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2018年1月17日 星期三

丁酉(鸡)年十二月初一

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火炸药工业发展史 - 正文 [回目录]

  火炸药的诞生已有千余年的历史,但直到19世纪末叶,还只有黑火药一个品种。黑火药为中国古代四大发明之一,它开创了自供氧物系,是高功率化学能运用的先驱,并把武器由冷兵器发展为热兵器。现代火炸药工业的形成是从19世纪后半期开始的。近百余年来,火炸药成为现代武器、工业和交通建设、乃至太空运载工具所必须依靠的一种能源,它与电能、原子能具有同等重大的意义,对于推动社会前进起着非常重要的作用。
  黑火药时期 黑火药的发明曾经历了一个很长的过程,约有 500多年(3~9世纪)。此后,火药用于军事,被用来制作各种火器,到14世纪,黑火药实现了工业化生产。
  黑火药的发明 火药一词由"火"和“药”组成,它是KNO3、S、C或其他可燃物所构成的混合物,能着火或爆炸而不依赖外界的氧。公元前6世纪计然曾指出:“消石(即KNO3)出陇道”,“石流黄 (即S)出汉中”。这说明中国很早已发现天然硝石和硫磺。东汉(公元25~220)的《神农本草经》,把硝石、硫磺列为“上品药”和“中品药”。还指出“消石,味苦、寒……服之身轻”;“石流黄,味酸、温……能化金、银、铜、铁,奇物”。木炭在古医书中未予列入,但一些植物焦灼后的炭也作药用,后来明代李时珍(1518~1593)把黑火药收入在《本草纲目》里,这说明火药首先具有医药的含义。约在战国至东汉初期(公元前475~公元86),中国盛行炼制丹药的方术,称炼丹术。炼丹家运用阴阳学说,主要从八石(硃砂、雄黄、雌黄、硫磺、硝石、空青、云母、戎盐)炼取丹药。由此产生了硝石与雄黄、硫磺合炼之事。西晋(265~316)葛洪的《抱朴子》内篇“仙药”所载饵服雄黄法中提到:“或先以硝石化为水,乃凝之;或以玄胴胀裹蒸之于赤土下;或以松脂和之;或以三物共炼之。引之如布,白如冰……。”其中的“……乃凝之”(为防止硝石、雄黄火炼发生爆炸而采用水湅工艺),“……共炼之”(加入玄胴胀和松香等可燃物以缓和着火爆炸事故的发生),实际都是以硝石和雄黄为主的爆炸物质的基础配方。火炼是用火烘煅,也称伏火,目的是使被炼物变性。硝石和硫磺火炼的基本配方载于《诸家神品丹法》的“伏火硫黄法”中“硫黄、硝石各二两,……将皂角子三个,烧令存性,以钤逐个入之,……”,根据历史考证,此法约出现于581~808年间。唐宪宗(808)清虚子著《太上圣祖金丹祕诀》所述“伏火矾法”中的“伏火硫黄法”:“硫黄二两,硝石二两,马兜铃三钱半。右为末,拌匀、掘坑,入药于罐内,与地平。将熟火一块,弹子大,下放里面,烟渐起。以湿纸四五重盖,用方砖两片捺,以土冢之。候冷取出……”,这是继承上法把皂角子换为马兜铃粉,则黑火药的配方更接近成熟。炼丹书《真元妙道要略》(成书年代说法不一,约在9~10世纪)中还载有:“有以硫黄、雄黄合硝石并蜜,烧之焰起,烧手面及屋宇者。”与“硝石……生者不可合三黄(硫磺、雄黄、雌黄)等烧,立见祸事。”这充分说明了黑火药剧烈燃烧和爆炸的性质在此之前就已被炼丹家所掌握。
  黑火药的生产和军用 炼丹家也常是兵家。晚唐(9~10世纪)由于炼丹招致火药起火、爆炸而烧毁丹房的事故积累多了,兵家便把火药用于火攻。1018~1079年宋敏求著《东京记》中,记载北宋已在开封建立火药作坊,规模宏大,且有保密规程。1044年曾公亮著《武经总要》载有火炮用火药、蒺藜火毬用火药、毒药烟毬用火药等三种配方。其中蒺藜火毬用火药的配方为:KNO350%,S25%,C6.20%,其他可燃物18.78%(见彩图)。当时的黑火药威力已很大,产量也很高。例如:宋周密撰《癸辛杂识》中有这样的记叙:“至元庚辰岁(1280)维扬炮库之变为尤酷。……事定按视,则守兵百人皆糜碎无余,楹栋悉寸裂,或为炮风扇至十余里外。平地皆成坑谷,至深丈余。四比居民二百余家,悉罹奇祸,此亦非常之变也。”足见当时黑火药兵器的威力和用量之大。这也是对爆轰现象最早的描述。1548年明朝戚继光著《纪效新书》中对火药配方和生产工艺有进一步的提高。鸟铳药(配方:KNO375.8%,S10.6%,C13.6%)已与现代标准军用黑火药基本相同。

火炸药工业发展史

  至于古代东罗马人的"希腊火"和穆斯林国家的“石油机”等所用的燃料都是不含硝石的,也没有其他氧化剂,所以都不是火药。在穆斯林国家关于火药的记载约出现于13世纪中叶。13世纪,火药传入欧洲,英国的宗教家R.培根把获得的火药配方在欧洲第一次公诸于世。1340年,在奥格斯堡建立了欧洲最早的黑火药工厂。15世纪末,西方出现了大型火炮,战争中普遍使用黑火药作为发射药。16世纪,在墨西哥建立第一个美洲黑火药工厂,此后黑火药配方基本上稳定在KNO375%、C12.5%~15%、S10%~12%范围内。17世纪,开始用黑火药装填炮弹和用于矿山爆破硬煤。16世纪末,把黑火药制成粒状,1860年后又制成多孔粒状和六棱体,进一步改善了它的弹道性能。直到19世纪末止,黑火药时期持续约千年之久。
  近代火炸药工业时期 属于大功率化学能源合成的范畴,其应用广及军事武器装备和工业生产建设。
  黑火药垄断的突破 1825年,英国R.D.克莱顿从煤焦油中分离出甲苯等,为炸药的发展提供了主要的原料基础;酸碱工业的建立,为合成火炸药提供了硝化手段;1834~1842年形成的硝化反应理论,在火炸药生产上得到广泛应用。这些条件伴随着工业革命的发展,终于促成了19世纪后半期黑火药独占局面的结束。1846年,德国化学家C.F.舍恩拜因、意大利化学家A.索布雷罗用浓硝酸和浓硫酸的混合酸分别制得硝化棉(见硝酸纤维素)、硝化甘油,这是火炸药工业得以发展的一个突破点。接踵而起的是一系列硝化棉系无烟火药和其他新炸药的产生。例如:1863年德国化学家J.维尔布兰德发明梯恩梯;1862年瑞典化学家A.B.诺贝尔开设了第一个硝化甘油工厂,并且他以后还有不少发明(包括1866~1867年以硅藻土吸收硝化甘油做成了代那迈特,1867年采用雷汞制成了雷管,1875年申请了爆胶专利,以后又制成一系列各种活性的代那迈特,1888年用低氮量硝化棉和硝化甘油创造了巴力斯太型双基火药等);1867年瑞典发明家C.J.奥尔森和J.H.诺宾申请了硝酸铵(1654年创制)的矿用炸药专利;1877年L.朱斯林发明硝基胍(第一次世界大战时用作爆破炸药,第二次世界大战时又用它制造了三基火药);同年K.H.默滕斯发明特屈儿;1882年P.赫普制出了1,3,5-三硝基苯;1884年法国P.维埃耶用硝化棉和酒精乙醚溶剂首先创制了单基火药,被用来代替黑火药而成为发射药。1885年,法国科学家E.蒂尔潘用雷管起爆了苦味酸,从而发现后者的爆轰性质,使其列入猛炸药,并于1885~1888年开始用以装填炮弹、手榴弹,取代了黑火药。至此,黑火药不再作为发射药和弹体炸药,而只用于点火、传火、烟火和工程爆破等。1889年英国化学家F.A.阿贝耳用硝化甘油、丙酮胶化高氮量硝化棉创制了柯达型双基火药。1891年B.托伦斯创制了季戊四醇,1894年制成太安,第一次世界大战中广泛用于雷管、导爆索、传爆药柱及装填炮弹。1895年中国在上海建立了单基无烟火药厂。
  第一次世界大战前后 为满足战争的需要。火炸药的制造摆脱了旧的作坊式生产而成为间歇式的工业生产,产品品种增多,产量有了大幅度提高。1900年接触法(见硫酸)制造发烟硫酸成功,为工业生产火炸药所需的硝-硫混酸提供了原料;使1891年C.豪泽曼研究的三段硝化法,有可能在1901年将梯恩梯的生产加以改进,1901~1906年逐渐完善了硝化甘油的间歇法生产工艺。使之达到工业化的程度。1902年德国人首先用梯恩梯取代苦味酸以装填炮弹,成为第一次世界大战中最主要的炸药。1906年鉴定出特屈儿为猛炸药,可作传爆药用。1920年,G.C.赫尔茨则定出黑索今为优良的高能炸药。此外,在第一次世界大战期间,也出现了很多代用炸药作为梯恩梯的补充,用于装填炸弹、迫击炮弹和手榴弹等。
  第二次世界大战前后 根据第一次世界大战的经验,军用装备装甲进一步加强和弹药的消耗量进一步增大,火炸药生产也向高能、优质、资源广方面发展,尤其是生产工艺的变革和混合炸药的开发更是这一时期突出的特点。1927年硝化甘油完成了连续化生产线。1935年世界上最大的代那迈特炸药工厂在南非建立。1937年德国人为了消除大口径火炮使用单基、双基火药引起的身管烧蚀、炮口焰、炮尾焰,曾创制了含硝基胍和硝化二乙二醇的三基火药。1940年美国开创了一类复合火药,为大型导弹的发展和航天事业起到了推动作用。1941年用醋酐法生产黑索今时,发现其中存在奥克托今,后者的爆炸威力比黑索今更大。1944年美国解决了双基火药大型化的铸装问题,使双基火药适用于导弹。1945年中国成立了双基火药厂。1947年美国制出了聚硫橡胶、高氯酸铵、铝粉复合火药。50年代,又相继制出了聚氯乙烯、聚氨酯、聚丁二烯类为可燃剂而以高氯酸铵为氧化剂的一系列复合火药;在浇铸双基火药的基础上,加入了高氯酸铵和铝粉等,又创造了复合双基火药类型,使它具有复合和双基两种火药的优点(见推进剂)。同期,中国也发展了这一类火药。在美国还出现了一系列新型混合炸药,除军用粘结炸药外,还有工业用铵油炸药,浆状炸药等。这一时期的火炸药生产已达到了自动、遥控的大规模连续化生产方式。
  新型火炸药的开发 60年代美国曾制成耐热炸药(例如塔柯特和六硝基茋等)、工业用乳化炸药,并成功地爆轰了燃料-空气炸药。中国从1959年研制浆状炸药和 70年代制成乳化炸药以来,发展迅速,已形成一个独具特色的、较完整的抗水工业炸药体系。
  其他火炸药的生产,可以硝化甘油为代表,由于电脑的应用和与遥控技术相结合,其产量大增,而生产设备体积和所占空间却进一步缩小,自动化程度较高(见火药)。

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更新时间 : 2009-01-21

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