在走訪各鄉鎮的煙花爆竹企業,與技術員兄弟交流時發現,紅光的問題日趨頻繁,被抱怨的較多。在收集了不少技術員兄弟的配方、問題以及與碳酸鍶生產企業、貿易企業進行接觸后,通過對碳酸鍶物理、化學性質的一系列分析,提出一些自己的看法。
地球上的鍶元素多以硫酸鍶礦石——天青石存在,由于硫酸鍶性質穩定且礦石中含量多為80%上下,主流的生產工藝是天青石燒黑灰法、黑灰浸水碳化:
SrSO4+C→SrS+CO↑
SrS+CO2+H20→SrCO3↓+H2S↑
凈化后所生產獲得的碳酸鍶SrCO3即是煙花行業中最為常見的鍶鹽產品。然而隨著不斷的礦石開采,富礦石(即含鍶量高的礦石)越來越少,因此,也可以說是碳酸鍶原料的質量日益下降,導致了碳酸鍶質量有所下滑,這是無可避免的客觀原因。
從生產工藝來看,碳酸鍶產品若不摻假,純度基本可以達到98.5%以上,產品雜質為碳酸鈣,顯顏色較淡的紅光,基本不影響煙花燃放的效果。
一:紅光不接火
碳酸鍶的熔點為1497℃,因此想激發碳酸鍶產生焰色反應,需要較高的溫度。同時,當溫度越高時,碳酸鍶分解熔融速度越快,瞬間激發的能量越高,可以使得顏色更深更鮮艷。因此,即使碳酸鍶摻假,也多為摻碳酸鈣,就算全部是碳酸鈣,一點碳酸鍶的沒有,只要溫度能達到熔點,即有紅光發出。
對于這一點,問題最大的不是碳酸鍶,而是金屬粉末(多為合金粉)。按一般配方合金粉所占質量比19%-20%計算,倘若合金含量過低,或者摻雜非金屬可燃物如梅子粉等,加上氯化助劑如氯化橡膠或氯化乙烯、樹脂、碳酸鍶均為不可燃物。整個配方中僅有合金粉與高氯酸鉀參與燃燒升溫,合金粉含量太低,就有可能造成亮珠中碳酸鍶的溫度無法超過1497℃,事實上是已經接火,但是并未激發焰色反應。
出現這種問題,首先要考慮的是更換合金粉再試驗,如果更換后產生光色,那么可以定性為合金粉金屬含量偏低。
二:紅光暗淡
這個問題需要一分為二的說開,有可能是碳酸鍶的問題;但也有可能與碳酸鍶無關。
1.倘若碳酸鍶摻雜碳酸鈣,由于碳酸鈣的紅色遠比碳酸鍶弱,那么在其他材料均正常的情況下,紅光一定會比碳酸鍶正品要弱很多。解決這個問題的方法是:多去幾個經銷點,多買幾個碳酸鍶產品試試,如果效果都一樣,那么則不是碳酸鍶的問題。
2.鍶鹽的光以高溫熔融狀態下氧化鍶與氯化鍶為主,那么著色助劑量過少,也有可能導致紅光的暗淡。檢測這方面問題的方法則是使用一部分氯化石蠟(前提得真貨),含氯量70度的氯化石蠟是氯離子含量較高的著色劑,如果出顏色出現明顯改善,則是因為你以前氯離子添加過少。
3.與前文所言一樣,合金粉如果含量偏低,即使達成了焰色反應,但是溫度偏低,會是顏色偏淡,這也是少部分企業會在紅光中還加上一點鎂粉的緣故(鑒于鎂粉危險度偏高,請謹慎使用)。檢驗這一方面就更換金屬含量更高的合金粉試試,如果顏色變得鮮艷,則是合金粉的問題。
三、雜感及猜測:
(一)摻假得摻的有水平
有次學習質監局某領導的講話時,聽他說曾經受理過一個西區花炮廠因碳酸鍶摻假導致紅光亮珠打到天上直接裂成兩瓣的案例。在其他少數企業也聽到過類似的問題。我認為,這屬于摻假摻的沒水平的案例之一。
一個致密的整體如果受到高溫開裂,要么就是內部產生爆炸,要么就是局部受熱不均,紅光配方相對而言是比較公開的配方,高氯酸鉀與合金粉約占總質量比60%的樣子,且僅高氯酸鉀分解放氧,而且多與合金粉反應。因此,基本可以確認是亮珠燃燒后受熱不均勻所致。
市面上的碳酸鍶多為國家標準320目,倘若摻假者摻入一半碳酸鈣,那么碳酸鈣的細度就決定了摻假后的產品是否細度均勻。因為花炮企業的和藥篩按國標計算多為100目上下,因此碳酸鈣100目過篩即可。假設碳酸鈣的細度僅為120目,這樣亮珠的不可燃物質(即碳酸鈣與碳酸鍶)嚴重分布不均,在接火受熱之后,沒準就開裂。同理,如果碳酸鈣摻假是用500目以上的粉末,也一樣可能受熱不均。
(二)對漆片的一些無責任猜測
在少數企業的技術員朋友那,聽說過這么一個事,是用化學漆片做紅光,不如用樺皮漆片做紅光來的鮮艷。
漆片的主要成分仍然是樹脂,起粘合作用,其可塑能力和滲透能力較強,因此可以將比較泡的碳酸鍶粘合。那么為什么兩種漆片做出來的效果有區別呢?
我認為效果迥異可能與生產工藝有關,化學漆片的制作以熱過濾法或者溶劑法去除雜質,而樺皮漆片則因其組織纖維較厚,需要經50%左右硝酸浸泡。樺皮漆片在經過硝酸浸泡之后有可能生成了少部分硝化纖維,硝酸纖維在亮珠燃燒時同樣自身氧化還原反應,產生更高更快速的能量,溫度瞬間升高會使焰色反應效果更強烈。(以上是我的猜想,希望有經驗的朋友指教)
(三)小眾紅光類產品的分析
由于湖南地處南方,本來是最佳紅光著色劑的硝酸鍶在這邊回潮太厲害。因此,亦有少部分企業使用高純級硫酸鍶做紅效果,多為紅閃。還原劑使用防潮鎂粉、氧化劑使用高氯酸銨或者高氯酸鉀。
物理性質而言,硫酸鍶相比碳酸鍶,原子量大,單位質量里面硫酸鍶的含鍶量低于碳酸鍶,且硫酸鍶的熔點1605℃,高于碳酸鍶??梢哉f最基本的兩個的要素看起來硫酸鍶做紅光并沒有優勢。
但由于硫酸鍶的細度遠細于碳酸鍶,大概為1000目的樣子,而且硫酸鍶比重比碳酸鍶大,不如碳酸鍶那么泡,即使鎂粉易被氧化,但是由于硫酸鍶細,分散度好,覆蓋面廣,可以使得鎂粉不易被氧化。而且鎂粉的純度可能比多數有點水分的合金都要高不少,在與高氯酸銨的反應中能極為快速的釋放大量熱能,加之硫酸鍶分散度高,因為顏色更為鮮艷是沒有多大問題的。同時,由于硫酸鍶致密,所以轉出的芯子要比碳酸鍶轉出的芯子要致密很多,做出的紅閃的閃爍次數也會強上不少。同時,根據前文所說,碳酸鍶由于礦石豐度的下降,導致自身主含量會有所下滑,而硫酸鍶是通過多步工藝精制而成,所以硫酸鍶的主含量均高于99%,雜質較少。
對于紅光及碳酸鍶的看法比較片面和個人化,有不當或紕漏之處,還望業內各位同仁兄弟見諒并賜教。