乳化炸藥中低溫快速化學(xué)敏化工藝的研究

夏廣方

中國葛洲壩集團易普力股份有限公司 重慶 401121

1 乳化炸藥的化學(xué)敏化機理

乳化炸藥的常用敏化方式包括物理敏化和化學(xué)敏化兩種，其中化學(xué)敏化因具有成本低、發(fā)泡快等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)敏化利用了亞硝酸鹽、水及一些其他的無機物發(fā)泡劑，反應(yīng)機理是向乳化基質(zhì)中加入化學(xué)材料，使之在冷卻混拌過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出氣體，滯留在內(nèi)形成氣泡，并均勻分布在乳化基質(zhì)中，從而達到敏化目的，進而改善乳化炸藥的性能。這些小氣泡分布得是否均勻?qū)θ榛ㄋ幍姆€(wěn)定性影響很大，敏化工藝是制約乳化炸藥生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，敏化的質(zhì)量直接影響其爆轟性能和儲存穩(wěn)定性[1]。

2 敏化對乳化炸藥質(zhì)量影響

2.1 靜態(tài)混合器

中低溫化學(xué)敏化它分上下兩部分，敏化助劑在上層靜態(tài)混合器內(nèi)加入，當(dāng)敏化助劑與乳化基質(zhì)充分混合后進入下層靜態(tài)混合器，敏化發(fā)泡劑則加入下層靜態(tài)混合器內(nèi)。由于靜態(tài)混合器內(nèi)基質(zhì)混合時間偏小及敏化劑和助劑加入后分散較均勻，所以敏化劑及助劑加入量應(yīng)比計算值偏大。根據(jù)試驗論證，該型號靜態(tài)混合器混合后的化學(xué)發(fā)泡劑反應(yīng)速率偏快，敏化劑及助劑加入量過大時，敏化出口密度偏小，一般在1．00g/cm3～1．10g/cm3之間，而且形成的氣泡直徑過大，無法形成熱點，致使乳化炸藥的性能偏低。因此，使用該型號靜態(tài)混合器時，適當(dāng)敏化劑及助劑的加入量及其濃度和敏化溫度對乳化炸藥的初始性能及貯存性能有著重要影響。

2.2 敏化劑和助劑濃度

通常亞硝酸鈉溶液濃度為40%、密度為1．31g/cm3比較適中；助劑可選用濃度為40%，密度為1．26g/cm3的溶液。助劑濃度適中，可以避免對乳膠基質(zhì)油膜的破壞，能夠加快亞硝酸鈉的產(chǎn)氣速率、在很短的時間內(nèi)促使反應(yīng)完全以消除后效、不會對乳化炸藥的儲存穩(wěn)定性及爆轟性能產(chǎn)生明顯的影響。

2.3 敏化劑加入量

通常乳化炸藥裝藥前最佳密度為1．07～1．10g/cm3，因此，當(dāng)乳化炸藥化學(xué)發(fā)泡后，密度盡量控制在1．07～1．10g/cm3之間，這就要求找到—個敏化劑及助劑的最佳加入量。

2.4 敏化溫度

敏化溫度直接決定著發(fā)泡劑反應(yīng)的速度，反應(yīng)速度慢，乳化炸藥中氣泡數(shù)量達不到穩(wěn)定爆轟的條件；反應(yīng)速度過快，炸藥中氣泡數(shù)量及大小無法滿足炸藥穩(wěn)定爆轟的條件。因此，合適的敏化溫度直接影響著炸藥密度的大小，進而影響到炸藥能否穩(wěn)定爆轟。

3 乳化炸藥質(zhì)量影響對性能的分析

乳化炸藥由水相材料、油相材料和敏化劑組成。乳膠基質(zhì)是由含氧無機鹽的過飽和溶液和與水不相溶的碳?xì)浠衔?，借助乳化劑及外界作?適當(dāng)?shù)臋C械作用，如剪切、攪拌等)，使氧化劑水溶液以微小的液滴均勻分散于油相中，形成W/O型結(jié)構(gòu)的乳化基質(zhì)，該乳化基質(zhì)密度大，一般1．36-1．43g/cm3左右，基本不具備雷管感度。

3.1 水相析晶點的影響

乳化炸藥的水相材料由含氧無機鹽的過飽和溶液組成，其物理性質(zhì)直接影響到乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性，對乳化炸藥分散相聚集產(chǎn)生顯著影響。乳化炸藥在外界環(huán)境溫度低于5℃時，水相材料組成部分的晶體析晶是導(dǎo)致破乳并降低爆炸性能直至無法起爆的主要因素之一。由于溫度的變化對硝酸銨的溶解度影響較大，當(dāng)外界溫度與乳化炸藥溫度相差較大時，硝酸銨更易析晶，導(dǎo)致油膜變形收縮直接破損，造成油包水結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，直接影響到乳化炸藥的儲存性能[2]。

（1）硝酸鈉含量的影響。我國乳化炸藥主要采用硝酸銨、硝酸鈉混合氧化劑制備水相溶液，硝酸銨與硝酸鈉之比通常是4：1左右，硝酸鈉既在一定程度上降低了溶液的析晶點，又改善了乳化炸藥產(chǎn)品的質(zhì)量。但硝酸鈉中含有金屬元素鈉并參與爆炸反應(yīng)，在參與爆炸反應(yīng)的過程中要奪取體系中的一部分氧而生成氧化鈉；而凝聚態(tài)的氧化鈉不利于炸藥的爆炸做功。所以，綜合考慮下，在乳化炸藥生成過程中硝酸鈉的用量都不多，一般在10%左右，可使乳化炸藥水相溶液析晶點降低5℃左右，而不影響其爆炸性能。

（2）尿素的加入。尿素最初作為一種防凍劑加入乳化炸藥中，它具有較強的降低硝酸銨水溶液析晶點的能力。在乳化炸藥組分中加入尿素可增大硝酸銨的溶解度，同時可與硝酸銨形成“固液溶液”，晶體單元的可移動性受到了限制，防止硝酸銨晶體因β與α斜方晶體之間的相互轉(zhuǎn)變而給乳化炸藥的工業(yè)生產(chǎn)和儲存帶來負(fù)面影響。

（3）水含量。乳化炸藥水相材料組分中，水是不可缺少的主要成分，水含量直接影響乳化炸藥的爆炸能力、儲存穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本。當(dāng)水的含量在一定范圍內(nèi)時，隨著水含量的增加，乳化炸藥的安全性和穩(wěn)定性提高。但隨著水含量的增加，乳化炸藥的爆炸性能也隨之降低，在確定水含量時，需充分考慮炸藥的安全性、穩(wěn)定性，甚至炸藥生產(chǎn)的成本。水含量在一定范圍內(nèi)對炸藥的初始性能影響較大，特別是殉爆距離。

3.2 生產(chǎn)工藝

乳化炸藥儲存性能的主要影響因素是乳化方式與效果，選用合適的乳化器，盡量減小分散相粒子的大小，增強連續(xù)相油膜的韌性和強度，增加W/O結(jié)構(gòu)固化敏化氣泡的能力，使乳化炸藥爆轟反應(yīng)更完全，從而提高乳化炸藥的儲存質(zhì)量和性能[3]。

4 結(jié)論

乳化炸藥密度的控制完全取決于敏化的效果，采用中低溫敏化工藝，能夠較好地調(diào)節(jié)乳化炸藥的密度和能量，保證乳化炸藥的密度控制在合適的范圍內(nèi)。同時，根據(jù)中低溫線生產(chǎn)乳化炸藥的工藝條件，在不改變常規(guī)配方的情況下，選用合適的水相材料及其配比，降低硝酸銨的析晶點，提高分散相和W/O結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，能夠有效提高乳化炸藥的儲存質(zhì)量和穩(wěn)定性。