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包胶转子泵对乳化炸药敏化气泡的影响研究 ① 张 璞１，２， 唐有根１， 汪惊奇２ （１．中南大学 化学化工学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．湖南金能科技股份有限公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 研究了包胶转子泵对乳化炸药敏化气泡的影响，结果表明，包胶转子泵在进行小直径规格乳化炸药装药时，对敏化气泡质 量存在负面影响，影响小直径药卷的殉爆距离值。 提出了控制敏化速度来改良敏化效果、提高殉爆距离的办法。 关键词 乳化炸药； 包胶转子泵； 化学敏化； 殉爆距离 中图分类号 ＴＤ２３５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０５．００９ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０５－００３４－０３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｒｕｂｂｅｒ⁃ｃｏａｔｅｄ Ｒｏｔｏｒ Ｐｕｍｐ ｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ Ｂｕｂｂｌｅｓ ｏｆ Ｅｍｕｌｓｉｏｎ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｐｕ１，２， ＴＡＮＧ Ｙｏｕ⁃ｇｅｎ１， ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ⁃ｑｉ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎａｎ Ｋｅｎｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ⁃ｃｏａｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ｐｕｍｐ ｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ ｂｕｂｂｌｅｓ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｒｕｂｂｅｒ⁃ｃｏａｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ｐｕｍｐ ｈａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ ｂｕｂｂｌｅｓ ｗｈｅｎ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｃａｒｔｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ， ａｎｄ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｇａｐ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ． Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｇａｐ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ； ｒｕｂｂｅｒ⁃ｃｏａｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ｐｕｍｐ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ； ｇａｐ ｄｉｓｔａｎｃｅ 乳化炸药是一种工业炸药，它利用表面活性剂，将 具有爆炸性的高浓度氧化盐溶液，包裹在可燃的油相 材料中，形成一种油包水的非牛顿流体。 这种油包水 的结构通常直径在 ５ μｍ 以内，氧化剂和还原剂高度 混合，利于爆炸反应的进行。 敏化是提高乳化炸药感 度的重要环节，敏化的理论基础是“热点”学说，采用 化学发泡敏化方式或加入气泡载留物质的物理敏化方 式，可调整乳化炸药密度，改善其起爆感度。 乳化炸药 在常温下呈粘稠胶体状态，并包含有大量的微小气泡 作为“热点”，这些微小气泡直径在 １００ μｍ 以内，当微 小气泡受到绝热压缩时，气泡的温度迅速升高，使得气 泡周围的氧化剂和还原剂反应，使炸药被雷管引 爆［１］。 我国的包装型乳化炸药化学敏化，几乎都是在 乳胶体中加入亚硝酸钠溶液和其他控制反应速度的组 分，利用亚硝酸钠化学反应生成微小气泡留存在乳胶 体中。 近年来，因为化学敏化成本低、生产安全性好、 炸药爆速高等优点，化学敏化越来越受到乳化炸药生 产企业的重视。 乳化炸药具有雷管感度后，再使用装 药设备，将乳化炸药送入纸筒或者是包装膜中形成一 支支圆柱形药卷，这个过程通常称为装药。 装药时，因 为需要将乳化炸药送入小型的包装物中，设备对乳化 炸药有一定的挤压、剪切，这种挤压、剪切可导致乳化 炸药内部微小气泡的聚集变大甚至逃逸，无法形成有 效的“热点”，从而影响炸药的爆炸性能。 而随着民爆 行业对现场人员的限制，要求设备的产能越来越大， ２０１４ 年后，新型的包胶转子泵在乳化炸药小直径规格 装药设备上的应用，一方面提高了装药效率，另一方面 实际生产发现使用转子泵进行装药的小直径药卷，殉 爆距离值较低，给爆破作业带来了一定的困扰。 包胶转子泵是一种容积泵，它的泵体内部有一对 转子，当转子同步转动时，在泵体内部形成腔体吸入乳 化炸药，同时将炸药挤压送入管道，装入塑料薄膜中形 成药卷。 转子泵可以形成较高的真空度和输送压力， 特别适合乳化炸药这类高粘度物质的输送。 转子使用 不锈钢制作，为了避免炸药输送过程中的金属摩擦和 碰撞，在转子的外部有一层 ３～４ ｍｍ 厚的非金属材料 包胶，俗称包胶转子泵［２］。 ①收稿日期 ２０１６－０３－２６ 作者简介 张 璞（１９８４－），男，湖南岳阳人，工程师，主要从事乳化炸药工艺技术方面的研究工作。 第 ３６ 卷第 ５ 期 ２０１６ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１６ 万方数据 １ 化学敏化原理 亚硝酸钠可以与乳化炸药体系中的铵盐、酸发生 反应，例如亚硝酸钠和体系中的主要组分硝酸铵发生 如下反应 ＮａＮＯ２＋ＮＨ４ＮＯ３→ Ｎ２↑＋２Ｈ２Ｏ＋ＮａＮＯ３ 酸性环境能加速上述反应的进行［３］。 当体系呈 碱性时，会阻碍反应进行，例如乳化剂中含有聚异丁烯 丁二酰亚胺类乳化剂时，敏化速度会降低［４］。 通过亚 硝酸钠的反应，并在敏化设备的搅拌下，亚硝酸钠溶液 分散在乳胶体中，边分散边产生气泡留存在胶体中，这 就是乳化炸药化学敏化的过程。 ２ 泵送过程研究 通过装药设备后，乳胶体被装入包装物内，形成一 支支圆柱形药卷，便于爆破作业时塞入炮孔中。 不同 的乳化炸药小直径装药设备，其泵送方式有着明显的 区别，以直径 ３２ ｍｍ 的药卷为例，早期使用蜡纸筒装 药，其泵送管道距离短、压力小，但产能较小、操作人员 多。 近年来多采用塑膜装药，其泵送管路长，压力明显 增大。 本文选取江西萍乡矿务局火工机械厂的活塞式 纸筒装药机以及长沙琦清机械设备有限公司的 ＤＫＪ－２ 型多卡位灌装机，为直径 ３２ ｍｍ 的 ２００ ｇ 药卷进行装 药。 活塞式装药机通过挤压推送将乳化炸药送入纸筒 内，多卡位灌装机使用包胶转子泵，该设备自动化程度 高、安全、计量精度好、连续运行稳定性高。 ２．１ 乳化炸药的制备 乳胶基质的配方为水相 ９３．５％，油相 ６．５％。 水 相中加入柠檬酸调节 ｐＨ 值为 ４．３。 敏化剂的配方为亚硝酸钠 ３０％，水 ７０％。 催化剂的配方为浓度为 １５％ 的磷酸二氢铵 溶液。 每吨炸药敏化剂溶液使用 ２．２ Ｌ 敏化剂溶液、２．２ Ｌ 催化剂溶液，敏化出药密度 １．２０ ｇ／ ｃｍ３，药温 ５０ ℃。 ２．２ 泵送压力试验 将敏化后的乳化炸药立即送至两种装药设备的料 斗进行装药，保证泵送时的乳化炸药密度相同，两种装 药设备的泵送压力数据见表 １。 表 １ 装药压力试验结果 序号 装药压力／ ＭＰａ 活塞式转子泵 １０．１１００．３９８ ２０．０９９０．３９５ ３０．１１２０．４２５ ４０．１０５０．４１８ ５０．１０３０．４３５ ６０．０９８０．４２８ ２．３ 泵送后炸药密度 经过装药泵送后，泵送设备对炸药有一定的挤压作 用，造成乳化炸药内部微小气泡的聚集逃逸，导致炸药 密度发生变化，两种装药设备装药后的密度数据见表２。 表 ２ 泵送后炸药密度试验结果 序号 炸药密度／ （ｇｃｍ －３ ） 活塞式转子泵 １１．１８２１．２３２ ２１．１９５１．２２４ ３１．１６８１．２４０ ４１．１７６１．２３４ ５１．１８４１．２１９ ６１．１７１１．２２７ ２．４ 保温后药卷密度 将两台装药设备生产的药卷正常装箱，模拟库存 条件，并在室温 ２５ ℃下、封闭的房间里保温 ３ ｈ，再检 测其密度，结果见表 ３。 表 ３ 保温后药卷密度试验结果 序号 保温后密度／ （ｇｃｍ －３ ） 活塞式转子泵 １１．１０２１．１５６ ２１．０９５１．１５３ ３１．０９８１．１４２ ４１．１１４１．１６２ ５１．１１２１．１４７ ６１．１０８１．１５２ ２．５ 药卷殉爆距离值检测 将两种药卷正常装箱后，模拟库存条件，在 ２５ ℃ 的室内，关闭门窗减少空气流通，保温 ３ ｈ 后，按 ＧＢ１８０９５－２０００ 检测殉爆距离，结果见表 ４。 表 ４ 药卷殉爆距离检测结果 装药方式殉爆距离／ ｃｍ 活塞式８［３／３］ 转子泵３［３／３］ ２．６ 结果分析 从泵送压力来看，转子泵的泵送压力明显高于活 塞式的压力，这是因为活塞式装药设备送药管路短，管 路造成的压力小；而转子泵在装药时，输送管路因包含 了塑膜成型胶合的长度，导致输送管路较长，大约是活 塞式的 ３ 倍以上，这样输送压力要高于活塞式装药。 从泵送过程的装药密度变化看，装药完成后，经转 子泵装药的炸药密度要大于活塞式装药，这是因为输 送压力增加，且转子泵输送的原理是旋转的转子搅拌 ５３第 ５ 期张 璞等 包胶转子泵对乳化炸药敏化气泡的影响研究 万方数据 式输送，导致部分气泡聚集，发生了逃逸，使密度增大。 保温 ３ ｈ 后，转子泵装药的最终密度也要高于活塞 式装药，这一点也与泵送过程造成的气泡逃逸是一致的。 从殉爆距离检测结果看，转子泵装药的殉爆距离 明显低于活塞式装药，这也说明了最终药卷里的气泡 直径不符合作为“热点”的高要求，一些小气泡在挤压 被聚集后，部分没有逃逸而留存在炸药中，导致气泡平 均直径偏大，影响了殉爆距离。 ２．７ 解决办法 针对转子泵对敏化气泡的影响问题，尝试了传统 的“后效”方法，并起到了一定的效果。 乳化炸药的化 学敏化过程中，炸药被装入药卷后，亚硝酸钠还有剩余 并继续反应，这个反应通常称作后效［５］。 而在药卷内 部因为后效反应产生的气泡，不会再受到泵送的破坏， 对气泡起到一定的保护。 实际操作如下 １） 将每吨炸药的亚硝酸钠用量增加 ２０％，来弥补 泵送过程挤压逃逸的气体，即敏化剂的流量增加到约 ２．６ Ｌ／ ｔ，同时催化剂流量也增加到 ２．６ Ｌ／ ｔ。 ２） 控制敏化反应速度，将水相中的柠檬酸用量减 少，水相 ｐＨ 值增大到 ４．５～５．０，敏化出药密度提高到 １．２４～１．２６ ｇ／ ｃｍ３，减少泵送前亚硝酸钠的反应量。 完成 装药后将保温时间延长到１２ ｈ，再进行检测，结果见表５。 表 ５ 控制敏化速度试验结果 敏化出药 密度 ／ （ｇｃｍ －３ ） 泵送 压力 ／ ＭＰａ 装药后 密度 ／ （ｇｃｍ －３ ） 保温后密度 ／ （ｇｃｍ －３ ） 保温后殉爆距离 ／ ｃｍ ３ ｈ１２ ｈ３ ｈ１２ ｈ １．２５８０．４２３１．２６５１．１４６１．１０９４［３／３］６［３／３］ 曾尝试继续加大出药密度，降低敏化反应速度，但 药卷密度过高，导致药卷饱满度差，形态不利于包装。 在北方冬季库存环境温度低时，通过覆盖保温棉被也 能达到同样保温效果。 ３ 结 语 研究了包胶转子泵在乳化炸药装药泵送过程，并 对泵送过程工艺参数进行了改进，结果表明 １） 转子泵在乳化炸药装药过程中装药压力较大， 通常在 ０．３ ＭＰａ 以上。 ２） 转子泵对乳化炸药化学敏化气泡的挤压、剪切 影响较大，导致气泡直径变大甚至逃逸，也造成炸药的 殉爆距离值较低。 ３） 加大亚硝酸钠用量、降低敏化反应速度、提高 敏化出药密度，以及延长保温时间，能有效减少泵送过 程对气泡的负面影响，可将直径 ３２ ｍｍ 药卷的殉爆距 离提高到 ６ ｃｍ。 参考文献 ［１］ 汪旭光． 乳化炸药［Ｍ］． 北京冶金工业出版社， ２００８． ［２］ 唐秋明，张爱军， 张晓宁． 乳化炸药包胶 转子泵 ［ Ｐ］． 中国 ＣＮ２０１５２０１５６５４２．８， ２０１５－７－９． ［３］ 唐秋明． 乳化炸药中亚硝酸钠发泡反应机理［Ｊ］． 矿业研究与开 发， １９９３，１３（２）５６－６０． ［４］ 储国平，姚普华，董 雷，等． 乳化炸药的化学发泡及发泡剂量的 计算［Ｊ］． 煤矿爆破， ２０１０（２）１３－１５． ［５］ 梁 高． 关于解决乳化炸药发泡后效方法的分析［Ｊ］． 淮南职业 技术学院学报， ２００４（４）８１－８３． 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃 􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃 􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃 􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀥃􀧃 􀧃 􀧃 􀧃 矿冶工程杂志 ２０１７ 年征订启事 矿冶工程（双月刊）由中国金属学会、长沙矿冶研究院有限责任公司主办，面向国内外公开发行。 本刊是中 国期刊方阵“双效期刊”、全国中文核心期刊、中国科学引文数据库（ＣＳＣＤ）及中国学术期刊综合评价数据库 来源期刊、中国核心学术期刊（ＲＣＣＳＥ），是集学术性和技术性于一体的综合性刊物，已被中国知网（ＣＮＫＩ）、万方数 据库、重庆维普资讯、台湾华艺数据库等全文收录，是国外多家知名检索机构的检索对象。 矿冶工程读者对象是采矿、选矿、冶金、材料、地质、化工等系统的有关生产人员、院校师生和管理人员。 主 要栏目为采矿、选矿、冶金、材料、矿冶行业企业管理等，内容新颖，是开拓、激发创造力的良师益友。 矿冶工程编辑部承接彩色、黑白及文字广告业务，欢迎各企事业单位来电来函联络。 矿冶工程真诚欢迎新、老订户向全国各地邮局订阅本刊，也可直接向编辑部订阅。 邮发代号４２－５８，大 １６Ｋ，定价 ２０ 元，全年 １２０ 元。 地 址 湖南省长沙市麓山南路 ９６６ 号联 系 人 黄小芳 邮 编 ４１００１２开户名称 矿冶工程杂志（长沙）有限公司 电 话 （０７３１）８８６５７０７０／８８６５７１７６／８８６５７１７３开户银行 工商银行长沙左家垅支行 传 真 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