低成本優(yōu)質(zhì)乳化炸藥的生產(chǎn)

楊愛(ài)萍

(安徽向科化工有限公司，安徽 安慶246100)

0 引言

我國(guó)乳化炸藥產(chǎn)品的年產(chǎn)量自2005 年逐年增大,乳化炸藥在工業(yè)炸藥總產(chǎn)量中的比例逐年增加,成為工業(yè)炸藥的主導(dǎo)產(chǎn)品[1-3]。 乳化炸藥主要有低溫敏化和高溫敏化兩種生產(chǎn)線。 與高溫敏化乳化炸藥生產(chǎn)線相比,低溫敏化乳化炸藥生產(chǎn)線工藝組分更簡(jiǎn)單,生產(chǎn)更高效。 因此,利用現(xiàn)有低溫敏化乳化炸藥的生產(chǎn)工藝條件,在物料的工藝配方上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)可節(jié)約成本。 鑒于此,開(kāi)發(fā)了一種低成本優(yōu)質(zhì)的乳化炸藥。

1 降低物料成本的途徑

1.1 調(diào)整水相中硝酸鈉的比例

乳化炸藥是以硝酸銨和硝酸鈉作為水相,以硝酸銨為主氧化劑、硝酸鈉為輔助氧化劑,兩者共同存在的低共熔點(diǎn)配合物[4]。 硝酸鈉的作用主要是降低硝酸銨在低溫下的析晶點(diǎn),防止乳化炸藥破乳析晶[5]。 而硝酸銨在乳化炸藥中的占比高達(dá)80%以上,是所有物料組分中占比最高的。 硝酸鈉質(zhì)量占比不足10%。 但是,與硝酸按相比,硝酸鈉每噸貴100 元。 因此,在保持炸藥整體性能不變的情況下,適當(dāng)?shù)卣{(diào)整水相中硝酸銨和硝酸鈉的比例,可作為一種降低炸藥成本的方法。

1.2 提高水的含量

水作為惰性原料,是乳化炸藥中成本最低的物料,適量的水可保持水相溶液的穩(wěn)定性,控制水相析晶點(diǎn)有利于炸藥的貯存。 有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明:乳化炸藥中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8% ～16%時(shí)爆速先增大后減小,當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)12%時(shí)爆速達(dá)到峰值。 因此,可以將水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在合理的范圍,既不影響產(chǎn)品初始爆炸性能,又能長(zhǎng)期儲(chǔ)存且穩(wěn)定。

1.3 降低復(fù)合蠟的比例

對(duì)于制備商品型的貯存穩(wěn)定期要求較長(zhǎng)的乳化炸藥, 油相材料的搭配選取至關(guān)重要, 選取一些碳鏈較長(zhǎng)的、晶粒較細(xì)的高熔點(diǎn)微晶蠟與普通的白蠟復(fù)配效果較好,其用量以炸藥的零氧平衡為基準(zhǔn)。 對(duì)于化學(xué)發(fā)泡敏化的藥體, 要實(shí)現(xiàn)快速發(fā)泡敏化裝藥,膠體黏度偏大有利于固化氣泡。 生產(chǎn)中使用的是安徽易泰工程科技有限公司提供的專用復(fù)合蠟。 該復(fù)合蠟在固化氣泡及保持炸藥黏度方面使用效果一直較好。 該專用復(fù)合蠟的價(jià)格約6 500 元/t,質(zhì)量占比為2% ～4%。 如果能降低復(fù)合蠟0.5% ～1% 的比例,則每噸炸藥可以降低325 ～600 元的成本。

1.4 合理配置乳化劑組分

乳化炸藥的乳化劑一般采用Span80 乳化劑或高分子乳化劑、也或兩者按一定比例配成的混合物。 生產(chǎn)中一直采用T-152 乳化劑,由它制成的乳化炸藥儲(chǔ)存穩(wěn)定性好,爆速高。 但T-152 乳化劑的成本較高,單價(jià)約16 000 元/t。 而Span80 乳化劑成本低,每噸約10 000 元,其乳化效果比較好,但制成的產(chǎn)品保質(zhì)期較短。 如果將Span80 和T-152乳化劑進(jìn)行混合,按一定比例復(fù)配,又可達(dá)到乳化效果,則可以降低成本。

2 乳化炸藥配方及水相析晶點(diǎn)研究

通過(guò)以上分析,根據(jù)公司現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件確定物料成分不變,通過(guò)調(diào)整工藝配比,優(yōu)化水相中混合氧化劑硝酸銨和硝酸鈉的質(zhì)量占比,微調(diào)乳化炸藥的氧平衡,初步確定了3#炸藥配方。

1)設(shè)計(jì)的3#配方炸藥氧平衡值

乳化炸藥中各成分及成品的氧平衡值見(jiàn)表1。

表1 炸藥各成分的氧平衡值

通過(guò)表1 發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)的3#配方炸藥氧平衡值為-0.006 86,偏負(fù)氧平衡,符合工業(yè)炸藥配方設(shè)計(jì)的原則。

2)水相中氧化劑組分微調(diào)的影響

調(diào)整乳化炸藥水相組分主要是為了降低乳化炸藥的成本,保證乳膠的乳化效果和穩(wěn)定性,控制氧化劑的析晶點(diǎn)。 一般情況下,水相的溶解溫度高于水相析晶點(diǎn)20 ～30 ℃較合適,不會(huì)造成水相無(wú)機(jī)鹽的析出,更不會(huì)破壞水油相界面膜,制成的炸藥比較穩(wěn)定。

研發(fā)的3#乳化炸藥水相溫度為112 ～118 ℃。平時(shí)生產(chǎn)中,水相溫度一般控制在112 ℃左右,生產(chǎn)出的炸藥性能正常,可長(zhǎng)期儲(chǔ)存,性能穩(wěn)定。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬生產(chǎn)線水相配制條件,按原配方和3#配方分別配制水相,多次測(cè)試各配方的水相析晶點(diǎn)。 具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 原配方和3#配方測(cè)試的水相析晶點(diǎn)

由表2 可以看出:原配方的析晶點(diǎn)為81 ～82 ℃;3#配方的析晶點(diǎn)為82 ～83 ℃。 配方調(diào)整前后,析晶點(diǎn)相差1 ～2 ℃,水相配比微調(diào)對(duì)氧化劑的溶解度影響不大。

3 物料組分及產(chǎn)品性能

對(duì)乳化炸藥水相析晶點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn),水相中氧化劑鹽的析晶點(diǎn)控制在一定范圍內(nèi),不會(huì)影響炸藥的穩(wěn)定性。 將設(shè)計(jì)的3#配方進(jìn)行生產(chǎn)線小試和性能測(cè)試,經(jīng)過(guò)10 個(gè)多月時(shí)間的試驗(yàn)驗(yàn)證,研發(fā)的3#配方炸藥產(chǎn)品性能優(yōu)良,成本低。

1)3#配方各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù):硝酸銨80% ～85%,硝酸鈉3% ～6%,水8% ～12%,乳化劑2% ～4%,復(fù)合蠟2% ～4%,發(fā)泡劑及助劑0.06% ～0.09%。

2)性能測(cè)試:2020 年3 月27 日,按照3#配方進(jìn)行批量生產(chǎn),產(chǎn)品規(guī)格為直徑32 mm,每卷300 g,并在當(dāng)天對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行抽樣測(cè)試,同時(shí)留樣進(jìn)行該批產(chǎn)品的長(zhǎng)期儲(chǔ)存性能測(cè)試。 測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 3#配方產(chǎn)品的長(zhǎng)期儲(chǔ)存性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)樣品測(cè)試,發(fā)現(xiàn)3#配方生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有較好的理化性質(zhì),性能穩(wěn)定。

4 產(chǎn)品的推廣及使用

產(chǎn)品試制成功后,又不斷推出3#配方其他規(guī)格的成品,直徑為70 ～140 mm。 銷售人員跟蹤走訪了解到:廠家采用3#配方生產(chǎn)的乳化炸藥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,爆炸性能優(yōu)良。 目前,該產(chǎn)品已批量生產(chǎn)。自新產(chǎn)品投入市場(chǎng)以來(lái),公司未發(fā)生一起產(chǎn)品質(zhì)量投訴事件。

5 結(jié)論

1)3#配方生產(chǎn)的乳化炸藥威力大,炸藥爆破單耗低,滿足GB 28286—2012《工業(yè)炸藥通用技術(shù)條件》中乳化炸藥爆炸性能的要求。

2)3#配方原材料與公司原有乳化炸藥原料組分相同,未增加任何新材料,且工藝、技術(shù)、設(shè)備和原有生產(chǎn)工藝相同。

3)采用新配方可以生產(chǎn)直徑為32 ～140 mm的各規(guī)格產(chǎn)品。

4)使用3#配方生產(chǎn)的乳化炸藥產(chǎn)品,每噸可節(jié)約成本100 元左右,按公司膠乳12 000 t/a 產(chǎn)量計(jì)算,每年可為公司節(jié)約120 萬(wàn)元生產(chǎn)成本,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。