油相材料對(duì)現(xiàn)場混裝乳化炸藥性能的影響

張 續(xù)，吳紅波，張 洪，陸學(xué)平

（安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001）

乳化炸藥是國外二十世紀(jì)60 年代末發(fā)展起來的新型抗水工業(yè)炸藥，也是一類含水硝銨炸藥[1]。隨著我國大型露天開采和地下深部礦山數(shù)量的不斷增加,現(xiàn)場混合所需的乳化炸藥數(shù)量不斷增加,對(duì)民用爆炸行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)越來越重要。工信部2010 年明確指出,鼓勵(lì)從固定地面生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)場混合作業(yè)的工業(yè)爆炸物生產(chǎn)方法；鼓勵(lì)開發(fā)散裝或大直徑包裝工業(yè)炸藥產(chǎn)品；并鼓勵(lì)膠體乳化炸藥的研制[2]?！笆濉泵裼帽ㄎ锲钒l(fā)展規(guī)劃明確提出,工業(yè)炸藥以現(xiàn)場混散和散貨為主,現(xiàn)場攪拌和散裝制品占50%以上,截至2013 年底,中國現(xiàn)場混合炸藥只占這一比例的21%。這充分表明，我國現(xiàn)場混合爆炸生產(chǎn)技術(shù)市場潛力巨大[3]。

現(xiàn)場混合乳化炸藥技術(shù)是利用裝載車裝載泵送乳膠基體到達(dá)爆破作業(yè)現(xiàn)場，并利用裝藥車將其裝入炮孔，在孔內(nèi)化學(xué)敏化成乳化炸藥，這是迄今為止工業(yè)炸藥技術(shù)發(fā)展中最基本、最安全的炸藥制備和爆破裝藥的新技術(shù)之一。采用散裝乳膠基質(zhì),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場敏化、制備和灌裝,企業(yè)生產(chǎn)成本大幅降低,經(jīng)濟(jì)效益顯著,乳膠基質(zhì)感度低,其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用安全性大大提高[4]。

繆志軍在對(duì)乳化炸藥油相特性的研究中得出，油相是乳化炸藥的重要組成部分,研究油相的粘度、表面張力以及乳膠基質(zhì)粒子的大小與分布對(duì)乳化炸藥的物理化學(xué)性質(zhì)、爆轟性能及穩(wěn)定性的影響具有重要的意義[5]；夏曼曼在對(duì)不同油相材料對(duì)乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的研究中提到微晶蠟、凡士林與液體油（甲基油、大豆油、菜籽油）按一定比例混合制備新型復(fù)合油相,將其應(yīng)用到乳化炸藥中,并得到一種能夠提高乳化炸藥穩(wěn)定性的新型油相材料[6]；吳紅波等在對(duì)現(xiàn)場混裝低粘度乳化炸藥的研究中采用一種液體油作為乳化炸藥的油相材料，用高分子乳化劑和樹脂微球?yàn)槊艋瘎┲苽涑龅娜榛ㄋ帲诔叵戮哂休^小的粘度和較好的流變特性[7]。

本文用三種不同的油相（機(jī)油/柴油、機(jī)油、麻風(fēng)樹油）配成乳化炸藥，分析其粘度、穩(wěn)定性、爆轟能力對(duì)乳化炸藥性能的影響，對(duì)研究現(xiàn)場混裝乳化炸藥選取合適油相材料具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

硝酸銨（AN）；機(jī)油/柴油；機(jī)油；麻風(fēng)樹油；Span-80；氫氧化鈉溶液；酚酞溶液；甲醛（分析純）溶液；樹脂微球。

攪拌機(jī)；數(shù)顯恒溫水浴鍋；電加熱爐；NDJ-8S 數(shù)字粘度計(jì)；PVC 管等。

1.2 乳膠基質(zhì)的制備

本實(shí)驗(yàn)選用了三種油作為制備乳膠基質(zhì)的油相材料，再根據(jù)已有的配方經(jīng)驗(yàn)以及傳統(tǒng)配方，制定表1 的現(xiàn)場混裝乳化炸藥配方。

表1 現(xiàn)場混裝乳化炸藥配方Tab.1 Formula of field mixed emulsion explosive

水相的制備:按配方稱取計(jì)量的硝酸銨，再加入計(jì)量的水，加熱至100℃～110℃。

油相的制備：分別稱取計(jì)量的機(jī)油和柴油、機(jī)油、麻風(fēng)樹油，加入適量Span-80 乳化劑，持續(xù)加熱到90℃～100℃。

乳化炸藥的制備：將水相與油相混合，高速攪拌3 min 形成乳膠基質(zhì)，冷卻至50℃～55℃加入適量敏化劑，攪拌均勻，制得乳化炸藥。

1.3 實(shí)驗(yàn)部分

1.3.1 乳膠基質(zhì)粘度測定

使用NDJ-8S 數(shù)顯粘度計(jì)對(duì)#1、#2、#3 乳化炸藥進(jìn)行粘度測試，得到三組粘度值如圖1 所示。

圖1 油相材料的粘度Fig.1 Viscosity of oil-phase materials

測得結(jié)果三組乳化炸藥的粘度比較：以麻風(fēng)樹油為油相的乳化炸藥粘度介于以機(jī)油和機(jī)油/柴油為油相的乳化炸藥的粘度之間。

1.3.2 乳化炸藥的穩(wěn)定性

本實(shí)驗(yàn)采用水溶法測定經(jīng)高低溫循環(huán)后的乳化炸藥中硝酸銨的析晶量。甲醛與硝酸銨反應(yīng)，生成C6H12N4和H+，生成的酸可以與0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液滴定，突躍處在弱堿性范圍內(nèi)，故可在溶液里滴入幾滴酚酞作為指示劑，隨著氫氧化鈉溶液滴定量的增加，直至溶液呈微紅色即為終點(diǎn)[8]。有關(guān)的反應(yīng)式為：

根據(jù)消耗的氫氧化鈉的量，通過式（3），計(jì)算出硝酸銨的析晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中：W—硝酸銨析晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V—滴定消耗的NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)，mL；N—NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L；0.080 04—每毫克當(dāng)量NH4NO3的克數(shù)，kg/mg；G—炸藥試樣質(zhì)量，g。

每組樣品做兩次實(shí)驗(yàn)取其平均值,測試結(jié)果見表2。

表2 硝酸銨析晶量Tab.2 Crystallization of ammonium nitrate

1.3.3 爆速測試

取PVC 管制作圓筒形藥卷，規(guī)格為φ（32±1）mm，h（250±1）mm，將敏化完成后的乳化炸藥裝入藥卷中，裝藥量約為180 g/卷。用實(shí)驗(yàn)室提供的漆包線做探針，將漆包線擰成麻花狀，將探針插入藥卷中，首尾折向試樣的尾端，并用絕緣橡膠布固定在乳化炸藥藥卷上，兩只探針在藥卷走向上的間距為5 cm[9]。

本實(shí)驗(yàn)選用BSW-3A 型智能五段爆速儀（測試精度不低于0.1μs，湖南湘西州奇搏礦山儀器廠）。每組炸藥樣品測試2～3 次，求取平均值。

2 結(jié)果與分析

乳化炸藥制備4 h 后進(jìn)行了爆速測試，每組油相材料配方制備的乳化炸藥測試兩次，結(jié)果取平均值，如表3。

表3 乳化炸藥爆速Tab.3 Explosion velocity of emulsion explosives

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在三種油相材料制成的乳化炸藥中，麻風(fēng)樹油制成的乳化炸藥的爆速遠(yuǎn)高于其他兩種油相材料制成的乳化炸藥。同時(shí)證明：油相材料的不同，對(duì)現(xiàn)場混裝乳化炸藥爆速有很大影響，并且在相同質(zhì)量百分比的油相材料中，在含機(jī)油的油相材料中加入部分柴油會(huì)提高爆速。

3 結(jié)論

（1）油相材料的粘度與其中加入的不同油的性質(zhì)以及配比有關(guān)，同時(shí)油相材料的物化性質(zhì)也對(duì)乳膠基質(zhì)的性質(zhì)有很大影響，其中，以麻風(fēng)樹油為油相的乳化炸藥粘度介于以機(jī)油和機(jī)油/柴油為油相的乳化炸藥的粘度之間。

（2）在相同條件下麻風(fēng)樹油制備的乳化炸藥穩(wěn)定性最好，機(jī)油/柴油制備的乳化炸藥穩(wěn)定性相對(duì)較差。

（3）麻風(fēng)樹油制備的乳化炸藥爆轟速度較大，機(jī)油/柴油制備的乳化炸藥爆速次之，機(jī)油制備的乳化炸藥爆速最小。

綜合考慮，在應(yīng)用于現(xiàn)場混裝乳化炸藥方面，麻風(fēng)樹油與其他兩種油相相比，具有粘度適中、穩(wěn)定性較好和爆速較高的優(yōu)勢，可作為乳化炸藥選用油相材料時(shí)有價(jià)值的參考油相。