提高连续膨化硝铵炸药密度与流散性的探讨.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第2 期 提高连续膨化硝铵炸药密度与流散性的探讨’ 王天明李公华张靖 新时代 济南 民爆科技产业有限公司 山东济南，2 5 0 1 0 4 [ 摘要] 在膨化硝铵炸药生产线硝酸铵溶解罐中引入1 ．5 ％一4 ．3 ％的重质燃料油，实现重质燃料油与硝酸铵 溶液的液一液混合，可提高膨化硝酸铵密度0 ．0 4g ／e r a 3 ，增加膨化硝酸铵感度4 c m ；在膨化工序中引入粉状硝酸铵。 与膨化硝酸铵比例按6 4 加入，可进一步提高产品密度0 ．0 8 9 ／e r a 3 ；加入矿物粉添加剂5 ％，烷胺类盐0 ．2 ％一 0 ．6 ％，能够有效提高膨化炸药产品流散性。 [ 关键词] 膨化硝铵炸药 重质燃料油粉状硝酸铵密度流散性矿物粉 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 13 5 6 4 ．4 2 引言 膨化硝铵炸药⋯是以硝酸铵为氧化剂，辅以适 量燃料油和添加剂混合而成的一种工业炸药，其独 具的“自敏化热点理论”为该产品性能提供了有效 保障，近十几年来，膨化硝铵炸药在民爆行业得到快 速的发展。根据民爆行业指导意见，膨化硝铵炸药 生产线正在向连续化、低碳、节能方面发展，新的连 续化生产线打破了传统工艺的束缚，解决了传统工 艺的诸多弊端，但对新的生产工艺来说，在连续化工 艺取消轮碾机混合工序后，膨化硝铵炸药心1 出现密 度低，膨化大包产品流散性差等缺点，尤其是膨化硝 铵药卷产品，与间断膨化工艺炸药产品相比，密度低 0 ．1 0 0 ．2 0g ／e r a 3 ，一般装药密度在0 ．8 0 0 ．9 0 9 ／ c l r 1 3 之间。由于单位体积装药量下降，导致单位体 积作功能力明显不足，无法满足用户正常使用要求。 针对连续膨化硝铵炸药产品存在以上几个问 题，在南京理工大学二代膨化生产线基础上引入粉 状硝酸铵；同时在硝酸铵溶解罐中引入一种价格低 廉的重质燃料油，在替代膨化硝铵炸药油相材料的 同时，还能够改善膨化硝酸铵效果，降低膨化硝酸铵 的吸湿速度，提高膨化硝酸铵殉爆感度，提高膨化硝 酸铵密度；在连续膨化生产工艺中添加一种矿物粉。 进一步提高膨化硝铵炸药密度并有效改善炸药流散 性；烷胺类盐的引入有效改善了加入粉状硝酸铵之 后对产品殉爆性能的影响。 l 主要添加物特性及作用 1 ．1 重质燃料油N 1 重质燃料油的分子量大，粘度较高，密度0 ．8 2 0 ．9 5g ／c m 3 ，比热值4 1 8 0 0 ～4 5 9 8 0k J ／k g 左右。 主要成分是碳水化合物，另外还含有约0 ．1 ％一 4 ．0 ％的硫磺及微量的无机化合物。挥发性小，能够 均匀包覆在膨化硝酸铵表面，防止硝酸铵结块吸湿， 降低粉尘，增加膨化硝酸铵密度。 膨化硝铵炸药是以膨化硝酸铵与可燃剂为主 体，在一定工艺条件下混合而成的混合爆炸物。膨 化硝酸铵在炸药中是最重要的成分，膨化硝酸铵的 性能直接决定膨化硝铵炸药的性能指标。由于硝酸 铵是强极性物质，有很高的表面能，在适当强制析晶 条件下，硝酸铵溶液呈现“沸腾”状态，其中水分迅 速汽化、溢出，内部充满“空穴”、“气孔”和“微气 泡”。利用这一原理，在硝酸铵溶解罐内加入1 ．5 ％ 一4 ．3 ％的重质燃料油【4 】，通过真空膨化∞j ，提高膨 化硝酸铵有效气泡数量，使直径在l 1 0 。6 m 与 l 1 0q m 之间的有效气泡数量增加。从而提高了 膨化硝酸铵的热点数，弥补粉状硝酸铵加入后对产 品殉爆性能的影响。液一液混合工艺与普通工艺的 膨化硝酸铵性能对比见表1 。 表1 液一液混合膨化工艺与普通膨化 工艺性能对比 膨化工艺方案密度／ g c m ’3 殉爆距离／e r a 通过上述对比试验可以得出，液一液混合工艺 与普通膨化工艺相比，膨化硝酸铵密度提高0 ．0 4 g ／e r a 3 ，膨化硝酸铵殉爆距离提高4 e r a 。 1 ．2 粉状硝酸铵M 1 为进一步提高膨化硝铵炸药装药密度，在膨化 硝酸铵输送螺旋的同侧增加一种颗粒硝酸铵改性 收稿日期2 0 1 0 ．1 2 舶 作者简介王天明 1 9 8 2 一 ，男，助理工程师。主要从事民用炸药生产、研发工作。E ．m a l l d a m a 0 7 2 1 1 6 3 ．e ．o m 万方数据 2 0 11 年4 月 提高连续膨化硝铵炸药密度与流散性的探讨王天明等 器，在膨化硝酸铵中引人密度较大的粉状硝酸铵。 该设备由3 节封闭螺旋组成，每节螺旋夹层通有蒸 汽，用以粉状硝酸铵的升温，每节螺旋末端设有除湿 装置，及时把粉状硝酸铵蒸发出的水汽吸出，螺旋输 送速度由变频器控制，该设备能够在1 0m i n 内使粉 状硝酸铵升温至8 0 9 0 ℃，水分降至0 ．0 5 ％以下。 粉状硝酸铵计量主要采用集料箱集中存料和密封螺 旋定量来实现，通过集料箱内存料，确保定量螺旋内 始终保持满料，调节螺旋变频器的频率实现定量计 量混合 设备简图见图1 。 抽真空’ ⋯lL ⋯ 删≮≤孓洋 输硝烘干螺旋 ” 图1 粉状硝酸铵改性器简图 经过大量试验得出，在岩石膨化产品中，采用 液一液混合工艺同时引入粉状硝酸铵，比例按照膨 化硝酸铵粉状硝酸铵 6 4 时，产品密度较普通 膨化硝酸铵产品密度提高O ．0 8 9 ／c m 3 ，由0 ．8 7 9 ／c m 3 增至O ．9 5g ／c m 3 。膨化硝酸铵产品殉爆距离、猛度 等性能指标基本不变。具体试验数据见表2 。 表2 添加粉状硝酸铵前后产品性能对比 1 ．3 烷胺类盐 应用表面活性剂对硝酸铵抗吸湿的特性，在膨 化硝酸铵中加入一种烷胺类盐，能够有效降低硝酸 铵的表面能，使膨化硝酸铵表面形成更加密集的憎 水薄膜层，从而阻止空气水分子对硝酸铵的侵入。 烷胺类盐【7 1 是一种阳离子表面活性剂，呈淡黄 色或白色，具有较大的比表面积，热稳定性好，在膨 化硝酸铵输送螺旋与粉状硝酸铵混合处加入，加入 量占配方比例0 ．2 ％一0 ．6 ％，能够有效提高膨化硝 酸铵的流散性，进一步起到防止产品结块作用，提高 混合硝酸铵殉爆感度。试验结果见表3 。 通过上述试验看出，烷胺类盐的加入，能够有效 改善膨化硝酸铵与粉状硝酸铵混合后的殉爆感度 表3 烷胺类盐对混合硝酸铵殉爆性能的影响 2c m 左右o 1 ．4 磷矿粉 由于膨化硝酸铵在炸药配方中所占比例在 8 0 ％以上，在取消轮碾机碾压工序后，膨化硝酸铵中 大直径气泡比例较大，导致膨化硝铵炸药产品密度 较小。为了提高膨化硝铵炸药密度，在三料混合工 序中加入一种矿物粉，该物质呈浅黄色，密度2 ．8 3 ．0g ／c m 3 ，主要成分是P 、O 、F e 、C a ，热值适中，细度 能够1 0 0 ％通过1 0 0 目筛。该物质不属于普通石粉 类密度调节剂，在膨化硝酸铵三料混合的位置按一 定比例加入，能够均匀分散在硝酸铵表面。在一定 程度上，对膨化硝酸铵空隙起到填充的作用，可有效 改善炸药的流散性，提高膨化产品的密度。 试验模拟在下料口直径为7 0m m 漏斗中，一分 钟流出炸药的质量作为衡量炸药流散性的依据，检 测前后两种膨化硝铵炸药产品流散性。该矿物粉对 产品流散性影响见表4 。 表4 矿物粉加入量对产品流散性的影响 通过试验得出，在保证配方氧平衡的前提下，矿 物粉加人量占配方比例5 ％时，炸药产品性能最好。 2 配方设计原理 对于膨化硝铵炸药来说，爆炸的放热性是其爆 炸过程中最主要的要素之一，爆炸的放热量对该炸 药的作功能力有着重要的影响，而决定放热量多少 主要由组成炸药可燃元素或可燃组分被氧化的程 度。因此，膨化硝铵炸药配方设计的基本原则是最 大放热原理，即完全氧化原理哺】。根据膨化硝铵炸 药零氧平衡配方设计原则，通过氧乎衡计算，计算出 配方中各种组成物质的加入量对产品性能的影响， 配方设计要求保持配方体系为微负氧，确保炸药爆 炸反应物全部或近似全部为H O 和C O 。 岩石膨化大包产品配方中，硝酸铵8 8 ％ 膨化 硝酸铵颗粒硝酸铵 6 4 ，重质燃料油2 ．5 ％， 木粉4 ．5 ％，矿物粉5 ．O ％。 万方数据 1 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第2 期 3 配方综合设计 参考文献 膨化硝铵炸药新工艺中，重质燃料油添加比例 [ 1 ] 吕春绪，刘祖亮，陆明，等．膨化硝铵炸药[ M ] ．北京 为1 5 ％．．4 3 ％，磷矿粉添加比例为1 0 ％。 兵器工业出版社，2 0 0 1 1 5 - 2 0 ． 5 0 ％，烷胺类盐添加比例为0 2 ％～0 ．6 ％。对不 [ 2 ] 丁芸．表面活性剂改善硝酸铵及其炸药性能的研究 同添加物比例所生产的膨化硝铵炸药9 3 2 r n r n 样品 [ D ] ．南京华东工学院，1 9 9 0 ． 药卷产品的正常生产，并满足不同用户的需求。 [ 6 ] 陆明，吕春绪，刘祖亮，胡茂明膨化硝酸铵的膨化过 4 结论 程研究[ J ] 火炸药学报，1 9 9 9 3 1 5 1 7 1 在硝酸铵溶解罐中引入1 ．5 ％．4 ．3 ％的重 [ 7 3 吕春绪，刘祖亮，惠君明岩石膨化硝铵炸药研究[ J ] 质燃料油，可以提高膨化硝酸铵密度O ．0 4g ／c m 3 ，由 爆破器材，1 9 9 7 ，2 6 1 5 - 7 ． 此可以提高膨化硝酸铵的殉爆距离4c m 。 [ 8 】陈天云，吕春绪，叶志文改性硝酸铵性能研究[ j ] 含 匕膨恐套鬈兰熏譬磐笺祭絮熘悠㈨嬲嚣裂菜泛⋯炸一Ⅲ．火炸 妻璧些鐾酸铵比例麓6 4 加入，能够提高膨化硝铵 p 。獭网。。厶’, 1 口9 9 肿9 , 2 日’2 帚2 r 3 例4 ’- 3 以5 ．旺洲刚1 纠圳几H 卜“’。 炸药密度0 ．0 8g ／e m 3 。 万方数据