一种新型高威力乳化炸药的研究.pdf

爆破器材E x p l ∞i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第2 期 一种新型高威力乳化炸药的研究‘ 孙德勇 湖南南岭民用爆破器材股份有限公司 湖南永州，4 2 5 2 0 2 [ 摘要] 文章分析了目前国内乳化炸药的现状及存在的问题，研制了一种配方简单、成本低廉、做功能力高、贮 存期长、药态较硬的高威力乳化炸药。 [ 关键词] 乳化炸药高威力配方设计 [ 分类号] - I 【 2 3 5 ．2 l 1 引言 针对原普通2 号岩石乳化炸药存在的产品粘 袋、粘炮孔壁、药体较稀、有后效 化学敏化 及作功 能力较低 一般在2 6 0 一3 0 0l I l l ，粉状炸药在3 2 0 一 3 4 0 Ⅱd 等缺陷，研究一种高威力乳化炸药，其作功 能力达3 2 0I I l l ，能满足用户对某些硬岩或特殊使用 场合的使用要求。主要技术措施是选用一种高分子 复合乳化剂使产品不粘手，易于操作，且氧化剂水含 量减少时，炸药贮存期长，稳定性好；采用适宜的氧 化剂、水、可燃剂质量分数提高作功能力；在化学快 速发泡剂中添加一种多元醇和一种表面活性剂能使 炸药基体快速发泡，硬度加大，且无后效。这种高威 力乳化炸药成本不高于普通2 号岩石乳化炸药，其 体系中不添加单质炸药或金属粉末等，炸药性能指 标能达到G B l 8 0 9 5 删0 乳化炸药中l 号岩石乳 化炸药的要求。用户使用经技改后的高威力乳化炸 药，反映良好，炸药总体威力增大。 2 高威力乳化炸药研制的原理 2 ．1 炸药作功能力的影响因素⋯ 提高炸药的爆热，能有效地提高炸药的作功能 力，炸药爆热的影响因素有 1 改善炸药的氧平衡，通常采用零氧平衡，当 炸药的配方为零氧平衡或接近零氧平衡时，此时放 出的热量最大，有害气体最少，作功能力最大。 2 引入高能元素及添加高能量的可燃剂，如 铝粉等。由于炸药成本和使用场合的限制，一般不 宜采用此方法 用户需求除外 。 3 适当提高组分中硝酸铵含量，降低硝酸钠、 水含量，提高炸药的爆热和爆容。 4 适当提高炸药密度，有利于提高体积作功 能力；适当提高敏化剂、可燃剂和氧化剂各组分的接 触程度 微乳化技术 ，可提高炸药的爆轰性能，改 善爆轰稳定性，释放最大能量。 本文采用以上原理方法设计高威力乳化炸药。 2 ．2 高威力乳化炸药组分 乳化炸药的组分主要是氧化剂、可燃剂和敏化 剂，另有一定量的水分和少量的添加剂。由于乳化 技术的应用，氧化剂水相以l 一3 岬的粒度被近似 于分子膜的油相材料紧密包覆，氧化剂和可燃剂的 微细结晶紧密接触，制成炸药后，在外界能量作用下 能够迅速发生反应，放出最大能量。氧化剂和可燃 剂是炸药的主要含能组分，其多少直接影响炸药的 作功能力。在含水炸药中，适当提高硝酸铵含量，选 择适宜其它组分材料质量分数，有利于提高乳化炸 药体系的爆热和爆容。根据这一理论，按照乳化炸 药配方模型设计原理，对乳化炸药爆热和比容的影 响因素选择组分适宜质量分数⋯。 2 ．3 氧化剂的选择 氧化剂采用工业硝酸铵 不添加防结块剂 和 部分硝酸钠 硝酸钠可以提供部分氧及降低水相析 晶点及稳定作用 。硝酸铵是乳化炸药的主要氧化 剂，增加乳化炸药中的硝酸铵质量分数，能使乳化炸 药的爆热和比容提高。当硝酸铵质量分数由7 0 ．0 ％ 增至8 1 ．0 ％时，爆热值增加4 ．8 ％，比容值增加 5 ．7 ％，为此选择硝酸铵质量分数7 8 ．O ％左右最佳。 硝酸钠质量分数从5 ．O ％增长到1 5 ．0 ％时，乳化炸 药的爆热先增后降，比容下降4 ．O ％。当硝酸钠质 量分数为7 ．O ％左右时对乳化炸药的爆热和比容有 利。 2 ．4 水含量确定 乳化炸药中的水作为氧化剂的增溶剂，使氧化 剂溶解为溶液，使其与可燃剂油相材料均匀混合，这 收稿日期2 0 0 8 ．c 1 6 ．1 l 作者简介孙德勇 1 9 6 4 一 ，男，工程师，主要从事工业炸药技术研究。 万方数据 2 0 0 9 年4 月一种新型高威力乳化炸药的研究孙德勇 1 7 样使爆炸效能得到充分发挥。但水在炸药爆轰过程 中需汽化，水汽化需要吸收大量的热量，而使乳化炸 药的爆热降低，这就是乳化炸药作功能力 一般2 6 0 一3 0 0 m 1 低于粉状硝铵炸药的作功能力 一般为 3 2 0 一3 4 0 m 1 的主要原因。乳化炸药的水分质量分 数由8 ．0 ％增至1 3 ．0 ％，爆热下降9 ．0 ％，比容上升 2 ．O ％，为使乳化炸药具有较高的爆热和比容，水分 质量分数控制在9 ．O ％一l O ．O ％。由于技术进步， 原单一s p 跚- 8 0 乳化剂在水份低于8 ．O ％时难以乳 化及炸药贮存不稳定状况已得到解决。人们采用了 高分子乳化剂，能使含水量降为3 ．O ％时的乳化炸 药与含水为1 1 ．2 ％的乳化炸药贮存并没有太大区 别【2 】，为此，经试验研究，选择了该高分子乳化剂且 水份质量分数实际控制在7 ．0 ％一9 ．o ％时能确保 产品质量。 2 ．5 水相添加剂的选择 由于设计的高威力岩石乳化炸药配制提高了硝 酸铵含量，减少了水分含量，造成水相析晶点偏高， 易产生相变，于安全和乳化炸药贮存稳定性不利。 根据有关文献报道，某些多元醇与水相溶液中的硝 酸盐形成氢键，某些阴离子表面活性剂也能增加硝 酸铵在水相中的溶解度，改变硝酸铵析晶晶形。为 此，试验中选用了一种多元醇和阴离子表面活性剂 作为复合添加剂降低水相析晶点，加入量为0 ．1 ％ 一1 ．0 ％。 2 ．6 油相材料的选择 油相材料含量直接影响炸药的氧平衡，油相材 料用量越大，氧平衡值越负，影响乳化炸药的爆热和 爆容。油相材料的用量满足体系氧平衡即可。经多 次试验研究与产品贮存，选用一种酸值低、粘度较 高，针入度大，能与乳化剂匹配的复合油相材料，加 入量为3 ．O ％一5 ．O ％。 2 ．7 复合乳化剂的选择 虽然乳化剂量少，但对产品质量起着关键作用， S p 吼．{ B o 具有乳化强度低及原料易得的优点，但生产 的乳化炸药贮存稳定性低；丁二酰亚胺具有储存稳 定性好，但要求乳化强度高，安全性降低，乳化剂产 品质量受原料的质量影响以及热稳定性较差等特 点。经试验研究，选择一种适合高威力乳化炸药使 用的高分子乳化剂 本产品由聚q 烯烃与多种化合 物反应而成，内含酯类结构 ，它具有以下特点 1 乳化效率高，成乳速度快于S p 明名O ，乳化 稳定性高，贮存稳定性优于T ．1 5 5 ，在含水量降低情 况下，仍具有很好的贮存稳定性； 2 用它生产的乳化炸药药态好，有弹性，且不 粘袋，与复合蜡有较好的匹配性； 3 可单独使用，也可以与S p 跚名0 、丁二酰亚 胺类乳化剂复配使用。经试验研究，采用此高分子 乳化剂与S p 跚．8 0 、丁二酰亚胺复配使用，总量为 1 ．5 ％一2 ．5 ％。同时在复合乳化剂中加人乳化助剂 F L ，一般加入量为O ．3 ％一O ．5 ％，它有助于降低 成本，提高膜的强度，产品贮存期延长。各种乳化剂 所需乳化强度见表l 。 表l不同品种乳化荆所需乳化强度对比试验 乳化剂 斛嗍s 。5 嬲戮h ，粪豢 线速度／ m 5 - 1 72 6 线速度／ m 8 ‘1 时间 F F ／d 2 ．8 敏化剂的选择和密度控制 乳化炸药其基质乳化液由于密度较高，通常雷 管很难引爆。为了提高其敏感度，通常采用化学发 泡和多孔物质使气泡直径在1 0 0 皿以下，一般气泡 体积占总体积的l O ％一1 4 ％，气泡数目每立方厘米 中数万至数百万为宜。密度约为1 ．0 5 1 ．3 0 g ／c m 3 【3 】。高威力乳化炸药是采用亚硝酸钠、稳定 剂和助剂等材料联合敏化的快速化学发泡敏化技术 经技改 。该发泡技术产生的气体是氮气，无毒， 对配方依赖性较小，对搅拌 掺合 设备无特殊要 求。发泡剂参数如下 1 A 剂亚硝酸钠、一种表面活性剂K 1 2 、水和 一种多元醇 该表面活性剂K 1 2 为流质，加入发泡 剂中能使微小气泡固化，微小气泡不易逸出和散发， 且防止微小气泡聚集成为大气泡，它的加人还能使 基体快速发泡，且产品爆速、猛度高，稳定性好，无后 效 。 2 B 剂硝酸铵、尿素、醋酸、硫脲 发泡困难 时添加 ；溶剂为水和一种多元醇 该多元醇起着粘 滞作用，利于产生”热点”，会夹带和包覆一定量的 微小气泡，利于化学发泡 。p H 值控制在4 ．0 6 ．0 之间。 经试验研究，先把乳胶基质冷却至3 5 5 5 ℃， 加入4 5 5 0 ℃的A 剂 加入时问控制在l 一3 m i n ， 搅拌4 5 m i I l 之后加入B 剂，再搅拌O ．5 2 ．0m i n 后出药。发泡剂加入总量为0 ．1 2 ％一2 ．O ％，化学 发泡后炸药密度控制为1 ．1 0 1 ．2 5 9 ／c m 3 ，采用机 万方数据 1 8 爆破器材E 【p 1 0 8 i v eM a t e r i a l B第3 8 卷第2 期 械装药。 3 试验部分 3 ．1 高威力乳化炸药配方 经过理论计算和反复试验研究及性能、成本、爆 破使用及贮存的平衡统一原则，最后确定了高威力 乳化炸药配方。该配方设计为零氧平衡或微偏负。 各组分配比如表2 所示，产品性能见表3 。 表2 高威力乳化炸药配方 ％ 表3 产品性能对比评价 产品性能燃曩甏翥要熬薯 挚药密黑 o ．9 5 ．1 ．3 0o ．9 5 ．1 ．3 0o ．9 5 。1 ．3 0 L g 。c mJ 殉爆距离／衄 5 0 一9 0 3 0 一7 0≥5 0 堡影．I 、 4 5 0 0 ．5 5 0 03 3 0 0 ．4 5 ∞ ≥4 5 0 0 L m ‘8J 猛度／咖1 6 2 21 5 一1 8≥1 6 作功能力／丑 3 2 0 一3 3 82 6 0 一3 0 0 ≥3 2 0 原料成本低较高 一 贮存稳定性／月 8 1 26 7一 药态状况麓糊繁黼一 用户反映效果好一般 一 结果表明，该产品具有较高性能优势，较长贮存 期，威力较高，具有一定技术优势和市场发展潜力。 3 ．2 高威力乳化炸药生产工艺和安全性能 高威力乳化炸药的生产仍采用原普通2 号岩石 乳化炸药生产工艺和现行设备，由于采用易乳性高 分子复合乳化剂和快速发泡技术及添加剂，利于低 温乳化。氧化剂温度控制参数为1 0 5 1 2 0 ℃，晾药 温度3 5 5 5 ℃，化学发泡之后，即可装药，且炸药无 后效、不粘袋。 高威力乳化炸药组分中不含单质炸药和强氧化 剂，只靠无机敏化剂敏化 有机敏化剂存在一定安 全隐患 ，故安全性能较好。经测试主要安全指标， 该炸药完全符合国家标准要求。 3 ．3 使用效果 高威力乳化炸药试制后，分别用该炸药到现场 进行爆破试验，试验效果较好，用户反映整体威力增 大，硬岩和深孔爆破较好。试验条件是钻杆长2 ．5 m ，炮孑L 深2 ．2 m ，在相同条件下，用相同量高威力乳 化炸药、2 号岩石乳化炸药、膨化硝铵炸药进行爆 破对比试验。试验结果表明，高威力乳化炸药优于 2 号岩石乳化炸药，相当于膨化硝铵炸药的爆破效 果。试验结果如表4 所示。 表4 几种炸药在矿井的爆破效果 4 结论 1 通过乳化炸药配方设计模型，选择适宜组 分质量分数，提高了高威力乳化炸药作功能力。 2 选用高分子乳化剂新材料及技改后的化学 发泡技术，提高了炸药贮存稳定性和爆炸性能。 3 该高威力炸药成形好，不粘壁，便于操作和 使用，比原普通2 号岩石乳化炸药更具有市场竞争 能力和好的爆破效果。 参考文献 [ 1 ] 陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出 版社，2 0 0 2 ．1 3 8 2 3 9 ． [ 2 ]王鼎聪，等．咖一A 型乳化炸药专用复合剂性能的研 究【J ] ．爆破器材，2 0 0 0 ，2 9 4 1 3 1 4 ． [ 3 ]吕春绪，等．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版 社，2 0 0 3 ．4 4 ． ．风嫩a r 吐佃aN e w1 I y p eh 帅埘蚰E 叫0 s I “ w 油伍g hP o 珊 S U ND e y 0 唱 H u ’咖№l i I l gI I l d 耐a l 啪㈣c o ．，圳． H u ’咖岫，4 2 5 2 0 2 [ A B s I 毗c T 】‰即鲫n 蜘a n d 恤d 删删锄0 f 幽e x p l 饱i v ei I IC h i I I am 州，ak i n ddI 删 t y l P ce 皿1 1 8 i o n 既幽i v ew h i c hp ∞嘲8s i m p l e 咖珊咀∞t ，l o wc o 毗，l l i g h8 缸℃n g t h ，l ∞g 雠哪g e ，r i g i dd n l gg t a t ei s8 t l I 删 i nt h i 8p 印e r ．’r h ep r i I l c i p l e 蛐dt h e 姗妇t I l I i I l gt 删。舒0 ft l l ep m d u c 协n 陀捌b e dH c n y ． 【旺YW 0 肛l s ] 哪I l l s i o n 唧1 0 8 i v e ，h i g h w 盯，f 0 嘞u l 薯岖∞d 鹪i 印 万方数据