乳化炸藥復合敏化技術的研討與應用

王雪峰

（山西同德化工股份有限公司，山西 忻州 036599）

引 言

敏化工藝作為乳化炸藥生產(chǎn)過程的關鍵，多年來得到了眾多研究單位和廠家的重視。目前，氣泡敏化方式已成為乳化炸藥敏化的主要方式。但總的來說，在這方面做得較多的主要是研究或試驗結果的介紹和比較，而關于不同敏化方式之間的差異鮮有相關敏化機理等方面的分析與探討。

2002年5 月，在福建省泉州市海港的航道改造工程中，多數(shù)爆破點在水深20m以下，且一次性爆破施工量較大，整個裝藥周期較長（有時在20h以上），用戶要求我廠提供的乳化炸藥必須具有良好的抗水性、抗壓性和深水條件下的良好爆轟性。而能夠滿足這些要求的產(chǎn)品，我廠幾乎沒有生產(chǎn)和試驗過。筆者與同事結合自己的生產(chǎn)實踐，對多種氣體敏化技術作了進一步研究與探討，并通過工藝的優(yōu)化設計和試驗研究，采用復合敏化技術滿足了上述工程爆破的需求，取得了良好的效果。

1 多種氣體敏化技術分析

一般情況下，乳化基質(zhì)本身的爆轟感度比較低，不易被雷管等所引爆，通常需要加入猛炸藥、金屬粉末或敏化氣泡等物質(zhì)作為敏化劑來提高它的感度。其中，從外界引入氣泡已成為目前最常采用的敏化方式。根據(jù)引入方式的不同，大致可分為機械敏化、物理敏化和化學敏化3種。

機械敏化是通過敏化機的不斷攪拌將空氣引入乳化基質(zhì)，進而對引入的空氣分割、分散成細微氣泡，從而達到敏化的目的。此方法成本最為低廉，工藝也最為簡單，但貯存性能差，不適于專業(yè)化工廠的生產(chǎn)是其最大的缺點。物理敏化多采用空心樹脂微球、空心玻璃微球和膨脹珍珠巖等作為載體，將氣泡引入乳化基質(zhì)而達到敏化目的。此方法操作較為簡單，性能較為穩(wěn)定，但制造成本相對較高?；瘜W敏化一般采用亞硝酸鹽、碳酸氫鹽、有機偶氮化合物和亞硝基化合物等作為發(fā)氣劑，通過化學反應產(chǎn)生氣體并將氣體引入乳化基質(zhì)，從而達到敏化目的。此方法工藝較為復雜，但成本較低，生產(chǎn)的乳化炸藥性能也相對較高。為了進一步提高乳化炸藥的爆轟性能和貯存穩(wěn)定性，國內(nèi)眾多研究單位和廠家相繼開發(fā)了新的敏化技術，其中的復合敏化技術近幾年得到了較多廠家的應用。

采用氣體敏化乳化基質(zhì)，實質(zhì)上就是熱點敏化。研究表明［1］，只有氣泡尺寸相當小時，才會在極短的時間（10-5s～10-3s）內(nèi)被絕熱壓縮，形成溫度高達400℃～600℃的灼熱點，從而激發(fā)乳化基質(zhì)的爆炸；當氣泡尺寸過大時，氣泡壓縮將不再是絕熱壓縮，而是等溫壓縮，無法產(chǎn)生高溫成為激發(fā)乳化基質(zhì)爆炸的熱點。由此可見，無論采用何種氣體敏化方式，都必須通過足夠的攪拌，將氣泡、敏化劑或發(fā)氣劑充分分散，方能保證敏化氣泡的最終尺寸盡量小、數(shù)量足夠多。通常要求氣泡直徑小于100μm［2］，最好是50μm以下；氣泡分布密度一般達到104個/cm3～107個/cm3。

實際上，乳化基質(zhì)在敏化機內(nèi)與物理或化學敏化劑攪拌混合的過程中，由于自身的黏度作用，不可避免地也會將外界的氣體吸留住，并不斷地在攪拌過程中將此部分氣體進一步破碎、細化和分散，因此，無論是物理敏化還是化學敏化過程，都是一個綜合的、復合的敏化過程。雖然充分的攪拌與捏合對氣泡的分散與細化是有利的，但由于乳化基質(zhì)在經(jīng)過多次的揉合、攪拌后其結構會受到一定程度的破壞，出現(xiàn)滲水、分層甚至析晶等現(xiàn)象，因此，過多的攪拌對乳化基質(zhì)和乳化炸藥的貯存穩(wěn)定性不利。

3種單一的氣體敏化過程所需要攪拌的次數(shù)和時間由少至多依次為：物理方法＜化學方法＜機械方法；相應的攪拌作用對乳化基質(zhì)的破壞程度由小到大依次為：物理方法＜化學方法＜機械方法。在同樣或相當?shù)拿艋潭认拢捎脵C械方法敏化的乳化炸藥最容易出現(xiàn)滲水、分層等現(xiàn)象，貯存期最短。

采用膨脹珍珠巖等物理敏化方式時，在攪拌過程中，膨脹珍珠巖等氣泡載體在攪拌機構和乳化基質(zhì)的摩擦、擠壓等外力作用下會遭到相當程度的破壞，這也就是實際加入量往往高于理論加入量的主要原因。珍珠巖等載體本身或遭到破壞后產(chǎn)生的不規(guī)則表面與棱角刺入到乳化基質(zhì)的薄膜深層，會破壞乳化基質(zhì)薄膜的穩(wěn)定；同時，乳化基質(zhì)具有良好的塑性，在貯存的過程中，基質(zhì)薄膜會逐漸滲入到膨脹珍珠巖等載體的微孔系內(nèi)，破壞氣泡的保持［2］，而且產(chǎn)生的破壞后果是不可恢復的。相比之下，采用化學敏化方式，即使產(chǎn)生的敏化氣泡遭到破壞，也會由于化學敏化本身就是化學反應物過量的反應，在隨后的貯存過程中，隨著氣泡的逸失，化學平衡會自動向著生成敏化氣泡的方向移動，起到修復敏化氣泡的作用。因此，雖然采用膨脹珍珠巖等物理敏化方式生產(chǎn)的乳化炸藥在生產(chǎn)當日的爆轟性能可能會高于采用化學敏化生產(chǎn)的炸藥，但貯存穩(wěn)定性要低于后者。

采用珍珠巖物理敏化和發(fā)泡劑H等化學敏化相結合的復合敏化方式時，其中的珍珠巖顆粒在與乳化基質(zhì)的攪拌、揉合過程中雖然會發(fā)生一定程度的破裂，原先保持的氣泡（主要成分是空氣）也會相應地逸失，但由于相對滯后產(chǎn)生的化學敏化氣泡（主要成分是氮氣）的補充，最終使得乳化基質(zhì)仍然能夠保持相當數(shù)量的敏化氣泡。珍珠巖顆粒是由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖經(jīng)破碎、預熱、焙燒而制成，主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，使用溫度低于400℃，成分的熔點多高于乳化體系內(nèi)主要成分的熔點［3］，即使珍珠巖顆粒內(nèi)的氣泡體系遭到破壞，也會由于自身的高熔點和高硬度等物理特性對乳化體系起到另一方面的敏化作用——固體敏化作用，從而使乳化體系在敏化作用方面得到一定程度的補充。另外，相對硬度較高的珍珠巖（包括微孔結構已被破壞的部分）也可作為化學敏化氣泡依附的載體，提高氣泡保持的穩(wěn)定性和承壓性。不過，乳化體系的貯存穩(wěn)定性在一定程度上也會受到破碎珍珠巖的尖刺破壞作用的影響。

綜上所述，采用物理敏化、化學敏化和復合敏化方式生產(chǎn)的乳化炸藥的貯存穩(wěn)定性由弱到強的排列依次為：物理敏化＜復合敏化＜化學敏化，也可能是：物理敏化＜化學敏化＜復合敏化，這主要取決于珍珠巖顆粒的破壞程度。此外，采用復合敏化技術可使乳化基質(zhì)體系獲得更為細致、豐富和穩(wěn)定的敏化氣泡或“熱點”，提高炸藥的敏感度，同時確保乳化炸藥在較高的密度下仍可獲得穩(wěn)定的爆轟，為提高炸藥的爆速和猛度創(chuàng)造了條件。物理敏化和化學敏化結合的復合敏化技術能夠發(fā)揮物理敏化和化學敏化的優(yōu)點，取長補短，從而獲得近乎理想的敏化效果［4-5］。

2 應用試驗

以原乳化基質(zhì)配方為基礎，敏化劑加入量如第頁表1。將100kg～150kg乳化基質(zhì)晾至55℃～60℃，與50kg～100kg溫度在95℃～105℃的熱基質(zhì)先行在敏化攪拌機內(nèi)適當攪拌混合，再按各自敏化工藝要求加入相應的敏化劑進行攪拌混合。待密度或溫度達到工藝要求時出料，并送到裝藥或保溫工序備用。若采用復合敏化工藝，則在攪拌時先加入化學敏化劑攪拌3min～4min，再加入一定量的物理敏化劑繼續(xù)攪拌2min～3min。若采用化學敏化工藝，出料后還應在保溫工房內(nèi)適當保溫30min～50min，待密度下降 到 1.20g/cm3～1.25g/cm3時方 可 送 去 裝 藥 （敏 化 劑 3.0% ～4.0%；1.0%～1.5%。發(fā)泡劑 H 0.10%～0.20%；0.10%～0.12%），測定其密度及其他性能。

試驗可見，采用復合敏化方式可以兼取多種單一氣體敏化方式的長處，不但可通過較低的生產(chǎn)成本獲得比采用珍珠巖等物理敏化方式更為穩(wěn)定的爆轟性能和貯存性能，而且比采用發(fā)泡劑H等化學敏化方式具有更高的爆轟性能和貯存性能。同時，也會具有更高的抗壓性能及一定的敏化氣泡自修復功能，更適合于水下爆破工程的應用。

表1 受壓前、后的乳化炸藥性能①

3 結束語

采用復合敏化技術，能夠兼取物理敏化和化學敏化等多種單一氣體敏化技術的多種優(yōu)勢，籍此制造的乳化炸藥更適合于深水條件下的工程爆破。2002年5月至今，我廠采用復合敏化技術生產(chǎn)的巖石型乳化炸藥，已在泉州和廈門兩地的海港航道改造工程及其他工程中得到了應用，目前已生產(chǎn)1 800t以上，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，充分滿足了用戶的需要?？偨Y其優(yōu)點主要有：1）能夠有效改善炸藥的外觀形態(tài)，硬度大、成型好；2）敏化氣泡具有較強的承壓能力和自修復能力；3）能夠使乳化基質(zhì)體系獲得更為細致、豐富和穩(wěn)定的敏化氣泡，或更易于產(chǎn)生“熱點”；4）能夠有效提高炸藥的殉爆、爆速和猛度等爆轟性能；5）與采用單一珍珠巖物理敏化方式相比，生產(chǎn)成本明顯降低，產(chǎn)品的承壓性和貯存穩(wěn)定性也更高。

［1］ 汪旭光.乳化炸藥［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986：141-143，227-229.

［2］ 呂春緒.膨化硝銨炸藥［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2001：72-743.

［3］ 呂春緒.工業(yè)炸藥［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1994：125-127.

［4］ 閆泉剛.復合敏化劑在乳化炸藥中的應用［J］.爆破器材，2004，33（6）：225.

［5］ 王自軍.幾種乳化炸藥敏化方式的比較［J］.煤礦爆破，1999（1）：5-7.