乳化炸藥的化學敏化影響分析

趙 宇

（晉能控股煤業(yè)集團化工廠，山西 大同 037001）

0 引言

乳化炸藥因其在抗水性、存儲穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本等多項指標上具備顯著優(yōu)勢，得到了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注，此類產(chǎn)品在礦產(chǎn)開采等領(lǐng)域的應(yīng)用比例也在不斷增長。但在實際研究中發(fā)現(xiàn)，當炸藥起爆感度提升的過程中，乳化炸藥威力降低的情況也隨之產(chǎn)生，對其實際應(yīng)用造成了顯著制約[1]。為有效突破這一局限問題，對乳化炸藥的化學敏化作用進一步分析，并對相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，則是一個切實可行的途徑，應(yīng)對此做進一步深入探究。

1 實驗材料制備

在乳化炸藥的主要成分中，主要包括可燃劑和氧化劑兩部分，二者之間發(fā)生強烈的氧化還原反應(yīng)并釋放大量能量的過程即為炸藥的爆轟反應(yīng)過程。為提升乳化炸藥的威力，從理論角度來看，能夠確?？扇技氨谎趸瘎┩耆趸础傲阊跗胶狻保┑恼ㄋ幊煞挚蛇_到最高的威力。據(jù)此，在本次實驗設(shè)計中，按照“零氧平衡”的原則進行設(shè)計，使用硝酸銨、硝酸鈉、水、石蠟和SP-80 等，確定的乳化炸藥基質(zhì)組分如表1 所示。

表1 乳化炸藥的基質(zhì)組分

基于以上組分配比，本次乳化炸藥基質(zhì)的合成方式如下：

1）按照基質(zhì)組分配比，將稱量完成的硝酸銨粉末與硝酸鈉粉末混合，溶于一定量的水中，并使用加熱板將其加熱至110 ℃，確保兩種粉末藥品全部溶解；

2）將石蠟放置在50 ℃的環(huán)境進行加熱，待石蠟全部熔化后，將其與SP-80 混合，形成油相溶液，并將該油相溶液的溫度升至95 ℃；

3）將油相與水相先后加入至攪拌罐中，控制攪拌轉(zhuǎn)速為1 100 r/min，充分攪拌3 min；

4）攪拌完成后靜置冷卻，最終得到乳化炸藥基質(zhì)成品，如圖1 所示。

圖1 乳化炸藥基質(zhì)成品宏觀圖

在得到乳化炸藥的基質(zhì)材料后，進一步加入亞硝酸鈉水溶液，對其進行化學敏化，在敏化完成后對其性能進行測試分析。

2 乳化炸藥化學敏化效果的主要影響因素分析

2.1 敏化溫度的影響

根據(jù)以往的經(jīng)驗可知，敏化溫度對乳化炸藥的爆炸性能影響頗為顯著，相對而言，溫度較高時，化學反應(yīng)速率加快，但同時也會產(chǎn)生過多的氣泡，不利于炸藥爆轟過程中所需要的有效熱點的產(chǎn)生；而當溫度較低時，則難以滿足水相油相之間混合的要求[2]。因此，如何選定合適溫度則需要著重考慮。

在本次實驗中，結(jié)合已有經(jīng)驗，在敏化溫度84～90 ℃區(qū)間范圍內(nèi)，對溫度如何影響敏化效果進行分析，并以“炸藥爆速”這一指標對敏化效果進行衡量，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同敏化溫度條件下的炸藥爆速變化情況

從圖2 的數(shù)據(jù)變化趨勢中不難看出，當敏化溫度為87.6 ℃時，炸藥爆速達到最大值。在該臨界值兩側(cè)，左側(cè)區(qū)間內(nèi)，敏化效果分別呈現(xiàn)上升和下降兩種態(tài)勢。初步推斷，造成這種變化的主要原因是，當溫度過高時，炸藥與敏化劑的反應(yīng)速度加快，敏化效果下降，進而影響炸藥爆速。在不同溫度下的敏化藥劑氣泡分布情況則如圖3 所示。

圖3 溫度在90 ℃（左）和85.6 ℃（右）時的氣泡分布情況

從圖3 可見，當溫度過高時，氣泡基本已經(jīng)聚集成為少量的大氣泡，這些氣泡分布不均勻，使得敏化效果不夠均勻，這也印證了上文的推論。

2.2 水相pH 值的影響

水相溶液的pH 值主要用以描述水溶液中氫離子的濃度。當氫離子濃度不同時，其對敏化效率的影響仍然較為突出，進而影響到乳化炸藥的最終爆炸性能[3]。就此，對不同pH 范圍下的炸藥爆速進行分析測試，測試結(jié)果如表2 所示。

表2 不同pH 值下的炸藥爆速分析結(jié)果

從表2 中的數(shù)據(jù)可見，當pH 為4.0 以上時，炸藥樣品的爆速相對更高，而當pH 過低時，爆速則相對較低，其主要原因是：pH 過低時，水溶液中氫離子濃度大，產(chǎn)生無效氣泡的情況相對更多，因此造成了炸藥性能的降低。綜合考慮炸藥爆速變化可知，pH 值設(shè)置為4.5 最為合理。

2.3 敏化劑添加量的影響

敏化劑的主要作用是通過自身與乳膠基質(zhì)的充分混合，提升炸藥的敏感度[4]。對此，本環(huán)節(jié)對敏化劑添加量（敏化劑質(zhì)量占比，下同）的影響進行分析，分析結(jié)果如表3 所示。

表3 不同敏化劑添加量下的炸藥爆速變化

從表3 中的數(shù)據(jù)可見，敏化劑的含量過高或過低均會影響炸藥爆速這一關(guān)鍵指標。初步分析，敏化劑的添加量不足會導(dǎo)致發(fā)泡程度過慢，而過高的敏化劑添加量則會導(dǎo)致發(fā)泡速率過高，進而造成氣泡聚集而影響炸藥的性能。

3 實際應(yīng)用效果測試

基于上文中的實驗，對本次乳化炸藥合成過程中的三項主要指標進行分析，結(jié)合分析結(jié)果，最終確定最優(yōu)參數(shù)組合為：敏化溫度為87.6 ℃；水相溶液pH為4.5；敏化劑添加量為0.42%。按照以上參數(shù)進行乳化炸藥合成，并對其實際性能進行測試。測試結(jié)果顯示，在此環(huán)境下，所制備的敏化后的乳化炸藥沖擊波正壓作用時間達到539.3 μs，沖量則達到7.652 Pa·s。同時，在波峰后的壓力衰減階段，該乳化炸藥樣品的沖擊波壓力衰減速率也最為緩慢。初步推斷，其主要原因是通過優(yōu)化參數(shù)提高了炸藥能量密度，從而其沖擊波超壓更高。同時，敏化劑作為氧化劑也參與了反應(yīng)，為沖擊波壓力貢獻了更多能量，從而使得沖量顯著提升。該數(shù)值與常規(guī)乳化炸藥相比，其優(yōu)勢更為突出，正壓作用時間和沖量均提升了5%以上，證明本次對乳化炸藥化學敏化參數(shù)的優(yōu)化取得了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究中，基于乳化炸藥的化學敏化影響因素展開探究，重點對敏化溫度、水相溶液的pH 值和敏化劑添加量三項重要指標進行了分析。在控制眾多可變因素在適當?shù)姆秶畠?nèi)，結(jié)合已有的參考資料和相關(guān)理論，來探究以上三項關(guān)鍵因素對成品炸藥性能的影響程度，以此得出了相對較優(yōu)的參數(shù)組合。在此基礎(chǔ)上，將本次優(yōu)化參數(shù)后所制備的乳化炸藥樣品進行測試，測試結(jié)果顯示，其在爆速、正壓作用時間和沖量等關(guān)鍵指標上均有較優(yōu)的表現(xiàn)，這證明本次研究取得了初步進展，有助于為后續(xù)的乳化炸藥化學敏化參數(shù)的優(yōu)化提供一定的參考借鑒。