一种耐振动远距离输送的常温乳化基质的研制.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 1 7 年4 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 ．4 6N o ．2 A p r ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 0 8 一种耐振动远距离输送的常温乳化基质的研制睾 王金龙彭云昆刘桦 云南安化有限责任公司 云南昆明，6 5 0 3 0 1 [ 摘要]介绍了一种耐振动、适宜远距离运输、现场装药车装药的乳化基质的研制。经检测，该乳化基质抗振动 性好，在振动频率为1H z 时，振动2 0h 后仍不破乳、不老化，敏化后爆速稳定；黏度适中，常温黏度为4 00 0 0m P a S ，不仅有利于现场装药车泵送，且耐储存，储存期达到3 0d ；敏化后爆速比普通混装乳化基质高，达到50 0 0m ／s 以 上安全性好，摩擦感度和撞击感度均为0 。可以满足长距离运输现场装药车装填的需要，适用于各类露天矿山远 程配送装填使用。 [ 关键词]耐振动；远距离运输；现场装药车装药；常温散装乳化基质 [ 分类号] T J 5 5 ；T D 2 3 5 ．2 1 P r e p a r a t i o no faR o o mT e m p e r a t u r eE m u l s i o nM a t r i xw i t hV i b r a t i o n R e s i s t a n c e i nL o n g - d i s t a n c eT r a n s p o r t a t i o n W A N GJ i n l o n g ，P E N GY u n k u n ，L I UH u a Y u n n a nA n h u aC o ．，L t d ． Y u n n a nK u n m i n g ，6 5 0 3 0 1 [ A B S T R A C T ]Ak i n do fs h o c k - r e s i s t a n c em i x e dl o a d i n ge m u l s i o ne x p l o s i v ef a v o r a b l ef o rl o n g d i s t a n c et r a n s p o r t a t i o n w a sd e v e l o p e d ．B ye x a m i n a t i o n ，a n t i v i b r a t i o ne f f e c to ft h i se m u l s i o nm a t r i xi sg o o d ．W h e nt h ev i b r a t i o nf r e q u e n e yi s 1H z ， n e i t h e rd e m u l s i f i e a t i o nn o r a g i n gO c c u r sa f t e r2 0hv i b r a t i o n ．I t sd e t o n a t i o nv e l o c i t ya f t e rs e n s i t i z a t i o ni ss t a b l e ．T h ev i s c o s i t y a tr o o mt e m p e r a t u r ei s4 00 0 0m P a S ，w h i c hi sn o to n l yb e n e f i c i a lt ot h ec h a r g i n gp u m p ，b u ta l s oh a sap r o l o n g e ds t o r a g e l i f eo fm o r et h a n3 0d a y s ．T h ed e t o n a t i o nv e l o c i t ya f t e rs e n s i t i z a t i o ni so v e r50 0 0m ／s ，w h i c hi sh i g h e rt h a nt h a to fc o m m o n m i x e dl o a d i n ge m u l s i o nm a t r i x ．S a f e t yi se n s u r e db yt h ef a c tt h a tb o t hf r i c t i o ns e n s i t i v i t ya n di m p a c ts e n s i t i v i t ya r e0 ．I t c o u l ds a t i s f yt h en e e do fl o n g - d i s t a n c et r a n s p o r t a t i o np a c k i n g ，a n db es u i t a b l ef o rr e m o t ed i s t r i b u t i o ni na l lk i n d so fo p e n m i n i n gl o a d i n g ． [ K E Y W O R D S ] r e s i s t a n c et ov i b r a t i o n ；l o n g d i s t a n c et r a n s p o r t ；c h a r g i n gc a rc h a r g e ；r o o mt e m p e r a t u r eb u l ke m u l s i o n m a t r i x 引言 目前，国内使用的乳化炸药分为包装炸药和现 场混装炸药[ 1 ] 。包装炸药主要是在中小型矿山和 中小型的其他爆破工程中使用乳化炸药现场混装 车主要在大型矿山和大型电站建设项目中使用。随 着矿山机械化程度的提高，中小型矿山急需一种新 的炸药装药方式来提高装药效率，降低工人的劳动 强度，减少现场作业人员的人数。这种方式就是 “集中制药，远程配送”模式[ 2 圳，即在炸药厂定点生 产乳化基质，远距离配送后，由乳化炸药装药车现场 敏化装药。但就目前国内现场混装乳化炸药的情况 来说，虽然配方简单 表1 ，成本低，但乳化基质胶 体易老化，储存期短，经车载运输颠簸后，易老化破 乳后失效。该配方的炸药性能见表2 。表2 中，爆 速测定用直径为1 5 0l n m 的P V C 管装药，4 5 0gT N T 起爆药柱起爆。 国内的炸药混装车属于一站一点式，即在一个 大型矿山或一个大型电站基建项目建一个炸药混装 车生产点，混装炸药车只服务于这一个点，不向周边 矿山提供服务[ 5 ] 。国家的民爆产业政策是发展安全 环保型工业炸药、无雷管感度的散装型工业炸药； 进一步推进工业炸药生产方式由固定生产线向现场 睾收稿日期2 0 1 6 - 0 5 ．1 2 作者简介王金龙 1 9 7 7 一 ，男，工程师，从事炸药研制及检测。E - m a i l 1 6 5 3 8 7 8 6 5 9 q q ．c o m 万方数据 爆破器材第4 6 卷第2 期 表1目前露天矿使用的混装乳化炸药配方 T a b ．1F o r m u l ao fm i x e dl o a d i n ge m u l s i o n e x p l o s i v eu s e di no p e np i tm i n e ％ 表2目前露天矿使用的混装乳化炸药性能 T a b ．2P e r f o r m a n c eo fm i x e dl o a d i n ge m u l s i o n e x p l o s i v eu s e di no p e np i tm i n e 场混装作业方式发展，鼓励现场混装采用集中制备、 远程配送的生产方式，鼓励地下矿爆破作业采用现 场混装作业方式；鼓励民爆企业由传统的生产、销售 业务模式向“一体化”服务模式方向发展。但如前 所述，现在的混装乳化炸药配方还满足不了集中制 药、远程配送后现场装药车装药的要求。 因此．有必要研发一种适宜于远距离运输和现 场装药车装药的常温散装乳化基质。 1 新型乳化基质的研制及检测 1 ．1 对新型乳化基质的要求 该新型乳化基质需要满足以下条件具有一定 的抗振动性，以满足车载长距离运输后不被破乳；乳 化基质需具有适中的黏度．以满足装药车泵送的要 求；p H 值需适中一6 ，以利于在常温下装药车装药时 容易化学敏化乳化基质该新型乳化基质需具有一 定的储存期，以满足工厂生产后远距离运输和用户 的使用和储存。 1 ．2 配方研制 在现有混装乳化基质配方的基础上．需要提高 的是乳化基质配方的耐振动性和储存稳定性_ ] ．以 满足远距离运输的要求，方便用户的储存和使用。 提高乳化基质稳定性的技术途径是- 8 I 1 降低氧化剂溶液的析晶点。抑制晶体的析出 和增长。为了避免水相中氧化剂析晶对乳化基质稳 定性的不利影响．既要保证分散相在乳化过程中不 析晶，也要防止乳化基质在储存过程中的析晶的增 长。前者要求乳化时氧化剂溶液的温度必须高于其 析晶点，后者则要求尽量降低氧化剂溶液的析晶点， 抑制晶体的析出和增长。新配方通过在水相中增加 硝酸钠和尿素来降低水溶液的析晶点．控制所析出 的晶型，且硝酸钠和尿素又能增大供氧量。经过长 期试验对比．水相的原材料选择硝酸铵、硝酸钠和尿 素形成共溶物，把水相的析晶点降低到5 8 ℃时，在 提高乳化基质敏化后的炸药性能的同时，提高了乳 化基质的储存稳定性．通过在水相中添加表面活性 剂 K 1 2 ，降低了乳状液的表面张力，提高了乳化基 质的稳定性和耐振动性。 2 控制油相的黏度。油相材料的组成对于乳 化液的稳定性有很大的影响。因为介面膜的厚度和 乳胶粒子的大小与乳化剂和油相材料的性质密切相 关。选择适当的油相材料使得制作的乳化基质的黏 度增加，能够阻止分散相的聚集、分层和破乳；同时， 也可以防止现场装药车化学敏化装药后气泡的散 逸，有利于制得的炸药的稳定。因此，油相材料的选 择决定了生产出来的乳化基质的黏度一j 。乳化基 质的黏度小，稳定性差，不利于乳化基质的运输和储 存；乳化基质黏度过大，不利于现场装药车泵送。通 过对比试验，确定柴油和机油配制成油相。制成的乳 化基质黏度适中，既满足装药车泵送，又能满足远距 离运输和用户的储存和使用。 3 选择合适的乳化剂种类及含量。在新配方 中选择聚异丁烯丁二酰亚胺 T 1 5 5 高分子乳化剂 代替原有混装配方中的乳化剂 S p a n 8 0 。研究表 明，利用高分子量的乳化剂来制备乳化基质，能够明 显地提高乳化基质的稳定性。高分子乳化剂T 1 5 5 良 好的油溶性质和微乳化的优良性能．可形成均匀微 细的乳胶粒子同时，这种乳化剂能够形成乳胶粒子 的立体保护膜。从而能够提高制得的乳化基质的稳 定性。另外，高分子乳化剂有效期和使用寿命比 S p a n 8 0 长。也使得用乳化剂T 1 5 5 制得的乳化基质 储存稳定性更好。 通过各组分的调整试验，确定了在新型乳化基 质中各组分的配比，见表3 。另外，在研制过程中， 水相中每吨外加3 0gK 1 2 。 表3 新型散装乳化基质的配比 T a b ．3F o r m u l ao ft h en e wb 1 】l ke m u l s i o nm a t r i x ％ 1 ．3 工艺控制 实践表明，混料方式、乳化时剪切力的大小、乳 化工艺参数都对制得的乳化基质的稳定性有较大影 响。将硝酸铵、硝酸钠、尿素、水按比例投入水相罐， 万方数据 2 0 1 7 年4 月 一种耐振动远距离输送的常温乳化基质的研制王金龙．等3 7 当水相温度升至8 5 。C 的时候，按每吨水相3 0g K 1 2 的比例投入K 1 2 至水相，并搅拌均匀，测定水 相的析晶点及p H 值。根据测定结果，用硝酸铵或 水调整水相的析晶点到5 8 ℃。用6 3 ％的硝酸将水 相的p H 值调整到4 ．0 。将乳化剂 T 1 5 5 、柴油、机 油按比例投入油相罐。温度控制在5 0 ℃，搅拌均 匀。在制作基质时，控制乳化器的转速为9 0 0r ／ m i n ，以此制得乳化基质样品。 1 ．4 样品测试 制成的乳化基质经理化分析可知 1 乳化基质在7 0 ℃时黏度为2 55 0 0m P a S ． 乳化基质常温时黏度为4 00 0 0m P a S ； 2 乳化基质在常温时用精密p H 试纸测定，p H 值为4 ．5 左右。 经敏化后测试其爆炸性能如表4 。表4 中，爆 速测定用直径为1 5 0m m 的P V C 管装药。4 5 0gT N T 起爆药柱起爆。长距离 7 0 0k m 运输后样品耐振 动试验见表5 。表5 中，振动、敏化后测爆速的P V C 管装药的直径为1 5 0m m 。用振动检测仪测定乳化 基质运输车罐体的振动频率在空车行驶时为1 ．0 。 1 ．3H z ，而装入8t 乳化基质后行驶时，测定罐体振 动频率为0 ．4 ～0 ．6H z 。 研制人员还跟踪确认了3 次运输距离超过8 0 0 k m 的产品爆炸效果，炸药装填无异常，爆炸充分，爆 炸效果较好。 2 结果与讨论 2 ．1新型常温散装乳化基质稳定与耐振动的原因 水相的原材料选择硝酸铵、硝酸钠和尿素形成 共溶物，既保证了充足的供氧量，又降低水相的析晶 点，通过在水相中添加K 1 2 降低乳状液的表面张 力，提高了乳化基质的稳定性和耐振动性。 油相材料选择在原来配方的基础上增加了机 油，并用乳化剂T 1 5 5 替代乳化剂S p a n 8 0 ，使得制成 的乳化基质的黏度增加，能够阻止分散相的聚集、分 层和破乳，且T 1 5 5 高分子乳化剂良好的油溶性质和 表5 乳化基质振动试验 T a b ．5V i b r a t i o nt e s to fe m u l s i o ns u b s t r a t e 微乳化的优良性能，可形成均匀微细的乳胶粒子。 同时，这种乳化剂能够形成乳胶粒子的立体保护膜， 从而提高了制得的乳化基质的稳定性和抗振动性。 2 ．2 新型常温散装乳化基质与原有混装乳化基质 的差异 1 新型常温散装乳化基质的储存时间由原来 的小于7d ，提高到3 0d 以上，稳定性与储存性比原 有混装乳化基质有明显提高。 2 新型常温散装乳化基质由于是在常温下化 学敏化，气泡更小，分散更均匀，所制得的乳化炸药 的爆炸性能比原有混装乳化基质制成的乳化炸药 更好10 ；。 3 新型常温散装乳化基质由于是对常温乳化 基质进行储存运输和使用，基质储罐只需单层不锈 钢制得，不用保温设施和加热管道，因此．运输车及 装药车比原有混装乳化基质的储存运输设备的自重 更轻，成本更低。 4 原有混装乳化炸药出药温度大都超过7 0 ℃，要求起爆器材耐高温，成本较高且安全性较低。 而新型常温散装乳化基质由于是常温敏化，现场装 药，对起爆器材要求较低，安全性更好。 2 ．3 尚需解决的问题 目前，国内关于乳化基质是炸药还是氧化剂尚 未有明确的界定，且乳化基质的运输车辆没有统一 的国家标准，以致企业设计、制造乳化基质运输车辆 的时候无规可寻。 根据相关规定．现在乳化基质运输车目前暂不 允许做成罐、车分离式，以后或许会跟国际接轨，允 许使用罐、车分离式，以方便乳化基质生产企业运输 表4 样品敏化后爆炸性能测试结果 T a b ．4 E x p l o s i o np e r f o r m a n c er e s u l t so fs a m p l e sa f t e rs e n s i t i z a t i o n 万方数据 3 8 爆破器材第4 6 卷第2 期 乳化基质、用户使用和储存乳化基质。 3结论 该新型乳化基质具有一定流动性，其爆炸性能 稳定。具有良好的爆炸性能，能满足装药车现场装药 要求；经长距离 7 0 0k m 运输后，不破乳、不老 化，且性能没有明显衰减，并在3 0d 的储存期内，性 能衰减较小，可以满足长距离运输现场装药车装填 的需要。解决了爆破一体化过程中的集中制药、远 程配送后装药车现场机械化装填对散装乳化基质的 要求，为爆破一体化服务打通了瓶颈。 参考文献 [ 1 ]汪旭光．乳化炸药[ M ] ．2 版．北京冶金工业出版社， 2 0 0 8 ． W A N GXG ．E m u l s i o ne x p l o s i v e [ M ] ．2 n de d ．B e i j i n g M e t a l l u r g yI n d u s t r yP r e s s ，2 0 0 8 ． [ 2 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