白建明

(廣靈縣同德精華化工有限公司，山西廣靈037500)

粉狀乳化炸藥是一種新型硝酸銨炸藥,它兼具乳化炸藥和銨梯炸藥的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又避免了銨梯炸藥毒性大、生產(chǎn)安全性差、吸濕結(jié)塊性嚴(yán)重的問(wèn)題,以及膠狀乳化炸藥藥態(tài)軟導(dǎo)致的裝藥困難和爆破效果差的問(wèn)題[1-2]。 目前,粉狀乳化炸藥廣泛地應(yīng)用于非煤礦山工程爆破領(lǐng)域,是我國(guó)工業(yè)炸藥的重要組成部分。

1 生產(chǎn)工藝

粉狀乳化炸藥生產(chǎn)工藝包括制備乳狀液和霧化干燥兩部分。 制備乳狀液是由氧化劑鹽水溶液和可燃劑溶液按一定比例在乳化劑作用下通過(guò)專(zhuān)用乳化器剪切混合形成穩(wěn)定的乳狀液。 霧化干燥是利用三流式霧化器將乳狀液霧化成細(xì)小的液滴,并經(jīng)蒸發(fā)成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)品,此工藝包括干燥脫水與藥體冷卻兩個(gè)工序,分別由兩套獨(dú)立系統(tǒng)完成。

2 影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素

2.1 油水相配比對(duì)粉狀乳化炸藥產(chǎn)品質(zhì)量的影響

炸藥的配方?jīng)Q定了炸藥的爆炸性能、工藝的可行性和質(zhì)量的穩(wěn)定性,配方的設(shè)計(jì)通常以炸藥爆炸的零氧平衡為基本目標(biāo)。 就粉狀乳化炸藥而言,油水相配比是制粉的關(guān)鍵參數(shù),當(dāng)油水相配比偏差較大時(shí)將直接影響炸藥質(zhì)量。 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,得出在不同油水相配比條件下產(chǎn)品爆炸性能和儲(chǔ)存性能的變化情況,見(jiàn)表1。

表1 不同油水相配比條件下產(chǎn)品爆炸性能和儲(chǔ)存性能對(duì)照表

通過(guò)分析可知:粉狀乳化炸藥油水相配比對(duì)炸藥爆炸性能和穩(wěn)定性的影響與膠體狀乳化炸藥有顯著不同。 油相配比過(guò)大,乳化后乳狀液包覆油膜厚且油膜強(qiáng)度大,霧化干燥脫水困難,成粉率低,裝藥困難;油相配比過(guò)小,形成的包覆油膜薄,容易出現(xiàn)霧化干燥脫水過(guò)度,造成粉體干燥,在裝藥工序中受機(jī)械摩擦攪拌作用易發(fā)生破乳,導(dǎo)致產(chǎn)品貯存性能下降[3]。 由表1 可知,粉狀乳化炸藥生產(chǎn)工藝對(duì)油水相比例要求十分嚴(yán)格,允許波動(dòng)的范圍較窄。而且,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,不同的粉狀乳化炸藥生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)油水相配比的要求也不盡相同。

2.2 炸藥堆積密度對(duì)粉狀乳化炸藥產(chǎn)品性能的影響

工業(yè)粉狀炸藥靠藥粉顆粒之間的空隙形成起爆“熱點(diǎn)”,其堆積密度對(duì)炸藥感度、爆速等爆炸性能有直接影響,是生產(chǎn)過(guò)程中重要的質(zhì)量控制項(xiàng)目。 采用密度杯法對(duì)粉狀乳化炸藥堆積密度與炸藥爆炸性能的關(guān)系進(jìn)行研究的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同堆積密度的粉狀乳化炸藥性能測(cè)試結(jié)果

由表2 可知,當(dāng)粉狀乳化炸藥堆積密度變化時(shí),其殉爆距離、爆速和猛度都呈先升后降的趨勢(shì);炸藥堆積密度為0.6 g/cm3左右時(shí),其爆炸性能處于高點(diǎn)。 依據(jù)炸藥起爆和爆轟波傳播理論進(jìn)行分析,粉狀炸藥的沖擊波感度和爆炸性能除與材料本身的性質(zhì)密切關(guān)聯(lián)外,還取決于藥粉顆粒之間的空隙大小,空隙過(guò)大和過(guò)小,都不利“熱點(diǎn)”的形成與發(fā)展,從而導(dǎo)致炸藥的爆轟性能指標(biāo)下降。

對(duì)于固定的生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō),炸藥密度的變化反映了炸藥質(zhì)量的波動(dòng),這些波動(dòng)與關(guān)鍵原材料的物理化學(xué)性能以及設(shè)備的機(jī)械性能密切相關(guān)[4-5]。因此,在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)粉狀乳化炸藥的堆積密度進(jìn)行監(jiān)控是控制產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)的重要手段。為了確保安全和控制裝藥量,粉狀乳化炸藥成粉后將其堆積密度控制在0.58 ～0.62 g/cm3范圍內(nèi)是比較理想的。

2.3 藥粉含水量對(duì)粉狀乳化炸藥產(chǎn)品性能的影響

粉狀乳化炸藥是由乳狀液通過(guò)霧化干燥脫水制成,從粉狀乳化炸藥的微狀結(jié)構(gòu)上看,每個(gè)顆粒實(shí)際上是一小塊固態(tài)的乳化基質(zhì),其內(nèi)部含有一定水分,保持了乳化炸藥混合均勻良好和具有抗水性的特點(diǎn)[6]。 基于目前粉狀乳化炸藥?kù)F化干燥工藝的技術(shù)水平,在炸藥堆積密度相同的條件下,考察了粉狀乳化炸藥藥粉中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以下時(shí)對(duì)產(chǎn)品起爆感度和爆炸性能的影響,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同藥粉含水量的粉狀乳化炸藥性能測(cè)試結(jié)果

由表3 可以看出,當(dāng)粉狀乳化炸藥堆積密度一定時(shí),隨著藥粉中含水量的降低,炸藥殉爆距離、猛度、爆速等指標(biāo)明顯提高;藥粉中含水量分?jǐn)?shù)過(guò)大時(shí),產(chǎn)品爆轟性能迅速衰減。 同時(shí),實(shí)踐證明,藥粉含水量過(guò)大還會(huì)造成產(chǎn)品儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降。 通常情況下,藥粉中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.0%以下時(shí),產(chǎn)品殉爆距離、猛度、爆速等指標(biāo)數(shù)值趨于穩(wěn)定;夏季生產(chǎn)的粉狀乳化炸藥易吸濕結(jié)塊,藥粉中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0.8%以下為宜。

2.4 乳化劑的氮含量對(duì)粉狀乳化炸藥產(chǎn)品性能的影響

乳化劑作為表面活性劑,是制造粉狀乳化炸藥的關(guān)鍵性材料,對(duì)于形成穩(wěn)定的乳狀液是必不可少的[7]。 實(shí)際生產(chǎn)中,通常釆用分子質(zhì)量相對(duì)較高的乳化劑作為主要乳化劑,同時(shí)加入輔助乳化劑,以實(shí)現(xiàn)復(fù)合乳化疊加的效果。 乳化劑的主要成分為聚異丁烯丁二酰亞胺,它是聚異丁烯馬來(lái)酸酐與多烯多胺的反應(yīng)物,其中多烯多胺是乳化劑的親水基。 由于多烯多胺位于分子結(jié)構(gòu)的中部,使得形成的乳狀液體系具有膠體的性質(zhì),相對(duì)于以油酸多醇酯類(lèi)為主的乳狀液體系,其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,炸藥的存儲(chǔ)期更長(zhǎng)。 市售的聚異丁烯丁二酰亞胺是含有一定量溶劑的稀釋品,對(duì)其氮含量進(jìn)行測(cè)定,可以反映其有效成分的含量。

生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),粉狀乳化炸藥長(zhǎng)時(shí)間放置在溫度較低(-20 ℃以下)條件下會(huì)發(fā)生硬化拒爆現(xiàn)象。 但將其在室溫(22 ℃左右)條件下放置一段時(shí)間后,炸藥藥體變軟、性能恢復(fù)正常。 針對(duì)這種現(xiàn)象,對(duì)不同氮含量的乳化劑生產(chǎn)的粉狀乳化炸藥產(chǎn)品進(jìn)行了抗凍性能影響試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 粉狀乳化炸藥產(chǎn)品抗凍性能測(cè)試結(jié)果

由表4 可知,隨著乳化劑中氮含量的增加,粉狀乳化炸藥的抗凍性能增加,乳化劑中w(N)在1.75% ～2.00%之間時(shí)炸藥抗凍性能較好。 乳化劑中有效成分增多,使得粉狀乳化炸藥體系油水結(jié)合界面穩(wěn)定性增加,降低了水相冰點(diǎn)溫度,大大減弱了溫度對(duì)炸藥物理狀態(tài)的影響,避免了冬季生產(chǎn)粉狀乳化炸藥硬化的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

在粉狀乳化炸藥的生產(chǎn)過(guò)程中,油水相配比、藥粉堆積密度、藥粉含水量及乳化劑氮含量是影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素[8]。 通過(guò)針對(duì)性試驗(yàn)研究和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐的技術(shù)積累,得出如下結(jié)論:

1)油水相配比是保證粉狀乳化炸藥產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素,嚴(yán)格控制好油水相配比,定期對(duì)油相及水相流量計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn),降低油水相比例波動(dòng),是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。

2)藥粉的堆積密度與炸藥的感度和爆炸性能密切相關(guān)。 堆積密度控制在0.6 g/cm3時(shí)可以保證粉狀乳化炸藥具有較好的感度和爆炸性能。

3)嚴(yán)格控制藥粉中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 兼顧炸藥爆炸性能和感度,水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在1.0%以下。

4)粉狀乳化炸藥所用乳化劑的性能,尤其是氮含量指標(biāo),對(duì)其質(zhì)量的影響較大。 為了保證炸藥產(chǎn)品性能和質(zhì)量,所用商品乳化劑中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于1.75%。