高性能粉状硝铵炸药研究.pdf

2 0 0 7 年1 2 月高性能粉状硝铵炸药研究陆明 高性能粉状硝铵炸药研究 陆明 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 用零氧平衡和液液混合，设计和制备了高性能粉状铵油炸药，其配方 质量百分数 为硝酸铵9 2 ％～ 9 4 ％，复合油相材料4 ％～6 ％，木粉o ～4 ％，制备工艺为将8 6 ％～9 4 ％的氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油相于1 0 0 ～ 1 2 0 ℃，在液态分子状态进行混合。得到水包油型分散体系，再采用真空干燥工艺，脱除体系中的水分，制得高性能 粉状铵油炸药。与在固体状态下的混合相比，液态状态下的混合均匀性提高，所得炸药的爆炸性能也明显提高，且 具有一定的抗水性能，其中爆速3 8 0 0 ～4 2 0 0 m ／s 3 2 m m 药卷 、猛度1 7 ～1 8 m m 、殉爆距离8 ～1 2 c m 。 [ 关键词] 硝铵炸药配方制备工艺‘液液混合爆炸性能 [ 分类号] T Q 5 6 4 ．4 2T D 2 3 5 ．2 1 1 引言效率低、性能不稳定的不足之处。粉状乳化炸药将乳 目前国外使用的工业炸药主要是多孔铵油炸药胶基质中的部分水分脱除，一定程度上提高了炸药 和乳化炸药等无梯工业炸药，国内使用的工业炸药 的作功能力，但粉状乳化炸药存在水分较高、动力消 主要是少梯或元梯硝铵炸药和乳化炸药等工业炸耗大和因装药问题未能解决引起的产生结块而影响 药。8 0 年代以来国内开展了无锑工业炸药的研究，储存的缺点口’2 ] 。 目前我国无梯粉状工业炸药的主要品种是膨化硝铵目前国内正在推广实施的无梯粉状工业炸药的 炸药、改性硝铵炸药、粉状乳化炸药。膨化硝铵炸药 主要品种是膨化硝铵炸药、改性硝铵炸药和粉状乳 具有炸药性能优良、成本低、生产效率高等优点，但 化炸药。膨化硝铵炸药是由改性的膨化硝酸铵和可 由于存在密度较低，在坚硬岩石场合的爆破效果欠燃剂 木粉和复合油相 混制而成，该混合是固态下 佳。改性硝铵炸药具有较高的密度，但存在炸药生产的多相混合。改性硝铵炸药是将经过细化和改性的 对射孔器的穿孔深度影响非常大，这样就不能准确 评价射孔器性能，建议通过更多的理论与实验研究 给出一个将不同混凝土靶抗压强度下的穿孔深度转 换到标准强度下的穿孔深度关系式，以更加客观、准 确地评价射孔器的穿孔性能。 2 现有的贝雷砂岩靶试验方法没有温度环境 要求，并且是单发射孔弹射孔，不能反映真实的地下 条件，建议完善温度条件，并弄清单发弹 单元 和多 发弹 整体 之间的关系。 3 实验室应进一步开展模拟地下油藏条件的 射孔器射孔效果的试验与评价，即对模拟地下油藏 条件下的岩心进行射孔试验，这样的射孔数据才能 为实际射孔的优化设计提供更有效的依据。 参考文献 [ 1 ] G B ／T2 0 4 8 8 2 0 0 6 ，油气井聚能射孔器材性能试验方 法[ S ] ． [ 2 ] G B ／T2 0 4 8 9 2 0 0 6 ，油气井聚能射孔器材通用技术条 件[ S ] ． T h eS u m m a r yo nt h eD e V e l o p i n gS t a t u so fW e P e r f o r a t o rT e s t i n gT e c h n o l o g y S u nX i n b o ，L iX i a n f e n g ，L i uH u I C h i n aP e r f o r a t o r sI n s p e c t i o nC e n t e r H e i l o n g j i a n gD a q i n ，1 6 3 8 5 3 Z h a n gG u o ’a n X i A nT o n g y u a nT e c h n o l o g yL t d ． S h a a n x iX i ’a n ，7 1 0 0 6 5 [ A B S T R A C T ]T h en e c e s s a r i t yo fq u a l i t yt e s t sa n dt h ei m p o r t a n tr o l e so fp e r f 6 r a t o r si np e t r o l e u me x p l o r a t i o n a n dd e v e l o p m e n ta r es e tf o r t hi nt h ea r t i c l e ．T h ed e v e l o p i n gh i s t o r ya n ds t a t u sq u oo fp e r f o r a t o rq u a l i t yt e s t si n C h i n aa r ei n t r o d u c e d ．T h ep a p e ra l s od i s c u s s e st h ec h a n g e sa m o n gv a r i o u se d i t i o n so fA P I s “R e c o m m e n dP r a c t i c e s f o rE v a l u a t i o no fW e UP e r f o r a t o r s “ ． [ K E Yw o R D s ]w e u ，p e r f o r a t o r ，t e s t i n gt e c h n o l o g y 万方数据 1 0 爆破’器材 E x p l o s i v eM a t e r i a I s 第3 6 卷第6 期 硝酸铵、可燃剂 木粉和复合油相 和添加剂混制而 成，该混合也是固态下的多相混合。膨化硝铵炸药、 改性硝铵炸药的共同之处，都是对普通硝酸铵进行 敏化处理后，与可燃剂组分进行混合得到炸药。粉状 乳化炸药是将在液态乳化分散的乳胶基质喷雾干燥 而制得，其氧化剂和可燃剂混合是在液态下进行的， 其混合均匀性好于固态下的混合。因此，粉状乳化炸 药表现具有较高的爆速3 5 0 0 ～4 5 0 0 m ／s ，较高的猛 度1 5 ～1 8m m ，但由于粉状乳化炸药水的含量达 2 ％～4 ％，炸药易破乳、结块，影响存贮期，甚至失去 爆炸性能。 分析改性硝铵炸药、粉状乳化炸药和膨化硝铵 炸药的技术现状，在研究分子间混合炸药、炸药爆炸 理论和表面活性剂及分散体系等基础上，研究探索 了一种全新的粉状硝铵炸药生产工艺，从试验结果 看，这种工艺生产的工业炸药具有优良的爆炸性能、 抗水性能、储存性能，且由于产品中水分含量小于 o ．2 ％，装药工艺不存在问题。 2 高性能粉状硝铵炸药的制备原理 工业炸药是一种多组分混合炸药，由氧化剂、可 燃剂、敏化剂和功能添加剂组成。如果这些组分混合 均匀，工业炸药进行爆轰反应时，反应速度快，反应 发生完全，有利于提高工业炸药的爆炸性能和作用 效果。决定工业炸药混合均匀性的生产工序是粉碎 和混合，产品的细度和混合程度直接影响着工业炸 药最终的爆炸性能。 混合是利用混合装置使性质或形态不同、呈分 区状态的物料达到随机分布的均匀状态。混合可分 为固相混合、液相混合、气液混合和固液混合。使工 业炸药的主要组分在高温液体状态下，进行准分子 状态的混合，对提高工业炸药的爆炸性能，尤其是作 功能力极为有利，需要解决的是高温状态下生产安 全问题。 以膨化硝铵炸药为例，通过可燃剂加入方式不 同，研究了可燃剂与氧化剂的混合均匀性对炸药爆 炸性能的影响，其结果列于表1 中。 膨化硝铵炸药生产工艺的特征是硝酸铵饱和溶 液的真空干燥得到膨化硝酸铵，再与木粉、复合油相 材料和功能添加剂进行连续混合，制得各种类型的 膨化硝铵炸药。此法具有效率高、能力大、耗能低的 特点。粉状乳化炸药的氧化剂和可燃剂的混合是在 溶液状态下的准分子状态的混合，具有体系混合均 匀性高，炸药爆轰完全等优势。结合粉状乳化炸药的 分子间混合和膨化硝铵炸药的真空干燥工艺，提出 在硝酸铵溶液中加入可燃剂，形成水包油型分散体 系，并采用真空干燥的方法制备粉状工业炸药，以提 高粉状工业炸药的爆炸性能，这就是高性能粉状硝 铵炸药的技术途径。 高性能粉状硝铵炸药的配方设计和制备原理 是一是根据工业硝铵炸药的零氧平衡原则，设计高 性能粉状铵油炸药的配方；二是氧化剂硝酸铵与可 燃剂复合油相是在液态分子状态进行混合，因而混 合均匀性比在固体状态下的混合均匀性提高，所得 炸药的爆炸性能也明显提高，且具有一定的抗水性 能；三是水包油型分散体系，采用真空干燥工艺，以 降低干燥能耗，提高干燥效率，制得高性能粉状铵油 炸药。 3 高性能粉状硝铵炸药的制备工艺 根据零氧平衡原则设计的高性能粉状铵油炸药 的配方 质量百分数 为硝酸铵9 2 ％～9 4 ％，复合 油相材料4 ％～6 ％，木粉O ～4 ％。复合油相材料是 由以下组分和配比 质量百分数 组成机油O ～ 2 0 ％、专用酯或复合蜡4 5 ％～9 5 ％、石蜡o ～3 5 ％、 水包油型添加剂o ～5 ％。 高性能粉状铵油炸药的制造工艺步骤是第一 步，将普通硝酸铵外加硝酸铵质量的6 ％～1 4 ％的 水进行溶解，溶解后的溶液温度为1 0 0 ～1 2 0 ℃；第 二步，将一定配比的复合油相材料在8 0 ～1 2 0 ℃进 行熔化；第三步，在高速搅拌下，将复合油相材料分 散在硝酸铵溶液中，形成水包油型分散体系；第四 表1 可燃剂与氧化剂的混合均匀性对膨化硝铵炸药爆炸性能的影响 万方数据 2 0 0 7 年1 2 月高性能粉状硝铵炸药研究陆明 1 1 步，以3 0 ～6 0 k g ／m i n 的吸料速度将硝酸铵一复合油 相分散体系连续打入一真空度为一o ．0 8 5 ～一o ．0 9 5 M P a 的真空罐内，进行真空干燥；第五步，将真空干 燥后的物料在一螺旋内与木粉进行混合；抗水型高 性能粉状铵油炸药不加入木粉，仅在配方中增加复 合油相材料的用量；第六步，将第五步所得物料冷却 至4 0 ℃以下进行装药，即制得高性能粉状铵油炸 药。 新型高性能粉状硝铵炸药生产工艺如图1 。 望奎油相≈料雩加剂厂 抽真空 超H 型酒 雕 溶解罐H 混合器H 连续干燥l _ _ - _ - _ _ - - ．- _ - _ ．I _ l I - ．_ - - _ _ ．- _ - _ - ．．．_ 一t ．- ．_ _ - - _ _ _ _ _ - - ．_ 一‘ 习． 忑一．陌磊赢习装药卜一晾药H 新型硝铵炸药l 图1高性能粉状硝铵炸药生产工艺框图 4 高性能粉状硝铵炸药的特点 与现有的工业硝铵炸药技术相比，高性能粉状 硝铵炸药的显著优点是 1 氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油相是在液态 分子状态进行混合，所得炸药的爆炸性能明显提高， 其中爆速3 8 0 0 ～4 2 0 0 m ／s 够3 2 m m 药卷 、猛度1 7 ～1 8 m m 、殉爆距离8 ～1 2 c m 。这是一般粉状硝铵炸 药所达不到的性能。 2 炸药具有一定的抗水性能，浸水后的殉爆 距离大于5c m 。除乳化炸药和粉状乳化炸药外，一 般不含T N T 的粉状硝铵炸药均不具有抗水性能。 3 采用真空干燥工艺，炸药中的水分含量接 近零；氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油相的混合物中 加入水后，水分很难完全除去，本技术采用真空干燥 工艺，具有除水彻底，动力消耗小的特点。 4 制造方法简单，在一个工房内完成生产过 程，所需要的工房面积小，需要的生产人员少，适合 于自动化和连续工业化生产。一般粉状硝铵炸药需 要两个工房，一个是对硝酸铵进行改性处理，另一个 是氧化剂硝酸铵与可燃剂的混合。 工厂5 0 0k g 级中型试验所得产品的炸药性能 与粉状乳化炸药和膨化硝铵炸药的性能比较如表 2 。 5 结论 1 氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油相，在高温液 体状态下进行混合，得到水包油型分散体系，再采用 真空干燥工艺，脱除体系中的水分，可制得高性能粉 状铵油炸药，其爆速3 8 0 0 ～4 2 0 0 m ／s 够3 2 m m 药 卷 、猛度1 7 ～1 8 m m 、殉爆距离8 ～1 2 c m 。 2 与在固体状态下的混合相比，液态状态下的 混合均匀性提高，除所得炸药的爆炸性能明显提高 外，炸药具有一定的抗水性能，生产过程能耗低，该 技术可适合于自动化和连续工业化生产。 参考文献 [ 1 ]吕春绪，刘祖亮，陆明．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器 工业出版社，2 0 0 3 ．2 8 0 ～3 1 0 ． [ 2 ]陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出 版社，2 0 0 2 ．7 6 ～1 0 3 ． S t u d yo nH i g hP e r f o r m a n c eP o w d e r yA m m o n i l l mN i t r a t eE x p l o s i V e L u M i n g S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B s T R A c T ]T h eh i g hp e r f o r m a n c eA N F Oe x p l o s i v ew a sd e s i g n e da n dp r e p a r e da c c o r d i n gt oz e r oo x y g e nb a L a n c ea n db ym i x t u r ew i t h1 i q u i d l i q u i ds t a t e ．T h i sk i n do fh i g hp e r f o r m a n c ee x p l o s i v ei sc o m p o s e do f9 2 ％～9 4 ％ a m m o n i an i t r a t e ，4 ％～6 ％f u e lo i lp h a s em a t e r i a l sa n dO ～4 ％w o o dp o w d e r ．T h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s si sa sf o l l o w s m i x i n g8 6 ％～9 4 ％a m m o n i an i t r a t eo x i d i z e rw i t hc o m b u s t i b l ef u e lo i lp h a s eu n d e rt h ec o n d i t i o no fl i q u i d s t a t e a t1 0 0 ～1 2 0 ℃，o b t a i n i n gW ／Od i s p e r s i o ns y s t e m ，d r y i n gt h eW ／0d i s p e r s i o ns y s t e mi nv a c u u m ，r e m o V i n g t h ew a t e ri ns y s t e m ，g e t t i n gt h eh i g hp e r f o r m a n c eA N F 0e x p l o s i v e ．T h em i x t u r eu n i f o m i t yi nl i q u i dc o n d i t i o ni s h i g h e rt h a nt h a ti ns o l i dc o n d i t i o n ，e x p l o s i o np e r f b r n l a n c ei sa l s oi m p r o v e dg r e a t I y ，a n dt h i se x p l o s i V ep o s s e s s e s w a t e r - r e s i s t i n gp r o p e r t y ，i t sd e t o n a t i o nv e l o c i t yi s3 8 0 0 ～4 2 0 0m ／s 3 2 m mp ∽k i n ge x p l o s i v e ，b r i s a n c e i s1 7 ～ 1 8 m m 。a n dt r a n s m i s s i o nd i s t a n c ei s8 ～1 2 c m ． [ K E Yw O R D S ]a n 吼o n i an i t r a t ee x p l o s i v e ，f o f m u l a t i o n ，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，m i x t u r ew i t hl i q u i d l i q u i d s t a t e ，e x p l o s i o np e r f o r m a n c e 万方数据