提高JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力的研究

劉冬水

(江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司)

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提高JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力的研究

劉冬水

(江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司)

通過增加管路預(yù)混器，調(diào)整配方中硝酸鈉及其水分含量、油水相溫度工藝參數(shù)，采用一體化復(fù)合油相材料等措施，經(jīng)工程爆破試驗(yàn)驗(yàn)證，炸藥單耗和爆破成本均有不同程度的降低，且提高了JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力。

JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥 配方調(diào)整 爆破成本

JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥采用預(yù)乳、靜態(tài)乳化、高溫快速敏化及高溫裝藥等工藝技術(shù)，由約94.0%的水相溶液與6.0%的復(fù)合油相乳化再化學(xué)敏化后制成。其中水相溶液的典型配方為：80%～81%的硝酸銨，9%～10%的硝酸鈉，11%～12%的水；復(fù)合油相為由復(fù)合蠟、凡士林、微晶蠟、礦物油、復(fù)合乳化劑等按一定比例組成，由生產(chǎn)廠家直接制造成型；高溫化學(xué)敏化劑配方外加，占0.25%～0.40% 。高溫下乳化炸藥流動(dòng)性好，配套應(yīng)用連續(xù)自動(dòng)裝藥機(jī)及智能機(jī)器人包裝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化、連續(xù)化，效率高、操作人員少，符合國家民用爆破器材行業(yè)技術(shù)進(jìn)步指導(dǎo)意見的要求。該炸藥爆轟感度好，殉爆距離及爆速指標(biāo)高于粉狀硝銨炸藥，但作功能力(威力)為270～280 mL，低于粉狀硝銨炸藥。江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司2014年引進(jìn)JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥工藝技術(shù)，生產(chǎn)效率及技術(shù)水平等得到提升，但產(chǎn)品投放市場后，威力不夠，炸藥單耗高，導(dǎo)致爆破成本上升。對此需進(jìn)行分析、改進(jìn)，以提高其爆破能力。

1 提高乳化炸藥威力的試驗(yàn)研究

1.1 提高炸藥爆炸威力的理論依據(jù)

乳化炸藥以可燃劑為連續(xù)相，以氧化劑水溶液為分散相，在乳化設(shè)備及乳化劑的作用下形成油包水型的乳膠體，再在敏化劑作用下形成具有雷管感度的乳化炸藥。理論上要提高炸藥威力，須提高炸藥爆炸時(shí)的爆熱及比容[1]。乳化炸藥爆熱及比容提高的方法有：①添加高能物質(zhì)如鋁粉、單質(zhì)猛炸藥或采用高能氧化劑如高氯酸銨，這些物質(zhì)因?yàn)榘踩敖?jīng)濟(jì)原因，國內(nèi)已不使用；②按負(fù)氧接近零氧平衡設(shè)計(jì)，爆炸反應(yīng)生成熱大，可增大反應(yīng)熱；③降低炸藥配方中水分含量，減少因爆炸反應(yīng)時(shí)水汽化消耗生成熱；④適當(dāng)降低硝酸鈉用量，增大硝酸銨用量，可增大爆熱及比容[1]；⑤提高油包水乳化分散效果，使油包水粒子細(xì)小均勻，增加油水相接觸面積，使爆炸反應(yīng)能量充分稀放；⑥油相材料選用含碳?xì)湓馗叩奈镔|(zhì)，乳化劑含羥基少，反應(yīng)生成水少，有利于提高爆熱。

1.2 氧化劑水相溶液配方確定

氧化劑主要由硝酸銨、硝酸鈉組成，采用硝酸銨作單一氧化劑能有效提高炸藥威力，但單一硝酸銨作氧化劑時(shí)，水溶液析晶點(diǎn)高，乳化時(shí)易結(jié)晶析出，加入少量硝酸鈉，可降低氧化劑水溶液的析晶點(diǎn)，當(dāng)硝酸鈉含量約7%時(shí)，對乳化炸藥的爆熱及比容有利[1]。理論上水含量3%也能制造出儲(chǔ)存期符合要求的乳化炸藥[2]，但水含量低，對乳化劑及油相材料要求高，乳化后氧化劑易破乳結(jié)晶析出，合適的水含量保持在9%～10%比較有利[1]。綜合理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水溶液配方進(jìn)行了調(diào)整(表1)并進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 調(diào)整后的JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水溶液配方 %

1.3 水相晶形改性劑的確定

JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水相溶液含水量為11%～12%，析晶點(diǎn)為77～79 ℃，調(diào)整后含水量減至9%，硝酸鈉從8%～9%減至6%～7%,經(jīng)測定析晶點(diǎn)為86～88 ℃。析晶點(diǎn)提高后，可保證氧化劑乳化過程不結(jié)晶及炸藥儲(chǔ)存穩(wěn)定性，外加少量晶形改性劑至水相溶液中，可有效控制硝酸銨等氧化劑的結(jié)晶及溶解平衡，抑制氧化劑過早結(jié)晶析出。實(shí)踐證明，外加0.1%～0.3%的非離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉或十二烷基磺酸鈉，均可取得較好抑制效果[3]。本次實(shí)驗(yàn)采用外加占氧化劑水溶液質(zhì)量0.1%～0.3%的十二烷基硫酸鈉與氧化劑水溶液一起溶解混合備用。

1.4 乳化劑及油相材料選擇

乳化劑及油相材料在爆炸反應(yīng)中起還原劑作用，選擇含碳?xì)湓囟嗟囊惑w化復(fù)合油相，主要由復(fù)合蠟、礦物油、高分子復(fù)合乳化劑及少量微晶蠟搭配組成。其中高分子復(fù)合乳化劑含酯類結(jié)構(gòu)，由聚稀烴與多種化合物合成，適用于制造高威力乳化炸藥[4]。

1.5 增加管路預(yù)混工藝

JWL-Ⅲ型乳化炸藥乳化工藝為：預(yù)乳﹢靜態(tài)乳化。水相及油相分別通過泵送管路進(jìn)入預(yù)乳罐攪拌再進(jìn)入靜態(tài)乳化器乳化，該工藝預(yù)乳時(shí)基質(zhì)表面可看見白色斑點(diǎn)，這是少量硝酸銨結(jié)晶析出的表現(xiàn)。為提高乳化效果，使油包水粒子細(xì)小均勻，增強(qiáng)油水相接觸面積，使爆炸時(shí)化學(xué)反應(yīng)更充分，在油相及水相進(jìn)入預(yù)乳罐前增加一段50 cm長的管路預(yù)混，使油水相在管路中先混合，再預(yù)乳+靜態(tài)乳化。實(shí)踐證明，增加管路預(yù)混后，預(yù)乳時(shí)基質(zhì)表面白色斑點(diǎn)消失，乳化基體更透明，乳化質(zhì)量明顯提高。管路預(yù)混器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 管路預(yù)混器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.6 工藝參數(shù)調(diào)整及氧平衡設(shè)計(jì)

由于減少了氧化劑溶液水含量，為保證乳化效果，適當(dāng)調(diào)高油相及水相溶液溫度，水相溫度定為100～105 ℃，油相溫度為95～100 ℃。其他參數(shù)執(zhí)行JWL-Ⅲ型乳化炸藥原有要求。為使爆炸反應(yīng)充分，能量最大化，通過對氧化劑及可燃劑進(jìn)行氧平衡計(jì)算，根據(jù)不同配方微調(diào)油水相比例。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過綜上分析及工藝、參數(shù)調(diào)整，確定5個(gè)配方(表2)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)水油相配比通過計(jì)算機(jī)設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)并連續(xù)輸出。油相質(zhì)量流量計(jì)型號(hào)為8OE08-3NQ3/0,輸出極限公差±0.2%；水相質(zhì)量流量計(jì)型號(hào)為8OE25-4T71/10, 輸出極限公差±0.2%。對各配方測試初始爆轟性能及儲(chǔ)存180 d后性能，結(jié)果見表3。

表2 JWL-Ⅲ型高威力乳化炸藥配方及水油相配比

表3 各配方炸藥爆轟性能

注：作功能力按《炸藥作功能力試驗(yàn)鉛鑄法》(GB12436)測試，測試結(jié)果為鉛鑄擴(kuò)孔體積減去8#引爆雷管擴(kuò)張量體積22 mL。

表3中，配方3、4中硝酸鈉含量分別為7%及6%，并外加晶形改性劑。這兩個(gè)配方炸藥作功能力較高，儲(chǔ)存期內(nèi)性能穩(wěn)定，180d后作功能力仍超過310mL，比普通乳化炸藥作功能力280mL高10%以上。配方5由于未加晶形改性劑,儲(chǔ)存180d后藥卷周邊有破乳痕跡。

3 工程爆破應(yīng)用

改進(jìn)的高威力乳化炸藥與JWL-Ⅲ型普通乳化炸藥在某花崗巖路塹爆破中進(jìn)行使用對比。該工程采用深孔臺(tái)階爆破, 方形布孔,爆破面積15 m×10 m,底盤抵抗線2.5 m,臺(tái)階高度10 m，每孔裝藥量28 kg,填塞長度3 m。其爆破參數(shù)及效果見表4。

表4 深孔臺(tái)階爆破參數(shù)及使用效果

由表4可以看出，使用JWL-Ⅲ型高威力乳化炸藥,相同爆破面積,在爆孔間距適當(dāng)增加的情況下, 可減少鉆孔數(shù)目，減少總裝藥量，但爆破效果相同,炸藥單耗下降,爆破成本下降明顯。

4 結(jié) 論

通過將JWL-Ⅲ型乳化炸藥的預(yù)乳+靜態(tài)乳化工藝調(diào)整為管路預(yù)混+預(yù)乳+靜態(tài)乳化；調(diào)整氧化劑配方水含量至9.0%，硝酸鈉含量6%～7%，外加0.25%的十二烷基硫酸鈉與氧化劑水溶液一起溶解混合備用；水相溫度設(shè)定為100～105 ℃，油相溫度為95～100 ℃；選擇含碳?xì)湓囟嗟囊惑w化復(fù)合油相作可燃劑等改進(jìn)措施，提高了JWL-Ⅲ型乳化炸藥威力，降低了爆破成本。

[1] 陸 明.工業(yè)炸藥配方設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.

[2] 王鼎聰,吳 穎,姜春華，等.LRH-A型乳化炸藥專用復(fù)合劑性能的研究[J].爆破器材,2000(4):13-14.

[3] 汪旭光.乳化炸藥[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1993.

[4] 孫德勇.一種新型高威力乳化炸藥的研究[J].爆破器材,2009(2):17.

Study on the Improving method of the Power of JWL-type III High Temperature Sensitive Emulsion Explosive

Liu Dongshui

(Jiangxi Ji'an Guotai Special Chemical Co.,Ltd.)

In order to improving the power of JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive,the flowing measures are adopted,they are adding pipeline premixer,adjusting the content of sodium nitrate and water of the formula,adjusting the technical parameters of oil-water phase temperature,using integration of complex oil phase material.The engineering blasting results show that the power of JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive is improved effectively,the explosive consumption and blasting cost are reduced.

JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive,Formula adjustment,Blasting cost

2016-06-16)

劉冬水(1968—)，男，高級(jí)工程師，343136 江西省吉安縣安塘鄉(xiāng)。