硝酸铵炸药的技术进展.pdf

第2 8 卷第4 期 爆破 V o l 2 8N o 4 2 0 1 1 年1 2 月B L A S T I N G D e c ．2 0 1 l D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 11 ．0 4 ．0 2 6 硝酸铵炸药的技术进展 肖辉，杨旭升 沈阳军区司令部工程科研设计所，沈阳11 0 1 6 2 摘要对目前我国工业炸药品种中应用广泛的改性硝铵炸药、膨化硝铵炸药和粉状乳化硝铵炸药进行了 介绍，对影响这3 种炸药性能的因素及改进和控制技术的发展进行了综述。并依据目前研究的成果，提出对 硝酸铵改性和在炸药配方中添加其他元素是硝铵炸药的发展趋势。 关键词改性硝酸铵；膨化硝酸铵；粉状乳化硝酸铵；炸药技术改进 中图分类号T Q 5 6 4 ．4 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X f 2 0 1 1 0 4 - 0 0 9 3 一0 4 T e c h n i c a lP r o g r e s so fA m m o n i u mN i t r a t eE x p l o s i v e s X I A OH u i ，Y A N GX u s h e n g E n g i n e e r i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e ，S h e n y a n gM i l i t a r yA r e aC o m m a n d ，S h e n y a n g11 0 1 6 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h r e es o r t so fa m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e s 。a m e l i o r a t i v ea m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e s ，e x p a n d e d 鲫- m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e sa n dp u l v e r o u se m u l s i o na m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e s 。a r ei n t r o d u c e d ，w h i c ha p p l i e dw i d e l y i no u rc o u n t r ya tp r e s e n t ．T h ef a c t o r sa f f e c t i n go nt h ep e r f o r m a n c eo ft h o s ee x p l o s i v e sa n dt h ee v o l u t i o no fa m e l i o r a - f i v ea n dc o n t r o lt e c h n o l o g ya r er e v i e w e d ．T h ee v o l v e m e n tt r e n do fa m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e s 黜p r o s p e c t e df r o m t h ee x i s t i n gr e s e a r c h ． K e yw o r d s a m e l i o r a t i v ea m m o n i u mn i t r a t e ；e x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t e ；p u l v e r o u se m u l s i o na m m o n i u mn i t r a t e ；e x p l o s i v e st e c h n i c a lp r o g r e s s 工业炸药是国民经济建设不可缺少的重要物 质，广泛用于道路建设、矿山开采、地质勘探、爆炸加 工等行业。我国目前工业炸药的主要品种有由硝 酸铵、木粉、燃料油和梯恩梯组成的铵梯油炸药；由 改性硝酸铵、木粉和燃料油组成的无梯硝铵炸药和 由复合油相材料包覆硝酸铵水相材料而形成的乳化 炸药等。 硝酸铵之所以成为现代工业炸药的主要成分， 主要是由它的特性决定的。首先制备硝酸铵的原材 料廉价和广泛；其次是硝酸铵自身的稳定性较好，这 也是硝酸铵早在1 6 5 8 年就被发现，直到1 8 4 3 年其 爆炸性质才被揭示的主要原因；再次是硝酸铵爆炸 威力大，其适用范围也越来越广，从普通的岩石爆破 收稿日期2 0 1 l 0 9 2 6 作者简介肖辉 1 9 7 0 一 。男，1 程师．学士学位．从事军队装备应 用研究， E m a i l x i a o h u i y i m i a o 1 6 3 ．e o m 。 到水下爆破，从民用炸药到军用武器待用炸药，都可 以发挥硝酸铵作为炸药的优势。 对近年来我国科研、生产技术工作者在硝酸铵 为主的工业炸药技术发展上取得的成果进行了综 述，针对一些特殊工程的需要，对现有硝酸铵炸药的 发展提出了期望。 1 我国目前主要硝酸铵类工业炸药种类 按照民爆局的精神，民用的含T N T 炸药在2 0 1 0 年前停止使用，事实上很多地方已经停止了含T N T 炸药的使用。过去铵梯炸药一直是我国最主要的工 业炸药，具有较大的威力和猛度，安定性良好。但由 于梯恩梯严重影响人体的生理机能，长期接触梯恩 梯的人员易慢性中毒。因此，我国工业炸药的发展 经过几十年的努力，逐渐形成了以下几个无梯的硝 铵炸药，其爆炸性能在某些方面达到甚至超过了以 万方数据 爆破2 0 1 1 年1 2 月 往含梯硝铵炸药。 1 ．1 改性硝铵炸药 改性硝铵炸药是为了克服硝酸铵所具有的强吸 湿性和结块性，经过研究人员大量的研究工作获得 的成果。这些成果主要从降低硝铵的吸湿性和抵抗 或者阻止硝铵结块两方面思路中获得。首先是降低 硝铵的吸湿性。研究表明，硝酸铵是一种极性很强 的物质，硝酸铵分子可以通过极性分子间的静电引 力，也可以通过氢键的形式和空气中的水分子结合。 由于硝酸铵在水中的溶解度很高，硝酸铵在空气中 吸附水分子之后形成硝酸铵溶液膜覆盖在硝酸铵颗 粒表面，这层溶液膜并没有阻止硝酸铵的吸湿，反而 成为硝酸铵继续吸湿的路径。为此，研究人员在硝 酸铵中加入有机憎水剂，这包括天然有机憎水剂如 石蜡、沥青、松香及凡士林等，也包括合成的有机憎 水剂如硅酮、羧酸脂、氯化烃等。这些憎水剂的加 入，使得硝酸铵颗粒表面得到一定程度的包覆，隔离 了空气中水分子与硝酸铵分子的接触从而降低了硝 酸铵的吸湿性，达到了防吸湿的效果。防止硝酸铵 吸湿研究中被广泛采用的方法是应用表面活性剂对 硝酸铵进行改性。这主要是由表面活性剂的结构特 点决定的。表面活性剂分子中含有非极性的碳氢链 基团 亲油性基团 和极性的基团 亲水性基团 。 硝酸铵是氧化剂，硝酸铵炸药中经常加油相作为还 原剂。表面活性剂的加入，即降低了硝酸铵的极性 导致的吸湿性，又使得还原剂油相紧密地和硝酸铵 结合在一起。目前使用的表面活性剂有十八烷胺 盐、十二烷胺基磺酸钠等；另一种思路是防结块。硝 酸铵的结块性由两种原因导致一种是吸湿后形成 的液膜再结晶导致结块，即所谓的“盐桥”理论；一 种是硝酸铵晶型变化导致硝酸铵体积较大变化和存 在吸热放热现象，促进了硝酸铵的结块能力。因此， 研究人员将木粉、棉籽饼粉、麻杆粉、树皮粉等加入 硝酸铵，使硝酸铵颗粒之间形成隔离层，能在一定程 度上阻止硝酸铵颗粒间结块，从而不同程度地降低 了硝酸铵的结块性。 1 ．2 膨化硝铵炸药 膨化硝铵是借助于表面活性剂的分子间作用 力，使硝酸铵分子和水分子按照一定的规律和顺序 排列，进而控制硝酸铵分子的析晶方向，得到所希望 的硝酸铵晶体，同时制造一种强烈的析晶条件，在生 产过程中形成高温和低压力，使硝酸铵的析晶在一 种呈高度“沸腾”状态的水分子快速“汽化逸出”的 状态下进行，于是得到“汽化”和“逸出”而形成的多 微孔、多气隙的膨化硝酸铵旧】。 膨化硝酸铵的强制膨化，使得硝酸铵在吸油率、 感度上有了很大的提升。为了满足不同条件和场合 的爆破工程需要，以膨化硝铵为主要组成成分，形成 了主体岩石膨化硝铵炸药、煤矿许用膨化硝铵炸药、 低爆速岩石膨化硝铵炸药和膨化硝铵震源药柱等系 列产品。 1 ．3 粉状乳化硝铵炸药 粉状乳化硝铵炸药是将硝酸铵的水溶液与矿物 油及其它可燃剂组成油相溶液，经乳化形成一种油包 水的乳化体系，然后经成粉工艺制成粉状乳化炸药。 粉状乳化炸药具有良好的抗水性能和储存稳定性，不 含有毒成分，对人体无毒害，对环境无污染，成本低， 工艺先进。粉状乳化炸药无需加入敏化气泡，就具有 较高的爆轰感度、优良的爆炸性能和抗水能力旧J 。对 粉状乳化炸药的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升 速率的研究表明HJ ，粉状乳化炸药与T N T 相比，不仅 其最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都小，点火 浓度高，而且随着浓度增加很缓慢。 2 影响炸药性能的因素及改进和控制 技术 2 ．1 改性硝铵炸药 影响改性硝铵炸药性能的因素较多，但主要表 现在以下几个方面 1 原材料的水含量始终是影响改性硝铵炸药 流散性和炸药爆炸性能的重要因素。表l 是不同水 含量原材料制备的炸药爆炸性能，由表中数据可以 看出，水含量尤其对炸药的殉爆距离和猛度影响 较大‘5 | 。 袭l 不同水份原材料制备的炸药爆炸性能 T a b l e1T h ep r o p e r t yo fe x p l o s i v e sm a d eb ym a t e r i a l s w i t hd i 疗e r e n tm o i s t u r e - c o n t a i n e d 0 ．0 8 ～0 ．1 53 ．5 4 ．53 5 O ．0 3 0 ．0 81 ．5 _ 2 ．55 7 1 3 ．7 一1 4 ．533 0 0 ～35 0 0 1 4 ．5 1 5 ．534 0 0 一37 0 0 2 原材料颗粒的细度对改性硝铵炸药的爆炸 性能也有重要影响。通过对不同原材料细度对铵油 炸药爆炸性能影响的研究分析，结果表明 表2 ，木 粉的细度不能太细，而硝酸铵的的颗粒要尽可能细， 才有利于提高炸药的爆炸性能【6 】。 。 2 ．2 膨化硝铵炸药 影响膨化硝铵炸药的主要因素是膨化硝铵本身 的质量。膨化效果的好坏体现在膨化硝铵晶体含水 万方数据 第2 8 卷第4 期肖辉，杨旭升硝酸铵炸药的技术进展 量大小、气泡含量多少、气孔直径大小、膨化过程顺 畅与否及产量高低等方面，晶体强度、水含量、微气 孔及颗粒度对膨化硝铵炸药质量起至关重要作用。 因此，控制膨化硝铵制备过程中硝酸铵杂质含量、硝 酸铵溶液浓度、膨化剂组成成分及用量、真空度及膨 化硝铵制备过程中的温度等是获得高质量膨化硝铵 的必要条件。通过对影响膨化硝铵炸药性能因素的 分析，对不同产地的硝酸铵、真空度对膨化效果的影 响进行实验，结果表明川，不同产地的硝酸铵对炸 药的膨化影响不同，真空度是影响膨化硝铵质量的 关键因素，最高真空度越大，膨化硝铵水含量越小。 抽真空的时间也越短，生产效率就越高。 表2 木粉细度对炸药性能的影响 T a b l e2T h ei n f l u e n c eo fw o o dp o w d e rf i n e n e s so n t h ep r o p e r t yo ft h ee x p l o s i v e s 诤拦目木粉细度 压硝料细度爆速／猛度 1 矾1 十7 4 0 目6 0 目 m ．8 1 ／m m 2 0 0 4 2 2 9 0 ％过 9 4 ．6 ％过 34 4 91 4 ．2 2 0 0 4 2 8 9 5 ％过9 6 ．O ％过 38 4 61 5 ．2 2 0 0 4 3 5 1 0 0 ％过9 5 ．4 ％过 36 5 01 4 ．9 2 ．3 粉状乳化硝铵炸药 粉状乳化炸药吸取了乳化炸药各组分间的准分 子混合优点，并引入制粉工艺，从而制造出了性能优 良的粉状工业炸药。乳化剂是乳化炸药的重要组 分，它的性能和质量直接影响乳化炸药的性能。虽 然乳化剂在乳化炸药中所占比例很小，但对提高产 品的储存稳定性和爆轰性能有着重要的影响。由于 目前国内乳化剂质量的不稳定，直接影响乳化炸药 的质量和生产地安全性。 由于乳化炸药制备过程中的自动化水平较高， 制备过程中涉及温度的关键地方较多。如油相和水 相制备过程中的溶解温度过高，易造成乳化基质温 度过高，甚至引发油、水相燃烧和爆炸悼J 。乳化过 程是粉状乳化炸药生产过程中最重要的一环，也是 事故多发生段，必须严格控制生产工艺和严格按照 操作规程操作。 3 硝酸铵炸药技术进步的展望 由于硝酸铵含氧丰富、来源广泛、价格低廉、感 度适中，硝酸铵炸药爆炸威力大、安全性好等特点， 硝酸铵炸药成为目前世界各国广泛使用的工业炸药 品种。随着对硝酸铵炸药技术的进一步研究和开 发，硝酸铵炸药的爆炸性能得到进一步的提升。最 近，不少研究者对硝酸铵炸药添加物性能的改性进 行了研究一 1 0 1 ，如对木粉进行硝酸铵溶液浸泡改性， 可使添加改性木粉的硝酸铵炸药的爆炸性能得到明 显的提高，在膨化硝铵炸药中添加金属矿粉，以提高 炸药的密度，增大炸药的殉爆距离，提高炸药爆轰感 度，如黄铜矿粉和二硫化钼矿粉。另外，研究中发 现，在硝酸铵膨化过程中加入微量的硫酸高铁铵可 以改善膨化硝铵的状态和炸药的爆炸性能⋯J 。可 以预见，随着科研工作者的继续研究，硝铵类炸药的 性能将得到更大的提高，其应用范围也得到更大的 扩展。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 陆明．新型膨化硝铵硫磺工业炸药的研究[ J ] ．火炸 药学报，2 0 0 2 1 4 8 - 5 0 ． [ 1 ] L UM i n g ．S t u d yo nn e wt y p ee x p a n d e da n m a o n i u mn i t r a t e s u l f u rc o m m e r c i a le x p l o s i v e [ J ] ．T h eJ o u n m lo fE x p l o s i v e a n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 2 1 4 8 - 5 0 ． i nC h i n e s e [ 2 ]吕春绪．膨化硝铵炸药[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 1 1 8 5 ． [ 2 ]L U h u n - x u ．E x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e s [ M ] ． B e i j i n g T h ep u b 血8 ho fw e a p o ni n d u s t r y ，2 0 0 1 1 8 5 ． i nC h i - n 嘲 [ 3 ] 倪欧琪，俞明熊．粉状乳化炸药的研究与发展[ J ] ．爆 破器材，2 0 0 0 ，2 9 2 1 2 - 1 5 ． [ 3 ] N IO u q i ，Y UM i n g x i o n g ．T h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o fp o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 0 0 ，2 9 2 1 2 1 5 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 李建军，汪旭光，欧育湘，等．粉状乳化炸药爆炸特性 的实验研究[ J ] ．爆破器材1 9 9 6 ，2 5 5 4 - 7 ． [ 4 ] UJ i a n - j u n ，W A N GX u - g u a n g ，O UY u x i a n g ，e ta 1 ．E x p e r - i m e n t a ls t u d yo fe x p l o s i v ep e r f o r m a n c eo fp o w d e r e de m u l - s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，1 9 9 6 ，2 5 5 4 - 7 ． i nC h i n e 舱 [ 5 ]陈建国．粉状改性硝铵炸药质量技术分析[ J ] ．江西煤 炭科技，2 0 0 8 4 9 0 - 9 1 ． [ 5 ] C H E NJ i a n ．g u o ．T e c h n o l o g i c a la n a l y s i so ft h eq u a l i t yo f f r e e - r u n n i n gm o d i f i e da m m o n i u mn i t r a t e [ J ] ．J i a n g X iC o a l S c i e n c e T e c h n o l o g y ，2 0 0 8 4 9 0 - 9 1 ． i nC h i n e s e [ 6 ]邓安健．铵油炸药性能影响因素研究及生产工艺的改 进[ J ] ．爆破器材，2 0 0 6 2 1 0 - 1 3 ． [ 6 ] D E N GA n - j i a n ．R e s e a r c hi n f l u n e n e i n gf a c t o r so np e r f o r m - a n c ea n dt e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t o fA N - o i le x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 6 2 1 0 1 3 ． i nC h i n e s e [ 7 ]张亚明，杨国富，赵洁．影响膨化硝铵炸药性能的因 素分析[ J ] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 5 1 9 - 2 1 ． [ 7 ] Z H A N GY a - I n i I l g ，Y A N GG u o - f u ，Z H A OJ i e ．T h ep e r f o r m - a n c ei n f l u e n c i n gf a c t o ro fe x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x ． p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 2 ，3 1 5 1 9 - 2 1 ． i n 万方数据 9 6爆破 2 0 1 1 年1 2 月 上接第9 2 页 1 混装炸药实现精确的直接计量方式。由于 乳化炸药的粘度系数很大，没有适用的检测仪表直 接准确测量，目前国内对混装炸药的计量均采用间 接计量方式，这样混装车装药控制系统无法排除由 于本身机械设备运行的不稳定性所造成的误差，因 此混装车装药控制系统需采用高精度的极高粘度胶 体测量仪表解决混装车炸药的准确计量问题。 2 开发使用配套的信息管理系统。目前国内对 混装车生产的管理还不是很完善，还没有对混装炸药 车生产进行实时有效的管理，实现对混装车的各组分 消耗量、单次装药量和总装药量等参数的自动储存和 读取，实现醐昆装炸药车生产的信息化管理，从而对混 装炸药的生产进行准确监控具有重要意义。 参考文献 R e f e r e n c e s 熊代余．B C J 系列乳化炸药现场装药车的研制与应用 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 4 ，3 3 6 1 2 - 1 6 ． X I O N GD a i y u ．D e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f1 3 C J8 e r i e sl o a d i n g1 1 1 8 ．C h i n e sf o rs i t es e m i t i z e de m u l s i o ne x p l o - s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 4 ，3 3 6 1 2 1 6 ． i I l C h i n e s e 孙永波，仲峰．乳化炸药生产设备的现状与发展方 向[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 3 9 4 - 9 6 ． S U NY o n g - I x , ，Z H O N GF e n g ．C u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t so fp r o d u c t i o ne q u i p m e n to fe m u l s i o ne x - p l o s i v e s [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 3 9 4 - 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t i n g ，2 0 0 7 ，2 7 7 3 5 - 3 7 ． i nC h i n e s e 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J I t n 心 心 口 口 万方数据