سبب التأكيد على "معدل امتصاص الرطوبة المنخفض": السلامة والاستقرار تأتي في المقام الأول
1. ضمان الاستقرار الكيميائي والسلامة
- الخطر الرئيسي: البارود (المسحوق الأسود) المستخدم في الألعاب النارية هو مزيج من نترات البوتاسيوم والكبريت والفحم. مسحوق الفحم والكبريت ناعمان جدًا. إذا امتصت نترات البوتاسيوم الرطوبة وشكلت كتلًا، فإن جزيئات نترات البوتاسيوم الرطبة هذه ستلامس الكبريت والفحم.
- عواقب وخيمة: في بيئة رطبة، يتفاعل نترات البوتاسيوم ببطء مع الكبريت، مما يُنتج مواد أكثر استرطابية مثل نترات الأمونيوم وكبريتات البوتاسيوم. تُطلق هذه العملية حرارةً وتُخفض نقطة اشتعال الخليط. في حالة التراكم على نطاق واسع، قد تؤدي الحرارة المتراكمة نتيجة هذا التفاعل البطيء إلى الاشتعال والانفجار الذاتي، وهو أحد أخطر المخاطر على السلامة في إنتاج الألعاب النارية.
2. الحفاظ على البنية المادية وموثوقية الاحتراق
- التكتل والفشل: بعد امتصاص الرطوبة، يذوب نترات البوتاسيوم، مما يؤدي إلى تكتل مسحوق الألعاب النارية الجاف والسائب وتصلبه. سيؤدي ذلك إلى تحميل غير متساوٍ للوقود في أنبوب الدخان، مما يؤدي إلى انسداد أنبوب التفريغ.
- الاحتراق المتقطع: يصعب للغاية إشعال بارود الألعاب النارية الرطبة، أو يكون معدل احتراقها غير مستقر للغاية، مما يؤدي إلى مشاكل جودة خطيرة، مثل "القنابل الصامتة"، والانفجارات على ارتفاعات منخفضة، وانفجار الأسطوانات. تتطلب الألعاب النارية الموثوقة احتراق البارود بثبات واستمرارية بمعدل الاحتراق المحدد.
3. عمر تخزين أطول
- يمكن تخزين نترات البوتاسيوم، ذات معدل امتصاص الرطوبة المنخفض، في المستودعات لفترات طويلة دون أن تتلف، مما يضمن استقرار المواد الخام للإنتاج. وهذا أمر بالغ الأهمية لإدارة المخزون واستمرار الإنتاج على مدار العام في مصانع الألعاب النارية.
سبب التأكيد على "محتوى البوتاسيوم العالي": السعي لتحقيق تأثير احتراق قوي ورائع
يجب أن يكون محتوى المكون الفعال في نترات البوتاسيوم (KNO₃) عاليًا، أي أن تكون نقاؤه عاليًا. وهذا أمر بالغ الأهمية لأداء احتراق الألعاب النارية.
1. توفير المؤكسدات الكافية
ارتفاع نسبة البوتاسيوم (أي النقاء العالي) يعني وجود عدد أكبر من جزيئات نترات البوتاسيوم في وحدة الكتلة، والتي تتحلل لإنتاج كمية أكبر من الأكسجين، مما يؤدي إلى أكسدة الوقود (الفحم والكبريت وأنواع الوقود المعدنية الأخرى) بشكل أدق وأسرع. هذا يُحدد بشكل مباشر القوة الانفجارية، وارتفاع الصعود، وسرعة قذف الألعاب النارية.
2. تحسين سرعة الاحتراق وإنتاج الطاقة
كلما زادت نقاء نترات البوتاسيوم، قلّت الشوائب (مثل كلوريد الصوديوم، وكلوريد البوتاسيوم، والرطوبة، وغيرها) التي تحتويها. هذه الشوائب لا تشارك في التفاعلات الطاردة للحرارة فحسب، بل تمتص الحرارة أيضًا، وتخفض درجة حرارة الاحتراق، وتُبطئ معدله.
تقليل امتصاص الرطوبة وتداخل الشوائب
العديد من الشوائب التي تُقلل من نقاء الماء تميل إلى أن تكون أكثر امتصاصًا للرطوبة (مثل الكلوريدات). لذلك، عادةً ما يكون نترات البوتاسيوم عالي النقاء مصحوبًا بمعدل امتصاص رطوبة أقل، وهي علاقة تكاملية.
