ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------
CHU VIỆT SƠN
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ
TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
HÀ NỘI - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------
CHU VIỆT SƠN
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHÌ
TRONG SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ AZOTUA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
Chuyên ngành: Hoá Phân tích
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG
HÀ NỘI - 2011
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .........................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung về thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp) ...................................2
1.1.1. Đặc điểm chung của thuốc gợi nổ............................................................2
1.1.2. Phân loại thuốc gợi nổ................................................................................4
1.1.3. Công dụng của thuốc gợi nổ.....................................................................5
1.2. Giới thiệu về chì azotua......................................................................................6
1.2.1. Giới thiệu chung...........................................................................................6
1.2.2. Tính chất.........................................................................................................6
1.2.3. Công dụng của chì azotua..........................................................................9
1.2.4. Giới thiệu về Công ty Hóa chất 21 và công nghệ sản xuất chì
azotua tại Công ty..............................................................................................................9
1.3. Các phƣơng pháp phân tích chì......................................................................11
1.3.1. Phƣơng pháp trọng lƣợng........................................................................11
1.3.2. Phƣơng pháp thể tích................................................................................11
1.3.3. Các phƣơng pháp phân tích điện hoá....................................................13
1.3.4. Các phƣơng pháp phân tích quang học................................................14
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM...................................................................................20
2.1. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu................................................................20
2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu...............................................................................20
2.2.2. Nội dung nghiên cứu................................................................................21
2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ...........................................................................22
2.2.1. Hoá chất.......................................................................................................22
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ...................................................................................22
2.3. Quy trình thực nghiệm phân tích chì azotua bằng phƣơng pháp chuẩn
độ thể tích..........................................................................................................................23
2.4. Nghiên cứu phân tích hàm lƣợng chì trong chì azotua bằng phƣơng
pháp F-AAS......................................................................................................................24
2.5. Chuẩn bị mẫu phân tích....................................................................................27
2.5.1. Phƣơng pháp lấy mẫu..............................................................................27
2.5.2. Xử lý mẫu....................................................................................................27
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN.........................28
3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố đến kết quả xác định hàm lƣợng
chì theo phƣơng pháp chuẩn độ thể tích....................................................................28
3.1.1. Xác định hiệu suất thu hồi bằng phƣơng pháp thêm chuẩn...........28
3.1.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố độ pH, thời gian, nhiệt độ
đến kết quả xác định hàm lƣợng chì...........................................................................29
3.2. Khảo sát lại các điều kiện đo phổ Chì bằng phƣơng pháp F-AAS........32
3.2.1. Khảo sát các thông số đo phổ chì..........................................................32
3.2.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu........................................35
3.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo Pb................................................37
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của các anion và cation ....................................39
3.2.5. Đánh giá chung về phƣơng pháp đo Pb đã chọn...............................43
3.2.6. Kết quả phân tích mẫu thực tế bằng phƣơng pháp F-AAS.............53
3.3. Đánh giá chung về 2 phƣơng pháp xác định hàm lƣợng chì trong thuốc
gợi nổ chì azotua.............................................................................................................55
KẾT LUẬN......................................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................57
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
STT
Kí hiệu
Tên đầy đủ
viết tắt
Độ hấp thụ quang (Absorption)
1
Abs
2
Abs tb
Độ hấp thụ quang trung bình
3
AAS
Phổ hấp thụ nguyên tử (atomic absorption spectrometry)
4
AES
Phổ phát xạ nguyên tử (atomic emision spectrometry)
5
EDTA
Etylen diamin tetraaxetic axit
6
F-AAS
Phương pháp phân tích Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
(Flame atomic absorption spectrometry)
7
GF-AAS
Phương pháp phân tích Phổ hấp thụ nguyên tử không
ngọn
lửa
(Graphite
furnace
atomic
absorption
spectrometry)
8
HCL
Đèn ca tốt rỗng (Hollow cathod lamp)
9
LOD
Giới hạn phát hiện (Limit of Detection)
10
LOQ
Giới hạn định lượng (Limit of Quantity)
11
ppm
Phần triệu (part per million)
12
ppb
Phần tỷ (part per billion)
13
PVA
Polyvinylancol
14
RSD
Độ lệch chuẩn tương đối (Relative standard deviation)
15
SD
16
TGN
Thuốc gợi nổ
17
TNP
Thuốc nổ phá
18
VEDTA
Thể tích dung dịch EDTA
Độ lệch chuẩn (Standard deviation)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Chỉ tiêu một số loại thuốc gợi nổ chì azotua........................................20
Bảng 3.1. Kết quả xác định hiệu xuất thu hồi bằng phương pháp thêm chuẩn..29
Bảng 3.2. Các mức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yêu tố.............30
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng chì xác
định theo phương pháp chuẩn độ thể tích.................................................................30
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát chọn vạch đo của chì..................................................33
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn......................................................34
Bảng 3.6. Quan hệ giữa tín hiệu hấp thụ và độ rộng khe đo................................35
Bảng 3.7. Quan hệ giữa tín hiệu hấp thụ và chiều cao Burner............................36
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát lưu lượng khí cháy......................................................37
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến tín hiệu hấp thụ..................38
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến tín hiệu hấp thụ ...................38
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 đến tín hiệu hấp thụ...............39
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của cation Na+......................................................................41
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của cation NH4+...................................................................41
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của anion NO2- ....................................................................42
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của anion CH3COO-...........................................................42
Bảng 3.16. Độ hấp thụ quang đến các dung dịch mẫu trắng................................44
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính......................................................48
Bảng 3.18. Sai số của phép đo Pb theo F-AAS.......................................................49
Bảng 3.19. Độ lặp lại của phép đo xác định Pb theo F-AAS...............................50
Bảng 3.20. Các điều kiện đo phổ chì.........................................................................51
Bảng 3.21. Kết quả đo một số lô sản phẩm chì azotua bằng F-AAS.................53
Bảng 3.22. Kết quả đo một số lô sản phẩm chì azotua bằng chuẩn độ
complexon.........................................................................................................................53
Bảng 3.23. Kết quả đo hàm lượng chì đối với mẫu chì stipnat và nước thải...54
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đồ thị tốc độ nổ của chất nổ .......................................................................2
Hình 1.2. Hình dạng tinh thể chì azotua PVA ..........................................................6
Hình 1.3. Hình dạng tinh thể chì azotua hồ tinh ......................................................6
Hình 1.4. Sơ đồ tiến trình công nghệ sản xuất chì azotua .....................................9
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống máy F-AAS .....................................................................26
Hình 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến kết quả đo hàm lượng chì ................31
Hình 3.2. Ảnh máy đo AA-6800 sử dụng để xác định hàm lượng chì .............32
Hình 3.3. Đồ thị sự phụ thuộc của tín hiệu AAS vào nồng độ chì ....................44
Hình 3.4. Đường chuẩn xác định chì trên hệ F - AAS .........................................45
Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ xác định hàm lượng chì bằng phương pháp FAAS.....................................................................................................................................51
MỞ ĐẦU
Ngày nay việc sử dụng các loại thuốc gợi nổ dùng trong công nghệ
Quân sự là nhiệm vụ quan trọng của nhiều Quốc gia. Phân tích chính xác các
thành phần trong các loại thuốc gợi nổ là yêu cầu không thể thiếu đối với tất
cả các lĩnh vực trong nền kinh tế nói chung và Quốc phòng nói riêng. Hầu hết
tất cả các loại hoả cụ phục vụ cho nền kinh tế và Quân sự đều có nguyên lý
chung là sử dụng các loại thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp) để nhận xung lượng
ban đầu chuyển hoá thành phản ứng nổ để mồi nổ các loại thuốc nổ phá
(thuốc nổ thứ cấp). Trong các loại thuốc gợi nổ đó chì azotua hay còn gọi là
chì azit được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các loại kíp nổ trên toàn thế
giới. Ưu điểm của loại thuốc này là có độ nhạy với ma sát, ngọn lửa vừa phải
đảm bảo an toàn trong sản xuất và sử dụng đồng thời nó có gia tốc biến đổi nổ
lớn gấp nhiều lần các loại thuốc gợi nổ khác nên dễ dàng kích nổ thuốc nổ thứ
cấp. Tuỳ theo từng mục đích sử dụng cho dân dụng hay quân sự mà hiện nay
loại thuốc này trên thế giới có 3 dạng chính được sử dụng phổ biến như sau:
Chì azotua kết tinh, chì azotua hồ tinh, chì azotua poly vinyl ancol. Việc phân
tích đánh giá chính xác chất lượng của chúng có ý nghĩa quan trọng đặc biệt
là trong lĩnh vực Quân sự. Hiện nay tại Công ty Hóa chất 21-Bộ Quốc phòng
đang sản xuất loại thuốc này dùng cho các loại hỏa cụ, việc đánh giá chất
lượng sản phẩm sử dụng chủ yếu phương pháp chuẩn độ thể tích để xác định
hàm lượng chì trong thuốc. Vì vậy việc nghiên cứu khảo sát lại quy trình phân
tích cũ và nghiên cứu phương pháp phân tích mới bằng phương pháp công cụ
là việc làm cần thiết.
Xuất phát từ thực tế, nội dung của luận văn này đề cập đến việc nghiên
cứu khảo sát lại quy trình phân tích chì bằng phương pháp chuẩn độ thể tích
và nghiên cứu xác định hàm lượng chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên
tử ngọn lửa (F-AAS) trong thuốc gợi nổ chì azotua sản xuất tại Công ty Hoá
chất 21 làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng loại thuốc này trước khi nhồi
nén vào các loại hoả cụ dùng cho Quân sự nói riêng và nền kinh tế Quốc dân
nói chung.
1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về thuốc gợi nổ (thuốc nổ sơ cấp)
1.1.1. Đặc điểm chung của thuốc gợi nổ
Thuốc gợi nổ (TGN) là loại chất nổ có độ nhạy rất cao, dễ dàng bị gây
nổ bằng các xung lượng kích thích đơn giản có cường độ nhỏ như: va đập,
đâm chọc, ma sát, tia lửa, dòng điện... các thực nghiệm đã cho biết độ nhạy
với va đập của TGN cao hơn thuốc nổ phá (TNP) khoảng 20 đến 30 lần. Khác
với các nhóm thuốc nổ khác, TGN cháy không ổn định và quá trình cháy
nhanh chóng chuyển sang nổ. Ở áp suất thấp, tốc độ cháy của TGN cũng rất
lớn; khi áp suất tăng, tốc độ cháy tăng vọt theo và đạt giá trị mà tại đó quá
trình cháy là một quá trình không ổn định [2].
Biến hóa cơ bản của TGN là nổ; trong trường hợp lượng TGN quá nhỏ
hoặc khi hỗn hợp TGN với một số chất khác thì chỉ có thể xảy ra biến hóa
cháy mà không nổ. Khi đốt trong không khí, TGN rất dễ bén lửa, tốc độ cháy
tăng nhanh, biến hóa cháy diễn ra không ổn định nhanh chóng chuyển thành
nổ. Đối với TNP (thuốc nổ thứ cấp) thì chỉ trong những điều kiện nhất định
cháy mới chuyển thành nổ (cháy một lượng lớn hoặc cháy trong thể tích kín).
Gia tốc biến đổi nổ của TGN lớn hơn nhiều so với thuốc nổ, khi nổ nhanh
chóng đạt trạng thái nổ ổn định. Nhưng tốc độ ổn định của TGN nhỏ hơn
nhiều so với thuốc nổ nên độ mạnh của TGN kém hơn thuốc nổ phá. Sự biến
thiên tốc độ nổ của TGN và TNP được biểu diễn trên đồ thị hình 1.1.
D (m/s
TNP
D2
TGN
D1
t1
t2
Hình 1.1: Đồ thị tốc độ nổ của chất nổ
2
t (s)
t1 - Thời gian tăng tốc độ của TGN
t2 - Thời gian tăng tốc của TNP
D1 - Tốc độ nổ ổn định của TGN
D2 - Tốc độ nổ ổn định của TNP
Đặc trưng năng lượng nổ của TGN tính theo đơn vị khối lượng nhỏ hơn
so với TNP và thuốc phóng, nhưng tính theo đơn vị thể tích thì ngược lại vì
khối lượng riêng của TGN lớn hơn nhiều so với TNP và thuốc phóng. Đặc
trưng quan trọng của TGN là khả năng mồi nổ của nó đối với các chất nổ
khác. Khả năng mồi nổ được đánh giá bằng lượng TGN giới hạn. Lượng TGN
giới hạn là lượng TGN nhỏ nhất đủ để gây nổ hoàn toàn một gam chất nổ
khác trong điều kiện nhất định. Lượng TGN giới hạn càng nhỏ thì khả năng
mồi nổ càng lớn và ngược lại. Do gia tốc biến đổi nổ của TGN lớn hơn nhiều
so với các loại thuốc nổ khác nên mật độ năng lượng được tạo ra trong một
thời gian ngắn, đủ để gây nổ cho chất nổ khác.
Như vậy, có thể thấy rằng gia tốc biến đổi nổ càng lớn thì khả năng mồi
càng cao. Khả năng mồi của thuốc nổ phụ thuộc vào các yếu tố:
+ Dạng xung lượng kích thích ban đầu: Nếu dạng xung lượng kích
thích ban đầu phù hợp với độ nhạy cao nhất của TGN thì khả năng mồi theo
dạng xung lượng đó sẽ cao.
+ Cường độ của xung lượng kích thích ban đầu: Cường độ của xung
lượng kích thích ban đầu càng lớn thì khả năng mồi càng cao.
+ Mật độ của TGN: Mật độ của TGN càng lớn thì gia tốc biến đổi càng
lớn, tốc độ nổ ổn định cao, khả năng mồi càng mạnh.
+ Nhiệt độ ban đầu của liều TGN: Nhiệt độ ban đầu của liều TGN càng
cao thì độ nhạy của nó càng tăng nên khi nổ gia tốc biến đổi nổ lớn, khả năng
mồi càng cao.
+ Vỏ bọc: Nếu TGN có vỏ bọc thì khi nổ năng lượng nổ ít bị phân tán
3
ra xung quanh mà chủ yếu tập trung theo hướng đã định làm cho tốc độ lan
truyền nổ tăng, gia tốc biến đổi nổ lớn, khả năng mồi nổ cao.
1.1.2. Phân loại thuốc gợi nổ
Tùy theo công dụng, bản chất, cấu trúc, thành phần hóa học của TGN
mà có nhiều cách phân loại [5].
1.1.2.1. Phân loại theo công dụng
Chia 2 nhóm: TGN cháy - kích thích quá trình cháy,
TGN nổ - kích thích quá trình nổ.
Ví dụ: chì azotua có gia tốc biến đổi nổ lớn nên chỉ dùng để mồi nổ
trong các loại kíp nổ, không dùng để mồi cháy vì có thể chuyển quá trình
cháy thành quá trình nổ; trong khi đó thủy ngân phuminat có thể dùng để mồi
nổ trong các loại kíp nổ và mồi cháy trong các loại hạt lửa.
1.1.2.2. Phân loại theo thành phần
Theo thành phần, TGN được chia thành 2 loại:
a. TGN đơn: là loại TGN chỉ có một thành phần. Ví dụ: Thủy ngân
phuminat - Hg(ONC)2 ; chì azotua - Pb(N3)2, chì stipnat - C6H(NO2)3O2Pb...
b. TGN hỗn hợp: Là loại TGN có từ hai thành phần trở lên, trong đó ít
nhất một thành phần là TGN, các thành phần còn lại có thể là TGN hoặc chất
không nổ. Ví dụ:
+ Hỗn hợp nhồi trong kíp đâm chọc có thành phần như sau [28]:
Chì stipnat- C6H(NO2)3O2Pb
: 50%
Bari nitrat - Ba(NO3)2
: 20%
Antimon trisunphua - Sb2S3
: 25%
Tetrazen- C2H8N10O
: 5%
+ Hỗn hợp nhồi trong hạt lửa va đập có thành phần như sau:
Thủy ngân phuminat - Hg(ONC)2
: 25%
Kali clorát - KClO3
: 37,5%
Antimon sunphua - Sb2S3
: 37,5%
4
1.1.2.3. Phân loại theo bản chất, cấu trúc hóa học của từng chất
Theo bản chất cấu trúc hóa học, TGN được chia thành các nhóm sau:
a. Muối kim loại nặng của axit phuminic, đại diện quan trọng nhất là
thủy ngân phuminat - Hg(ONC)2.
b. Muối kim loại nặng của axit hydrazoic, đại diện quan trọng nhất là
chì azotua hay chì azit - Pb(N3)2.
c. Muối kim loại nặng của axít stipnic, đại diện quan trọng là chì stipnat
- C6H(NO2)3O2Pb.H2O.
d. Dẫn xuất của aminoguanidine, đại diện quan trọng là tetrazen C2H8ON10.
e. Hợp chất diazo, với đại diện quan trọng là diazo dinitro phenol (DDNP) C6H2(NO2)2N2O.
f. Một số hợp chất khác (CuC2... ).
Thực tế sử dụng nhiều 4 nhóm đầu, trong đó thủy ngân phuminat chủ yếu
dùng để mồi cháy; chì azotua được dùng để mồi nổ; chì stipnat chủ yếu để làm TGN
phụ trợ (nó tiếp nhận xung nhiệt rất nhạy, nhưng năng lượng mồi nổ nhỏ); tetrazene
cũng chủ yếu làm TGN phụ trợ (tăng nhạy cho các TGN hỗn hợp).
1.1.3. Công dụng của TGN
TGN có độ nhạy cao, khả năng mồi nổ tốt nhưng uy lực kém, bởi vậy
TGN được sử dụng ở dạng đơn hoặc hỗn hợp để nhồi vào các phương tiện
mồi cháy, kích nổ như: hạt lửa, nụ xùy, kíp nổ...
Trên thực tế các TGN được sử dụng phổ biến là: thủy ngân phuminat,
chì azit, chì stipnat, tetrazen và một số hỗn hợp (hỗn hợp va đập, hỗn hợp đâm
chọc).
5
1.2. Giới thiệu về chì azotua
1.2.1. Giới thiệu chung
Chì azotua hay chì azit (tên quốc tế là Lead azide) có công thức phân
tử: Pb(N3)2. Khối lượng phân tử: 291,26.
Công thức cấu tạo của chì azotua theo F.D Miler có dạng [24]:
[N=N=N]-Pb++[N=N=N]-
N
Theo A. G. Gost công thức cấu tạo có dang [7]:
N
N- Pb-N
N
N
Chì azotua được tìm ra từ năm 1890 nhưng đến năm 1907 mới được sử
dụng nhồi vào kíp nổ, cho đến nay nó là loại TGN được sử dụng rất phổ biến.
Hình dạng kết tinh của chì azotua hồ tinh và chì azotua PVA được trình
bày trong hình 1.2 và 1.3 [26].
Hình 1.2. Hình dạng tinh thể
Hình 1.3. Hình dạng tinh thể
chì azotua PVA
chì azotua hồ tinh
1.2.2. Tính chất
1.2.2.1. Tính chất lý học
Chì azotua là chất kết tinh màu trắng, tồn tại ở 2 dạng thù hình: dạng
có dạng hình kim (mật độ đạt 4,68 g/cm2 rất nhạy nên trong quá trình sản xuất
người ta mong muốn không tạo ra dạng ); dạng có dạng hình trụ ngắn (mật
độ 4,87 g/cm2). Tuỳ thuộc vào điều kiện kết tinh mà hạt thuốc có dạng hình
kim hoặc trụ ngắn. Ở dạng nguyên chất rất khó nén, nếu thuần hoá thì dễ dàng
nén đến mật độ 3,0 - 4,0 g/cm3. Chì azotua có tính độc nhẹ, ít hút ẩm, khi bị
ẩm tính chất nổ cháy vẫn không thay đổi [7] [24].
6
Chì azotua tan trong axit axetic, nhưng ít tan trong nước (ở 18 oC, độ
tan là 0,02 %; ở 70 oC độ tan là 0,09 %) và hầu như không tan trong các dung
môi hữu cơ, tan ít trong dung dịch muối amôni nitrát - NH4NO3 và một số
muối khác [24].
1.2.2.2. Tính chất hoá học
- Đối với kiềm: Tác dụng với kiềm mạnh tạo thành chất không nổ.
Pb(N3)2 + 2NaOH Pb(OH)2+ 2NaN3
- Đối với axit: Tác dụng với axit, kể cả axit yếu đều mất tính chất nổ,
Pb(N3)2 + 2HNO3 Pb(NO3)2 + 2HN3
cháy.
- Tác dụng với khí cácbonic trong không khí ẩm theo phản ứng:
Pb(N3)2 + CO2 + H2O PbCO3 + 2HN3
Bởi vậy trong bảo quản chì azotua cần phải được bảo kín, trong môi
trường có độ ẩm thấp không cho tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
Đối với kim loại: Trong điều kiện khô, chì azotua không tác dụng với
kim loại nhưng trong môi trường ẩm nó tác dụng với một số kim loại, đặc biệt
là đồng hoặc hợp kim đồng (khi có ẩm và khí CO2 làm xúc tác) tạo thành hợp
chất đồng azotua [CuN3, Cu(N3)2] rất nhạy nổ.
Chì azotua không tác dụng với nhôm, niken, chì ngay cả trong điều
kiện ẩm vì vậy các kíp nổ nhồi chì azotua có vỏ làm bằng nhôm mà không
làm bằng đồng. Đối với các chất khác chì azotua bị thuỷ phân trong nước sôi,
mất tính chất nổ, cháy.
- Độ ổn định hoá học của chì azotua khá cao, khi đun nóng đến 1000C
trong thời gian lâu vẫn không bị phân huỷ. Nó chỉ bị phân huỷ rõ rệt ở 120 0C
trở lên [7].
1.2.2.3. Tính chất nổ cháy
- Độ nhạy: Chì azotua có độ nhạy kém hơn so với thuỷ ngân phuminat,
cụ thể:
7
+ Đối với va đập: Khi thí nghiệm trên búa rơi vòng cung, khối lượng
búa 0,98 kg thì giới hạn trên bằng 23,5 cm; giới hạn dưới bằng 7,0 cm.
+ Đối với đâm chọc: Độ nhạy với đâm chọc của chì azotua không cao
lắm, thậm chí có thể không nổ được. Vì vậy các kíp nổ kiểu đâm chọc phải
nhồi một lớp hỗn hợp nhạy với đâm chọc ở phía bên trên chì azotua để đảm
bảo hoạt động tin cậy.
+ Đối với ma sát: Nếu ở dạng nguyên chất, chì azotua có độ nhạy với
ma sát kém nhưng khi có lẫn tạp chất rắn thì độ nhạy với ma sát tăng.
+ Đối với tia lửa điện: Không nhạy với tia lửa thường nhưng nhạy với
tia lửa điện.
Khác với thuỷ ngân phuminát, độ nhạy của chì azotua hầu như không
phụ thuộc vào độ ẩm và áp suất nén. Khi hàm lượng ẩm đạt tới 30% thì độ
nhạy vẫn không thay đổi.
Độ nhạy của chì azotua chủ yếu phụ thuộc vào chất thuần hoá. Khi
thuần hoá độ nhạy của nó giảm rõ rệt. Ví dụ: độ nhạy của chì azotua thuần
hoá giảm rõ rệt khi áp suất nén trên 700 kG/cm2, trong khi đó nén chì azotua
nguyên chất đến áp suất 2000 kG/cm2 mà độ nhạy vẫn không thay đổi. Vì vậy
căn cứ vào nhu cầu sử dụng người ta thường độn hoá vào chì azotua chất phụ
gia như: hồ tinh hoặc keo polyvinylancol (PVA) nhằm tạo ra kết tinh dạng
hình trụ ngắn để đảm bảo an toàn, tăng độ tơi khi đong, tăng khả năng chịu
nén ép vào sản phẩm và giảm độ nhậy đảm bảo an toàn trong quá trình sản
xuất, bảo quản và sử dụng.
- Các đặc trưng năng lượng nổ của chì azotua khi mật độ nén bằng 4,0
g/cm2 như sau [5], [7]:
+ Tốc độ nổ (D)
: 5.100m/s
+ Nhiệt lượng nổ (Q)
: 390 kcal/kg.
+ Thể tích sản phẩm khí (W0) : 308 l/kg
8
+ Nhiệt độ nổ (T)
: 4500 0K
+ Nhiệt độ bùng cháy (Tbc)
: 310 0C
Chì azotua có gia tốc biến đổi nổ lớn, khả năng mồi cao (khả năng gây
nổ của nó cao hơn thuỷ ngân phuminat từ 5 - 10 lần), lượng mồi giới hạn của
chì azotua đối với TNT là 0,09 gam và với Tetryl là 0,025 gam.
Phản ứng nổ của azotua như sau:
nổ Pb(hơi) + 3N2 + 107 kcal
Pb(N3)2
1.2.3. Công dụng của chì azotua
Chì azotua có khả năng mồi nổ cao, độ nhạy với tác động cơ học không
cao lắm nên nó được nhồi vào các kíp nổ của ngòi đạn, kíp nổ bộc phá, mìn,
lựu đạn. Do độ nhạy với đâm chọc và tia lửa thường không cao nên trong các
kíp nổ trên chì azotua được nhồi phía dưới một lớp thuốc nhạy với đâm chọc
hoặc tia lửa, thường được nhồi dưới lớp chì stipnát.
Chì azotua chủ yếu xảy ra biến hoá nổ, ngay cả khi lượng thuốc rất ít,
vì vậy chì azotua ít được nhồi vào hạt lửa và không được sử dụng cho nụ xuỳ.
1.2.4. Giới thiệu về Công ty Hoá chất 21 và công nghệ sản xuất chì azotua
1.2.4.1. Giới thiệu về Công ty Hoá chất 21
Công ty Hoá chất 21 ( Còn gọi là Nhà máy Z121) thuộc Tổng cục Công
nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng được thành lập từ năm 1966 đóng quân
trên địa bàn tỉnh Phú Thọ, với nhiệm vụ sản xuất các loại Hoả cụ cung cấp
cho Quân đội và nền kinh tế Quốc dân. Trong những năm qua Công ty đã sản
xuất hàng trăm triệu hoả cụ các loại: kíp nổ, hạt lửa, bộ lửa, nụ xuỳ cung cấp
cho các Nhà máy Quốc phòng và trực tiếp cho chiến trường phục vụ cho cuộc
chiến tranh giải phóng dân tộc và nhiệm vụ huấn luyện sẵn sàng chiến đấu
bảo vệ Tổ quốc.
Trong thời kì đổi mới, ngoài việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho
nhiệm vụ huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu của bộ đội, Công ty còn sản xuất
hoả cụ phục vụ cho nền kinh tế quốc dân như: kíp nổ, dây nổ, dây cháy chậm,
9
pháo hoa... Những năm vừa qua, Công ty đã mạnh dạn đổi mới công nghệ sản
xuất, ứng dụng nhiều tiến bộ kỹ thuật cao áp dụng vào sản xuất. Vì vậy sản
phẩm ngày càng phát triển đa dạng, chất lượng được nâng cao, hai lần Công
ty vinh dự được Đảng và Nhà nước phong danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ
trang nhân dân và Anh hùng lao động trong thì kỳ đổi mới.
1.2.4.2. Công nghệ sản xuất chì azotua
Chì azotua nói chung được sản xuất theo sơ đồ tiến trình công nghệ như
hình 1.4 [4]:
Pb(NO3)2
H2O tinh khiết
NaN3
dd Pb(NO3)2
Pha dd NaN3
Lọc dd Pb(NO3)2
Lọc dd NaN3
Định lượng Pb(NO3)2
Định lượng NaN3
Hoá hợp
H2 O
thuần
C2H5OH
Hút lọc- rửa
Dd phụ gia
Tiêu huỷ dd rửa
Chia khay
Hong, sấy khô
Đóng hộp
Kiểm tra chất lượng
Nhập kho
Hình 1.4: Sơ đồ tiến trình công nghệ sản xuất chì azotua
10
1.3. Các phƣơng pháp phân tích chì
Để xác định nồng độ chì người ta thường sử dụng các phương pháp
phân tích hóa học và phương pháp phân tích công cụ. Phương pháp phân tích
hoá học bao gồm phương pháp trọng lượng và phương pháp thể tích. Phương
pháp hoá học chỉ có thể áp dụng được khi hàm lượng chất xác định đủ lớn (≥
10-4 mol/lít). Phương pháp phân tích công cụ (còn gọi là phương pháp phân
tích hiện đại) bao gồm các phương pháp phân tích điện hóa, các phương pháp
phân tích quang phổ và các phương pháp khác. Trong thực tế người ta thường
dùng các phương pháp phân tích quang học và phương pháp phân tích điện
hoá để xác định chì. Phương pháp này có thể xác định được lượng rất nhỏ
trong mẫu cỡ ppm, ppb nhưng đòi hỏi thiết bị hiện đại.
1.3.1. Phương pháp trọng lượng
Bằng các thuốc thử thích hợp ở điều kiện xác định, người ta có thể kết
tủa Pb(II) dưới dạng các muối khó tan như: PbSO4, PbCrO4, PbS,
PbCl2...Những kết quả xác định theo phương pháp này sẽ kém chính xác nếu
kết tủa hấp phụ các tạp chất thời gian xác định lâu.
1.3.2. Phương pháp thể tích
1.3.2.1. Phương pháp chuẩn độ ôxy hoá khử [19]
- Tách Pb2+ dưới dạng PbSO4 ít tan bằng H2SO4:
Pb2+ + SO42-
PbSO4
- Hoà tan PbSO4 bằng dung dịch đệm CH3COONH4 + CH3COOH 1M:
PbSO4 + 4 NH4CH3COO
Pb(CH3COO)4(NH4)2 + (NH4)2SO4
- Kết tủa PbCrO4 bằng K2Cr2O7:
2Pb(CH3COO)4(NH4)2+ K2Cr2O7 + H2O 2PbCrO4 + 2KCH3COO +
4NH4CH3COO+2 CH3COOH
- Hoà tan PbCrO4 đã rửa sạch ion CrO42- dư bằng hỗn hợp clorua (hỗn
hợp NaCl + HCl), sau đó cho tác dụng với KI dư:
2PbCrO4 + 4HCl 2PbCl2 + H2Cr2O7 + H2O
H2Cr2O7 + 6 KI + 12 HCl 2CrCl3 + 6KCl + 7H2O + 3 I2
11
- Chuẩn độ lượng I2 thoát ra bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột:
I2 + 2Na2S2O3
2NaI + Na2S4O6 + 2 NaI
Theo kết quả nghiên cứu của Đặng Thị An và cộng sự đã sử dụng
phương pháp này xác định được hàm lượng chì trong đất nông nghiệp ở Văn
Lâm - Hưng Yên là (9647770)ppm và gạo được trồng trên loại đất này có
hàm lượng chì là (1,94,2) ppm [8]. Đồng thời tác giả cũng đã nghiên cứu sự
ô nhiễm kim loại nặng ở khu công nghiệp chế biến kẽm -chì tại làng Hích Tân Long -Thái Nguyên sử dụng phương pháp kết tủa với bicromat và so
sánh với phương pháp F-AAS cho thấy hàm lượng chì tại gần bãi thải lên đến
230012900ppm, gần khu tái chế 700015000ppm cao hơn mức an toàn cho
phép nhiều lần [9].
1.3.2.2. Phương pháp chuẩn độ Complexon [12][13]
Có thể xác định chì bằng phương pháp chuẩn độ Complexon theo các
cách chuẩn độ như sau:
Cách 1: Phương pháp chẩn độ trực tiếp dùng dung dịch tiêu chuẩn EDTA
chuẩn trực tiếp dung dịch Pb2+ với pH=56 (đệm axetat) với chỉ thị xilen da
cam, tại điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu vàng.
Hoặc chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA ở pH = 10 với chỉ thị E_TOO
do kết tủa chì dễ bị thuỷ phân nên trước khi tăng pH phải tạo phức kém bền
Pb2+ với tactrat hoặc trietanolamin.
Pb2+ + H2Y2- PbY2- + 2H+
Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+
Cho Pb2+ tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA biết trước nồng độ
ở pH=10. Sau đó chuẩn độ lượng EDTA dư bằng Zn2+, chỉ thị E_TOO.
Pb2+ + H2Y2- PbY2-+ 2H+
H2Y2-dư + Zn2+ ZnY2- + 2H+
Zn2+ + H2Ind ZnInd + 2H+
(xanh)
12
(đỏ nho)
Cách 3: Chuẩn độ thay thế dùng MgY2- với chỉ thị E_TOO
Do ở pH = 10 phức PbY2- và MgY2- có logarit hằng số bền lần lượt là 18;
8,7 nên trong môi trường đệm amoni Pb2+ dễ dàng đẩy Mg2+ ra khỏi phức
MgY2- một cách định lượng. Ta xác định Pb2+ bằng cách chuẩn độ Mg2+ bằng
EDTA, chỉ thị E_TOO.
Pb2+ + MgY2- PbY2- + Mg2+
MgInd + H2Y2- MgY2- + H2Ind
(đỏ nho)
(xanh)
Trong thực tế, các phương pháp này chỉ xác định được Chì nồng độ lớn
và mẫu không phức tạp nên ngày nay ít được sử dụng.
1.3.3. Các phương pháp phân tích điện hoá
Có thể dùng các phương pháp điện hoá sau để xác định chì
- Phương pháp cực phổ.
- Phương pháp chuẩn độ đo thế.
- Phương pháp chuẩn độ am pe.
- Phương pháp Vol - ampe hoà tan
Theo Từ Vọng Nghi [16] thì chì là kim loại dễ xác định được bằng
phương pháp cực phổ, cho phép xác định được 0,05 đến vài mgPb/lít nước.
Phương pháp chuẩn độ đo thế xác định được tới hạn 210-5M (4mgPb/l) và
phương pháp chuẩn độ Ampe xác định được lượng chì tới hạn từ 3,55
mgPb/l. Phương pháp Vol-Ampe hoà tan có thể xác định được hàm lượng chì
dưới 2mg/l.
1.3.3.1. Phương pháp cực phổ [13]
Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân làm cực làm việc,
trong đó người ta phân cực điện cực giọt Hg bằng một điện áp một chiều biến
thiên đều theo thời gian để nghiên cứu các quá trình khử cực của chất phân
tích trên điện cực làm việc đó và thông qua chiều cao của đường sóng cực phổ
13
- Xem thêm -