对水胶炸药引进技术中有关问题的技术评价.pdf

2 0 0 9 年1 0 月 对水胶炸药引进技术中有关问题的技术评价赵益巍等 1 9 对水胶炸药引进技术中有关问题的技术评价。 赵益巍 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 赵杰 阜新圣诺4 B ．r - 有限责任公司 辽宁阜新，1 2 3 0 0 3 [ 摘要】文章通过对交联剂的组成及制备方法、硝酸甲胺的生产技术及产品工艺质量控制方法等方面的探讨， 提出了水胶炸药生产工艺技术中应重点控制的关键技术问题。 【关键词] 水胶炸药含水炸药交联剂硝酸甲胺延迟交联技术 [ 分类号】T D 2 3 5 ．2 1 2 l 引言 含水炸药，顾名思义就是在其配比组成中含有 一定量水的一类新型炸药。作为含水炸药重要分支 之一的水胶炸药被美国杜邦公司发明于7 0 年代末 期。经过不断发展完善，该公司已将化学技术与机 电技术完整地结合在一起，因此其水胶炸药生产技 术已代表了当今世界最高水平。 1 9 8 0 年，原煤炭部所属某企业全套引进了美国 杜邦公司的水胶炸药生产技术，并在国内有关单位 的密切配合下，仅用了短短的5 年时间基本上实现 了水胶炸药生产的国产化，并为该技术在国内的推 广应用奠定了基础。 根据原煤炭工业部的部署，阜新圣诺化工有限 责任公司间接引进了美国杜邦公司的水胶炸药生产 技术，经过不断消化吸收，使得圣诺公司的水胶炸药 生产技术处于国内领先地位，生产出的水胶炸药产 品达到了国际上同类产品的先进水平。 2 圣诺公司间接引进的水胶炸药生产技术概况 根据考察结果，圣诺公司认为美国杜邦公司水 胶炸药生产技术的先进性主要体现在以下几个方 面 1 在产品包装工序使用了机械化、自动化水平 相当高的肠式包装机； 2 在制药过程中采用了科 学合理的工艺质量控制手段； 3 应用了被称为 D W - 3 的性能极佳的液体交联剂； 4 在原料制备工 序和制药工序采用了先进的工装设备。 鉴于此，再结合该公司的具体情况，有选择地引 进了有关配方、生产工艺及工装设备，并自行设计了 一条具有该公司特点的水胶炸药生产线。该生产线 于1 9 9 0 年投人生产，产品质量稳定。实践证明这 些工装设备的引进，极大地提高了该公司水胶炸药 生产线的工艺装备水平，并具有劳动力强度低、生产 效率高的特点。 3 关于对间接引进技术进行消化吸收的几个关键 技术问题 在圣诺公司间接引进美国杜邦公司的水胶炸药 生产技术后，所面临的需要消化吸收的关键问题包 括交联剂的制备方法、硝酸甲胺的制造工艺以及工 艺质量控制方法等。 3 ．1 交联剂的组成及其制备方法 交联剂是水胶炸药中最关键的组成之一，它所 起的作用是将胶凝剂分子中的极性基因互相键合起 来，从而在药体中形成巨大的立体网状结构，以赋予 水胶炸药优良的性能【1 】o 美国杜邦公司提供的 D W - 3 液体交联剂具有极佳的交联效果，但由于 D W - 3 液体交连剂系美国斯登一贺公司的技术产品， 对其组成配比及其制备方法杜邦公司全然不知，因 此D W - 3 液体交联剂的来源一度只能依靠进口获 得。 为了打破对D W - 3 液体交联剂的技术封锁，同 时为国家节省外汇，圣诺公司开展了对D W - 3 液体 胶联剂的研究工作，经过努力，最终弄清了D W - 3 液 体交联剂的组成配方，也摸索出了其制备方法。该 公司自行制备的交联剂经过试验，完全达到了D W - 3 液体交联剂的技术水平。详细结果见表l 。 表1 该公司自行制备的交联剂与D W - 3 液体交联剂对比试验 种类p 值H 温／。度C 交联速度黼昙筹蔷 收稿日期7 ．0 0 9 - 0 6 ．1 2 作者简介赵益巍 1 9 8 8 一 ．男，在读本科。E - m a l l l 5 1 6 8 3 5 0 9 4 q q ．咖 万方数据 2 0 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第5 期 3 ．2 硝酸甲胺的生产工艺 硝酸甲胺是水胶炸药的主要敏化剂，因此其生 产工艺选择显得尤为重要和突出。硝酸甲胺的生 产，其实质是一甲胺与硝酸的中和反应，该反应的放 热量很大。其作用可用下式表示 C H 3 N H 2 H N 0 3 _ C H 3 N H 2 H N 0 3 3 3 ．6 4 ．1 8 6 8k J 美国杜邦公司的硝酸甲胺生产工艺其特点是利 用高压液化的一甲胺与浓硝酸直接进行中和反应。 得到浓度为8 6 ％的硝酸甲胺水溶液，并直接用于水 胶炸药的生产。该生产工艺操作简便、生产效率高， 但对设备的要求严格，如盛装一甲胺之前要进行充 氮处理；其次由于反应物的浓度很高，因此反应比较 剧烈，对中和设备的的搅拌及降温效果同样提出了 很高的要求；对反应的温度的控制要求也很严格。 该公司在硝酸甲胺的生产工艺上，结合自身实 际，选择了一套与美国杜邦公司不同的生产工艺方 案【2 J 。即采用4 0 ％的一甲胺水溶液与7 0 ％的稀硝 酸进行中和反应，得到理论浓度为5 6 ％的硝酸甲胺 水溶液，然后将此浓度的硝酸甲胺水溶液再经过浓 缩，使其浓度最终达到7 5 ％，至此才能用于水胶炸 药的生产。这种生产工艺虽然存在着操作过程复 杂，生产效率低的弊端，但其主要优点也十分明显 对设备的要求不很严格，反应过程较平稳，反应温度 容易控制，且7 5 ％浓度的硝酸甲胺水溶液在输送过 程中要比8 6 ％浓度的硝酸甲胺水溶液安全一些。 生产实践证明，这种生产工艺是完全可行的。 3 ．3 母液粘度、密度的控制及降温方式 虽然该公司间接引进了部分配方、生产工艺及 工装设备，但开始时仅限于机械的模仿阶段，并未真 正地掌握诸如母液的粘度、密度等质量控制手段，而 摸索并掌握这些技术手段则正是对引进技术进行消 化吸收的关键所在。 根据理论分析和实践经验证明母液的粘度主 要取决于胶凝剂的水解程度和p H 值这两方面的因 素H J 。而胶凝剂的水解程度又取决于胶凝剂在水 中的分散程度，也就是说胶凝剂不应当形成“包盐 胶” 即“胶疙瘩”，就是在“胶疙瘩”的外表面是一 层致密的水解胶层，其内部是干粉状胶凝剂和盐类 的混合物 。通过实际摸索，该公司采用的技术手 段是将胶凝剂与无机盐类预先混合均匀，然后再加 入水中，从而解决了胶凝剂在水中分散不均的问题。 至于p H 值对母液粘度的影响，该公司有如下 一组试验结果，详见表2 。 从表2 中可以看出，保持母液粘度最高的p H 值范围为4 ．4 - 4 ．6 。 表2p H 值对母液粘度的影响 p H 值母液粘度／ P a S p H 值母液粘度／ P a S 2 ．50 ．34 ．8 1 ．2 3 ．00 ．85 ．01 ．1 3 ．51 ．15 ．31 ．0 4 ．41 ．35 ．5 1 ．0 4 ．61 ．3 密度是水胶炸药的一个重要指标，它决定水胶 炸药的性能高低和实用程度，因此密度的控制是至 关重要的。该公司根据引进制药设备的技术特点， 采用了以气泡载体为主、以设备吸留气体为辅的技 术手段。实际证明这一技术手段能够可靠而准确 地控制和调整水胶炸药的密度，因而是成功的。 在水胶炸药的生产过程中，需对温度为6 6 ℃的 母液进行降温。美国杜邦公司充分利用了硝酸铵溶 于水时会吸收大量热这一原理，采用于硝铵对母液 进行降温，圣诺公司则根据自己的特点，大胆地独创 了干硝铵结合冷却水的降温方式。这一降温方式既 增强了对母液的降温能力，又显著提高了生产效率。 因此取得了良好的经济效果。 3 ．4 延迟交联技术 由于在水胶炸药的包装过程中使用了先进的肠 式包装机，故对水胶炸药的交联速度提出了一定的 要求。因此必须采用科学的延迟交联技术，以保证 水胶炸药在生产后3h 内不交联。否则将影响肠式 包装机的使用，甚至影响产品的质量。 所谓延迟交联技术，就是通过采用各种技术手 段，以达到控制交联反应速度之目的。 根据分析可知交联速度受制于交联剂的加入 量、母液p H 值、交联温度及交联延迟剂等4 方面因 素。圣诺公司首先对交联剂加入量进行了优化，结 果见表3 。 表3 交联剂加入量与交联速度的关系 琴拙驾铲交联娃篙翳漂嚣 万方数据 2 0 0 9 年1 0 月对水胶炸药引进技术中有关问题的技术评价赵益巍等 根据表3 ，该公司选择的交联剂最佳用量为 1 2 0 0m l ／t 。母液p H 值对交联速度的影响见表4 。 表4 母液p H 值与交联速度的关系 从表4 可以看出交联时母液的最佳p H 值范 围为5 ．1 5 ．4 。关于交联温度对交联速度的影响 见表5 。 表5 交联温度与交联速度的关系 交联温度P C交联速度 3 5 3 3 3 0 2 8 2 6 2 4 2 0 立即交联 0 ．5h 不交联，保温2 4h 后完全交联 1 ．0h 不交联，保温2 4h 后完全交联 1 ．0h 不交联，保温2 4h 后完全交联 1 ．5h 不交联，保温2 4h 后完全交联 1 ．5h 不交联，保温2 4h 后完全交联 2 ．0h 不交联，保温2 4h 后完全交联 从表5 可知交联温度越低，交联速度越慢。但 考虑到实际操作的可能性，该公司最终选择的交联 温度为2 4 2 6 ℃。 根据以上试验结果分析，单纯依靠控制交联剂 用量、母液p H 值及交联温度等手段还不能达到预 期的目的，因此必须选择适宜的交联延迟剂。 经过筛选，圣诺公司最后选择出了一种有效的 交联延迟剂，它与上述优选出的交联剂用量、母液 p H 值及交联温度配合使用，完全可以达到控制交联 速度的且的。做到在水胶炸药产出后3h 内不交 联，包装完毕保温2 4h 后完全交联，满足了肠式包 装机的使用要求。 4 结论 综上所述，在水胶炸药技术的引进、消化、吸收 中可以总结出以下几点结论D W - 3 液体交联剂是 一种高效交联剂，圣诺公司研制出的交联剂完全达 到了这一技术水平；圣诺公司选择的硝酸甲胺生产 工艺是成功的，完全符合该公司的具体情况；采用元 机盐与胶凝剂混合及保持胶凝时母液p H 值为4 ．4 - 4 ．6 的胶凝技术手段，可以有效地提高母液的粘 度；采用以气泡载体为主、以设备吸留气体为辅的技 术措施可以准确地控制水胶炸药的密度；采用干硝 铵结合冷却水的降温方式可以大幅度地提高生产效 率。 通过选择适当的交联延迟荆，同时保证交联剂 的用量为1 2 0 0 m l ／t 、交联时母液p H 值为5 ．1 5 ．4 及交联温度为2 4 2 6 c c ，能够可靠地控制交联速 度，做到出药后3h 内不交联，装药完毕保温2 4h 后 完全交联，以满足自动肠式装药机的使用要求。 参考文献 [ 1 】[ 日] 木村真著．潘祖民译．浆状炸药的性能和使用 【M 】．北京煤炭工业出版社，1 9 7 8 ．4 9 5 5 ． [ 2 3 王征和．高威力水胶炸药[ J ] ．爆破器材，1 9 8 1 ，2 2 2 5 ． [ 3 ] 编写组．矿用炸药[ M ] ．北京煤 炭工业出版社。1 9 7 8 。1 7 3 1 7 8 ． T h eE v o l u t i o no nt h eI n t r o d u c i n gT e c h n o l o g yo fW a t e rG e lE x p l o s i v e Z H A 0Y i w e i S c h o o lo fC h e m i c a lE I l g i 鹏廿i ％，N a n j i a gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y J i 舳g s uN a n j l n g ，2 1 0 0 9 4 Z H A OJ i e F u x l nS h e n g n u oC h e m i c a lc o ．，I z d ． L i a o n l n gF u x i n 。1 2 3 0 0 3 [ A B S T R A C T 】B yt h ed i s c u s s i o n0 ft h ei n g r e d i e n ta n dp r e p a r em e t h o d0 fc 删d n ga g e n t 。m a n o f a e m r et e c h n o l o g yo f M M A Na n dq u a l i h ／c e n t r o lm e t h o do fp r o d u c t ，t h ee m p h a s i sc o n t r o lk t 事t e c h n o l o g yp o i n ti np r o d u c i n gt ∞h l 蛔o fw a t e r s e le x p l o s i v ei sp l 叫p 0 B e d ． [ K E YW O R D S ] w a t e rg e le x p l o s i v e ，w a t e r - 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