探究乳化粒狀銨油炸藥春夏季結塊、黏性消失快原因及防范對策

郭海南 陳敏 易曉昌

江西吉安國泰特種化工有限責任公司 江西 吉安 343136

引言

乳化粒狀銨油炸藥（又稱重銨油炸藥)是由乳化炸藥基質與多孔粒狀銨油炸藥混合而成的一種混合炸藥。即：多孔粒狀硝酸銨與輕柴油按比例混合，組成了多孔粒狀銨油炸藥；多孔粒狀銨油炸藥再和乳膠基質的不同配比組成了不同性能的乳化粒狀銨油炸藥。該炸藥具有裝藥高效、密度大、爆能高、成本低等優點，并且具有一定的抗水性能；該炸藥能夠根據工程要求靈活調節配比，兼備了乳膠炸藥和銨油炸藥的技術經濟特性。乳化粒狀銨油炸藥廣泛應用于露天干孔、濕孔、隧道和硐室爆炸作業，尤其適用于礦山井下上向孔作業面的爆破作業。但是，乳化粒狀銨油炸藥在春夏季生產時，易結塊，且該炸藥的黏性消失快，給使用帶來諸多不便。為此筆者從分析乳化粒狀銨油炸藥在春夏季生產時結塊嚴重、黏性消失快的原因入手，從生產設備、生產工藝上探討解決此問題的辦法。

1 乳化粒狀銨油炸藥結塊原因分析

（1）乳化粒狀銨油炸藥中因含有多孔硝酸銨，多孔硝酸銨本身是一種結塊性很強的物質，造成硝酸銨結塊的原因：①硝酸銨的變晶性：在不同的溫度下硝酸銨具有不同的晶形，生產溫度改變時，會發生晶形轉變，同時伴隨體積和熱的變化從而引起硝酸銨結塊；②“鹽橋”的重結晶性：硝酸銨吸濕后，表面形成一層飽和溶液膜，在表面張力的作用下，飽和溶液在鄰近的顆粒間搭成“液橋”。當空氣溫度降低或濕度減少時，“液橋”中溶解的硝酸銨被部分或全部重結晶出來，形成堅硬質密的細粒，將硝酸銨顆粒牢固地粘連在一起。導致乳化粒狀銨油炸藥結塊[1]。

（2）乳化粒狀銨油炸藥中因含有乳化炸藥基質，乳化炸藥基質是由硝酸銨、硝酸鈉、水、油相材料、乳化劑等乳化而成的亞穩定狀態物質，其中含水量達到10-12%，乳化炸藥基質（以下稱乳膠基質）作為包覆劑與粒狀多孔硝酸銨在強力攪拌作用下，易使乳膠基質膜變得稀薄，且被粒狀多孔硝酸銨（比表面積大）的強大孔隙滲透吸附，使乳化粒狀銨油炸藥的黏性逐漸消失。

（3）乳膠基質作為包覆劑與粒狀多孔硝酸銨在強力攪拌作用下，由于粒狀多孔硝酸銨是電解質，屬極性物質。春夏季空氣中水分較大，且水分子是極性物質，混合體系易吸收空氣中的水分子，使硝酸銨形成“鹽橋”，導致乳化粒狀銨油炸藥結塊。

2 從乳化粒狀銨油炸藥生產設備、生產工藝上解決該炸藥結塊、黏性消失的方法

2.1 粒狀多孔硝酸銨包覆乳膠基質設備的選型

我公司原來用的是雙輥螺旋包覆混合設備，該設備是一種強力機械攪拌設備，適用于間隙生產。該設備混合物料顆粒間相互碰撞、摩擦，形成剪切混合，這種攪拌方式對乳膠基質的破壞性較大，乳膠基質膜變得稀薄，且顆粒物料長時間摩擦設備內壁，易使設備內壁溫度上升。

現在使用的是雙軸漿葉式包覆混合設備，該設備的混合機理也是對流、剪切、擴散，但是混合過程柔和，不破壞乳膠基質特性，乳膠基質對粒狀多孔硝酸銨主要起包覆作用，而非強力機械攪拌混合，極大地保護了乳膠基質，產品不易結塊。

2.2 生產乳膠基質的乳化劑及油、水相配比調整

生產乳化粒狀銨油炸藥的乳膠基質原來使用的是我廠生產乳化炸藥的乳膠基質，生產乳化炸藥的乳膠基質水油相質量配比為∶水相∶油相=93∶7，乳化劑為sp-80?，F在生產乳化粒狀銨油炸藥的乳膠基質，我們在原材料——乳化劑上進行了調整：乳化劑添加了少量的高分子乳化劑，使得乳膠基質界面膜上更容易實現乳化劑分子的緊密堆積，形成具有立體結構的復合膜，使油、水相的親和力更強，從而使得乳膠基質的穩定性更強，且具有一定的彈性，抗顛簸性好[2]，在與粒狀銨油炸藥包覆混合過程中不易破壞；同時提高乳膠基質水、油配比中油相的含量，水、油相質量配比現調為：水相：油相=89∶11，增加油膜的厚度，使得乳膠基質的黏性更好。提高油相在乳膠基質中的占比，勢必打破乳膠基質的氧平衡，我們通過適量減少配比中輕柴油量達到乳化粒狀銨油炸藥的氧平衡。

2.3 降低乳膠基質的包覆混合溫度

乳膠基質的出料溫度一般都在85-90℃之間，如果此時乳膠基質與粒狀銨油炸藥包覆混合，容易把粒狀銨油炸藥中的柴油蒸發出來，因柴油的飽和蒸氣壓低；同時包覆混合溫度高，多孔粒狀硝酸銨產生“變晶性”，引起多孔粒狀硝酸銨結塊。所以我們把乳膠基質的包覆混合溫度控制在45℃-55℃之間。

2.4 加入防結塊抑制劑

乳膠基質是油包水（W/O）型乳狀液，用它包覆多孔粒狀硝酸銨，傳統的防結塊辦法是使用表面活性劑。我們試驗了多種表面活性劑，例如：硬脂酸、丙三醇、改性銨油炸藥的防結塊劑，在春夏季生產時防結塊效果還是不太理想。現在我們使用的防結塊劑是一種硝酸銨結塊抑制劑，硝酸銨結塊抑制劑是一種極弱堿性鹽(表示為A+B-)，它與弱酸性粒狀硝酸銨發生極緩慢的化學反應，從而阻斷“鹽橋”的生成，主要反應方程式：NH4NO3+ A+B-→ NH4B-+ A+NO3，因為加入量極少，一般控制在1%～2%，所以不會影響炸藥的產品性能。

3 結束語

綜合上述，春夏季生產乳化粒狀銨油炸藥時，優化生產設備、生產工藝可以防止乳化粒狀銨油炸藥結塊、黏性消失過快現象。結論如下：

（1）生產乳化粒狀銨油炸藥時，采用雙軸漿葉式包覆混合設備，乳化粒狀銨油炸藥不易結塊。

（2）在生產半成品乳膠基質的油相材料中添加了少量的高分子乳化劑，使得乳膠基質的穩定性強，抗顛簸性好，在與粒狀銨油炸藥包覆混合過程中不易破壞。

（3）在生產半成品乳膠基質時，水、油相配比中，增加油相的含量，乳化粒狀銨油炸藥的黏性不易消失，

（4）降低乳膠基質的包覆混合溫度，包覆混合溫度控制在45℃-55℃這間。

（5）加入硝酸銨結塊抑制劑后，乳化粒狀銨油炸藥不易結塊。