淺析敏化工藝參數(shù)對(duì)膠狀乳化炸藥的影響

李建真，趙杰，李雙（.安徽江南化工股份有限公司寧國(guó)分公司，安徽寧國(guó)430；.天津宏泰化工有限責(zé)任公司，天津薊縣30900）

淺析敏化工藝參數(shù)對(duì)膠狀乳化炸藥的影響

李建真1，趙杰2，李雙2
（1.安徽江南化工股份有限公司寧國(guó)分公司，安徽寧國(guó)242310；2.天津宏泰化工有限責(zé)任公司，天津薊縣301900）

摘要：通過(guò)四次試驗(yàn)研究了敏化工藝參數(shù)變化對(duì)乳化炸藥儲(chǔ)存期產(chǎn)生的影響，分析得出敏化劑加入量、催化劑加入量、敏化時(shí)間、敏化溫度等因素對(duì)乳化炸藥儲(chǔ)存期的影響。

關(guān)鍵詞：膠狀乳化炸藥；敏化參數(shù)；儲(chǔ)存期

乳化液是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系[1]，影響乳化炸藥穩(wěn)定性的因素比較多，目前針對(duì)油相材料的研究比較多，研究敏化工藝對(duì)乳化炸藥穩(wěn)定性影響的較少。在膠狀乳化炸藥生產(chǎn)過(guò)程中，使用最廣泛的敏化方式是化學(xué)敏化，其中以磷酸水溶液為催化劑，亞硝酸鈉水溶液為發(fā)泡劑的應(yīng)用較為廣泛。在敏化過(guò)程中，攪拌作用以及外相的粘度等因素都會(huì)對(duì)膠狀乳化炸藥的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。本文探索敏化工藝變化對(duì)膠狀乳化炸藥儲(chǔ)存期的影響，文中催化劑、發(fā)泡劑的加入量是以溶液質(zhì)量計(jì)算的。

1　試驗(yàn)分組及數(shù)據(jù)處理方法

1.1試驗(yàn)分組

第一組：試驗(yàn)使用的硝酸銨為山西天脊硝酸銨，炸藥的含水量為11%，油相材料使用茂名復(fù)合蠟、復(fù)合乳化劑和添加劑。在水相溶液配制完成后（采用高精度pH試紙）測(cè)試其pH值為4.4，加入適量的檸檬酸調(diào)節(jié)水相溶液pH值至4.0，樣品A的敏化溫度與正常工藝溫度相同，催化劑加入量由原數(shù)值調(diào)整至1.1‰，發(fā)泡劑加入量維持原工藝參數(shù)4.5‰；樣品B與樣品A的敏化溫度不同，其余條件相同。

第二組：試驗(yàn)使用的硝酸銨、油相材料以及炸藥的含水量均與第一組相同。在水相溶液配制完成后測(cè)試其pH值為4.4（不做調(diào)整），樣品C、D的敏化溫度均維持現(xiàn)有工藝溫度不做調(diào)整，樣品C的催化劑加入量為1.1‰（與第一組相同），發(fā)泡劑加入量為4.0‰（較第一組降低0.5‰）；樣品D的催化劑加入量為1.0‰（較第一組低0.5‰），發(fā)泡劑加入量為4.0‰（較第一組降低0.5‰）。

試驗(yàn)樣品的因素和水平見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)樣品的因素和水平

1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

（1）對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的藥卷密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，分析其分布規(guī)律和特點(diǎn)，以體現(xiàn)不同條件下敏化機(jī)混合的均勻性。

（2）對(duì)不同時(shí)間階段的密度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)氣泡的破壞作用以及發(fā)泡劑的理論利用率。

（3）根據(jù)試驗(yàn)因素的不同分析各因素對(duì)乳化炸藥儲(chǔ)存期的影響。

1.3發(fā)泡機(jī)理[2]

假設(shè)反應(yīng)完全按照理論反應(yīng)方程式進(jìn)行，忽略溫度和壓力影響，則發(fā)泡機(jī)理為：

從上述反應(yīng)機(jī)理可以得出以下兩方面的結(jié)論：1mol 的NaNO2反應(yīng)后產(chǎn)生1mol的N2，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積為22.4L。NaNO2的分子量為69，每1g NaNO2反應(yīng)完全后生成的N2體積為：

2　試驗(yàn)過(guò)程及分析

2.1試驗(yàn)條件簡(jiǎn)述

兩組試驗(yàn)四個(gè)樣品使用的原材料均相同，生產(chǎn)線的產(chǎn)能、油相溫度（100℃～110℃）、水相溫度（90℃～100℃）均相同，且在工藝要求的范圍內(nèi)，敏化溫度是在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的。試驗(yàn)所用的基質(zhì)冷卻設(shè)備為鋼帶冷卻機(jī)，敏化設(shè)備使用捏合機(jī)，裝藥設(shè)備使用KP機(jī)，乳化劑采用復(fù)合乳化劑（高分子乳化劑、Span80）。采用最大秤量為2000g的靜水力學(xué)天平檢測(cè)試驗(yàn)樣品的密度，殉爆測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18059進(jìn)行。

2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象和分析

2.2.1密度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

為了跟蹤試驗(yàn)樣品的密度變化，分別在敏化機(jī)出口、裝藥機(jī)出口和庫(kù)存樣品中進(jìn)行了密度檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由表2可以看出，在正常儲(chǔ)存條件下，乳化炸藥的密度在1天后就可以達(dá)到最終密度。

表2　樣品一般跟蹤期的密度變化統(tǒng)計(jì)表（g·cm-3）

表2數(shù)據(jù)說(shuō)明，我們抽到的樣本不一定能夠真實(shí)地反映全部樣品的密度情況，因此對(duì)A、B兩試驗(yàn)樣品進(jìn)行連續(xù)抽樣，樣本量為160。密度測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1、表4。

2.2.2亞硝酸鈉的利用率

根據(jù)實(shí)驗(yàn)樣品密度檢測(cè)的平均值，按照1.3中的反應(yīng)原理進(jìn)行計(jì)算，1噸炸藥從基質(zhì)經(jīng)過(guò)敏化后到終密度所需要的亞硝酸鈉量，與實(shí)際加入的亞硝酸鈉的量進(jìn)行比較，計(jì)算出在理論狀態(tài)下亞硝酸鈉的總理論利用率和有效利用率（總理論利用率是指以敏化機(jī)出口密度的平均值為基準(zhǔn)推出的反應(yīng)所需亞硝酸鈉的量與實(shí)際加入量的比值，有效利用率是以最終密度的平均值為基準(zhǔn)計(jì)算的反應(yīng)所需亞硝酸鈉的量與實(shí)際加入量的比值），計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3　亞硝酸鈉消耗量明細(xì)表

樣品A的總理論利用率高于有效利用率是因?yàn)檠b藥機(jī)在裝藥過(guò)程中對(duì)敏化氣擠壓，導(dǎo)致一些氣泡溢出。

表4　試驗(yàn)樣品12d密度分布參數(shù)表

表5　樣品A密度及性能表

表6　樣品B密度及性能表

表7　樣品C密度及性能表

表8　樣品D密度及性能表

樣品D亞硝酸鈉的有效利用率高于樣品C是因?yàn)闃悠稢的催化劑加入量大，反應(yīng)進(jìn)行得較快（表2中2h、4h密度對(duì)比），在敏化過(guò)程以及皮帶輸送過(guò)程中的氣體損失量大于樣品D。

2.2.3分析

（1）根據(jù)圖1可以看出，48℃和42℃條件下密度的集中程度十分相近，因此在試驗(yàn)條件下溫度對(duì)于捏合機(jī)的混拌效果是沒(méi)有影響的。

（2）根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)外觀的觀察，發(fā)現(xiàn)樣品B失效過(guò)程為先在藥卷表面出現(xiàn)少量析晶并形成一層殼藥卷，中心無(wú)明顯變化，然后是表面殼逐漸變硬，由外層殼向藥卷中心逐漸變硬，最后藥卷全部變硬，失去彈性，整個(gè)過(guò)程中藥卷的密度沒(méi)有明顯變化。

（3）樣品儲(chǔ)存期由長(zhǎng)到短依次為樣品D、樣品A、樣品C、樣品B。

（4）通過(guò)表3中樣品C和樣品D的亞硝酸鈉有效利用率可以看出，適當(dāng)降低催化劑含量可以提高亞硝酸鈉的利用率，減少在敏化以及輸送環(huán)節(jié)的損失，并且不會(huì)影響最終的密度。

（5）通過(guò)表5～表8中數(shù)據(jù)可以看出，樣品B性能衰減最快，其次為樣品C。引起樣品B衰減的原因可能是敏化溫度、水相pH值、催化劑共同作用（各因素之間存在交互作用）。

3　結(jié)論

（1）使用復(fù)合乳化劑（含Span80）的乳化炸藥體系pH值不宜過(guò)低，體系的pH過(guò)低會(huì)導(dǎo)致炸藥的儲(chǔ)存期縮短。

（2）在生產(chǎn)條件相同的情況下，在保證安全和敏化效果的前提下，適當(dāng)提高敏化溫度的目的是使油相材料有較好的流動(dòng)性和彈性，溫度過(guò)低會(huì)造成相材料流動(dòng)性和彈性變差，在敏化機(jī)的攪拌下更容易破壞其油包水結(jié)構(gòu)，對(duì)乳化炸藥的儲(chǔ)存期產(chǎn)生不利影響。

（3）采用純化學(xué)敏化時(shí)應(yīng)注意控制敏化機(jī)出口處的乳化炸藥密度不宜過(guò)低，敏化出料密度過(guò)低，在裝藥工序會(huì)造成氣泡的損失，從而影響炸藥的最終密度。因此在裝藥機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)整，避免裝藥機(jī)料斗里的物料長(zhǎng)期滯留。

（4）催化劑的用量不宜過(guò)多，過(guò)多的酸加入乳化炸藥中會(huì)對(duì)油膜（指在使用含有Span 80的乳化劑條件下）產(chǎn)生破壞作用，在適當(dāng)范圍內(nèi)降低催化劑使用量可以提高亞硝酸鈉的有效利用率，且不影響最終密度。

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.014

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ560.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2015）02- 0038- 04

收稿日期：2014- 11- 25

作者簡(jiǎn)介：李建真（1989-），男，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)彈藥工程與爆炸技術(shù)專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事乳化炸藥質(zhì)量檢驗(yàn)工作，0563- 4802780，18356349685，lijianzhen518@163.com。

Influence of Sensitized Process Parameters on Gelatinous Emulsion Explosives

LI Jian-zhen1，ZHAO Jie2，LI Shuang2
（1.Anhui Jiangnan Chemical Industry Co.，Ltd.，Ningguo242310，China；2.Tianjin Hongtai Chemical Co.，Ltd.，jixian 301900，China）

Abstract:The author did the research on the change ofthe storage period ofthe Gelatinous Emulsion Explosive caused bythe change of sensitization process parameters by four tests. Through the analysis of tests，we found the effect of sensitizing agent dosage、catalyst dosage、time of sensitization and sensitization temperature on the storage period of the Gelatinous Emulsion explosive.

Key words:gelatinous emulsion explosive；sensitization process parameters；the storage period