N2O5硝解均三嗪衍生物制备黑索今RDX的研究(3)
由于RDX的优越爆炸及使用安全性能，在雷管制造、传爆药、和导爆索制造过程中，RDX也完全取代了感度大的PETN(太安):在高能发射药和火箭推进剂的配方中，RDX也是一种重要的添加剂，尤其是它的粒度分级产品和超细产品，可提高发射药和推进剂的能量及装药密度，以改善其综合性能。以国外现装备和将要装备武器所用炸药的代号初步统计，68个中有42个以RDX为主装药，可见RDX的应用率占所有单体炸药的50%以上。另外，在军事工程爆破中也采用以RDX为基的塑性、挠性和橡胶状弹性炸药。RDX是目前武器装备中用途最广、用量最大的单质炸药之一。进入21世纪初期，由于世界局势不断变化，我国的军事现代化建设进一步加强，高能炸药的需求会进一步增加，RDX的需求也将大幅度增加。在发达国家，以RDX为基的混合炸药已成为身管武器战斗部、导弹战斗部的基本装药。我国身管武器战斗部装药仍以TNT为主，原因在于RDX价格较高，为TNT的4.5倍。RDX价格是影响其广泛应用的重要因素之一。
1.1.2 黑索金的物理化学性质
黑索今是无臭、无、白色粉末结晶，晶体密度1.799g/cm3(22.8℃)，爆发点约230℃(5s)，爆热5760kJ/kg(水为液态)，压药密度为1.779/cm3时，爆速达到8600m/s，爆压33.79GPa(密度1.767g/cm)，撞击感度80%(10kg，25cm)，100℃下分解量为0.04%。纯黑索今的熔点为204-205℃，用直接硝解法制得的军用品熔点为202-203℃，工业品为201-202℃，工业品中约含有1%的杂质，黑索今不溶于水，不吸潮，贮存时不需要特殊的防潮设备,微溶于醇、醚、苯、和氯仿，易溶于丙酮。
黑索金在低温下溶于浓硝酸不分解，定条件下用浓硝酸清洗生产设备、管路。用水稀释即可从硝酸中析出，因而，可在一黑索金与碱溶液共沸时，发生水解反应，用氢氧化钠溶液处理时，其水解速度很快。生产上常用此反应处理废药，如用热的氢氧化钠溶液(一般5%)清洗黑索金的设备和管路。在实验室中，用该法处理实验得到的黑索金。常压下，用水煮洗黑索金不发生水解，但在高压釜中，煮洗温度高于150℃时会发生水解，生产硝酸、甲醛和氨气。
黑索金与重金属(如铁或铜)氧化物混合时，形成不稳定的易分解的化合物，甚至在温度到达100℃就能因分解而导致着火。日光对黑索金的曝晒没有影响，它的热安定性很好，在50℃下可以长期储存不发生分解。
1.2 黑索金制备的研究进展及其前景
综合国内外RDX的研究资料，制造RDX的方法很多，包括直接硝解法、K法(硝酸-硝酸铵法)、E法(甲醛一硝酸铵法)、醋酸法 (Bachmann法或KA法)、W法(取代吹冰氢化均三嗪法)、R-盐氧化法、直链硝胺合环法、硝酸镁法等等几种方法。但实现工业化的主要是直接法和醋酸法。美、英、加拿大等国采用醋酸法，而前苏联、法国、比利时等用直接法。下面简单介绍一下RDX的各种制备方法。
1.2.1 直接硝解法
直接法是用浓硝酸一步硝解乌洛托品而得到黑索今的方法[4]，西方往往称之为赫尔氏法(Hale Process)[5-6]，这是最早采用且现在仍广泛应用的重要生产工艺，化学反应式可以表示为:
该方法对配料比、硝酸浓度、反应温度等条件有苛刻要求，乌洛托品与稀硝酸作用时发生中和反应，生成乌洛托品二硝酸盐，在中等浓度的硝酸中主要产生水解反应，只有在高浓度的硝酸中，较低的温度和适当的配料比的条件下，其主要产物才是黑索今。直接硝解法工艺简单，便于生产和操作，较纯的产品可以由硝解液直接经过氧化结晶得到，但是乌洛托品的亚甲基利用率很低，硝酸用量太多。直接硝解法采用立式硝化机、成熟机、结晶机及冷却机串联操作运行，各机均装有搅拌及冷却装置。浓硝酸与乌洛托品按质量比12:1连续加入硝化机，在14-18℃反应，平均停留20-40min。硝解液溢流至成熟机，在20℃左右停留巧 ~30min以使反应完全。成熟机内硝化液溢流至结晶机，加水稀释至硝酸浓度达40%-45%，温度升至70℃，用冷却水控制结晶机温度，使温度文持在70℃，以使硝解液中不稳定的副产物分解，RDX结晶析出。RDX在废液中悬浮液溢流至冷却机，降温至30℃，随后过滤。过滤之后的产品，通过蒸汽喷射输送至带有机械搅拌的煮洗机煮洗至产品酸值低于0.05%，之后再进入中性过滤器，洗涤，再经过干燥，钝化。结晶机反应激烈，放热量很大，需很好控制反应温度，否则容易导致反应失控，应采用足够的冷却面积及有效的搅拌装置。直接法原料简单便宜，生产工艺过程和设备装置都不复杂，生产过程好控制，并且是安全的，产品质量好，但是黑索金得率较低，对原料利用率不高，硝酸用量很大，并且废酸处理量大，废酸处理也成为了生产中一大负担[7-8]。