硝酸銨水溶液析晶點對現場混裝乳化炸藥性能影響的研究

王波 方貞文 郝龍

摘 要：乳化炸藥自上世紀70年代誕生以來，以其優越的高密度、高爆速、抗水性能好、起爆感度好等優良特性，在全世界范圍內得到了廣泛發展。通過我國多年的生產實踐，各企業的生產技術規范和安全質量管理體系已比較完備，生產的包裝型乳化炸藥產品質量穩定。隨著社會經濟向構建資源節約、環境友好、本質安全型工業體系的發展要求，民爆行業轉型升級步伐加快，現場混裝乳化炸藥便應運而生。

關鍵詞：硝酸銨水溶液析晶點;現場混裝乳化炸藥性能

乳化炸藥水相中硝酸銨析晶的主要原因是硝酸銨溶液的溫度系數大，即對溫度特別敏感。如何縮小或削弱硝酸銨析晶對溫度的依賴性，實現在較低的溫度條件下，增加硝酸銨的溶解度，盡量減少硝酸銨析出，控制硝酸銨晶形，對于提高乳化炸藥產品的質量、貯存穩定性和安全生產是非常有意義的研究課題。

一、硝酸銨水溶液析晶點對現場混裝乳化炸藥性能影響

1.在乳化炸藥的生產過程中，關鍵是乳化操作，而影響乳化操作的主要因素是水相中是否有硝酸銨晶體的析出、硝酸銨的晶形以及析出量。理想情況下是沒有硝酸銨析出的，實際上，對于某種具體的乳化炸藥配方而言，肯定有硝酸銨晶體析出，只不過在硝酸銨析晶和溶解之間存在著動態平衡關系。欲得到高質量的乳化基質，抑制硝酸銨晶體的析出是基本措施之一。在乳化炸藥貯存過程中，硝酸銨晶體的析出是導致乳化炸藥破乳失去爆炸性能的主要原因之一。減少硝酸銨的析出和控制所析出的晶形，可有效地延長乳化炸藥的貯存時間。在乳化炸藥配方相同，其他乳化工藝參數也相同的情況下，一種配方中添加0.3%的功能復合物，而另一種配方中不含有功能復合物，所得樣品在同一條件下進行高、低溫循環試驗。循環次數與自然貯存時間成正比關系。結果表明，含有0.3%功能復合物的乳化炸藥循環次數達到了24個，而不含有功能復合物的乳化炸藥循環次數僅有15個。由此說明，功能復合物的加入，提高了乳化炸藥的貯存穩定性。試驗還表明，功能復合物還可以增加硝酸銨的溶解度，縮短溶化時間，有利于乳化操作和提高乳化炸藥的生產效率。

2.析晶過程。在硝酸銨過飽和溶液中，由于靜電作用，NH+4和NO-3締合為離子對（NH+4NO-3），該離子對進一步結合NH+4和NO-3形成離子群，當離子群成長到一定大小時就成為晶核。在乳化炸藥的水相溶液中，不可避免地有一定數量的固體微粒，它們的存在對結晶過程起著誘導的作用，即晶種作用或異相成核作用。形成晶核后，晶核進一步從溶液中取得離子，這些離子向晶核表面聚集并沉積在晶核上，使晶核逐漸長大，達到一定程度時成為晶體微粒。這種微粒有聚集成更大聚集體的傾向，在聚集的同時，這些離子又有按一定順序排列于晶格中和形成大晶粒的傾向。在過飽和硝酸銨溶液析晶試驗中觀察到：當溫度稍微降低時，由于溶液的過飽和度增加，溶液中就有一定數量的針狀、枝叉狀硝酸銨晶體析出。實驗條件下最長的晶體可達數厘米。硝酸銨晶體生長習性是長針狀和枝狀。上述分析表明，硝酸銨溶液異相成核是導致硝酸銨析晶的根本原因之一，這也為改變硝酸銨晶體生長習性提供了條件，當外界條件適當變化時，可以影響和改變硝酸銨的晶體生長習性。可影響硝酸銨晶體生長習性的外界因素有：溶劑的性質、雜質、過飽和度、攪拌強度、溫度、pH值等。對于某種確定的乳化炸藥而言，水相的組成和配比及制造工藝都已確定，這意味著水相溶液的性質、pH值、過飽和程度、溫度以及攪拌強度都已確定，唯一可以使硝酸銨晶形產生變化的是“雜質”。這里所說的“雜質”一般是指外部加入的功能復合物。由于晶體各表面的表面能不同，因此對外部加入的雜質的吸附程度不同，并具有不同的選擇性，“雜質”的加入阻礙了溶質分子沿晶面的擴散，因而改變了各個晶面的相對生長率，改變了晶體的生長機理，即吸附雜質多的晶面勢必生長速率下降，而吸附少或不吸附雜質的晶面，晶體的生長速度相對加大。各晶面的相對生長速率不同，從而使晶體的形態發生改變。此外，外來“雜質”還會影響硝酸銨的溶解度。根據上述原理，研制出一種以多元醇化合物和陰離子表面活性劑為主體的水相功能復合物。適量的這種功能復合物，對降低乳化炸藥水相溶液析晶點和控制硝酸銨的晶形具有明顯的使用，而不會對水相溶液和乳化炸藥產生副作用。

3.催化、敏化管路系統對發泡效果的影響。現場混裝乳化炸藥車催化、敏化劑加入用電磁閥作控制開關，用透明玻璃浮子流量計進行計量，使用蠕動泵擠壓方式輸送介質。管路采用內直徑6mm的厚壁高彈橡膠軟管。因此電磁閥開關是否靈活，浮子流量計能否準確計量，輸送管路能否通暢是十分重要的。在生產作業中，由于作業面炮孔數量多、單孔裝填炸藥數量較大，電磁閥起停次數過于頻繁，使用一定時間后因機械疲勞容易損壞，從而導致正常運行的管路處于關閉狀態，使催、敏化劑徹底斷流。其次浮子流量計浮子由于受介質內雜質影響，常常會發卡，浮動不靈敏，從而影響正確計量。蠕動泵也會因電路故障停止轉動，以上三類因素如不能及時發現，將會導致基質因催、敏化劑加入不足或斷流而不能正常敏化發泡，造成個別炮孔敏化發泡不良，起爆信號發出后炮孔冒煙甚至出現盲炮。這將給現場爆破帶來重大安全隱患。

二、析晶點測試過程中降低誤差的對策

為了降低實際檢測中的誤差，真實地反映待測水相溶液的析晶點，針對以上討論的幾個原因，做以下幾點建議：（1）檢測析晶點時應選擇在溫度穩定的場所，避免在空氣流通快的地方操作。例如風扇旁或敞開的窗戶處。（2）錐形瓶在使用時用待測溶液將容器內壁沖洗3～4次，以達到預熱的目的。此法方便、快捷、準確，工作效率高，可及時指導生產。（3）待測溶液的體積一般150ml為宜，搖動時用力要均勻。（4）試樣置于容器后，在使其溫度下降搖動的過程中，應將膠塞松動3～4次，以達到儀器壓力內外一致。（5）測定析晶點的溫度計必須經過校對后才可使用，并應選擇水銀溫度計。

結束語：

在乳化炸藥生產和貯存過程中，硝酸銨析晶是影響乳化炸藥質量的主要因素之一。降低析晶點的傳統方法存在一定的局限性，對本文中的乳化炸藥配方而言，只能降低析晶點6～14℃。根據硝酸銨析晶機理和“雜質”作用機理研制出的功能復合物具有降低水相析晶點、改善硝酸銨晶形等功能。

參考文獻：

[1]黃文忠，陳江濤等.水相析晶點對乳化炸藥穩定性的影響[J].江西煤炭科技2019（3）：22-23.