机械制粉工艺粉状乳化炸药的配方研究.pdf

1 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 7 卷第6 期 机械制粉工艺粉状乳化炸药的配方研究’ 马平康延璋王尹军李国仲 北京矿冶研究总院 北京，1 0 0 0 4 4 [ 摘要] 文章结合粉状乳化炸药机械制粉工艺的特点，从乳化剂、油相材料、添加剂三个方面对新工艺的配方及 乳化工艺条件对炸药性能的影响进行了论述。结果表明，采用新配方经机械制粉工艺制备的粉状乳化炸药与喷雾 制粉工艺产品爆炸性能接近，并且堆积密度大、流散性好。 [ 关键词]粉状乳化炸药机械制粉炸药配方 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 l 引言 粉状乳化炸药具有性能优良、抗水性好、可燃气 安全度高、使用方便等诸多突出特点。目前粉状乳 化炸药生产普遍采用气流喷雾制粉技术【l ’2 】。已有 研究报道【3 4J ，采用机械粉碎工艺替代喷雾制粉技 术生产粉状乳化炸药，可以达到节省投资、节能降耗 的目的，但目前还未有成功的工业化案例。这是由 于机械制粉过程中不可避免地对粉状乳化炸药的内 部结构产生破坏，从而导致炸药性能偏低，不能满足 要求。研究证明传统的粉状乳化炸药配方不适应机 械制粉工艺“ J ，必须研究开发一种固化程度好、适 应性强的新配方。 本课题结合现有粉状乳化炸药的配方⋯，从乳 化剂、油相材料、添加剂三个方面对新工艺的配方进 行了研究，并对乳化工艺条件进行了考察，以期优化 配方，提高新工艺产品性能。 2 机械制粉粉状乳化炸药配方研究 2 ．1 机械制粉工艺对粉状乳化炸药配方的要求 机械制粉工艺是将乳化好的乳胶基质冷却、固 化，然后经机械粉碎形成粉状产品，其工艺流程如图 l 所示。 冠{ ￡H 块选玲却删化卜| 虮敞制物卜l 装约 图1机械制粉粉状乳化炸药工艺流程 粉状乳化炸药自身含水很少，其内相是硝酸盐 与水形成的共晶颗粒，所以机械制粉工艺未设单独 除水工序。但由于其制粉过程需要对处于固化状态 下的乳胶基质施加机械力，此时的油膜已丧失自修 复能力，所以对油膜的破坏是永久性的。因此新工 艺的配方对连续相的性质要求比较高，必须选用固 收稿日期2 0 0 8 - 0 5 - 3 0 化程度好、包覆能力强的组分，以达到不易破乳、不 易粘结、易成粉的效果。 为了满足“关于粉状乳化炸药安全技术与生产 线建设的指导意见”中乳化温度不高于1 3 5 ℃的要 求，需要在原粉状乳化炸药配方的基础上调整水含 量，并在水相中增加降低析晶点的物质，如尿素、碱 金属或碱土金属的硝酸盐等。 2 ．2 关键组分对粉状乳化炸药性能影响 2 ．2 ．1 乳化剂的影响 同乳化炸药一样，在粉状乳化炸药中乳化剂通 过降低油水界面张力，使油相包覆水相形成稳定的 乳胶体系，因而乳化剂对炸药的性能有着重要的作 用。实验分别考察了L Z 2 7 2 7 D 、T 1 5 4 、T 1 5 2 等多种 高分子乳化剂与失水山梨糖醇单油酸酯、甘油的脂 肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯等非离子型乳化剂以及 两者的复合乳化剂，并考察了不同添加量对炸药性 能的影响。典型的高分子乳化剂A 与非离子型乳 化剂B 的试验数据及测试结果见表1 。 表l 乳化剂对炸药爆炸性能影响试验 高分子乳化剂具有高温稳定性好，乳化结构稳 定等优点，在喷雾法制备粉状乳化炸药生产时普遍 选用此类乳化剂‘1 2 1 。测试结果证明在机械制粉工 艺中采用高分子乳化剂也取得了较好效果。但在试 验过程中发现使用A 作为乳化剂制备的乳胶固化 篓一 万方数据 2 0 0 8 年1 2 月机械制粉工艺粉状乳化炸药的配方研究马平等 ‘1 9 后偏软，机械粉碎困难，制出的药粉流散性稍差。采 用B 乳化剂制备的粉状乳化炸药同样具有优良的 爆炸性能，且随着乳化剂含量的增加爆速略有提高， 并且制备的乳胶固化温度高、冷却时间短、药粉流散 性好。 分析认为A 在乳化过程中不形成胶束，而是以 单分子溶解在油中，形成较厚的单分子膜吸附于界 面。相同条件下A 与B 比较，其粘度小、流动性好， 所以造成了冷却、固化的乳胶体硬度有所降低，药粉 出现沾、粘现象。事实上B 的分解温度远高于乳化 温度，只要控制好乳化时的工艺条件，在机械制粉工 艺配方中添加B 作为乳化剂，可以起到改善药粉的 物理性质与爆炸性能的作用。 2 ．2 ．2 油相材料的选择 同乳化炸药相似，粉状乳化炸药内部是油包水 或者油包晶体的结构，油膜是其微观结构中的薄弱 环节，乳化体系的破坏首先从界面膜 即油膜 开 始。油相材料的选择会对界面膜的性质有较大影 响‘6 1 。 粉状乳化炸药中为了有利于乳胶体最终的状 态，普遍选用复合蜡、石蜡、地蜡、松香、沥青等软化 点较高的油相材料作为连续相。实验重点考察了油 相材料中常用的石蜡、地蜡、复合蜡对粉状乳化炸药 性能的影响，测试结果见表2 。 表2 油相材料对粉状乳化炸药性能影响 编 号 _ 6 7 8 9 水相石蜡地蜡复合蜡其他 爆速 殉爆距离 ／％／％／％／％／％ ／ m s ‘1 ／c m 9 33 9 33 9 33 9 3 1 ．4 1 ．6 3 2 0 0 3 4 0 0 2 5 0 0 3 8 0 0 6 8 3 1 2 复合蜡是利用不同馏程的含油蜡，配以多种助 剂复合而成。由于其含油较多 约2 0 ％～2 5 ％ ， 导致乳胶固化后偏软，难以进行机械粉碎，并且制备 的药粉粘性较大，爆炸性能差，所以不适于做粉状乳 化炸药的油相材料。 石蜡取自馏分润滑油，主要由直链分子组成，其 碳原子数一般在2 2 3 6 ，熔点为4 9 5 1 ℃；而地蜡 是残渣润滑油经处理后得到的产品，大部分是支链 分子，主要是由3 6 个碳原子以上的高分子烃组成， 熔点6 2 9 0 ℃。对于油包水的乳化体系，在一定范 围内外相粘度越大。界面膜强度越高，体系的稳定性 越好。比较而言，地蜡的分子量大，油相材料粘度 高，因而对内相的包覆性更好，这对防止机械粉碎时 乳化膜的破损极为有利，表现在相同条件下制备的 炸药性能较高。但是全部采用地蜡时油相材料固化 过快，会导致冷却过程中内相硝酸铵结晶刺破油膜， 造成永久性损伤，影响炸药性能。综合考虑界面膜 强度与其固化的速度，最终选择石蜡、地蜡复合作为 油相材料。 2 ．2 ．3 固体添加剂的影响 粉状乳化炸药在储存过程中有一定的结块倾 向，实践中普遍向药粉中外加固体粉末以增加其松 散性和抗结块性。这是由于固体粉末对晶体有包 覆、机械阻隔和吸收表面水分的作用，常用的包括二 氧化硅、滑石、膨润土、海泡石、硅铝酸盐和木粉等。 实验中重点考察了常用的滑石粉和木粉，测试其不 同添加量对炸药性能的影响 加入量以占炸药的质 量百分数计 ，测试结果见表3 。 表3固体添加剂对粉状乳化炸药性能影响 编号添加狮 ／ 气殉慧离 结果证明，添加滑石粉、木粉均会降低炸药的爆 轰性能，并且滑石粉的影响较木粉大。这是因为滑 石粉为惰性固体粉末，必然会降低爆炸反应速度，从 而导致炸药的爆轰性能有所降低。而木粉本身就是 可燃物，可以完全参加爆炸反应，从而对炸药性能影 响较小。但应注意到，粉状乳化炸药本身氧平衡即 为负，而木粉的负氧平衡较大，当加量过大时会造成 炸药的氧平衡偏负，导致爆轰反应不完全、炮烟较 大。所以在防止药粉结块时不能单纯依靠外加固体 添加剂，应综合考虑炸药爆炸性能与使用性能，合理 选择。 2 ．3 乳化工艺条件对炸药性能影响 对于配方一定的乳化炸药，乳化工艺对炸药性 能有决定性影响。在设备一定的情况下，乳化工艺 参数的选择与确定尤为重要，乳化工艺参数包括乳 化器转速、乳化时间、乳化温度等。一般情况下，在 生产过程中乳化时间与乳化温度都是固定不变的， 而乳化器转速可以方便地通过变频器调整。试验中 固定乳化温度及乳化时间，通过调整乳化器转速制 备不同的乳胶，并测试机械制粉工艺制备的药粉爆 炸性能，试验结果见表4 。 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 7 卷第6 期 表4 乳化器转速对炸药爆炸性能影响表6 机械制粉工艺粉状乳化炸药的爆炸性能 1 0 0 5 0 0 7 0 0 9 0 0 0 ．4 乳化失败，炸药拒爆 一 2 ．23 3 0 08 3 ．13 6 0 01 0 4 ．03 8 0 01 2 试验结果表明，在机械制粉工艺中乳化器转速 对乳胶质量影响较大，较高转速时制备的炸药爆炸 性能较好。这是由于乳化粒子随着乳化时的搅拌速 度即剪切强度的增加而变小，油水相接触更加充分、 紧密，这样乳胶在机械粉碎受破坏时内相暴露的机 率也下降，这都有助于改善炸药爆炸性能。机械制 粉工艺中乳化液粒子大小及其均匀分布对炸药性能 影响较大，在这一点上同喷雾制粉工艺有较大区别。 但是，搅拌强度过大对安全不利，工艺条件的选 择应恰当。 2 ．4 机械制粉粉状乳化炸药的配方及产品性能 根据现有粉状乳化炸药的基本配方并结合以上 试验研究结果，最终确定了适应机械制粉的基本配 方，如表5 所示。 表5 粉状乳化炸药新工艺配方 组分配比／％ 硝酸铵 晶型改性剂 水 乳化剂 复合油相 固体添加剂 按照确定的配方制备乳胶基质，控制油相温度 1 1 0 1 3 0 ℃、水相温度1 2 0 1 3 0o C ，乳化时间7 0s 。 将冷却固化后的乳胶采用自制的制粉机制成药粉， 不经筛分，直接装药并测试性能，结果见表6 。 数据表明，按照优化的配方通过机械制粉方式 制备的粉状乳化炸药的爆炸性能优于2 号岩石粉状 铵梯炸药，与现有粉状乳化炸药的爆炸性能相当，并 且药粉流散性良好，殉爆距离有所降低，堆积密度略 有增大。 对机械制粉工艺粉状乳化炸药的储存性能也进 行了考察，结果表明常温自然储存6 个月的炸药爆 速为3 3 2 0m ／s 、殉爆距离为5 c m 。 3 结论 由于机械制粉工艺的特殊性，其炸药配方同传 统喷雾制粉工艺有较大不同。机械制粉工艺中乳化 剂的选择对于乳胶成粉及产品性能影响较大。以石 蜡、地蜡复合作为油相材料的主体利于实现药粉的 物理性能与爆炸性能要求。乳化工艺对炸药性能有 非常大的影响，乳化质量好，则药粉的爆炸性能提高 明显。测试结果证明，研究确定的新配方完全适应 机械制粉工艺要求，并且制备的药粉具有优良爆炸 性能和储存稳定性。 参考文献 [ 1 ]康廷璋，张晓智，李子强．粉状乳化炸药的生产与应用 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 3 ，9 1 4 8 5 2 ． [ 2 ] 倪欧琪，俞明熊．粉状乳化炸药的研究与发展[ J ] ．爆 破器材，2 0 0 0 ，2 9 2 1 2 一1 5 ． [ 3 ] 栗峰雷．粉状乳化炸药成粉工艺再探[ J ] ．煤矿爆破， 2 0 0 5 3 1 5 1 6 ． [ 4 ] 倪欧琪，张兴明，唐双凌，等．粉状乳化炸药的制备方 法[ P ] ．中国专利1 7 6 5 8 5 3 ，2 0 0 6 - 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