人工影響天氣作業(yè)碘化銀焰劑的試驗(yàn)研究

閻巧玲，許 勇，慕 峰，李小強(qiáng)

人工影響天氣作業(yè)碘化銀焰劑的試驗(yàn)研究

閻巧玲，許 勇，慕 峰，李小強(qiáng)

（西安慶華民用爆破器材股份有限公司，陜西 西安，710025）

為提高人工影響天氣作業(yè)用碘化銀焰劑生產(chǎn)的安全性，基于增雨防雹火箭彈焰劑和機(jī)載冷云增雨焰條焰劑配方，分別進(jìn)行了兩種焰劑的燃燒性能、爆轟性能及機(jī)械、火焰、靜電火花感度試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析比較。研究表明火箭彈焰劑具有爆轟感度，生產(chǎn)過程中有一定危險(xiǎn)性，并據(jù)此提出防爆安全技術(shù)措施。

碘化銀焰劑；人影天氣；火箭彈；焰條；感度

人工影響天氣作業(yè)中廣泛使用以碘化銀為主要成份的播云催化劑來產(chǎn)生人工冰核。目前國(guó)內(nèi)采用火箭和機(jī)載播撒碘化銀焰劑，其均由高氯酸銨、碘化銀、碘化鉀、有機(jī)可燃物及一些添加劑混合后制備而成[1]。試驗(yàn)檢測(cè)證明多組分的碘化銀復(fù)合型氣溶膠粒子的成核率要高于純碘化銀粒子。不同配方的焰劑除了產(chǎn)生氣溶膠粒子成冰性能差異外，還會(huì)存在感度及爆炸危險(xiǎn)性的不同。本研究針對(duì)西安慶華民爆公司生產(chǎn)的HY系列降傘式火箭彈和焰條兩種焰劑配方感度的差異進(jìn)行研究，為擬定生產(chǎn)安全規(guī)范提供參考依據(jù)，對(duì)提高碘化銀焰劑的安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 兩種不同作業(yè)方式用焰劑

碘化銀的結(jié)晶形狀與冰晶晶格非常相似，可以作為人工冰核在冷云中催化產(chǎn)生冰晶，焰劑燃燒法是目前制備AgI人工冰核的一種常用方法。焰劑可以通過飛機(jī)機(jī)載燃燒，也可由火箭攜帶到空中燃燒[2]。不同作業(yè)方式對(duì)焰劑的技術(shù)形態(tài)要求不同，因此，焰劑的配方及生產(chǎn)工藝也存在差別。

HY增雨防雹火箭彈催化劑撒播器1次共攜帶48個(gè)子彈，每排6個(gè)，每個(gè)子彈含AgI催化劑6.2g，撒播時(shí)間為6～9s。焰劑配方見表1，一定粒度的各組分首先通過混合機(jī)進(jìn)行濕混均勻，然后通過篩網(wǎng)造粒，形成粒子狀(粉末含量不超過30%)，在50℃條件下烘干，再將藥劑裝入模具中，用油壓機(jī)壓制成型。

表1 火箭彈焰劑配方

Tab.1 Formula of the rocket shell pyrotechnics

HY機(jī)載冷云增雨焰條每根裝碘化銀催化劑1 750g，燃燒時(shí)間為20～22min。焰條長(zhǎng)徑比大，采用灌注成型提高催化劑裝藥密度一致性。通過捏合機(jī)濕混均勻，采用灌裝機(jī)進(jìn)行灌注，靜置，100℃高溫下交聯(lián)固化24h，形成固體柱狀結(jié)構(gòu)。焰劑配方見表2。

表2 冷云焰條焰劑配方

Tab.2 Formula of the pyrotechnic stick pyrotechnics

2 感度及燃燒爆炸性試驗(yàn)

2.1 燃燒試驗(yàn)

分別取400g焰劑，自然堆積在敞口木質(zhì)容器中，用點(diǎn)火管引火，兩種藥劑發(fā)生燃燒，火箭彈催化劑燃燒發(fā)出粉紅色火焰，焰條催化劑燃燒為淡黃色火焰，燃燒效果如圖1所示。將1g催化劑壓制成φ7mm×5mm的藥柱，用藥頭點(diǎn)火，分別測(cè)試5發(fā)，火箭彈催化劑的燃燒時(shí)間為527～597ms，焰條催化劑燃燒時(shí)間為896～973ms。依據(jù)GJB 5891.29-2006火工品藥劑試驗(yàn)方法燃燒熱和爆熱測(cè)定恒溫法，對(duì)2種藥劑的燃燒熱進(jìn)行測(cè)試，每一藥劑樣品平行測(cè)定2次，取其算術(shù)平均值修約為整數(shù)，火箭彈催化劑的燃燒熱為4 087J/g，焰條催化劑燃燒熱為3 330J/g。

2.2 爆轟試驗(yàn)

將焰劑裝入牛皮紙卷的紙筒中，插入導(dǎo)爆管雷管，起爆雷管，焰條催化劑未發(fā)生作用，火箭彈焰劑催化劑發(fā)生爆炸。為了進(jìn)一步測(cè)試火箭彈焰劑催化劑爆炸后的做功能力，將450g催化劑用牛皮紙卷成藥包，埋于地面下60cm處，用沙土覆蓋，起爆導(dǎo)爆管雷管，催化劑發(fā)生爆炸，爆破漏斗尺寸為1.6m×1.6m×0.52 m，效果如圖2所示。

圖1 碘化銀焰劑燃燒效果

圖2 火箭彈焰劑爆炸效果

2.3 感度試驗(yàn)

按照GJB 5891火工藥劑試驗(yàn)方法中的相應(yīng)部分，對(duì)兩種焰劑分別進(jìn)行火焰感度、摩擦感度、撞擊感度、靜電火花感度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 碘化銀焰劑感度測(cè)試結(jié)果

Tab.3 Sensitivity test results of the silver iodide pyrotechnics

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

火箭彈焰劑催化劑含有酚醛樹脂，焰劑燃燒后呈現(xiàn)粉紅色火焰，焰條催化劑由于含有多種添加劑，黃色火焰被覆蓋，只能看到很淡的顏色?；鸺龔棿呋瘎┮蚝懈吣芸扇紕嗜紵裏峒叭紵俣染容^高。焰條催化劑撞擊感度較火箭彈催化劑高，主要是因?yàn)檠鏃l催化劑含有多種液體成分，受熱干燥液體揮發(fā)后留有較多氣孔，受沖擊后空穴與氣孔的壓縮容易形成熱點(diǎn)，因此，撞擊感度相對(duì)火箭彈催化劑高。

焰條催化劑中較多的液體添加劑能夠?qū)误w炸藥高氯酸銨進(jìn)行較完全的包覆，使其晶體不被裸露，塑性相對(duì)較強(qiáng)，故摩擦感度相對(duì)低一些。同時(shí)，因?yàn)榛鸺龔椦鎰┑拿芏容^焰條焰劑高，摩擦后更容易發(fā)火。焰劑中的高氯酸銨（AP）是一種單質(zhì)炸藥，自身具有爆炸性?；鸺龔棿呋瘎┲蠥P的含量高，同時(shí)采用混制-造粒工藝進(jìn)行生產(chǎn)，焰劑粒子密度大，在沖擊波作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放的能量足以使爆轟波不斷傳播下去，并具有相當(dāng)?shù)耐?。焰條催化劑含有草酸銨，受熱分解生成NH3，該過程是一個(gè)吸熱反應(yīng)，△H=-1 476kJ/kg，分解產(chǎn)物NH3能夠抑制高氯酸銨的分解，使AP分解峰向高溫方向移動(dòng)，降低催化劑的燃燒速度和高氯酸銨分解的壓力指數(shù)[3]。另外，焰條催化劑中AP的含量相對(duì)較少，在草酸銨作用下，其分解速度慢，因此，焰條催化劑不具有爆轟感度。

4 防爆安全技術(shù)措施

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，增雨防雹火箭彈焰劑在爆轟波作用下可以發(fā)生爆炸，是一種具有較大破壞性的危險(xiǎn)藥劑。為了避免事故發(fā)生和減少損失，在藥劑生產(chǎn)中采取了以下安全技術(shù)措施進(jìn)行預(yù)防。

4.1 工藝布置

將火箭彈焰劑生產(chǎn)的每道工序分布在相互隔離的獨(dú)立操作間，操作間帶有抗爆小室，并安裝有門機(jī)連鎖裝置。每1個(gè)操作間只允許布置1臺(tái)設(shè)備，設(shè)備電機(jī)具有防爆功能。

4.2 工藝設(shè)備

針對(duì)氧化劑高氯酸銨的化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，將混合設(shè)備的攪拌槳由銅質(zhì)改為不銹鋼，投料量由不超過容器容積2/3改為不超過容積的1/2，同時(shí)采用立式混合機(jī)取代了臥式混合機(jī)，攪拌槳與混合機(jī)壁之間的最小距離為6mm，避免槳葉與器壁之間的摩擦。

4.3 機(jī)械化改造

通過研制自動(dòng)加料裝置，將高氯酸銨由人工直接加入改為機(jī)械加入；同時(shí)，對(duì)藥劑生產(chǎn)過程造粒、裝盒工序的分藥、倒藥等步驟進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)隔離操作。

4.4 調(diào)整安全定量

根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的火箭彈焰劑安全當(dāng)量，在工房建筑物安全定量基礎(chǔ)上，對(duì)藥劑生產(chǎn)的安全定量進(jìn)行了重新調(diào)整，減少事故發(fā)生后的破壞力。

4.5 工藝控制

為了確保安全，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制高氯酸銨的粒度，所有物料在加入混合機(jī)前過篩處理，防止引入雜質(zhì)；混藥時(shí)，粉料按照規(guī)定的先后順序分次加入；連續(xù)生產(chǎn)2鍋以上時(shí)，每一鍋混制結(jié)束后都要對(duì)混合機(jī)進(jìn)行清理，防止器壁粘有干藥。

4.6 提高操作技巧

通過技能培訓(xùn)、經(jīng)驗(yàn)交流等形式不斷提高操作人員的素質(zhì)和操作水平，建立嚴(yán)格的操作制度，安全操作規(guī)程，杜絕人為事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

通過對(duì)HY系列增雨防雹火箭彈焰劑和機(jī)載冷云增雨焰條焰劑試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：（1）焰條催化劑含有較多液態(tài)成分，干燥后空穴多，受沖擊氣孔壓縮，撞擊感度相對(duì)較高；同時(shí)由于密度低，較多的液態(tài)添加劑能夠?qū)Ω呗人徜@進(jìn)行比較完全的包覆，使其摩擦感度降低，生產(chǎn)相對(duì)較安全。（2）草酸銨功能性添加劑的使用，不但極大地降低了焰條催化劑的燃燒速率，而且有效抑制了高氯酸銨的分解，使其不具有爆轟感度。在一定程度上提高了生產(chǎn)安全性。（3）火箭彈催化劑具有爆轟感度，且爆炸后破壞性較大，生產(chǎn)過程有一定的危險(xiǎn)性。（4）為了提高火箭彈焰劑生產(chǎn)的安全性，可以采取設(shè)備改進(jìn)、人機(jī)隔離操作、減少操作定量及嚴(yán)格工藝控制等措施來預(yù)防事故。

[1] 吳玉忠,陳光學(xué).煙火技術(shù)在人工影響天氣中的應(yīng)用[J].火工品,2004(4):31-33.

[2] 高艷秋,王向華.淺談人工影響天氣的作業(yè)方式[J].農(nóng)技服務(wù), 2015,32(7):146.

[3] 張恒寧,王晗,等.草酸銨對(duì)改性雙基推進(jìn)劑燃燒及能量性能影響研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014(29):202-205.

[4] 劉文生,周建中,等.一種真空澆鑄高溫固化成型的新型固態(tài)碘化銀焰劑[J].江西科學(xué),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

閻巧玲（1973-），女，高級(jí)工程師，從事火工藥劑研發(fā)工作。