工业含铝炸药的现状及分析.pdf

姆破器材 E x p l o s i v e Ma t e r i a l s第 3 5 卷第 6 期 工业含铝炸药的现状及分析 叶志文 南京理工大学 江苏南京， 2 1 0 0 9 4 郑礼木 福建永安化工厂 福建， 3 6 6 0 3 4 〔 摘 要」 文章综述了工业含铝炸药的典型配方及应用现状， 分析了怕提高工业炸药作功能力的机理， 并详细介 绍了含铝高威力形化硝按炸药的配方组成及爆炸性能， 指出工业含侣炸药的发展关键在于降低自 身的产品成本。 [ 关健词〕 工业炸药硝酸按铝爆炸性能 [ 分类号] T D 2 3 5 . 2 1 T Q 5 6 0 . 1 T J 5 1 0 . 1 1 引育 工业含铝炸药就是在工业炸药中加人不同比例 的铝金属粉制成一类炸药， 由于铝粉在爆轰波阵面 后的二次反应中放出热蚤， 所以这类炸药在爆轰时 可产生高爆热及高比容， 从而有较高的作功能力， 所 以又称高威力工业炸药[C l ] 。 在长期使用中证明了这 类炸药具有较高的能童密度、 较高的爆炸热能、 良 好 的后燃效应和较长的爆轰反应区1 2 3 。 然而， 工业含铝 炸药尽管存在上述优点， 但由于使用昂贵的铝粉， 作 为工业炸药其成本较高， 除非在某些特殊场合完成 某些特种工程， 一般不使用含铝炸药， 因此， 大t推 广受到一定限制[1 3 1 0 2 铝提高工业炸药作功能力的机理 工业含铝炸药 硝酸按、 铝、 燃料油、 木粉 呈现 出较高的爆热值。这是因为硝酸按与铝粉的反应是 一个很强烈的放热反应 2 A 1 N H , N 0 , -A 1 2 0 s 2 H2 N 2 1 3 5 2 . 2 k j 4 A 1 N H 4 N 0 3 -A 1 2 0 3 2 H 十A I N1 9 5 6 . 7 k J 这些反应可以进行较长时间， 而且大部分反应 是在C - J 面后进行的1 4 ] 。 虽然二次反应放出的热t 不能支持爆轰波阵面的传播， 但它可以使爆轰产物 的温度与压力维持较长时间而不致衰减过快。 这样， 含铝炸药爆轰后的压力一 时间曲线及压力一 容积曲线 就不像相应的非含铝炸药的那样陡峭。 就是说， 加人 的铝粉通过二次反应使爆轰产物在C - J 面后膨胀衰 减较慢， 可以维持一段较长时间的高压、 高温状态， 所以对外界的作用时间较长。尽管二次反应放出的 能A没有支持爆轰波阵面的传播， 即对爆速没有贡 献， 但这部分能t可参与完成爆炸功， 因而使含铝炸 药具有较高的总作功能力， 表现出较大的威力[C s 7 0 在硝按混合炸药中加人铝粉是获得高爆热炸药 常用的方法C B ] 。这是因为铝粉除了与氧元素进行氧 化反应， 生成A 1 2 0 , 并放出大量热外， 它还可以和炸 药爆炸产物C O 2 , H 2 O产生二次反应 2 A 1 3 C O 2 -A 1 2 0 , 3 C O8 2 6 . 3 k j 2 A 1 3 H 2 0 -A 1 2 0 , 3 H 2 9 4 9 . 8 k j 二次反应也放出大t热， 从而使爆热大大增加。 铝还可以与爆炸产物中的氮气反应生成相应的 金属氮化物 A 1 0 . 5 N2 -AI N2 4 1 . O k J 这些反应都是剧烈的放热反应， 亦可以增加爆 热。 3 工业含铝炸药的现状 3 . 1 国内外工业含铝炸药的典型配方 含铝炸药于1 9 0 0 年由R o t h 取得专利以来， 在 一个世纪中， 诞生了较多的工业含铝炸药品种， 其中 较 为 典 型 的 配 方 及其 主 要 性 能 列于 表1 C1 , 7 - 1 1 7 中 。 3 . 2 目前大规模使用的工业含铝炸药品种 目 前最广泛使用的工业含铝炸药主要是铝化按 S t u d y o n S a f e t y P r o d u c t i o n o f E m u l s i o n E x p l o s i v e D a i y o u l i n S t a t e - o w n e d Y u n n a n A r m i n g C h e m i c a l I n d u s t r y F a c t o r y Y u n n a n a n n i n g , 6 5 0 3 0 1 [ A B S T R A C T ] T h e c a u s e o f a c c i d e n t s a n d t h e e x p l o s iv e m e c h a n i s m o f e m u l s io n e x p l o s i v e a r e a n a l y s i z e d b y e x - p l o s i v e a c c i d e n t s o f e m u l s i o n e x p l o s i v e p r o d u c t i o n i n r e c e n t y e a r s . I t c a n p r o v i d e r e f e r e n c e s f o r p e o p l e w o r k i n g i n t h e d e s i g n o f e m u l s i o n e x p l o s i v e t o a v o i d a c c i d e n t o c c u r r e n c e . [ K E Y WO R D S ] e m u l s i o n e x p l o s i v e , e x p l o s i v e m e c h a n i s m 9 s a f e t y 2 0 0 6 年 1 2 月工业含铝炸药的现状及分析叶志文等.2 1. 炸药类型 阿芒t炸药 表 1 国内外工业含拓炸药的典型配方、 性能及应用水平 炸药配方/ 主要性能应用及水平 硝酸按 木炭 侣粉8 0 - 9 0 ， 4 -6 4 - 1 8 粉状， 火焰温度商 早期矿用炸药， 用于无姆炸性瓦 期矿中 按油炸药硝酸按 徽料油 铝粉8 2 3 1 56 0 年代末， 应用于开发桐矿 无纵火性水胶 炸药 硝酸按 铝粉 硝酸钠 水 氛化钠 片状 格酸钾 尿素 古尔胶 箱 缓冲荆5 0 ， 4 . 1 ， 2 0 1 . 01 . 01 . 52 . 7 5 1 09 . 3. 0 . 3 5 R e o l i t - A l 含水炸药 梯恩梯 铝粉 硝酸按 水2 3 7 . 5 2 8 不定比例 密度p o 0 . 9 6 g / c m ; 质jk威 力为T N T的1 3 5 写， 体积威力 为T N T的1 5 3 加人 N a C l ， 使炸药无纵火性， 密度p o 1 . o g / c m ; 姆速D 3 5 0 0 m / s ; 威 力 为 T N T 的 7 7 ， 为商度毯定的水胶炸药 密度p o 1 . 6 g / c m ; 姆速D 4 9 0 0 m / s ; 载平衡一6 . 1 8 奖国7 0 年代研制 瑞典研制. 7 0 年代水平 J - 2 浆状炸药 硝酸按 硝破钠 铝粉 甲陇 尿素 水 梯恩梯 田，胶 外加 二5 o 1 1.31 2，1 8，4，2，0 . 7 密度p o 1 . 2 g / c m 0 ; 姆速D 4 0 0 0 - 4 3 0 0 m / s ; 戚力 3 5 5 m 1 ; 临界直径 1 6 m m 我国7 0 年代研制的小直径商威 力浆状炸药， 炮烟少， 适用于井下 姆破及坚硬岩石爆破， 可用霄管 直接起姆 铝 1 0 0 型岩石 水胶炸药 硝酸按 硝酸钠 铝粉 活性炭 梯 思梯 ， 水 ， 胶粘剂 ， 交联发泡剂4 8 -5 31 8 -1 3. 1 - 5 0 - 6 0 - 2 0， 9 - 1 5.0 . 5 - 1 . 5 0 . 1 - 0 . 3 硝酸按 T N T 铝粉 其它8 1 . 5 1 2, 5 . 0 1 1 . 5 密度p o 1 . 2 4 g / c m ; 爆速D 4 1 5 0 m / s ; 爆力 3 5 5 m L ; R度 1 6 . 9 6 mm 我国研制， 于 1 9 8 0 年 1 月定型， 用于坚硬岩石的水孔姗破， 提高 竖并使用姗破率 1 耸 按梯铝 载平衡一1 . 3 8 肠; 猛度1 6 . 5 我国6 0 年代研制， 用于坚硬岩石 m m; 姆速D3 8 2 0 m / s姆破 油炸药、 含铝浆状炸药、 乳化炸药。这些炸药产品配 方中含有铝， 或直接把铝掺和到其组分中， 按油炸药 是普通的和最广泛使用的炸药产品， 而以铝增加其 能A则是世界上非常普遍的做法[[ 1 2 ] 0 作为一种相对廉价的炸药能源、 按油炸药和铝 化按油炸药 A L / A N F O 是当前的最佳者。 而且， 按 油炸药固有低体积威力能通过加铝得以改普， 但它 们抗水性仍差。然而通过将铝引人浆状和乳胶炸药 而得到克服， 不但具有抗水性， 而且具备较高体积威 力， 见表2 。表2 中质t强度是以按油炸药二1 作为 标准， 体积威力是相对于密度为。 . 8 5 g / c m ， 的按油 炸药而言的。 4 工业含铝炸药的发展 由于工业炸药需要强调低成本， 所以自2 0 世纪 8 0 年代以来， 工业含铝炸药的发展一直停滞不前， 工程爆破市场上的工业含铝炸药主要是如前所述的 铝化按油炸药、 含铝浆状炸药及乳化炸药。近年来， 随着新一代工业炸药氧化剂膨化硝酸按的诞 生， 研制出一种新型的含铝高威力膨化硝按炸药， 仅 用较少t的铝粉， 就使炸药具备高威力性质[C 1 s 7 0 4 . 1 含铝商威力膨化硝按炸药的配方组成 含铝高威力膨化硝按炸药由膨化硝酸按作为氧 化剂， 木粉、 复合油作为可燃剂， 铝粉作为高能添加 剂。 表 2 含招高成力炸药 密度质t体积 / C g c m - 3 强度威力 oo16223653203153688920385667355563 ，占1占﹃.上..二‘.人﹃.几..人‘上﹃.上，上‘.几，玉，且‘.孟‘.上‘.上1人 按油炸药 铝化按油炸药， 含铝 5 0 0 铝化按油炸药， 含铝 7 0 o 铝化按油炸药， 含铝1 0 0 o 铝化按抽炸药， 含铝 1 5 0 o 浆状炸药 浆状炸药， 含铝5 0 0 浆状炸药， 含铝 7 0 o 浆状炸药， 含铝1 0 0 o 浆状炸药， 含铝巧 乳胶炸药 乳胶炸药， 含铝5 0 0 乳胶炸药， 含铝7 0 o 乳胶炸药， 含铝1 0 肠 按油5 5 0 0 乳胶炸药 按油5 5 乳胶炸药， 含铝5 0 o 按油5 5 0 o 乳胶炸药， 含铝 7 0 0 0 . 8 5 0 . 8 7 0 . 8 8 0 . 9 3 0 . 9 6 1 . 2 0 1 . 2 5 1 . 3 0 1 . 3 5 1 . 4 0 1 . 2 0 1 . 3 2 1 . 3 3 1 . 3 4 1 . 4 0 1 . 4 0 1 . 4 0 1 . 0 0 1 . 1 3 1 . 1 8 1 . 2 4 1 . 3 5 0 . 8 5 0 . 8 9 1 . 0 0 1 . 0 6 1 . 1 5 0 . 8 5 0 . 8 9 1 . 0 0 1 . 0 6 0 . 8 2 0 . 9 4 0 . 9 9 由于膨化硝酸按具有多微孔性， 比表面积大， 平 均粒径小。 因而同普通硝按相比， 具有更好的 作为工 业炸药氧化剂的性能特征， 因而仅用较少的铝粉， 即 能达到较高威力的效果。 经过理论计算及经科学实验得出的配方为膨化 硝酸按 木粉 复合油相， 铝粉9 0 ， 2 ， 3 ， 5 , 4 . 2 含铝离威力形化硝铁炸药的娜炸性能 .2 2.爆 破 器 材 E x p l o s i v e M a t e r ia l s 第 3 5 卷第 6 期 4 . 2 . 1 含铝商威力膨化硝按炸药临界直径 将炸药装人不同直径的纸卷中， 纸卷长度为 2 0 0 m m， 用一发8 电雷管起爆， 若爆炸完全， 则继 续进行更小直径的药卷爆炸测试.能够使爆轰稳定 传播的直径为临界直径， 测试结果见表3 。表3 中 “ V” 表示完全爆轰， “ X ” 表示不能完全爆轰。 表 3 含铭膨化琦按炸药的临界直径 一一 20-训 0自1、 药卷直径/ mm 姆轰情况 3 2 2 8 训侧 可见含铝高威力膨化硝按炸药直径为必1 0 m m , 4 . 2 . 2含铝高威力膨化硝按炸药的姆炸性能 含铝高威力膨化硝按炸药的爆炸性能见表4 , 表 4 含铭高威力珍化峭按炸药爆炸性能 生产当日贮存 6 个月 性能姗速殉姗距 威力 / m “ a - 1 离// c m 指标3 6 3 7 1 3 爆速殉爆距 威力 / m s - 1 离// c m / m l 3 6 0 1 1 0 3 7 1 从表4 可以看出， 含铝膨化硝按炸药在贮存期 内， 爆炸性能是稳定的。 其原因是 1 膨化硝钱自 身 具备一定的抗吸湿和防结块能力; 2 炸药的复合油 将铝粉和硝酸按包覆， 有效地防止了铝粉与水的作 用。 从含铝高威力膨化硝按炸药爆炸性能结果来 看， 对于工业含铝炸药， 铝粉提高工业炸药爆热是肯 定的， 而且由于铝粉加人， 其反应区厚度较高， 铝粉 有可能在爆轰反应区参与化学反应而放热， 这些能 量完全来得及支持爆轰波的传播， 所以爆热明显提 高的同时， 爆速却基本维持不变， 甚至还有提高。 5 结论 工业含铝炸药的爆轰反应中， 硝酸按与铝粉的 反应是一个很强烈的放热反应， 而且由于铝粉在爆 轰波阵面后的二次反应中放出热量， 所以这类炸药 在爆轰时可产生高爆热及高比容， 从而有较高的作 功能力， 以铝增加工业炸药的能量成为世界上非常 普遍的做法。 新近研制的含铝高威力膨化硝按炸药， 仅用较少t的铝粉， 就使炸药具备高威力性质， 降低 了产品成本， 使工业含铝炸药得到了发展。 参 考 文 献 1 吕春绪， 刘祖亮， 倪欧琪. 工业炸药〔 M] . 北京 兵器工业 出版社， 1 9 9 4 . 4 4 5 -4 4 7 2 感君明， 陈天云. 炸药爆炸理论【 M ] . 南京 江苏科技出版 社， 1 9 9 5 . 3 2 -3 3 3 般海权. 含铝炸药设计中若干问题探讨[ J ] . 爆破器材， 1 9 8 4 2 1 4 4 混合炸药编写组. 猛炸药的化学与工艺学 下册 [ M] . 北 京 国防工业出版社， 1 9 8 3 . 2 1 2 - 2 1 6 5 孙业斌， 惠君明， 曹欣茂. 军用棍合炸药〔 M] . 北京 兵器 T - 业出版社， 1 9 9 5 . 4 6 4 -4 7 0 2 6 吕春绪， 等. 膨化硝按炸药〔 M〕 . 北京 兵器工业出版社， 2 0 0 1 . 4 3 0 -4 3 9 7 T . U r b a n s k i . T h e C h e m i s t r y a n d T e c h n o l o g y o f E x p l o- s i v e V o l . H . [ M] . 北京 国防工业出版社， 1 9 7 6 . 3 2 6 - 3 2 7 8 A . A . D e r i b a s , A . E . Me d v e d e v , A . Y u . R e s h e t n y a k , e t a l . D e t o n a t i o n o f e m u l s i o n e x p l o s i v e s c o n t a i n i n g h o l l o w m i- c r o s p h e r e s [ J ] . D o k l a d y P h y s ic s , 2 0 0 3 , 4 8 4 1 6 3 -1 6 5 9 S . C u d z i l o , P . K o h l i c e k , V. A. T r z c i n s k i , e t a l . P e r f o r - m a n c e o f E m u l s i o n E x p l o s iv e s [ J ] . C o m b u s t i o n , E x p l o - s i o n , a n d S h o c k Wa v e s , 2 0 0 2 , 3 8 4 4 6 3 -4 6 9 1 0 G . An s h i t s , N. N. A n s h i t s , A. A. D e r i b a s , e t a l . D e t o n a - t i o n V e l o c i t y o f E m u l s i o n E x p l o s i v e s C o n t a i n i n g C e n o - s p h e r e s [ J ] . C o m b u s t i o n , E x p l o s io n , a n d S h o c k Wa v e s , 2 0 0 5 , 4 1 5 5 9 1 5 9 8 1 1 T a k a h a s h i K. , Mu r a t a K. , K a t o Y. . N o n - i d e a l d e t o n a - t i o n o f e m u l s i o n e x p l o s i v e s [ J ] . J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y , 1 9 9 9 , 8 5 1 5 2 -5 5 1 2 D r . W. A . C r s b y . 散装炸药的铝添加剂可降低凿岩成本 [ J ] . 爆破器材， 1 9 8 9 , 1 8 2 3 8 - 4 0 1 3 陆明， 郑礼木， 吕春绪， 等. 含铝高威力膨化硝铁炸药的 研究口 〕 . 爆破器材， 2 0 0 0 , 2 9 4 1 3 - 1 5 A c t u a l i t y a n d A n a l y s i s o f I n d u s t r i a l A l u m i n i z e d E x p l o s i v e Y e Z h i w e n N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y J i a n g s u N a n j i n g , 2 1 0 0 9 4 Z h e n g L i m u F u j i a n Y o n g a n C h e m i c a l P l a n t F u j i a n Y o n g a n , 3 6 6 0 3 4 [ A B S T R A C T ] I n t h i s p a p e r , t h e t y p i c a l f o r m a t i o n a n d a c t u a l i t y o f i n d u s t r i a l a l u m i n i z e d e x p l o s i v e a r e s u m m a - r i z e d . T h e m e c h a n i s m o f A l i m p r o v i n g t h e s t r e n g t h o f i n d u s t r i a l e x p l o s i v e i s a n a l y z e d , t h e f o r m a t i o n a n d e x p l o s i o n p r o p e r t y o f t h e n e w t y p e a l u m i n i z e d h i g h s t r e n g t h e x p a n d e d A N e x p l o s i v e a r e a l s o r e c o m m e n d e d i n d e t a i l . I t i s c o n - c l u d e d t h a t l o w i n g i t s c o s t i s t h e k e y o f t h e d e v e l o p m e n t o f i n d u s t r i a l a l u m i n iz e d e x p l o s i v e . [ K E Y WO R D S ] i n d u s t r i a l e x p l o s i v e , a m m o n i u m n i t r a t e , a l u m i n u m, e x p l o s i o n p r o p e r t y