膨化硝銨炸藥質量的影響因素與控制措施分析

摘 要：膨化硝銨炸藥是粉狀的新型工業炸藥。本文主要對影響膨化硝銨爆炸性能的一些因素進行了闡述，并提出了具有針對性的解決措施。

關鍵詞：膨化硝銨炸藥；爆炸性能；影響因素

1 膨化硝銨炸藥簡介

在工業炸藥發展過程中，新的炸藥品種不斷出現，它們是民爆行業關注的焦點信息，其中有一些發明創造具有劃時代的意義，如代拿買特炸藥和漿狀炸藥，它們分別是由瑞典科學家諾貝爾和庫克發明的。它們的發明打破了傳統的觀念，極大地鼓舞了工業炸藥的發展。膨化硝銨炸藥是我國粉狀炸藥研究中的一支新秀，它是由南京理工大學研制的，具有獨特的優點。

膨化硝銨炸藥的設計和研制機理是“熱點”機理，它是無梯型粉狀的“微氣泡”自敏化的硝銨炸藥。通過對膨化硝銨炸藥進行機理研究、理論計算和測試，得到的結果表明，它具有很多優點，如反應快、高爆熱和高比容，這說明膨化硝銨炸藥具有高爆速、高威力以及高猛度的特性。盡管如此，在一些生產和應用過程中，膨化硝銨炸藥的優點并不能體現出來，特別是在某些特殊情況下，爆破效果很不理想。以膨化硝酸銨的結構特點以及“硝酸銨自敏化”理論作為基礎進行研究，研究結果顯示在原來的膨化硝酸銨結構中，產生的“大氣泡”較多，但是它們對于爆炸是無效的，而有效“微氣泡”產生較少。根據爆炸理論的“熱點”機理，微氣泡的直徑介于10μm～100μm之間，當它們受到沖擊波的作用時，可能會形成“熱點”，從而使炸藥能夠快速分解和反應，導致整個體系產生爆炸。然而，實際測試的結果顯示，膨化硝銨中過大或者過小的氣泡都是無效的，它們占到了96%以上，有效氣泡只占2%～3%。因此，可能導致以下結果：炸藥的沖擊波感度偏低，在一些特殊情況下，沖擊波強度不夠、產品的質量控制較差以及使用條件不利等，都會直接影響使用效果；局部的爆轟不完全時，會導致爆溫、爆熱的降低。

2 影響硝酸銨膨化效果的因素

2.1 硝酸銨溶液的濃度以及溫度

硝酸銨的膨化是指在膨化劑的作用下，硝酸銨飽和溶液的真空結晶過程。硝酸銨的溶解度-超溶解度曲線顯示，溶液濃度以及溫度可以影響硝酸銨晶體的析出，而且，只有當溶液為過飽和狀態時才能出現結晶。在特定的真空環境中，當外界壓力低于硝酸銨溶液的平衡飽和壓力下，水就會快速從溶液中蒸發出來，同時吸收水汽化所需要的熱量，從而使溶液濃度提高、溫度下降。當溫度降到低于飽和溶液所需的溫度時，溶液就成為了過飽和溶液，就會逐漸析出結晶，結晶析出時會放出結晶熱，可以用來對蒸發所需的熱量進行補償，從而促進溶液蒸發。這是一個相互促進的過程，不斷蒸發水，同時不斷產生結晶。

硝酸銨溶液濃度要保證適當，一般飽和溶液的濃度以90%為宜，溫度在125℃到135℃之間。如果濃度過高，就會造成硝酸銨的溶解溫度很高，膨化硝銨的生產溫度也會很高，這就造成了硝銨膨化后塑性較強，極易出現硬化結塊的現象。反之，如果濃度過低，就說明溶液中水含量超標，很難滿足膨化硝銨水分低于0.15%的質量要求，這會導致抽真空的時間延長，產生能源浪費，造成生產效率降低。因此，為了避免膨化硝銨初水分影響硝銨溶液的濃度，要根據膨化硝銨初水分和硝銨溶液的濃度對配料加水量進行科學的計算，并制成相應的表格，用來對生產進行指導，保持膨化硝銨產品的質量達到要求。

2.2 膨化劑用量

膨化劑是表面活性劑的一種，它用在硝酸銨結晶的過程中，可以起到改善硝酸銨性能的作用。它可以有效地降低硝酸銨結晶過程中溶液的表面張力，使氣泡比較容易形成，同時造成溶液體系的介穩區變窄，對晶體的生長產生干擾，在結晶過程中會形成大量 “歧化” 的細晶，當水分迅速蒸發時，晶體上會產生空隙，導致晶體更加細小，從而產生“微氣泡”，因此，在硝酸銨的膨化過程中，膨化劑具有非常重要的作用。

使用膨化劑可以使膨化硝銨的堆積密度降低，增強硝銨的膨化效果，此外，對于硝銨的抗結塊性和吸水性，膨化劑能夠起到有效地改善作用。因此，膨化劑的加入對炸藥爆炸性能以及物理性能的提高有很重要的影響。膨化劑的加入量要適當，一般以0.12%～0.15%為宜，加入量太少，會導致膨化硝銨膨化效果差；加入量太多，不僅不能夠提高膨化效果，而且對于生產過程的安全控制很不利。

2.3 真空度

硝酸銨在膨化的同時也被干燥。真空度是能夠影響膨化硝銨質量的主要因素，一方面，它能夠降低硝酸銨溶液的沸點，有利于結晶析出；另一方面，它能夠帶走硝銨中的水分。真空度越高，硝酸銨溶液的沸點降低越快，水分蒸發的速度也越快，膨化過程所需的時間就越短，可以顯著提高生產效率。

2.4 膨化硝銨炸藥藥溫、水分的影響

膨化硝銨炸藥的質量受其藥溫和水分的影響較大。雖然硝酸銨膨化過程中加入了膨化劑，但是它本身的結塊性和吸濕性沒有發生本質的改變，即是說，硝酸銨膨化后仍然會吸潮結塊，雖然油相材料的加入可以對防潮和抗結塊起到一定的作用，但是其增加的表面積接近10倍，溫度提高到100℃，所以油相的防潮作用表現的并不明顯。嚴格控制木粉和鹽的水分很關鍵，木粉水分最好控制在3.0%以下，鹽的水分控制在0.15%以下，堅決杜絕油相中有水分，使工序水分控制在0.18%以下，成品水分控制在0.25%以下。

2.5 膨化硝酸銨的返工處理

一般情況下，主要有兩種膨化硝酸銨需要進行返工：一種是早上開班時，輸送螺旋中的含水量比較多，這時膨化硝酸銨需要進行返工處理；另一種是膨化硝酸銨質量不合格，需要進行返工。返工處理膨化硝酸銨時必須遵循一定的要求。按照不高于需配置溶液質量 10%的膨化硝酸銨與普通硝酸銨一起進行加熱溶解，溶解后真空膨化結晶。加入膨化劑的量為其與普通硝酸銨總質量的0.15%，因為膨化劑存在于需要進行返工的膨化硝酸銨中，所以返工處理時，必須嚴格控制加入膨化劑的量，加入量較多時，會導致溶液在溶解過程中從溶解罐中溢出，同時造成膨化硝銨感度增大，降低生產過程中的安全系數。

2.6 生產過程中的防潮除濕

膨化硝銨炸藥以及膨化硝酸銨吸濕和結塊后，會導致其各種性能的降低，特別是產品儲存性能以及爆炸性能。硝酸銨膨化后，物理性能增強，但是，在出料以及輸送的過程中，膨化硝銨會形成很多“斷裂面”，這些新生的表面上不具備膨化劑的作用，和普通硝酸銨一樣，具有吸濕性和結塊性，特別是在高溫高濕的季節，在實際生產過程中需要采取必要的措施，保證生產過程中的防潮除濕。

3 結束語

通過對影響硝酸銨炸藥爆炸性能的因素進行研究，得出以下幾點結論：

3.1 硝酸銨的膨化以一定的濃度（約90%）和溫度（125℃～135℃）條件為前提：膨化劑用量大于0.12%～0.15%，真空度>0.09MPa時可以獲得較好的膨化效果。

3.2 生產過程中，控制膨化劑的量在0.12%～0.15%之間，得到的產品質量較好。

3.3 嚴格控制生產過程中各組分的含水量，制得炸藥的水分含量越少，其爆炸性能越好。炸藥各組分的顆粒度較小時容易混合均勻，可以顯著提高反應完全程度和爆轟速度。

3.4 硝酸銨膨化的影響因素主要包括；硝酸銨溶液的溫度、濃度以及結晶真空度。

參考文獻

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