烟火药的吸湿性及其影响

烟火药剂吸湿率大是造成该行业生产、燃放、贮存、运输等环节发生事故的主要原因之一。根据对近几年广东、广西、湖南、河北等地区烟花爆竹厂发生自燃自爆事故的分析，多属于产品混合药剂或半产品吸湿率大，引起自身大量放热，且又不能及时散发造成的。1990年9月，河北省某花炮厂发生的自燃自爆事故就是一例。该厂将硝酸钾、硝酸钠、镁铝合金粉、铝渣等药剂混合组成的喷花产品药柱，在未干燥的情况下装入塑料编织袋入库。由于当时天阴有雨，客观上相对湿度大。而药柱中的硝酸钠具有较强的吸湿性，所用硝酸钾的含量经分析为88%，与合格品（99%）相差11%，为加大吸湿量提供了条件。而镁铝合金粉遇水或潮气，立即发生氧化反应，放出氢气，产生热量，使温度急剧上升。加之药柱装在袋内，不能及时散热，最终导致自燃自爆。又如1991年春节，辛集市某村民燃放4吋礼花弹时，点燃引火线后长时间不爆，在该村民以为熄引低头查看时，被突然爆响升空的弹体炸伤身亡。这也是由于引火线受潮造成燃速减缓所致。

烟火药的吸湿性大小与其组成成分的吸湿性、药剂的密度及接触潮湿空气的药面情况有关。如含硝酸钡的烟火药较含硝酸钠的烟火药吸湿性小，压制的比散装的小。在其他条件相同的条件下，成分的粉碎程度越高，吸湿性越大。烟火药吸湿后将结块，某些成分会出现局部溶解，压制品会出现成分析出、变色、龟裂、密度减小等。过高的湿度还会使药剂产生分解反应。例如镁粉和硝酸盐的混合物受潮后，金属粉氧化，同时硝酸盐被还原，并分解出氨：

烟火药剂及其制品在贮存过程中由于吸湿或含水率过高，可能产生结块，机械强度发生改变，部分成分析出、挥发或渗出。吸湿后的烟火药剂会降低对热冲量感度、使传火中断、点火能力不足、燃烧速度下降、烟火效果变坏及机械强度减低或破碎，大大降低其化学安定性，在严重情况下甚至不能使用或使用时发生危险。因此，对烟花爆竹用药标准做了明确规定。GB 10631—2004《烟花爆竹安全与质量》标准要求：烟火药的水分应小于等于1.5%；烟火药的吸湿率应小于等于2%，笛音剂、粉状黑火药应小于等于4%；烟火药的pH应为5～9。

为了对烟火药的吸湿性进行测定，GJB 1047.6A—2004《黑火药试验方法吸湿性的测定》中规定了黑火药的具体测定步骤，其主要原理是在一定温度下，将测定过水分的干试料放在盛有硝酸钾饱和溶液的“干燥器”中，经过一定时间测定其水分的增量。测定时按照GJB 1047.5将测定过水分的干试样连同称量瓶置于盛有硝酸钾饱和溶液的“干燥器”内，取下瓶盖，放在称量瓶附近，盖好干燥器，在（20±2）℃下吸湿12 h（终、始温差不大于1℃）打开干燥器，立即盖上瓶盖，取出称量瓶进行称量。吸湿性质量分数（X）按照下式进行计算：

式中，m1——吸湿前试样与称量瓶的质量，g；

m2——吸湿后试样与称量瓶的质量，g；

m——试样的质量，g；

W——按GJB 1047.5测得的黑火药中水分质量分数，%。

对于烟花爆竹药剂，AQ/T 4122—2014《烟花爆竹药剂吸湿率的测定》中规定了以无机盐为主要原材料的烟花爆竹药剂吸湿率的测定。其基本原理是将干燥的试样放在底部盛有硝酸钾饱和溶液的恒湿器内，24 h后，测定其水分增加的质量分数。具体测试方法如下。

（1）试验准备。

①将恒温箱室或恒温箱温度控制在（20±2）℃，稳定4 h后备用。

②恒湿器的准备：将干燥器清洗干净，磨口部分用凡士林密封。称取硝酸钾650 g，在搅拌下将超过70℃的蒸馏水加到500 mL，待溶液冷却至约60℃时，迅速倾入干燥器内。冷却后，擦干器壁，放好有孔隔板，隔板上放一张带孔滤纸，加盖，将此恒温器置于温度控制在（20±2）℃的恒温室或恒温箱中备用。

③将已选好的称量瓶洗净，烘干，编号后放入吸湿器中，恒湿保存不少于24 h。

④测试样品应全部通过400μm筛，试样按四分法缩分。(www.xing528.com)

⑤取约12 g样品置于培养皿中，放入温度为50～60℃的真空干燥箱中，在压力不高于11 kPa下干燥2 h，取出，放入干燥器内，在常温下冷却1 h后备用。

⑥在上述准备工作完成后，应检查电源在72 h内有无中断的可能。如用恒温箱做试验，天平室温度不得低于18℃，如用恒温室，则天平应置于恒温室内。称量用干燥器应放在恒温室或天平室中。

（2）试验步骤。

①取出准备好的称量瓶，称取样品（5.00±0.01）g，样品质量记为m，样品与瓶质量记为m0，将样品m平铺于称量瓶内。将称量瓶置于吸湿器内，24 h后取出称量，记为m1。

②在恒温过程中，若无温度自动记录仪，则需每0.5 h记录一次恒温室或恒温箱温度，自动记录仪或观察点的数据，其中任意一点不得低于18℃，高于22℃，否则，本次试验作废，需要重做（试样不得重用）。

③硝酸钾饱和溶液若被药剂污染或使用期超过三个月，应重新配制，带孔滤纸若被药剂污染或渗入硝酸钾饱和溶液，应更换新纸。

（3）试验结果的计算。

烟花爆竹药剂吸湿率用质量分数表示，由下式算出：

式中，m1——吸湿24 h后称量瓶和试样质量，g；

m0——吸湿前称量瓶和试样质量，g；

m——干试样质量，g；

X——吸湿率，%。