种焰剂配方感度的差异进行研究，为拟定生产安全规范提供参考依据，对提高碘化银焰剂的安全生产具有重要意义。

1 两种不同作业方式用焰剂

碘化银的结晶形状与冰晶晶格非常相似，可以作为人工冰核在冷云中催化产生冰晶，焰剂燃烧法是目前制备AgI人工冰核的一种常用方法。焰剂可以通过飞机机载燃烧，也可由火箭携带到空中燃烧[2]。不同作业方式对焰剂的技术形态要求不同，因此，焰剂的配方及生产工艺也存在差别。

HY增雨防雹火箭弹催化剂撒播器1次共携带48个子弹，每排6个，每个子弹含AgI催化剂6.2g，撒播时间为6～9s。焰剂配方见表1，一定粒度的各组分首先通过混合机进行湿混均匀，然后通过筛网造粒，形成粒子状(粉末含量不超过30%)，在50℃条件下烘干，再将药剂装入模具中，用油压机压制成型。

表1 火箭弹焰剂配方

Tab.1 Formula of the rocket shell pyrotechnics

HY机载冷云增雨焰条每根装碘化银催化剂1 750g，燃烧时间为20～22min。焰条长径比大，采用灌注成型提高催化剂装药密度一致性。通过捏合机湿混均匀，采用灌装机进行灌注，静置，100℃高温下交联固化24h，形成固体柱状结构。焰剂配方见表2。

表2 冷云焰条焰剂配方

Tab.2 Formula of the pyrotechnic stick pyrotechnics

2 感度及燃烧爆炸性试验

2.1 燃烧试验

分别取400g焰剂，自然堆积在敞口木质容器中，用点火管引火，两种药剂发生燃烧，火箭弹催化剂燃烧发出粉红色火焰，焰条催化剂燃烧为淡黄色火焰，燃烧效果如图1所示。将1g催化剂压制成φ7mm×5mm的药柱，用药头点火，分别测试5发，火箭弹催化剂的燃烧时间为527～597ms，焰条催化剂燃烧时间为896～973ms。依据GJB 5891.29-2006火工品药剂试验方法燃烧热和爆热测定恒温法，对2种药剂的燃烧热进行测试，每一药剂样品平行测定2次，取其算术平均值修约为整数，火箭弹催化剂的燃烧热为4 087J/g，焰条催化剂燃烧热为3 330J/g。

2.2 爆轰试验

将焰剂装入牛皮纸卷的纸筒中，插入导爆管雷管，起爆雷管，焰条催化剂未发生作用，火箭弹焰剂催化剂发生爆炸。为了进一步测试火箭弹焰剂催化剂爆炸后的做功能力，将450g催化剂用牛皮纸卷成药包，埋于地面下60cm处，用沙土覆盖，起爆导爆管雷管，催化剂发生爆炸，爆破漏斗尺寸为1.6m×1.6m×0.52 m，效果如图2所示。

图1 碘化银焰剂燃烧效果

图2 火箭弹焰剂爆炸效果

2.3 感度试验

按照GJB 5891火工药剂试验方法中的相应部分，对两种焰剂分别进行火焰感度、摩擦感度、撞击感度、静电火花感度试验，试验结果见表3。

表3 碘化银焰剂感度测试结果

Tab.3 Sensitivity test results of the silver iodide pyrotechnics

3 试验结果分析

火箭弹焰剂催化剂含有酚醛树脂，焰剂燃烧后呈现粉红色火焰，焰条催化剂由于含有多种添加剂，黄色火焰被覆盖，只能看到很淡的颜色。火箭弹催化剂因含有高能可燃剂，故燃烧热及燃烧速度均比较高。焰条催化剂撞击感度较火箭弹催化剂高，主要是因为焰条催化剂含有多种液体成分，受热干燥液体挥发后留有较多气孔，受冲击后空穴与气孔的压缩容易形成热点，因此，撞击感度相对火箭弹催化剂高。

焰条催化剂中较多的液体添加剂能够对单体炸药高氯酸铵进行较完全的包覆，使其晶体不被裸露，塑性相对较强，故摩擦感度相对低一些。同时，因为火箭弹焰剂的密度较焰条焰剂高，摩擦后更容易发火。焰剂中的高氯酸铵（AP）是一种单质炸药，自身具有爆炸性。火箭弹催化剂中AP的含量高，同时采用混制-造粒工艺进行生产，焰剂粒子密度大，在冲击波作用下发生化学反应释放的能量足以使爆轰波不断传播下去，并具有相当的威力。焰条催化剂含有草酸铵，受热分解生成NH3，该过程是一个吸热反应，△H=-1 476kJ/kg，分解产物NH3能够抑制高氯酸铵的分解，使AP分解峰向高温方向移动，降低催化剂的燃烧速度和高氯酸铵分解的压力指数[3]。另外，焰条催化剂中AP的含量相对较少，在草酸铵作用下，其分解速度慢，因此，焰条催化剂不具有爆轰感度。

4 防爆安全技术措施

根据试验结果可知，增雨防雹火箭弹焰剂在爆轰波作用下可以发生爆炸，是一种具有较大破坏性的危险药剂。为了避免事故发生和减少损失，在药剂生产中采取了以下安全技术措施进行预防。

4.1 工艺布置

将火箭弹焰剂生产的每道工序分布在相互隔离的独立操作间，操作间带有抗爆小室，并安装有门机连锁装置。每1个操作间只允许布置1台设备，设备电机具有防爆功能。

4.2 工艺设备

针对氧化剂高氯酸铵的化学性质特点，将混合设备的搅拌桨由铜质改为不锈钢，投料量由不超过容器容积2/3改为不超过容积的1/2，同时采用立式混合机取代了卧式混合机，搅拌桨与混合机壁之间的最小距离为6mm，避免桨叶与器壁之间的摩擦。

4.3 机械化改造

通过研制自动加料装置，将高氯酸铵由人工直接加入改为机械加入；同时，对药剂生产过程造粒、装盒工序的分药、倒药等步骤进行改进，实现了人机隔离操作。

4.4 调整安全定量

根据试验计算的火箭弹焰剂安全当量，在工房建筑物安全定量基础上，对药剂生产的安全定量进行了重新调整，减少事故发生后的破坏力。

4.5 工艺控制

为了确保安全，生产过程中严格控制高氯酸铵的粒度，所有物料在加入混合机前过筛处理，防止引入杂质；混药时，粉料按照规定的先后顺序分次加入；连续生产2锅以上时，每一锅混制结束后都要对混合机进行清理，防止器壁粘有干药。

4.6 提高操作技巧

通过技能培训、经验交流等形式不断提高操作人员的素质和操作水平，建立严格的操作制度，安全操作规程，杜绝人为事故的发生。

5 结论

通过对HY系列增雨防雹火箭弹焰剂和机载冷云增雨焰条焰剂试验研究，得到以下结论：（1）焰条催化剂含有较多液态成分，干燥后空穴多，受冲击气孔压缩，撞击感度相对较高；同时由于密度低，较多的液态添加剂能够对高氯酸铵进行比较完全的包覆，使其摩擦感度降低，生产相对较安全。（2）草酸铵功能性添加剂的使用，不但极大地降低了焰条催化剂的燃烧速率，而且有效抑制了高氯酸铵的分解，使其不具有爆轰感度。在一定程度上提高了生产安全性。（3）火箭弹催化剂具有爆轰感度，且爆炸后破坏性较大，生产过程有一定的危险性。（4）为了提高火箭弹焰剂生产的安全性，可以采取设备改进、人机隔离操作、减少操作定量及严格工艺控制等措施来预防事故。

[1] 吴玉忠,陈光学.烟火技术在人工影响天气中的应用[J].火工品,2004(4):31-33.

[2] 高艳秋,王向华.浅谈人工影响天气的作业方式[J].农技服务, 2015,32(7):146.

[3] 张恒宁,王晗,等.草酸铵对改性双基推进剂燃烧及能量性能影响研究[J].科学技术与工程,2014(29):202-205.

[4] 刘文生,周建中,等.一种真空浇铸高温固化成型的新型固态碘化银焰剂[J].江西科学,2011(1):29-34.

The Experimental Study on Silver Iodide Pyrotechnics of Weather Modification Operation

YAN Qiao-ling，XU Yong，MU Feng，LI Xiao-qiang

(Xi’an Qinghuan Explosive Material Co.Ltd.，Xi’an，710025)

In order to improve the process safety of silver iodide pyrotechnics used to weather modification, based on two formulas of pyrotechnic compositions for rainfall-enhancement and anti-hail rocket, and aircraft artificial precipitation enhancement cold cloud, the combustion property, detonation performance, as well as mechanical sensitivity, flame sensitivity, electrostatic spark sensitivity of two pyrotechnic compositions were tested and compared. The study show that silver iodide pyrotechnics for rainfall-enhancement and anti-hail rocket has certain detonation sensitivity, the dangerous would exist during production, so the safety technique measures for anti-explosion were proposed.

Silver iodide pyrotechnics；Weather modification；Rocket shell；Pyrotechnic stick；Sensitivity

TQ567.9

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.06.013

1003-1480（2019）06-0051-03

2019-10-10

阎巧玲（1973-），女，高级工程师，从事火工药剂研发工作。