一种安全环保的烟花爆竹用药及其制备方法与流程

本发明属于火工烟火药剂领域技术领域，涉及一种安全环保的烟花爆竹用药及其制备方法。

背景技术：

火药，又称黑火药，是中国四大发明之一，其传统配方为一硝二磺三木炭(即硝酸钾、硫磺和木炭)，是重要的发射药之一，发展至今，虽然已经被无烟火药及三硝基甲苯等炸药取代，但现在还广泛用于生产烟花、鞭炮、模型火箭以及仿古的前堂上弹枪支的发射药，主要用药成分基本未曾改变。

众所周知，火药中含硫、含硝、甚至含金属，无论是传统的黑火药，还是现代的无烟火药、双基火药、tnt，火药的爆炸、烟花爆竹的爆炸、定向爆破、矿物开采的爆破都是化学性爆炸，都会产生大量的有毒残留物、粉尘、烟雾、二氧化硫、氮氧化合物等，具有很强的刺激性、腐蚀性、窒息性、麻醉性、溶血性、致畸性、致癌性，会严重的污染大气、水质及人类生存的环境，如2017年10月27日世界卫生组织国际癌症研究机构公布致癌物清单中，亚硝酸盐被列入2a致癌物清单。

此外，黑火药是一种机械混合物，它的制造过程都是在设备中进行物理加工。主要工序由硝酸钾、硫磺、木炭三种材料用球磨机球磨混合，药饼压制，机械粉碎、造粒，分筛、抛光、包装。由于硝酸钾、硫磺、木炭按比例合成就具备了火药的全部属性，在机械生产过程中的撞击、摩擦和升温等因素的影响，极易发生爆炸燃烧事故。

随着社会的进步，科技的高速发展，从根本上解决火药生产、烟花、爆竹用药的安全、环保、无毒的问题刻不容缓。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种安全环保的烟花爆竹用药及其制备方法，采用的原材料低烟、无毒，便于安全生产、加工、运输和贮存，制备的烟花爆竹用药成品燃点高、无闪点、无毒、无硫，大大降低了成本，且爆炸后只产生二氧化碳、水和蒸气，不会污染环境，市场潜力无限。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种安全环保的烟花爆竹用药，采用以下原材料制成，所述原材料包括：食品级还原粉、乌洛托品、酚醛树脂、高氯酸钾，所述食品级还原粉与高氯酸钾的重量比为1：2所述酚醛树脂的用量为所述食品级还原粉与高氯酸钾的重量总和的10％，乌洛托品的用量为酚醛树脂重量的5％；所述食品级还原粉包括重量比为1：1的食品和秸秆/玉米芯/麸皮，所述食品包括小麦淀粉、玉米淀粉、白糖。

优选地，按重量百分数计，所述食品包括小麦淀粉40％、玉米淀粉40％、白糖20％。

优选地，秸秆/玉米芯/麸皮为40目～60目粉状。

更优选地，所述秸秆包括油菜杆、高粱杆、玉米杆。

本发明还提供了一种安全环保的烟花爆竹用药的制备方法，包括：

1)将食品与秸秆/玉米芯/麸皮按1:1的重量比湿法混合加工成食品级还原粉，所述食品包括小麦淀粉、玉米淀粉、白糖；

2)将重量比为1：2的食品级还原粉与高氯酸钾、食品级还原粉与高氯酸钾总重量10％的酚醛树脂和酚醛树脂重量5％的乌洛托品充分混合；

3)向混合好的粉料中加入酒精进行挤压造粒；

4)成品过筛，将不合格的粉料回收，返回步骤2)进行二次加工，合格的成品先后经热风烘干、冷风吹干后得最终产品。

优选地，步骤1)中采用双蛟龙混料机进行湿法混合。

优选地，步骤3)中挤压造粒的方式包括：对辊挤压造粒或旋转挤压造粒。

优选地，步骤3)中酒精加入量为粉料重量的8～20％。

优选地，步骤3)中挤压造粒得到的颗粒为17～20目。

优选地，步骤4)中最终产品的湿度6～8％。

本发明的有益效果如下：

(一)打破了千百年来传统火药一硝二磺三木炭的配方，采用三种食品(小麦淀粉、玉米淀粉、白糖)、秸秆(玉米芯、麸皮、油菜杆、高梁杆、玉米杆)、酚醛树脂、乌洛托品、高氯酸钾、作为原料，硫磺换成了淀粉，木炭换成了秸秆，硝酸钾换成了高氯酸钾；淀粉熔点430℃以上，秸秆460℃以上，高氯酸钾610℃以上，酚醛树脂又是一种耐高温材料，可耐900～1000℃以上，几种材料经过湿法混合，其新型发射药、烟花开苞药、爆竹用药燃点可打到600～800℃以上，由于酚醛树脂粘合需48小时的反应，生产出的发射药、烟花开苞药、爆竹用药从生产到能使用就有了48小时的安全过渡期，也便于安全运输。

(二)本申请最大的亮点就是改变了传统火药的生产工艺，彻底改变了发射药、烟花开苞药、爆竹药在生产过程中的粉尘爆炸、摩擦爆炸、撞击爆炸、运输爆炸、仓储高温爆炸的现象。不论是生产还原粉还是生产发射药、礼花开苞药、爆竹用药全部采用湿法生产、湿法仓储、湿法运输、湿法装填、自然干燥。食品级还原粉采用湿法吸附式混料原理，采用秸秆/玉米芯/麸皮作为吸附体将淀粉、白糖按前述比例经双蛟龙混料机自动加湿混合、吸附，完成新型食品级还原粉的制备的全过程；将原材料按比例用酒精调制成适合生产的湿度(含湿率通常为8％，根据天气可提高到20％，天气温度越高，酒精湿度就越大)，用对辊挤压或旋转挤压造粒，过筛(将不合格的粉料经回收装置，返回到混料机内二次加工，无废品、无损耗)。热风烘干、冷风吹干，使其成品含湿率降到8％，然后自动定量包装，这样就能为后续的仓储、运输、装填药物打下了更安全的保证。因为含湿率只要超过8％就不会发生闪爆现象，又利用酒精自然挥发、纸板透气的原理，成品药装填后5～8天就会降到1％～2％的含湿率(含湿率在1％～2％时，只影响了一点高度—5米左右，不影响发射率)，30天后就能达到干透。本申请的方法也适用于军工硝厂传统高温挤压生产发射药的方式，使用静态湿法生产、无粉尘、无闪点、无撞击、高效节能。

(三)本申请原材料的加工、混料、挤压、冷热烘干、装药、自动传输、包装运输的全程生产自动化、智能化技术将为烟花爆竹用药行业带来前所未有的变革。与自主研发的全自动无人智能化生产线配套使用，每条生产线日产10吨～50吨以上，仅需职工6～8人，极大的降低了成本。

(四)本申请新型烟花爆竹用药的发明，将会成为传统烟花爆竹的回魂丹，从原材料、生产、运输到终端使用的全新升级，安全有了保障，无毒无硫不会污染环境，环保有了保障，烟花爆竹有了继续生存和发展的空间，并且原材料成本降低，经过烟花企业使用，同等效力下新型发射药用量仅为传统黑火药的一半，直接提高企业的经济效益，且爆炸后只产生二氧化碳和水蒸气，不会污染环境，市场潜力无限。

(五)本发明制备的新型烟花爆竹用药产品不含硫、不含硝、不含金属、燃点高、无闪点、摩擦撞击感度为零，彻底解决了传统烟花爆竹用药在原材料、生产加工、运输和使用过程中存在的安全和环保难题。本发明可运用于民用(如传统的烟花爆竹、民爆、科研等领域)，也可用于工业生产和军事上，因此而产生的经济效益和社会效益将无法估量。

附图说明

图1为国家烟花爆竹产品质量监督检验中心检测报告第1页。

图2为国家烟花爆竹产品质量监督检验中心检测报告第2页。

图3为国家烟花爆竹产品质量监督检验中心检测报告第3页。

图4为本申请全自动无人智能s.e.n黑火药生产线示意图，其中：1—原料仓；2—双蛟龙混料机；3—料仓；4—挤压造料机；5—热风烘干机；6—冷风吹干机；7—输送带；8—产成品料仓；9—全自动包装机。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

需要说明的是，申请人将本发明的烟花爆竹用药称为s.e.n烟花爆竹用药，以下将采用该命名进行描述，但并非是对本申请的限制。

实施例

一、原材料的改变

传统火药的原材料为：硝酸钾、硫磺、木炭，爆炸燃烧后会释放粉尘、二氧化硫、氮氧化合物、亚硝酸盐，不仅会造成严重的空气污染，而且还有造成地表水污染，破坏自然生存环境。由于传统药燃点低、闪点低、摩擦撞击感度高、含毒高，在生产加工、运输和使用过程中安全事故频发。此外传统火药还具有易潮、贮存成本高的缺陷。

要改变黑火药的安全性和污染问题，关键是从原材料上作文章。首先，是对上千种原材料进行对比、配型、筛分，按食物的爆炸原理，找到经点燃就能产生氮气和氧气的物质，前提是此物能由氧化剂点燃，同时将氧化剂与食品还原剂按比例配制好，燃烧后不产生有毒气体，就算成功了。

研发过程中筛选过的部分食物的自燃点和爆炸下限相关参数如下表所示：

表1.不同食物粉尘的自燃点和爆炸下限相关参数

申请人经过上万次试验最终选择了小麦淀粉、玉米淀粉、白糖这三种食品作为原料，其中，小麦淀粉细度超过了180目，玉米淀粉也在180目以上，白糖经粉碎也达到了120目以上。

该新型s.e.n火药的原材料具有以下特点：

1.木炭改用秸秆，这一改变使发射药还原粉更安全、更环保，更降低了生产成本。

2.淀粉、秸秆、酚醛树脂低烟、无毒，便于安全生产、加工、运输和贮存。

3.淀粉熔点430℃以上，秸秆460℃以上，高氯酸钾610℃以上，酚醛树脂又是一种耐高温材料，可耐900～1000℃以上，几种材料经过混合得到的s.e.n烟花爆竹用药燃点可打到600～800℃以上，由于酚醛树脂粘合需48小时的反应，我们利用这一特点，使生产出的s.e.n烟花爆竹用药从生产到能使用就有了48小时的安全过渡期。

二、生产工艺的改变

传统的黑火药生产工艺为干法生产，存在着极大的安全隐患。

其工序主要包括：机械球磨混料——加热加压——将压好后的药饼进行机械粉碎——将粉碎后的颗粒进行球磨抛光——机械分筛。每一道工序都存在摩擦、撞击。这也是生产最忌讳的，也是不允许的。

具体地，黑火药的生产工艺包括：

硝酸钾、硫磺、木炭球磨合成，高温130～140℃，230吨压力机高压成型、粉碎造粒、机械振动分筛、球磨抛光。温度超过了硫磺的熔点114～119℃，易爆；球磨抛光，未使用氮气保护，易爆炸，且成品率低。

本申请s.e.n烟花爆竹用药则采用独特的静态湿法生产工艺，无撞击、无摩擦，无安全隐患。

其工序主要包括：

将原材料按比例用酒精与酚醛树脂调制成适合生产的湿度(通常采用8％，根据天气可提高到20％，天气温度越高酒精湿度就越大)，用对辊挤压或旋转挤压造粒。也适应于黑火药厂传统高温挤压生产发射药的方式。几种材料混合后经酚醛树脂粘接，还有48小时安全反应期，为产品初期生产提供了更加安全的保障。

使用静态湿法生产，不仅安全环保，还为机械自动化、智能化打下基础。

三、生产线的改变

传统的黑火药生产主要以机械生产为主，人工搬运为辅，从上料、混料、造粒、风干、成品需要大量劳动力参与，球磨撞击、摩擦撞击以及各种人为因素，存着很大的安全隐患。

本申请自主配套研发了全自动无人智能s.e.n黑火药生产线，采用对辊挤压或旋转挤压造粒方式，从上料、混料、造粒、风干、称重打包，全部自动化智能化，由于采用模具化生产，其形状大小一致，美观实用。全自动化、无人、无粉尘、无撞击、静态湿法生产。每条生产线日产10吨～50吨以上的发射药、烟花用开苞药，职工6～8人即可。

如图4所示：将来自原料仓1的新型食品级还原粉1份，高氯酸钾2份，二者之和重量10％的酚醛树脂，酚醛树脂重量5％的乌洛托品固化剂经双蛟龙混料机2加湿到8％(根据天气可提高到20％，天气温度越高酒精湿度就越大)混合好后经料仓3输送到挤压造料机4，按模具尺寸挤压出最小2mm的颗粒，经振动筛(20筛孔，振动频率是20hz)。分选后，不合格的返回到双蛟龙混料机2内，合格品依次进入热风烘干机5、冷风吹干机6，在南方可在冷风机内加喷洒防潮剂，在北方不需要喷洒防潮剂。通过挤压，密度增加了，吸湿率不会超过2％，完全达到国家标准。冷风吹干后，含湿率不超过8％就可以经输送带7输送至产成品料仓8进行计量，再经全自动包装机9装箱、入库。

四、新型s.e.n烟花爆竹用药具有显著优势

2017年申请人第一次委托国家烟花爆竹产品质量监督检验中心对新产品s.e.n发射烟花爆竹用药进行了质量检测，如图1～3所示，结果显示，s.e.n的摩擦感度、撞击感度、火焰感度、热安定性、硫磺定性等均符合国家相关产品标准或技术要求，特别是最主要的摩擦感度和撞击感度，国标要求是小于等于百分之五十，而本申请实测可为零。

s.e.n烟花爆竹用药与军工硝主要指标对照如下表所示：

表2.本申请新型烟花爆竹用药与军工硝指标对照表

(一)节能环保

s.e.n烟花爆竹用药运用在普通的鞭炮烟花上，装药量少，性能优越。如：1.2寸组合礼花测试结果如下：

1、节能

表3.本申请s.e.n烟花爆竹用药与现有军工硝在1.2寸组合礼花使用时的测试结果

2、安全、环保

i.s.e.n烟花爆竹用药采用淀粉、秸杆、高氯酸钾、酚醛树脂等作为原材料，使用食品作为还原剂，无毒、无硫，既安全，又便于生产和运输，能极大的节省成本。

ii.s.e.n烟花爆竹用药燃烧释放的只有二氧化碳、水和蒸气，不会产生有毒气体，不会污染环境，这样就为烟花爆竹重返城市上空打下了基础。

(二)应用广泛

1、在传统烟花爆竹产业上的运用

1)彻底解决烟花爆竹产业安全隐患

s.e.n烟花爆竹用药用食品作为还原剂，木炭换成了秸秆、硝酸钾换成了高氯酸钾，采用新型静态湿法生产工艺，全自动无人智能化流水生产线，能确保生产过程中安全、高效、无污染；且s.e.n烟花爆竹用药产品燃点高、无闪点、摩擦撞击感度为零。

2)从根本上解决燃放烟花爆竹对环境的污染问题

由于新型s.e.n烟花爆竹用药所用原材料的改变和生产工艺改变，新药不含硫、不含硝、不含金属、燃点高，爆炸燃烧后只释放二氧化碳、水和蒸气，不会产生粉尘和有毒雾霾，不会对空气质量、地表水和环境造成影响，彻底解决了烟花爆竹在燃放过程中对环境的污染问题。

3)节约生产成本，提高经济效益

s.e.n烟花爆竹用药采用食品(如淀粉)、秸秆、工业高氯酸钾作为原材料，极大的降低的烟花爆竹用药的生产成本，秸秆变成原材料，一方面解决了农村秸秆燃烧污染空气问题，同时秸秆变废为宝，直接为农民创收。

由于s.e.n发射药性能提高，在生产烟花爆竹时，同等大小和功率的烟花爆竹，只需要传统烟花爆竹用药一半的药量，直接节省了生产成本，提高了经济纵向发展。效益。

4)混料标准、成品效果一致

现烟花用开苞药采用的是铝粉、硫磺、高氯酸钾经干法混合后装填到礼花弹内，由于比重不同，经过运输就会发生三种材料分离现象，运输越远分离越开，经常发生输美、输欧市场的礼花弹，到港燃放与出厂前的燃放效果不一样，直接影响到出口创汇。新型的开苞药采用新型食品级还原粉1份与高氯酸钾2份、酚醛树脂10％、酚醛树脂重量5％的乌洛托品固化剂，经造粒机用工业酒精边喷洒边造粒，成品标准8～10目。合格的成品采用自然干燥、烘房干燥。新型烟花开苞药，由于采用的是湿法混合造粒，药物合成比例标准。不会产生标准不一，药劲大小不等的现象，从根本上解决干法混料分离的弊端。

2、工业产业上的运用

矿山用药和响炮用药是s.e.n烟花爆竹用药的基础上，而研发出的另一种s.e.n工业炸药和爆竹用药，用秸秆60目的还原粉1份，高氯酸钾2份，干法现场混料，采用分批生产，分批储存，配套使用我公司自主研发的全自动无人双向蛟龙混料机，使用多少混合多少。由于全部采用食品材料混配，不会产生有毒有害气体(国家严格规定：1kg井下炸药爆炸后，所产生的有害气体不得超过80l)，是真正的环保炸药。s.e.n矿山用药摩擦、撞击感度全部低于国家标准。

与传统民爆药相比，自主研发的矿山s.e.n用药和响炮药更安全、稳定、环保，并能极大的降低生产成本，提高安全指数，提高经济效益。未来将会广泛应用于采矿、筑路、兴修水利、工程爆破、金属加工等，以及地震探查等科学技术领域。

3、未来军事上的运用

自从火药发明以来，其主要功能就是运用在军事上，从唐代末年的火枪、火炮到现代的火箭、导弹都离不开火药。火药在军事上的运用，推动和影响了人类社会的变革与发展，推进了世界历史的进程，但火药爆炸所产生的有毒气体、粉尘等也严重污染了人类生存的环境。

s.e.n烟花爆竹用药安全、环保、输出功率大，未来用作炮弹、鱼雷等发射用药，必将为现代军事带来一次环保科技的改革和质的飞跃。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。