乳化炸藥低溫化學(xué)敏化技術(shù)的應(yīng)用研究

楊秀斌 黃勝松 楊昌淮（．安順久聯(lián)民爆有限責(zé)任公司，貴州 安順56006；．貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)55005）

乳化炸藥是一種油包水型含水工業(yè)炸藥，在生產(chǎn)過(guò)程中，乳膠基質(zhì)密度通常高達(dá)1.40～1.50g/cm3,無(wú)雷管感度，不能被引爆，需通過(guò)敏化技術(shù)添加多孔微粒或微氣泡等密度調(diào)整劑將其敏化成密度為1.00～1.25g/cm3后才能成為具有雷管敏感度、有良好爆炸性能的乳化炸藥[1]。

敏化技術(shù)主要包括物理敏化、化學(xué)敏化以及復(fù)合敏化技術(shù)，公司結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要采用低溫化學(xué)敏化技術(shù)。雖化學(xué)敏化有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝條件要求嚴(yán)格，敏化發(fā)泡過(guò)程難以控制，“后效”發(fā)泡作用明顯，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等。

本文深入分析了低溫化學(xué)敏化技術(shù)對(duì)炸藥性能的的影響因素及控制措施，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)各種因素進(jìn)行探討，為改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高炸藥性能提供科學(xué)依據(jù)。

1 化學(xué)敏化機(jī)理

化學(xué)敏化法是利用某些混合物質(zhì)在一定溫度下發(fā)生分解反應(yīng)釋放的微氣泡來(lái)調(diào)整基質(zhì)密度達(dá)到敏化效果的方法。公司采用的敏化技術(shù)是以亞硝酸鈉混合溶液為發(fā)泡劑，磷酸溶液為促進(jìn)劑，通過(guò)機(jī)械攪拌作用將這兩種敏化劑經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡均勻分布到乳膠基質(zhì)中完成敏化作用。其產(chǎn)生氣體的反應(yīng)如下[2]：

在弱酸環(huán)境和適當(dāng)溫度下，亞硝酸鈉與游離的硝酸銨發(fā)生反應(yīng)，先生成不穩(wěn)定的、易分解的亞硝酸銨再分解為水和氮?dú)狻?/p>

上述反應(yīng)在低溫環(huán)境時(shí)進(jìn)程緩慢甚至于基本不反應(yīng)，不適用于大產(chǎn)能、連續(xù)化生產(chǎn)。要想在大產(chǎn)能、連續(xù)化生產(chǎn)中敏化效果良好還需要加入酸性物質(zhì)作為促進(jìn)劑，提高產(chǎn)氣反應(yīng)速度。反應(yīng)機(jī)理如下：

在化學(xué)敏化過(guò)程中，除了上述這兩個(gè)反應(yīng)之外，還存在亞硝酸鈉和氮氧化物的分解反應(yīng)，但由于量小影響不大其結(jié)果可以忽略不計(jì)。

2 化學(xué)敏化效果影響因素

影響乳化炸藥化學(xué)敏化效果的因素主要包括油相材料的性質(zhì)及用量、敏化劑的種類(lèi)及用量、敏化工藝和裝藥包裝工藝等，這些因素的影響各不相同，互相牽連。

2.1 油相材料的影響

乳膠基質(zhì)中油相材料所形成的連續(xù)相油膜具有固定微氣泡使炸藥保持適當(dāng)?shù)谋Z感度的作用，油相的粘稠度及用量決定了油膜對(duì)氣泡的包覆能力，油相用量太少或黏度太小，敏化氣泡將有聚結(jié)和逸出的趨勢(shì)，不利于炸藥的爆轟和后期儲(chǔ)存，用量太多或黏度太大，形成的乳膠基體易于老化，不利于儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2.2 敏化劑的影響

敏化劑具有產(chǎn)生微氣泡調(diào)節(jié)敏化密度繼而達(dá)到提高其爆轟感度的作用，敏化劑用量太大會(huì)使乳化炸藥蓬松密度變小，做功能力大幅衰減甚至于拒爆，用量太小則產(chǎn)氣量少，炸藥密度太大無(wú)雷管感度，需將乳化炸藥的藥卷密度控制在0.95～1.3g/cm3范圍內(nèi)，才能使炸藥具有良好的爆炸性能。

2.3 敏化工藝的影響

敏化工藝的影響主要包括敏化機(jī)運(yùn)行參數(shù)和敏化溫度對(duì)敏化效果的影響。敏化機(jī)的攪拌作用可以使敏化劑均勻的分散在乳膠基質(zhì)中，使其充分混合、接觸，從而快速、有效地產(chǎn)生氣泡，但是攪拌的強(qiáng)度和時(shí)間對(duì)敏化效果影響很大，攪拌強(qiáng)度太大或時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)造成氣泡的大量逸出和破滅，攪拌強(qiáng)度太小或時(shí)間太短則會(huì)使敏化劑分散不均勻，敏化密度波動(dòng)大。

敏化溫度主要是影響敏化氣泡的產(chǎn)生、分布和儲(chǔ)存，溫度高時(shí)，一是加速敏化反應(yīng)快速進(jìn)行，產(chǎn)生大量的無(wú)效大氣泡；二是乳化基質(zhì)粘度降低，油膜對(duì)氣泡的包覆能力減弱，氣泡易逃逸或集聚形成大氣泡，使乳化炸藥中敏化氣泡分布不均勻，敏化效果差，爆炸性能與穩(wěn)定性下降；而在低溫條件下[3]，一是敏化反應(yīng)速度減小，無(wú)效的微小氣泡增多；二是基質(zhì)粘度增加導(dǎo)致發(fā)泡阻力增大，氣泡不易成型，乳化炸藥密度過(guò)高，感度下降，爆速較低。

2.4 裝藥包裝工藝的影響

裝藥過(guò)程中灌裝機(jī)的抽吸和裝藥機(jī)的擠壓輸送會(huì)破壞部分敏化氣泡，導(dǎo)致密度上升0.05～0.12g/cm3，而且裝藥完成后藥卷中反應(yīng)不完全的、剩余的敏化劑在后期儲(chǔ)存過(guò)程中存在緩慢反應(yīng)產(chǎn)生氣體繼續(xù)填充藥卷的“后效”作用，當(dāng)藥卷溫度合適時(shí)，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，而當(dāng)溫度低于一定值后反應(yīng)會(huì)非常緩慢甚至可以忽略不計(jì)。

3 敏化控制措施及改善對(duì)策

乳化炸藥低溫化學(xué)敏化工藝中，為達(dá)到理想的敏化效果，公司采取下面一系列控制、改善措施進(jìn)行管控、調(diào)節(jié)。

3.1 控制措施

3.1.1 控制敏化溫度

敏化溫度的調(diào)整是通過(guò)鋼帶冷卻系統(tǒng)的風(fēng)冷和水冷裝置將平鋪在鋼帶涼藥機(jī)上的高溫乳膠基質(zhì)進(jìn)行傳熱降溫實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)中一是根據(jù)產(chǎn)能變化調(diào)整壓輥高度和運(yùn)行頻率，將鋼帶上的高溫乳膠基質(zhì)厚度控制在10mm 以下，盡可能降低乳膠基質(zhì)上中下三層溫度梯度變化，確保敏化效果均勻；二是適度降低鋼帶的運(yùn)行速度提高冷卻降溫效果，將敏化溫度有效控制在42～48℃的范圍內(nèi)并視環(huán)境溫度和敏化密度精確控制敏化溫度值。

3.1.2 控制敏化機(jī)攪拌強(qiáng)度及時(shí)間

本次試驗(yàn)使用的敏化機(jī)是LMH 3雙層連續(xù)敏化機(jī)，生產(chǎn)中當(dāng)敏化機(jī)內(nèi)料位高于攪拌槳葉最高點(diǎn)5～10cm，攪拌速度調(diào)整到850～1000r/min時(shí)，敏化劑能有效加入乳膠基質(zhì)內(nèi)，氣泡分布均勻，敏化密度更加穩(wěn)定。

3.1.3 控制敏化劑加入量

根據(jù)產(chǎn)能和發(fā)泡劑用量公式計(jì)算出需要添加的發(fā)泡劑用量，結(jié)合敏化效果及“后效”作用，添加占乳膠基質(zhì)總量2～3‰的發(fā)泡劑和1～2‰的促進(jìn)劑并視環(huán)境溫度和藥卷密度適度調(diào)整加入量，確保乳化炸藥達(dá)到具有良好爆轟性能的藥卷密度。

3.1.4 控制裝藥包裝工藝

裝藥包裝及后期儲(chǔ)存過(guò)程中的“后效”作用是化學(xué)敏化反應(yīng)的延續(xù)，裝藥包裝時(shí)首先要確保裝藥機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，藥卷兩端包覆良好打卡緊固，藥卷重量長(zhǎng)度適中且無(wú)破損及空氣進(jìn)入，其次是及時(shí)裝藥，降低裝藥設(shè)備對(duì)敏化氣泡的破壞，再次是做好保溫存放工作，確保產(chǎn)品“后效”發(fā)泡正常進(jìn)行。

3.2 改善對(duì)策

做好生產(chǎn)技術(shù)控制提高敏化效果的同時(shí)，還可以采取調(diào)整油相及使用中性促進(jìn)劑來(lái)提高界面膜固泡能力的對(duì)策，增強(qiáng)敏化氣泡的穩(wěn)定性。

3.2.1 調(diào)整油相黏度

在油相材料中添加適量的高分子聚合物，提高油相黏度，強(qiáng)化乳化效果，增強(qiáng)界面膜對(duì)氣泡的包覆能力。

3.2.2 使用新型中性促進(jìn)劑F

磷酸起催化作用，敏化效果較好，但其酸性較強(qiáng)對(duì)油膜有破壞作用，短期內(nèi)產(chǎn)品性能滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求，但是在后期儲(chǔ)存過(guò)程中，由于磷酸對(duì)油膜的侵蝕作用，會(huì)導(dǎo)致W/O 型乳化液的破損、結(jié)晶、破乳現(xiàn)象，進(jìn)而影響炸藥產(chǎn)品的儲(chǔ)存期穩(wěn)定性能。使用對(duì)油膜破壞作用較小的促進(jìn)劑F 制備的乳化炸藥爆炸威力大，穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存期長(zhǎng)。

在采取以上調(diào)整措施后，乳膠基質(zhì)中敏化氣泡大小適中、分布均勻、數(shù)量足夠，并且能夠穩(wěn)定地儲(chǔ)存，不發(fā)生明顯的狀態(tài)變化，最終實(shí)現(xiàn)敏化過(guò)程可控，產(chǎn)品性能可靠，調(diào)整前后產(chǎn)品性能參數(shù)如表1：

表1 調(diào)整前后產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，將敏化溫度控制在42～48℃、敏化機(jī)內(nèi)料位高于攪拌槳葉最高點(diǎn)5～10cm、攪拌速度控制在850～1000r/min、添加2～3‰的發(fā)泡劑和1～2‰的促進(jìn)劑時(shí)，產(chǎn)品敏化氣泡的穩(wěn)定性，炸藥性能最佳。