生產(chǎn)硼粉的新工藝

固體推進劑中添加金屬燃料是高能富燃料推進劑當(dāng)前的一個重要發(fā)展方向,可用作推進劑金屬燃燒劑的主要有熱值較高的硼、鎂、鋁等。相比之下,由于硼具有較高的質(zhì)量和體積熱值等一系列優(yōu)良的物理化學(xué)特性,尤其在質(zhì)量和體積受限的**系統(tǒng)中,其成為首選金屬燃料。

德國MBB公司從1973年開始研制含硼推進劑,其配方基本組成為:AP25%～28%,B10%～45%,Mg/Al6%～8%, 黏合劑20%～30%,燃速12mm/s～14mm/s,壓力指數(shù)0.1～0.3,熱值可達到 34MJ/kg,純硼密度1.7g/cm3 ,燃燒效率大于80%。研究發(fā)現(xiàn)[19] ,配方中硼粒子尺寸不應(yīng)大于3μm,燃氣溫度應(yīng)大于2000K,使用易燃金屬Mg/Al添加劑有助于去除B2O3的氧化物,選擇合適的硼結(jié)塊尺寸可使含硼富燃料推進劑獲得較高的壓力指數(shù)。

鎂熱還原法是目前最常用的也是最具規(guī)模生產(chǎn)屋頂型元素硼粉的方法。蓋·呂薩克及捷納爾在1808年首次用鉀還原硼酐制得了游離子狀態(tài)的硼。1892年麻斯山研究鎂熱還原法制備元素硼。

鎂熱還原法值得無定形元素硼粉的反應(yīng)原理：

用鹽酸去除MgO及未反應(yīng)的鎂，既得到棕色的無定形硼粉。

鎂熱還原法優(yōu)點很明顯；生產(chǎn)流程簡單，反應(yīng)迅速，生產(chǎn)過程時間短，易于操作；看反應(yīng)是自熱過程，經(jīng)引發(fā)后不需補充能量，節(jié)約能源；合成溫度高，可以揮發(fā)大多數(shù)雜質(zhì)得到高純度硼粉；由于反應(yīng)在密封系統(tǒng)中進行，對環(huán)境污染??；適合于生產(chǎn)工業(yè)化。但此工藝還有一定的缺陷：用鎂熱還原法生產(chǎn)硼粉在純度為85%~90%之間，想得到高純度硼粉還需二次還原，提高了生產(chǎn)成本。而且生產(chǎn)過程中會形成大量廢液，如不加以回收利用不僅對環(huán)境造成極大污染，也是一種資源的浪費。