化学发泡条件对乳化炸药性能的影响.pdf
doi 10. 3969/ j. issn. 1001 8352. 2013. 05. 008 化学发泡条件对乳化炸药性能的影响 李文艺 任流润 袁治雷 杨亚军 候万晶 赵建平 山西江阳兴安民爆器材有限公司( 山西太原, 030041) [ 摘 要] 通过试验, 对比不同敏化温度、 水相 pH 值、 发泡剂用量、 促进剂选择与用量以及应该注意的关联因素 等对乳化炸药的密度、 储存期的影响。结果表明, 每生产 1kg 乳化炸药, NaNO2的加入量在 1. 1 ~1. 5g 为宜。在要 求的工艺条件下, 适当加入 46#机油既可增加乳化炸药产率, 又不会影响储存期; 控制在 40 ~ 50℃的敏化温度可以 满足生产、 使用的要求; 水相溶液 pH 值应控制在 4. 0 ~ 5. 4 之间; 使用盐类与有机酸复合配置的促进剂, 可以延长 产品的储存期; 选择适当的装药方式, 可使炸药密度达到 1. 00 ~ 1. 20g/ cm3的理想值。 [ 关键词] 乳化炸药 化学发泡 炸药密度 爆炸性能 储存期 [ 分类号] TD235. 2 +1 引言 乳化炸药泛指一类用乳化技术制备的油包水型 工业炸药, 具有优良的爆炸性能和抗水性能, 工艺较 简单, 环境污染小; 但是又存在稳定性、 安定性差和 储存期短等缺点[ 1]。近年来人们对影响乳化炸药 稳定性的因素进行了很多研究, 发现乳化炸药的储 存稳定性与炸药本身组分、 结构和制造工艺密切相 关。敏化技术在乳化炸药生产中可调整炸药密度。 在化学敏化中, 正确掌握发泡剂的添加方式、 添加时 机与数量, 可有效控制与发泡有关的影响因素对乳 化炸药性能所产生的影响。本文通过在实际生产中 调整化学发泡时温度、 pH 值等关联因素, 研究对乳 化炸药储存期、 炸药密度、 猛度和爆速等的影响, 从 而探索一条提高乳化炸药性能的有效途径。 1 化学发泡剂的用量 化学发泡剂[ 2 3]是指那些在乳化炸药体系中能 够发生化学反应, 产生许多微小气泡, 并均匀分布在 炸药各处的物质。它分为无机( 如亚硝酸钠) 和有 机( 如 H 发泡剂) 两大类。 应用下式来计算化学发泡剂用量[ 4] K= ( 1000 - ρ BVR) / ρBVG ( 1) 式中 K 为发泡剂用量, g; ρ B为设计的乳化炸药密 度, g/ cm3; VR为每 kg 乳胶基质的体积, cm3; VG为 发泡剂产气量, cm3/ g。 以亚硝酸钠为例, 在水相溶液的酸碱度、 捏合机 出口药的温度确定的条件下, 假设亚硝酸钠与硝酸 铵的反应速率以及气泡的大小恒定, 此时近似用乳 胶基质敏化前后的密度差来计算气体体积。产生 1mol 的气体( N2) 需要 1mol 的亚硝酸钠, 在标准条 件下, 1g 亚硝酸钠产生 324. 6cm3( VG) 的气体; 乳胶 基质体积为 719cm3( VR) ; ρ B 为 1. 10g/ cm3时, 需要 亚硝酸钠为( 1000 -1. 1 719) / ( 1. 1 324. 6)= 0. 586g。根据我厂的实际情况, 发泡剂用量应适当 提高 2. 0 ~ 2. 5 倍, 因此每生产 1kg 乳化炸药, 亚硝 酸钠的加入量在 1. 1 ~ 1. 5g, 是相对合理的。 2 化学发泡条件下各因素对炸药性能的影响 2. 1 乳化剂和油相的影响 在相同生产工艺条件( 水相 pH 值 4. 5, 敏化温 度 47℃, 发泡剂用量为 80mL/ min , 促进剂用量为 40mL/ min , 产能 2. 8t/ h) 下, 使用 A( Span80) 、 B ( T152) 、 A + B( 质量比 73) 化学发泡敏化, 试验数 据见表 1。 表 1 相同工艺不同乳化剂发泡敏化 的乳化炸药性能 Tab. 1 Properties of emulsion explosive foaming and sensitization with the same process and different emulsifiers 乳化剂 初始密度/ ( gcm -3) 3d 后密度/ ( gcm -3) 最长储存期/ d A1. 15 ~ 1. 200. 98 ~ 1. 0290 ~ 120 B1. 23 ~ 1. 261. 12 ~ 1. 16240 ~ 360 A + B1. 18 ~ 1. 211. 08 ~ 1. 11120 ~ 210 注 水相与油相质量比为 93. 56. 5, 乳化剂占基质质量 的 2. 5%。 532013 年 10 月 化学发泡条件对乳化炸药性能的影响 李文艺等 收稿日期 2013 03 13 作者简介李文艺( 1965 ~ ) , 男, 工程师, 主要从事乳化炸药生产技术管理。E mail 772955166@qq. com 通过试验可以看出, 单独使用 A, 化学发泡易于 完成, 但产品的储存期相对较短; 单独使用 B, 产品 的储存期较使用 A 时提高 2 ~ 3 倍, 但化学发泡产 生气泡的速度变慢, 产品密度不能在短时间内达到 雷管爆轰密度要求, 特别在低温季节, 问题更突出; 采用 A + B 组合的乳化剂化学发泡比较理想, 产品 的储存期也相对满足生产和使用的要求。 选择黏度较高、 分子链较大、 在常温下为固态的 油相材料有助于提高气泡的稳定性。以 a( 2#复合 蜡) 、 b( 2#复合蜡加 46#机油, 机油占炸药质量的 2%) 、 c( 2#复合蜡加 46#机油, 机油占炸药质量的 0. 5%) 为油相的乳化炸药的发泡敏化效果见表 2。 表 2 相同工艺不同油相材料发泡敏化 的乳化炸药性能 Tab. 2 Properties of emulsion explosive foaming and sensitization with the same process and different oil phase materials 油相 初始密度/ ( gcm -3) 3d 后密度/ ( gcm -3) 最长储存期/ d a1. 11 ~ 1. 151. 05 ~ 1. 12240 ~ 280 b1. 15 ~ 1. 181. 12 ~ 1. 1660 ~ 90 c1. 10 ~ 1. 151. 06 ~ 1. 12240 ~ 280 加入机油可优化工艺, 建议适量加入机油, 不单 独使用复合蜡。2#复合蜡与 46#机油在不同温度情 况下黏度会变化。随着机油量的增大, 油相黏度会 变小, 气泡的稳定性也相应减弱。通过表 2 发现, 当 机油使用量不超过炸药质量的 0. 5%时效果较好。 2. 2 温度的影响 温度变低时, 乳胶体黏度[ 4]变大, 发泡反应速 率变慢, 气泡的产生数量变少, 对炸药的爆炸储存性 能产生影响; 当温度变高时, 乳胶体的黏度变低, 提 高了敏化及气泡的分散传质和发泡反应速率, 但产 气速度加快, 在温度超过 52℃时, 在反应中生成不 稳定的大气泡。 每吨乳胶基质加入 5250gNaNO2水溶液( 水与 NaNO2质量比为 21) , 促进剂为 900g( 水与 85% 的 H3PO4质量比 21) , 在不同温度条件下发泡, 水 溶液 pH 为 4. 5, 从捏合机出口处接药, 结果如图 1。 因此, 敏化温度控制在 40 ~ 50℃的范围内可以 满足生产、 使用的要求[ 1, 5]。 2. 3 pH 值的影响[ 6 7] 水相溶液酸碱度对化学发泡速率和炸药爆速与 猛度等性能均有重要的影响。对不同 pH 值下的产 品的爆速和猛度进行测试, 结果如表 3。 图 1 冷却温度不同时捏合机出口处炸药密度测试 Fig. 1 Explosive density at the outlet of kneader at different cooling temperature 表 3 不同水相 pH 值时乳化炸药的爆速和猛度 Tab. 3 Detonation velocity and brisance of emulsion explosive with different aqueous phase pH values 序号水相 pH 值爆速/ ( ms -1) 猛度/ mm 13. 5413713. 7 23. 8437115. 3 34. 1464916. 6 44. 4483416. 4 54. 7483716. 9 65. 1502417. 5 75. 4495717. 6 86. 0476217. 2 pH 值较高时, 化学发泡相对较慢, 后续发泡时 间较长。表 3 中, pH 值应控制在 4. 0 ~ 5. 4 之间较 为理想。当水相 pH 值小于 4. 1 时, 乳化基质酸性 过强, 亚硝酸钠敏化时的速度过快, 产生的微气泡在 基质中重叠形成稳定性较差的大气泡。微气泡的减 少, 导致炸药的爆速与猛度下降。 2. 4 发泡促进剂的影响 促进剂使用柠檬酸、 磷酸的水溶液, 硝酸铵、 促 进剂比例不同, 发泡情况也不同。 工艺条件同第 2. 1 节, 对 3 种不同促进剂进行 试验( 以质量分数计) , A1( 质量分数为 85%的磷酸 35%、 水65%) 、 B1( 柠檬酸25%、 水75%) 、 C1( 硝酸 铵 25%、 柠檬酸 5%、 水 70%) 。结果见表 4。 表 4 相同工艺不同促进剂发泡敏化 的乳化炸药性能 Tab. 4 Properties of emulsion explosive foaming and sensitization with the same process and different accelerants 促进剂 初始密度/ ( gcm -3) 1d 后密度/ ( gcm -3) 最长储存期/ d A11. 13 ~ 1. 181. 05 ~ 1. 1230 ~ 60 B11. 23 ~ 1. 261. 02 ~ 1. 06120 ~ 180 C11. 25 ~ 1. 281. 04 ~ 1. 10150 ~ 210 63 爆 破 器 材 Explosive M aterials 第 42 卷第 5 期 无机酸 A 促进作用大, 酸性强, 发泡速率快, 但 有效气泡相对较少; 有机酸 B 作用较小, 发泡较慢, 发泡效果较易控制; 使用盐类与有机酸复合配置的 促进剂 C, 可以延长产品的储存期。 2. 5 装药方式的影响 部分化学气泡在装药过程中会被破坏, 对 3 种 不同装药机装药前后密度进行对比 A2为萍乡 12 头装药机( 活塞挤压式) , B2为 KP 装药机( 齿轮计 量泵) , C2为晓进装药机( 抽吸挤压式) 。 结果表明, 3 种装药方式, 乳化炸药密度增加值 分别约为 0. 020 ~0. 042 g/ cm3、 0. 015 ~0. 083 g/ cm3、 0. 044 ~ 0. 128g/ cm3。说明不同的装药方式 对炸药的密度产生影响, 使炸药性能参数受到影响。 3 结论 化学发泡速率的控制与发泡效果的好坏已成为 乳化炸药生产过程关注的核心内容。合理调整化学 发泡的关联因素, 可确保产品密度达到 1. 00 ~1. 20 g/ cm3, 使其具有较好的储存性能。 1) 改变油相材料的黏度, 当油相中机油使用量 不超过炸药总量的 0. 5%时, 既能降低操作难度, 又 能保证产品的储存性能不受影响。 2) 促化剂的使用以及类型需结合产品储存期 要求而定。对于油相配制使用复合乳化剂的工艺, 化学发泡建议使用 A + B 发泡剂。A 剂为亚硝酸钠 溶液, B 剂为硝酸铵与柠檬酸的水溶液的促进剂。 3) 水相 pH 值控制在 4. 0 ~ 5. 4 之间时, 爆速和 猛度值较为理想; 温度控制在 40 ~ 50℃时, 可以得 到密度较好的产品。 4) 不同的装药方式对炸药密度产生影响, 使炸 药的性能参数受到不同形式的影响, 建议结合本身 实际情况, 对机械设备的生产参数进行调整, 使得到 的产品密度达到要求, 以满足使用的要求。 参 考 文 献 [ 1] 薛艳, 刘吉平, 欧育湘, 等. 乳化炸药储存稳定性研究 [ J] . 火炸药学报, 1999( 3) 42 44. 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Under required process con ditions,adding 46#oil could increase the yield of emulsion explosive without compromising the storage period.Sensitizing temperature at 40 50 ℃ meets the production sensitization, use requirements. pH value of aqueous solutions should be con trolled between 4. 0 to 5. 4; Through configuring compounds containing salts and an organic acid as accelerator,the storage period of the product can be extended;Selecting the appropriate charge way could make explosive density reach 1. 00 1. 20 g/ cm3. [ KEY WORDS] emulsion explosive,chemical foaming,explosive density,explosive property,shelf life 732013 年 10 月 化学发泡条件对乳化炸药性能的影响 李文艺等