利用回收溶剂制备某含RDX传爆药的工艺研究

曹 浩，杨伟涛，赵东奎，杨 渤，杨少红



利用回收溶剂制备某含RDX传爆药的工艺研究

曹 浩，杨伟涛，赵东奎，杨 渤，杨少红

（西安近代化学研究所，陕西 西安，710065）

为降低生产成本及生产过程对环境的污染，采用含奥克托今（HMX）和黑索今（RDX）传爆药生产过程中的回收溶剂制备了某含RDX传爆药。首先对不同工艺过程回收的溶剂进行组分分析，测定了冷凝回收溶剂中各组分含量，然后采用二元、三元混合溶剂模拟橡胶溶解过程，最后采用回收溶剂制备了RDX基传爆药，并对其全组分进行了表征。回收溶剂分析结果表明，回收溶剂中主要成分为乙酸乙酯，含量在94.9%以上，同时回收溶剂中含有少量石油醚和水。溶胶试验表明回收溶剂中的石油醚和水的含量均低于3%，不会影响氟橡胶溶解质量，可用于溶解氟橡胶。RDX基传爆药性能表征结果表明，3批样品质量稳定性好，组分含量符合设计要求。

含RDX传爆药；回收溶剂；组分；表征；含量

传爆药是一种以高能炸药为主体的压装用高分子粘结炸药，具有传爆性能稳定、不容易殉爆特点，同时还具有良好的压制性能、工艺性能[1-3]。

火炸药工业是工业生产中的重要污染源之一，生产过程中产生各种污染物，以气体、液体和固体等形态排入环境[4]。某RDX基传爆药采用水悬浮-蒸发法造粒工艺生产，先用乙酸乙酯将氟橡胶溶解形成粘结剂溶液，滴加到RDX与水的悬浮液中，在搅拌、抽真空和加热条件下，蒸发溶剂，使氟橡胶包覆RDX形成颗粒，经烘干去除水分，再筛选、钝化形成最终产品。传爆药生产工艺采用乙酸乙酯作为溶剂，生产过程中冷凝收集的乙酸乙酯纯度较高，但目前都直接销毁或排放至废水管网，造成极大污染和浪费[5-8]。利用溶剂再回收利用，按1条60kg级炸药生产线年均乙酸乙酯使用量计算，每年可有效节约成本40万元。所以，利用回收乙酸乙酯制备某RDX基传爆药的工艺研究既有理论价值又有很大的经济价值。

本实验对回收的乙酸乙酯进行组分分析研究，进一步对该含RDX传爆药生产过程溶胶工艺和造粒工艺进行研究，最终生产出合格的含RDX传爆药。研究结果可为回收乙酸乙酯的使用、利用回收乙酸乙酯制备合格的混合炸药工艺条件制定提供依据。

1 实验部分

1.1 取样

针对奥克托今（HMX）基、LLM105基和黑索今（RDX）基3种传爆药生产过程，每日生产结束后收集回收溶剂1次，收集时先将回收罐静置30min以上，然后将底层水放掉，观察无分层后，留取上层溶剂。

1.2 冷凝回收后的乙酸乙酯的组分含量

采用气相色谱（Agilent 4890气相色谱仪）对HMX基、LLM105基和RDX基传爆药生产中的回收溶剂进行组分分析。

1.3 回收溶剂的溶胶试验

将氟橡胶进行破碎，采用乙酸乙酯、石油醚和水的二元及三元混合物，溶解氟橡胶，观察溶解现象。试验在40℃条件下，搅拌速度300转/min进行，连续搅拌5h，观察并记录氟橡胶的溶解现象。

1.4 回收溶剂的造粒试验

使用回收溶剂溶解氟橡胶，并进行造粒、洗涤、干燥、筛选及混石墨，采用QUANTA FEG 250扫描电镜对样品进行表征，并对3个批次样品进行组分含量分析。

2 结果与讨论

2.1 冷凝回收后的乙酸乙酯的组分含量

对HMX基、LLM105基和RDX基传爆药回收溶剂分别取样进行组分分析，图1～3为3种不同回收溶剂的气相色谱图，回收溶剂的成分含量见表1。由图1~3可见，标准溶液的色谱分离效果良好，图上从左到右依次是水、乙酸乙酯、石油醚的峰。保留时间依次为0.15min，0.21min和0.28min。

表1 不同种类回收溶剂的成分

Tab.1 Components of recovered solvent for various booster production

图1 HMX基传爆药生产过程回收溶剂色谱图

图2 LLM105基传爆药生产过程回收溶剂色谱图

图3 RDX基传爆药生产过程回收溶剂色谱图

由表1可见，HMX基和两种不同型号RDX基传爆药回收溶剂中大部分为乙酸乙酯，同时还含有少量水分和一部分石油醚。不同传爆药生产后回收的溶剂中的水分含量小于3%，与常温下水在乙酸乙酯中的溶解度为2.94%吻合。回收溶剂中石油醚的含量分别为2.8%、2.4%和1.0%，此数据与生产投料量相比，明显偏小，可能的原因是石油醚的挥发性强于乙酸乙酯，在混合炸药试制线的回收条件下，大部分石油醚以气态的形式挥发了。

2.2 回收乙酸乙酯的溶胶工艺研究

传爆药采用氟橡胶作为粘结剂，氟橡胶是由偏氟乙酸与全氟丙烯共聚而成的弹性体，具有良好的贮存稳定性，它在低分子酮类和酯类溶剂中具有良好的溶解性。胶溶液稳定性好，放置5d看不出变化，无分层，不析出胶。为了研究回收溶剂中少量石油醚和水对传爆药溶胶质量的影响，并确定使用回收溶剂的溶胶工艺，进行了以下工艺模拟试验。

2.2.1 乙酸乙酯-石油醚混合溶液溶解氟橡胶的工艺试验

乙酸乙酯对氟橡胶具有极好的溶解能力，而纯石油醚对氟橡胶不能溶解，乙酸乙酯中夹杂了石油醚可能会对其溶解效果产生不利影响。为此，分别配制了不同比例的乙酸乙酯-石油醚混合溶液，观察混合溶液对氟橡胶的溶解能力。试验结果见表2。

表2 不同配比的乙酸乙酯-石油醚二元溶液溶解氟橡胶的溶解现象

Tab.2 Solution phenomenon of rubber in ethyl acetate/mineral ether binary mixtures with different ratio

由表2可见，当乙酸乙酯-石油醚混合溶液中石油醚含量达到60%以上时，才会对氟橡胶溶解过程产生严重影响。为了排除乙酸乙酯总量不够可能导致氟橡胶溶解不完全的可能性，项目组采用纯乙酸乙酯进行溶解试验，数据见表3。

表3 纯乙酸乙酯溶解氟橡胶的溶解现象

Tab.3 Solution phenomenon of rubber in pure ethyl acetate

由表3试验结果可见，40℃条件下，纯乙酸乙酯对氟橡胶的溶解极限大约为10:1。对比表2、表3中序号4的试验现象，可以看出乙酸乙酯-石油醚混合溶剂中石油醚对溶解有一定的抑制作用。为研究石油醚的加入对已经完全溶解的乙酸乙酯-氟橡胶溶液是否会产生不利影响，采用400mL乙酸乙酯完全溶解40g氟橡胶后，加入不同量的石油醚，观察溶液质量变化，结果见表4。

由表4可见，氟橡胶能否完全溶解，取决于混合溶剂中乙酸乙酯的绝对量，石油醚的抑制作用很小。已经完全溶解的乙酸乙酯-氟橡胶溶液中再加入同体积的石油醚，不会导致胶体析出，石油醚只对溶液起稀释作用。

表4 石油醚加入量对乙酸乙酯-氟橡胶溶液的影响

Tab.4 The influence of mineral ether addition on the solution of rubber in ethyl acetate

2.2.2 乙酸乙酯-水混合溶剂溶解氟橡胶的工艺试验

水在乙酸乙酯中的溶解度为2.94%（常温），且不能溶解氟橡胶，已知3种回收溶剂中水含量均低于此值。故研究水对乙酸乙酯溶解氟橡胶的影响时，采用饱和水后的乙酸乙酯进行溶解试验。取360mL乙酸乙酯、100mL水加入到三口瓶中，常温下搅拌2h。静置1h分层，用分液漏斗除去底层水。将有机层加入到三口瓶中，加热到40℃，在搅拌条件下加入40g氟橡胶，观察溶解情况。大约5h后，氟橡胶被完全溶解。结果表明，饱和水的乙酸乙酯可以完全溶解氟橡胶。

2.2.3 乙酸乙酯-石油醚-水混合溶剂溶解氟橡胶的工艺试验

配制不同浓度比例的乙酸乙酯-石油醚-水混合溶剂，按照传爆药生产工艺的要求，溶解氟橡胶，并观察溶液的稳定性。模拟生产条件，在1 000mL三口烧瓶中加入450mL不同配比的混合溶剂，在搅拌条件下加入粉碎过的12g氟橡胶FPM2603，在40℃恒温条件下搅拌5h，观察不同配比的乙酸乙酯-石油醚-水混合溶液的溶胶性能，并将溶解好的胶液倒入1 000mL三角烧瓶中，盖塞静置120h，观察胶液的稳定性。试验结果见表5。

表5 石油醚-水分-乙酸乙酯三元混合物对氟橡胶的溶解现象

Tab.5 Solution phenomenon of rubber in ternary mixtures composed by ethyl acetate, mineral ether and water

由表5可见，在回收溶剂组分配比的情况下，回收溶剂对橡胶溶解良好，稳定不分层。

2.3 利用回收溶剂制备含RDX传爆药

本实验利用表1中3种回收溶剂制备了RDX基传爆药，外观及内部形貌见图4。非回收溶剂制备的RDX基传爆药内部形貌见图5。对相同制备条件下的3批样品进行组分分析，并与非回收溶剂制备的3个批次的RDX基传爆药对比，结果见表6。由图4~5及表6可见，形貌、组分测试结果与非回收溶剂制备的炸药一致，且3个批次的样品组分分析结果一致性好，均满足相应技术指标要求，无质量问题。

图4 回收溶剂制备的炸药外观及内部形貌

图5 非回收溶剂制备的炸药内部形貌

表6 RDX基传爆药样品组分测试结果

Tab.6 Proportion of RDX-based booster

3 结论

（1）本研究结果表明乙酸乙酯-石油醚-水混合溶剂中石油醚含量小于20%，水分含量小于3%时，不会影响氟橡胶的溶解质量。3类传爆药生产过程的回收溶剂均可用于溶解氟橡胶。

（2）研究过程中利用3种不同炸药的回收溶剂制备出的某含RDX传爆药均满足产品指标要求。因此，判断含HMX和RDX传爆药的回收溶剂可以用于某含RDX传爆药的生产。

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Research of RDX-based Booster Production Process Using Recycled Solvent

CAO Hao，YANG Wei-tao，ZHAO Dong-kui，YANG Bo，YANG Shao-hong

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an, 710065)

In order to reduce the cost and the pollution of production, the recycled solvent during HMX-based and RDX-based booster production were collected and reused to produce RDX-based booster explosive. The component content and IR were used to analyze the content of each components, the binary and ternary mixture were used to study the solution of rubber binder. At last, the RDX-based booster was produced using recycled solvent and characterized. The results indicated that the main component of the recycled solvent was ethyl acetate, whose content was above 94.9%. The recycled solvent also contained tiny amount of mineral ether and water. The solution tests of rubber in mixed solvent showed that the content of mineral ether and water was lower than 3%, which would not influence the solution process of rubber. The characterization of RDX-based booster indicated that the booster had satisfied uniformity, the component content can meet the design requirement.

RDX-based booster；Recycled solvent；Components；Characterization；Content

1003-1480（2019）02-0011-04

TQ564.3

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.003

2018-11-27

曹浩（1990 -），男，助理工程师，主要从事混合炸药工艺研究。