提高改性铵油炸药质量的探讨.pdf

2 0 1 0 年1 2 月提高改性铵油炸药质量的探讨肖代军 提高改性铵油炸药质量的探讨 肖代军 四川省西昌永盛实业有限责任公司 四川西昌，6 1 5 0 0 0 [ 摘要]文章论述了用气流粉碎于燥硝酸铵球磨混药连续工艺生产的改性铵油炸药，虽然产品的质量性能指标 能达到国家标准，但在工程爆破中用0 3 2 m m l 5 0 9 药卷对浅孔和深孔进行爆破效果差 特别对岩石硬度普氏系数， 大于1 0 的岩层 。针对这种情况，提出了球磨混药连续工艺的改进措施。改性铵油炸药的具体配比为硝酸铵 9 1 ．8 ％、复合油相3 ．7 ％、木粉4 ．1 ％、改性剂0 ．4 ％为宜。 [ 关键词]改性铵油炸药 生产工艺 质量 配比 【分类号] T Q 5 6 4 ．4 2 引言 改性铵油炸药是伴随着国家取缔含梯硝铵炸药 后发展起来的一种更新换代的新型炸药产品，它具 备原材料广泛、工艺简单、成本低等优点⋯。但是， 对岩石结构较坚固的地区来说，要用改性铵油炸药 去替代长期习惯使用的2 号岩石粉状铵梯油炸药就 有很大的难度。其原因是用气流粉碎干燥硝酸铵 球磨混药连续工艺批量生产出来的改性铵油炸药的 产品质量不稳定，虽然达到国家质量标准，用于“大 爆破”比铵油炸药爆破效果好，但若用0 3 2 m m l 5 0 9 或0 3 5 m m 2 0 0 9 药卷对浅孑L 或深孔进行爆破效果差， 有时出现“压死现象” 尤其是对岩石硬度普氏系数 ，大于l O 的岩层 ，用户不愿意使用。特别是采用 该工艺，每班前面生产出来的约8 0 0 ～1 0 0 0 k g 炸药 质量不合格，必须返修。针对这种情况，对气流粉碎 干燥硝酸铵球磨混药连续工艺进行了改进，并对配 方组成及复合油相材料进行了调整。 1 不同的生产工艺对改性铵油炸药质量的影响 改性铵油炸药的爆轰机理符合热点理论，改性 过程就是其敏化过程，即提高炸药感度的过程悼J 。 目前对硝酸铵进行改性的工艺主要有两种，一是采 用改性塔连续改性，二是采用气流粉碎干燥硝酸铵 球磨混药连续细化改性。笔者采用的是气流粉碎干 燥硝酸铵球磨混药连续工艺。该工艺采取控制硝酸 铵水分，加添加剂对硝酸铵改性和管道中喷油混合 的技术措施，实现了气流工艺生产改性铵油炸药的 连续化整线控制口J 。 1 ．1 改进前的气流粉碎干燥硝酸铵球磨混药连续 工艺 1 ．1 ．1 工艺流程 硝铵粗碎、加改性剂 一级凸轮机粉碎、干燥 一二级凸轮机粉碎、干燥一硝铵粉经输送管干 燥、改性一硝铵粉、油相在管道内混合进入螺运 机，加人木粉- 球磨连续混合粉碎、出药一 自动 装药一自动中包、装箱一成品入库。 1 ．1 ．2 产品质量分析 对于不含T N T 的改性铵油炸药的组分配比要 考虑尽量接近零氧平衡，还要考虑它的各项质量性 能指标要超过国家标准。因此，在生产过程中对改 性铵油炸药的组分配比反复进行了实验分析，如表 l 。表中硝铵出料温度是指硝酸铵经气流粉碎干燥 后的硝酸铵粉与复合油相混合前的温度，且表中试 验药卷采用D 3 2 m m l 5 0 9 。 从表l 的实验分析看，同样用气流粉碎干燥硝 铵球磨混药连续工艺生产的改性铵油炸药，若对各 组分配比控制好，其产品质量指标达到或超过国家 表1改性铵油炸药组分对质量的影响 收稿日期2 0 l O 旬3 - 0 9 作者简介肖代军 1 9 5 6 一 ，男，高级工程师。主要从事工业炸药生产技术研究及安全生产管理。E m a i l y s e e k x y 1 6 3 ．咖 万方数据 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第6 期 标准，其氧平衡为一2 ．9 ％或 3 ．1 ％，如组号1 ；同 样，若各组分配比控制不好，其产品质量指标达不到 国家标准，且氧平衡为一0 ．1 8 或 7 ．9 ％，如组号2 。 这样就会导致爆炸反应不完全，炮烟大，一氧化碳和 氮化物等有毒气体含量多，如组号l 和组号2 。这 就是说混合炸药中氧化剂与可燃剂的混合均匀性直 接关系到炸药爆炸性能的优劣H J 。 但是，从表1 的实验分析得知，组号1 中产品质 量指标虽然达到或超过国家标准，在工程爆破中用 于“大爆破”比铵油炸药爆破效果好；若用 0 3 2 m m l 5 0 9 或0 3 5 m m 2 0 0 9 药卷对浅孔和深孔进行 爆破则效果差，尤其是对岩石硬度普氏系数厂大于 1 0 的岩层爆破效果特别差 即2 ．3 m 深的孔装填药 1 ．9 m 爆炸后残孔达1 ．2 1 ．6 m ，用户不满意。 经过反复的实验对比分析认为，影响气流粉碎 干燥硝酸铵球磨混药连续工艺生产的改性铵油炸药 质量性能指标的因素主要有两点一是它对硝酸铵 粉、木粉的配料比靠定量螺旋电机的频率来控制，复 合油相的配料比靠流量计来控制，从而导致各组分 的配比量很不容易控制准确，各组分的配比量波动 很大，这样就导致产品质量不稳定，如表l 中组号 2 。因为复合油相的配比是由硝酸铵粉出料量多少 来控制，而硝酸铵粉出料量靠二级凸轮机定量排料 螺旋的电机转速频率 以下简称频率 来控制，所 以，如果经二级凸轮机改性的硝酸铵粉在管道内有 粘附管壁现象或者料仓内堆积料的多少，都会导致 在频率相同的情况下出来的改性硝酸铵粉的量不一 致，存在有时硝酸铵粉少、复合油相多或硝酸铵粉 多、复合油相少的现象；另外，复合油相材料的粘稠 度大及杂质多也会影响复合油相计量配比 原因是 复合油相粘稠度大会影响流速，复合油相材料杂质 多易堵塞管道而影响计量 ；木粉的加入也是靠电 机转速频率来控制，更难控制。因它受木粉的材质 影响较大；木粉材质硬，粉碎加工出来的成品木粉密 度大，木粉材质软，粉碎加工出来的成品木粉密度 小。所以在频率相同的情况下，木粉材质不同就影 响配方质量计量比。改性的硝酸铵粉与复合油相在 管道及螺旋运输机内混合，再经球磨机粉碎混合。 复合油相与改性的硝酸铵粉在管道内混合时，复合 油相与改性的硝酸铵粉是分离的，因复合油相在降 温过程中形成约6 m m 8 m m 大小的油块，它不能均 匀地分散吸附在硝酸铵粒子表面，形成液固相界面 膜，从而影响产品质量。 1 ．2 对气流粉碎干燥硝酸铵球磨混药连续工艺技 术进行改进 由于国家对产业结构的调整，不允许在粉状硝 铵炸药中加入田盯或其它单质炸药来提高产品的 爆炸性能。如果生产工艺及产品组成配比选择不 当，就会严重影响产品质量性能指标，所以，只有在 实践中探索出一条适应生产改性铵油炸药的生产工 艺，才能使生产出来的小药卷的产品质量满足各种 工程爆破要求，用户愿意使用。 1 ．2 ．1 改进后的气流粉碎干燥硝酸铵球磨混药连 续工艺流程 硝铵粗碎、加改性剂 一级凸轮机粉碎、干燥 一二级凸轮机粉碎、干燥一硝铵粉经输送管干 燥、改性、出料，硝铵粉、复合油相、木粉按配比计 量分别加入轮碾机内 1 0 r a i n 出药一球磨连续混 合粉碎、出药_ 空心桨叶晾药机晾药一自动装 药一自动中包、装箱一成品入库。 1 ．2 ．2 产品质量分析 改进后的气流粉碎干燥硝酸铵轮碾混合球磨粉 碎连续工艺 以下简称改进后的工艺 中，轮碾机内 混合药温控制在7 5 8 0 ℃，既能使复合油相均匀分 散吸附在硝酸铵粒子表面，形成液固相界面膜，又能 使硝酸铵粉与木粉在轮碾机碾压研磨下微粉多、成 品细度好；同时，应用改性硝酸铵粉和复合油相、木 粉按配比分别计量在轮碾机内混药，制成的改性铵 油炸药具有高爆轰感度、优良的物理性能和爆炸性 能，且成品各组分组成准确，见表2 中组号l ；又将 混药时间控制在1 0m i n ／车，能确保安全 原轮碾混 药的压硝温度为1 0 5 ～1 1 0 ℃，压硝时间为3 0 m i n ／ 车 。 为了确保安全，又能提高产品质量，轮碾混药机 的砣质量控制在2 5 0 k g ，每车混药量控制在2 5 0 k g 为 宜。 表2 中，组号l 为改进后工艺生产的产品，组号 2 为改进前工艺生产的产品。组号l 的产品质量性 能指标已大大超过了组号2 。虽然成品细度均为 9 8 ％- 9 9 ％通过6 0 目／英寸筛，但是改进后的工艺 生产的改性铵油炸药质量比改进前的工艺生产的改 性铵油炸药质量有很大提高，其殉爆距离提高了l 一2 e m ，爆速提高了2 8 0 3 0 3 m ／s 。 表2 工艺改进前后生产的改性铵油炸药 的质量分析 釜臀游樱黜塞茎萎蒸翟雾爆速小 号／％ ／％ ／％剂／％凳篙篇／ m ．8 - 1 O 8 6 7 7 8 8 “ 醐 舛乱凹 3 3 3 3 3 3 5 5 5 4 4 3 9 2 鲫孵 卵够粥 ∞他乃 ％力％ 4 4 4 4 4 4 O 0 0 0 O 0 l 1 3 8 9 6 4 4 4 3 3 4 7 3 3 1 5 8 3 4 4 4 4 4 8 2 O 7 2 2 叭虬虬 虬舛如 l 2 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月 提高改性铵油炸药质量的探讨肖代军 9 将组号1 和组号2 的改性铵油炸药在四川省凉 山州布拖县乌依铅矿 该矿区属白云岩方铅矿，岩 石胶连整体性好，无裂缝，岩石坚固性普氏系数厂在 1 2 1 4 之间 进行对比爆破。在同一岩层工作面爆 破结果为组号2 的改性铵油炸药对2 ．3m 深的炮 孔 填充药为1 ．8 2 ．0m 进行爆破后效果很差，其 残孔达1 ．3 1 ．6m ，该矿区用户不愿意使用该产 品；组号l 的改性铵油炸药对4 ．2 m 深的炮孔 填充 药为3 ．7 ～3 ．8m 进行爆破后效果很好，其残孔仅 有0 ．1 0 ．3m ，该矿区用户对这样的爆破效果很满 意，愿意使用该产品。 根据炸药氧平衡原理，当炸药的配方为零氧平 衡或接近零氧平衡时，爆炸反应物才有可能全部或 近似全部是H 0 和C O ，此时炸药爆炸释放出的热 量最大，有毒气体最少，爆破效果最佳【5 J 。为了使 组分中的氧平衡几乎接近于负零氧平衡，改性铵油 炸药的组分配比应为硝酸铵9 1 ．8 ％，复合油相 3 ．7 ％，木粉4 ．1 ％，改性剂0 ．4 ％【6 】。其组分中的氧 平衡为一0 ．6 1 ％，这样爆炸后产生的有毒气体含量 较少。 2 硝酸铵含水量对殉爆距离和爆速的影响 水分对硝酸铵感度的影响是晶体活化敏化的典 型实例[ 7 】。水分作为低密度松散状的硝铵炸药的 附加物，在炸药结构中起填充作用，代替空气占据了 炸药颗粒之间的空隙，增加了炸药的密度，使炸药爆 速增加【8 j 。因此，在生产过程中若使用含水量较低 的硝酸铵 尤其是“新鲜硝酸铵” ，则产品质量指标 较低；若将含水量较低的硝酸铵在粉碎时加入一定 量的水，其产品质量就有很大提高∽j 。尤其是采用 气流粉碎干燥硝酸铵球磨混药连续工艺对硝酸铵进 行粉碎改性，硝酸铵含水量低，经粗碎后通过一级凸 轮机粉碎，进入热风温度达1 4 5 1 5 5 ℃的管道内粉 碎改性，水分迅速蒸发而导致颗粒多，微粉少。根据 扩散传质过程的双膜理论，在硝酸铵吸湿过程中，空 气和硝酸铵饱和溶液层界面的两侧存在着滞流状态 的气膜和液膜。空气中的水汽或者外加入的水分以 分子扩散的方式连续通过两膜进入硝酸铵饱和溶液 主体，并随着饱和溶液的渗透作用进入颗粒内部，当 遇到高温时硝酸铵颗粒内部水分汽化能使硝酸铵颗 粒膨胀产生微粉。因此，无论是硝酸铵自然吸湿的 水分，或者是采用人为的外加水分，使硝酸铵含水量 过低都将影响改性铵油炸药的殉爆距离和爆速，如 表3 。由表3 分析可见经粗碎后的硝酸铵进入管 道前的含水量低于1 ．O ％，其殉爆距离、爆速都比较 低 如组号1 ；如果经粗碎后的硝酸铵进入管道前 的含水量控制在1 ．2 ％一1 ．5 ％，经粉碎改性出来的 硝酸铵粉微粉多，其产品的殉爆距离、爆速都有所提 高，如组号2 。因此，控制加工过程工艺温度和水分 就能确保产品质量及安全0 】。 表3 硝铵含水量对产品质量的影响 为了保证产品质量稳定，采用气流粉碎干燥硝 酸铵球磨混药连续工艺时，在硝酸铵粗碎后进入一 级凸轮机前含水量控制在1 ．2 ％一1 ．5 ％，通过一级 凸轮机粉碎进入的热风温度控制在1 4 5 1 5 5 ℃为 宜。 3 复合油相材料的选择 对不含T N T 的改性铵油炸药，要使它的产品质 量性能指标大于国家标准，复合油相材料的选择至 关重要。复合油相是一种高热值的可燃剂，若采用 较好的混合工艺可使复合油相均匀地分散在硝酸铵 粒子表面形成一层憎水性界面膜，从而提高硝酸铵 的抗吸湿性、抗结块性。尤其是复合油相与高比表 面的硝酸铵相匹配，极大地增加了油相材料与氧化 剂的接触界面和混合均匀性。因此，可以保证混合 炸药具有较高的爆炸反应速度、能量转化率和较高 的爆炸能力。 目前，我国生产铵油炸药的厂家，对复合油相材 料的选择各不相同，为了确保产品质量和安全，本公 司选用含油量2 5 ％一3 0 ％、熔点为4 5 ～5 5 ℃、闪点 开口 ≥2 0 0 ℃的复合蜡与乳化剂和硬脂酸按比例 加人油相制作罐，熔化搅拌均匀作复合油相。实践 证明，选用这种热值和闪点都很高的材料制作而成 的复合油相用于改性铵油炸药中，有助于提高产品 质量和安全。 4 结论 综上所述，要生产出产品质量性能指标既符合 国家标准，又能满足工程爆破要求的改性铵油炸药， 经过反复试验分析认为，只要注意以下几点，就能确 保产品组成准确和质量性能指标的提高 1 采用改进后的气流粉碎干燥硝酸铵轮碾混 合球磨连续工艺生产改性铵油炸药，能使产品的质 量性能指标大于国家质量标准； 2 改性铵油炸药的组分配比应为硝酸铵9 1 ．8 ％，复合油相3 ．7 ％，木粉4 ．1 ％，改性剂0 ．4 ％； 3 硝酸铵经粗碎后进入一级凸轮机前加入的 水分控制为1 ．2 ％一1 ．5 ％，通过一级凸轮机粉碎进 人的热风温度控制在1 4 5 ℃一1 5 5 ℃为宜； 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 l s 第3 9 卷第6 期 4 选用复合蜡、乳化剂和硬脂酸按比例加入 油相制作罐，熔化搅拌均匀作复合油相，这种热值和 闪点都很高的材料制作而成的复合油相用于改性铵 油炸药中，有助于提高产品质量。 参考文献 [ 1 ]杨旭．浅析工艺配方和生产工艺对改性铵油炸药性能 的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 2 1 7 - 1 9 ． [ 2 ] 廖凯峰，刘春根．改性铵油炸药生产工艺探讨[ J 】．煤 矿爆破，2 0 0 9 1 1 6 ．1 8 ． [ 3 ]李克升．气流工艺生产岩石型硝酸铰炸药可行性探讨 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 5 ，3 4 2 1 1 - 1 4 ． [ 4 ]倪欧琪．粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨 [ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 1 1 - 3 ． [ 5 ] 王文佑，云主惠．工业炸药[ M ] ．北京兵器工业出版 社，1 9 9 3 1 3 8 ． [ 6 ]肖代军．改性铵油炸药两种生产工艺的质量控制[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 9 4 1 7 1 9 ． [ 7 ] 刘祖亮．硝酸铵自敏化的基本原理和技术途径[ J ] ．爆 破器材，2 0 0 3 ，3 2 6 4 - 7 ． [ 8 ] 郑孟菊，俞统昌，张银亮．炸药性能及测试技术[ M ] ． 北京兵器工业出版社，1 9 9 0 1 2 8 ． [ 9 ]肖代军．硝酸铵水分含量对粉状硝铵炸药质量的影响 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 7 ，3 6 3 1 4 1 7 ． [ 1 0 ] 刘建军．粉状乳化炸药乳化与泵送安全性措施[ J ] ． 爆破器材，2 0 0 6 ，3 5 2 2 2 - 2 4 ． D i s c u s s i o no nI m p r o v i n gt h eQ u a l i t yo fM o d i f i e dA N F O X I A OD a j j 蛐 【i c h a l l gY o n g s h e n gC o ．，L t d ． S i e h u a nX i c h a n g ，6 1 5 0 0 0 - [ A B S T R A C T ] T h ea r t i c l ee l a b o r a t e so nt h em o d i f i e dA N F Op r o d u c e db yc o n t i n u o u sm i x e dp r o c e s so fj e tm i l lg r i n d i n g d r ya m m o n i u r an i t r a t e ，日a t h o n g ht h eq u a l i t yp e r f o r m a n c eo ft h ep r o d u c ti su pt ot h en a t i o n a ls t a n d a r d s ，h o w e v e r ，i ts h o w s p o o rp e r f o r m a n c ei ns h a l l o wh o l eb l a s t i n ga n dl o n g h o l eb l a s t i n gb y0 3 2 r a m1 5 0 9e x p l o s i v et u b e e s p e c i a l l yo nt h er o c k w i t hh a r d n e s sc o e f f i c i e n t f g r e a t e rt h a n1 0S ＆P r o c k ．I nv i e wo ft h i ss i t u a t i o n ，t h ei m p r o v i n gm e t h o do fb a l lm i l l i n g c o n t i n u o u st e c h n o l o g yi sp r o p o u n d e d ．T h es u i t a b l er a t i oo fa m m o n i u mn i t r a t e ，c o m p o s i t ef u e lo d ，w o o d e np o w d e ra n dm o d i - t i e ri nm o d i f i e dA N F Oi sr e s p e c t i v e l y9 1 ．8 ％，3 ．7 ％，4 ．1 ％，a n d0 ．4 ％． [ K E YW O R D S ] m o d i f i e dA N F O ，p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ，q u a l i t y ，r a t i o 上接第6 页 性能的要求，最终选择2 ．3 ％作为乳化剂的用量。 3 结论 在制备稳定乳化基质时，乳化剂的选择是能否 达到最佳乳化效果的关键。乳化剂的选择，目前尚 没有完善的理论，乳化剂的H L B 值在选择乳化剂和 确定复合乳化剂配比用量等方面有重要的作用，其 优点主要体现在它的加和性上，可以方便地进行计 算；其不足之处是没有考虑其它因素对H L B 值的影 响，例如温度的影响。因此，应用H L B 值选择乳化 剂是一个比较有效的方法，再通过不同含量的乳化 剂对比试验即可找到乳化炸药中适合的乳化剂种类 和用量。 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 2 ，1 4 7 ． [ 2 ] 张坤玲，李瑞珍，卢玉妹，等．H L B 值与乳化剂的选择 [ J ] ．石家庄职业技术学院学报，2 0 0 4 ，1 6 6 2 0 - 2 2 ． [ 3 ] 吕春绪．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 4 ] P a u l ，C ．h i e m e n ．P r i n c i p l e so fc o l l o i da n de u r f a c ee h e m i s - 仃y [ M ] ．M a r s e lD e c k e rI n e ，1 9 9 7 ． S t u d yO i lt h eP r o p o r t i o no fC o m p o u n dE m u l s i f i e ri nE m u l s i o nE x p l o s i v e Z H O UJ u n c h e n g ，K A IJ 蛆j u G u a n g d o n gH o n g d az e r I g I l 雌B l a s t i n gC i v i l i a nC o ．，圳． G u a n g d o n gZ e n g e h e n g ，5 11 3 0 0 【A B S T R A C T ] I nt h i sa r t i c l eH L Bm e t h o di su s e dt os e l e c tt h ea p p r o p r i a t ee m u l s i f i e rf o re m u l s i o ne x p l o s i v e ，a n dt h ee - m d s i f y i n ge f f e c tw i t hd i f f e r e n tr a t i od r i v ee m u l s i f i e r si s 咖p a r e db ye x p e r i m e n t s ．W i t h i nt h eo t h e rf o r m u l a t i o mr e m a i n i n g u n c h a n g e d ，t h es u i t a b l ec o m p o u n de m u l s i f i e rA T lw i t ht h ea p p r o p r i a t et u n o u n to f2 ．3 ％i si n d i c a t e db yc o m p a r i s o no f tt h ep r o d u c t sb yd i f f e r e n ta m o u n to ft h ee m u l s i f i e r ． 【K E YW O R D S ] e m u l s i o ne x p l o s i v e ，e m u l s i f i e r ，H L Bv a l u e 万方数据