乳化炸藥敏化技術的應用

盧開群(廣東宏大羅化民爆有限公司，廣東 云浮 527300)

0 引言

乳化炸藥具有良好的抗水性、爆炸性能、安全性能，已經成為我國工業炸藥的主導產品，在乳化炸藥生產過程中，將一定比例的氧化劑(水相溶液)、可燃劑(油相溶液)混合后經乳化機高速攪拌、剪切后形成了W/0型結構的乳膠基質。乳膠基質密度一般在1.35～1.40 g/cm3左右，基本不具備雷管感度，而要使乳膠基質變成具有雷管感度的炸藥，就要把大量微小的氣泡摻到乳化基質中去，并使摻進去的氣泡均勻的分布在乳膠基質中，在起爆時微小氣泡受外界能量作用下，被絕熱壓縮，在極短的時間內溫度快速升高到400 ℃以上，從而快速的激發乳化炸藥發生爆炸。

敏化技術對炸藥性能起到一個關鍵作用，敏化的效果直接影響其爆轟性能和儲存穩定性，在現行的民爆行業中廣泛推廣應用化學、物理敏化技術。本人從事乳化炸藥生產工藝技術工作多年，現結合工作實際情況和積累的一些個人經驗，與業界同仁交流和探討各種敏化技術的利與弊。

1 化學敏化方式

純化學敏化技術具有成本低、使用簡便、敏化劑用量低的優勢，而受到國內民爆行業的青睞，目前我國采用的發泡劑有無機、有機兩個種類，主要為以亞硝酸鈉和H發泡劑的兩種方法。

(1)H發泡劑是一種常見的工業化學發泡劑，其分解溫度較高，通常在185～200 ℃，發氣量大，通常可達到190～200 mL/g。由于它具有易分散、發氣量大、發泡效率高等特點，常用于制造海綿橡膠，在塑料中多用于聚氯乙烯。但該發泡劑的缺點是分解溫度高，且分解放出甲醛等難聞氣體，現行工業生產經常使用水楊酸、己二酸、鄰苯二甲酸等有機酸或尿素作發泡助劑，以降低分解溫度，增加發氣量，調節溫度在90～130 ℃的范圍內，發氣量可達260～270 mL/g，并可緩解難聞氣味。該品對皮膚及粘膜有中等刺激性，當含有1%以上甲醛時有劇毒，生產過程要注意防爆，因此在民爆行業采用此發泡劑的較少。

(2)在民爆行業生產中最常用的發泡劑是無機鹽亞硝酸鈉，其在弱酸性的條件下就可以發生反應，從而生成氮氣的氣體，乳化基質是弱酸性物質，pH值一般在4.0～5.5之間，敏化作用機理為亞硝酸鈉在酸性條件下，遇炸藥中的游離硝酸銨生成不穩定、易分解的亞硝酸銨，亞硝酸銨再分解為氮氣和水。在乳膠基質中經充分混合后即可得到分布均勻、細微的敏化氣泡，從而對乳化炸藥基質進行敏化，其發泡反應過程機理如下：

但這種反應過慢，為了改變這種反應過慢的狀態，要使其在低溫的情況下也能生成大量氣泡，并加速氣泡生成，一般在亞硝酸鈉發泡劑加入的同時添加一定量的無機酸(磷酸)、尿素等促進劑，以加速亞硝酸鈉的反應，從而促進敏化氣泡的形成與均布，這種方法的好處就是發泡劑的效果較好。在這里稱發泡劑為A劑(亞硝酸鈉溶液)，密度約為1.18 g/cm3左右，促進劑為B劑(磷酸溶液)，密度約1.10 g/cm3左右，A劑加入量為炸藥量的2.6±0.2 L/t/h(根據炸藥密度大小可適當增減加入量)，B劑加入量一般為A劑的0.9～1.2倍(可根據炸藥發泡快慢適當增減)，一般加入量為炸藥量的2.7±0.2 L/t/h。敏化機出口密度約在1.24±0.03 g/cm3左右。化學敏化-發泡劑加入量對炸藥性能的影響，如表1所示。

表1 化學敏化-發泡劑加入量對炸藥性能的影響

生成氣泡的量由發泡劑的量決定，因此，發泡劑的量一般是固定的，促進劑的量除了影響生成氣泡的大小之外，還決定生產氣泡的速度，炸藥的敏化密度直接是受氣泡量和大小影響的，生產過程中若發泡速度過慢，可適當增加促進劑量或適當提高敏化溫度；若發泡速度過快，應適當減少促進劑量或適當控制敏化溫度；若乳膠基質敏化效果不好或炸藥密度偏大，就要考慮發泡劑的量是否足夠或敏化溫度適用[1]。

目前，采用化學敏化工藝的乳化炸藥能得到較好的爆炸性能，但對中低溫化學敏化工藝，由于發泡速度相對較慢，整體發泡時間夏天需要3～4 h，冬天則需要5～8 h，存在后效及藥態過軟，不適用紙塑袋包裝。因化學敏化極易受環境變化、溫度變化、敏化機轉速及膠體機內停留時間、乳化油膜強度影響而導致發泡速率變化，通常低溫環境下普遍存在發泡過程難控制等問題，致使低溫環境下的炸藥質量不穩定、性能難保證。因此應根據生產實際情況定時抽檢炸藥密度，并根據密度的變化及時調整發泡劑的加入量。

據長期生產實踐統計，如敏化溫度增高，產品爆炸性能衰減增快，這主要是因為溫度增高，乳化基質黏度降低，固泡能力下降，同時溫度增高也使敏化產氣反應速度加快，使敏化氣泡直徑偏大而形成無效的氣泡。然而當生產和儲存的環境溫度比較低時，炸藥自身溫度下降較快，會導致化學反應變得緩慢或不再發生反應，在儲存時，顯露在四周及與地面接觸的成品炸藥的發泡效果與中間堆垛的差別明顯，經測試性能明顯低下，也有可能出現拒爆的現象。

2 物理敏化方式

物理敏化一般采用空心玻璃微球或珍珠巖顆粒作為乳化炸藥敏化劑。

2.1 空心玻璃微球的敏化方式

空心玻璃微球是鈉硼硅酸鹽材料經特殊工藝制成的小顆粒，其粒度一般在20～180 gm、壁厚一般在1～2 gm范圍，空心玻璃微球是封閉的，表面經過了特殊處理，能夠長期將氣體穩定地保持于基質里，質地較輕且導熱點較低，且強度與化學穩定性也相對較高，具有親油和憎水性，與乳膠基質反應效果良好，儲存期穩定性強，使用空心玻璃微球敏化用量少，但卻能對爆炸性能有明顯的改善，如果采用其作為乳化炸藥的敏化劑較為理想，但是成本太高也制約了其使用的廣泛程度[2]。

2.2 膨脹珍珠巖的敏化方式

膨脹珍珠巖是一種白色(灰白色)多孔、均勻顆粒，它由酸性火山玻璃質熔巖經過破碎、高溫焙燒而成，它自身夾帶氣泡，基本不受外界影響，生產的產品無存在后效；加入量一般為2.3%～3.0%，加入量一般要根據采用的制藥技術和裝藥機的型號、裝藥后的密度來調整，采用珍珠巖敏化的炸藥藥體硬度理想，藥態成形好、易裝藥，如采用紙塑袋包裝技術特別適合選用此敏化方式；敏化氣泡抗壓性能好，所以該敏化方式的應用范圍也比較廣。

珍珠巖的質量可直接影響敏化效果及炸藥性能，因此采購時需重視珍珠巖的質量。容重(堆積密度)與顆粒度是衡量珍珠巖質量的兩項重要參數，容重和珍珠巖的粒度密切相關。如果容重相同，但顆粒度不同，這對炸藥的爆炸性能也是有所影響的，如果珍珠巖容重在一定范圍增加，它的有效利用率、炸藥的性能都有所增加，一般容重在(50～65 kg/m3)、顆粒度在(20～80目)之間≥80%較好。珍珠巖容重如果過大，則有效的氣泡和顆粒度將會減少，導致炸藥的穩定性下降，在長期存儲方面性能降低；如果容重過小，在混合摻雜過程中無法有效抵抗破碎力，敏化效果達不到預期。在相同粒度組成的珍珠巖中，容重較大則爆轟性能和利用率也可以更好。物理敏化—珍珠巖加入量對炸藥性能的影響，如表2所示。

表2 物理敏化—珍珠巖加入量對炸藥性能的影響

敏化時要掌握好乳膠基質的溫度，因為溫度對乳膠體流動性的影響比較大，膠體在溫度低的時候變稠、變硬，不容易摻混，并且影響利用率、爆轟性能及貯存期；相反的，乳膠基質在溫度太高的時候油膜還不太穩定，膠體摻入珍珠巖顆粒內堵塞珍珠巖孔，使其喪失敏化作用，因此適宜的敏化溫度是50～55 ℃。可通過檢測敏化后半成品密度來判斷珍珠巖失去敏化作用，敏化后半成品的密度正常在1.05～1.15 g/m3范圍，如果密度低于最低范圍，則應適當提高敏化溫度，如果超出最高范圍則已經存在堵孔現象，或珍珠巖的加入量過少，應適當降低敏化溫度或增加珍珠巖加入量[3]。

因珍珠巖松散體積大、易吸潮、運輸費用大；對環境有粉塵污染，對操作者身體有危害，生產時會對設備造成一定的磨損，且原材料成本比化學敏化高等缺點，采用時需要綜合的考慮。

3 復合敏化方式

炸藥的銷售雖然受到一定管控，但其價格也受市場行情影響，而生產成本控制、工藝技術的優化則是生產廠家比較關注的問題，同時也是決定炸藥性能的重要因素，由此如何選擇成本低、性能更佳的敏化工藝，也是廠家需要考慮的重要環節。根據多年生產經驗分析，不同的敏化方式制造出的乳化炸藥都有其特點，如：純化學敏化工藝生產的炸藥，爆炸性能最佳，但是藥態較軟，易受環境的影響，生產和存儲過程中不易受控，且存在較為明顯的后效；膨脹珍珠巖敏化工藝生產的炸藥藥態較佳，但生產過程中存在較多的負面效應(污染、易造成設備磨損、生產成本高)，且爆炸性能相對較低。

而采用化學與物理復合的敏化方式，可克服單一物理或單一化學敏化的缺點，并且可以提高乳化炸藥的各項性能，而且藥態比化學敏化時較有明顯的好轉，為優化敏化工藝，權衡利弊，我公司目前正在研究復合敏化生產工藝，其中化學發泡劑加量(A劑)為0.15%～0.18%，促進劑(B劑)加入量為0.14%～0.19%，珍珠巖加入量為 1.0%～1.5%，生產時可視氣候溫度、藥卷密度、藥態軟硬程度對敏化劑量進行微調，在敏化劑配方調整時南方和北方氣候相差較大，因此加入的量也不盡相同，經過一段時間的摸索、試驗，結果較為理想，如表3所示。從測試結果來看復合敏化(膨脹珍珠巖+化學發泡劑)后，乳化炸藥貯存穩定性更優，產品質量穩定，存在的后效可以接受，藥態更適合用戶要求。

表3 復合敏化—敏化劑加入量對炸藥性能的影響

4 結語

不同的敏化工藝都存在優點和缺點，化學敏化方式雖然簡單、成本低，但受溫度和后效影響，近年來，開始推廣紙塑袋包裝技術，因純化學敏化方式的炸藥藥態軟、存在后效，因此不適用于該技術的包裝，較多的生產廠家選擇珍珠巖物理敏化工藝進行生產，導致了炸藥生產成本增高，且物理敏化工藝所帶來的污染較大，并且產品的爆炸性能也受一定的抑制，在生產過程中需承受潛在的職業病風險，此外，由于珍珠巖的硬度較高，會導致機械設備磨損加重，結合種種分析，因此本人認為采用物理化學復合敏化工藝值得民爆行業研究和推廣。