NL有机微球对乳化炸药的敏化研究.pdf

第3 2 卷第2 期 2 0 1 2 年0 4 月 矿冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 №2 A p f i l2 0 1 2 N L 有机微球对乳化炸药的敏化研究① 叶志文1 ，苏明阳2 1 ．南京理工大学化工学院，江苏南京2 1 0 0 9 4 ；2 ．福建海峡科化股份有限公司，福建永安3 6 6 0 0 0 摘要分析了国内外乳化炸药敏化剂的性能特点和存在的问题，介绍了N L 有机微球作为乳化炸药新型敏化剂的技术特点。研 究了N L 有机微球的含量、敏化温度、混合方式对乳化炸药的密度调节能力和爆炸性能的影响规律，结果表明，当N L 添加量为乳胶 基质质量的0 ．3 5 ％时，并以1 2 1 北例同水混合形成浆液，于9 0 一9 5 ℃敏化乳胶基质，具有优良的敏化效果，乳化炸药装药密度为 1 ．1 6g ／o r e 3 ，爆速为53 5 0m ／s ，殉爆距离为6c m ，贮存期可达1 年。 关键词敏化剂；乳化炸药；有机微球；爆炸性能 中图分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 2 0 0 2 3 0 3 S t u d yo nS e n s i t i z a t i o no fN LO r g a n i cM i c r o s p h e r e st oE m u l s i o nE x p l o s i v e Y EZ h i - w e n l ，S UM i n g y a n 9 2 1 ．S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a 研n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N a 彬n g2 1 0 0 9 4 ，J i a n g s u ，C h i n a ； 2 ．F u f i a nH a i x i aC h e m i c a lT e c h n o l o g yC oL t d ，M o n g a n3 6 6 0 0 0 ，F u j i a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s a d v a n t a g e so fs e n s i t i z e r so fe m u l s i o ne x p l o s i v ea th o m ea n da b r o a dw e r ea n a l y z e d ． T e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fN Lo r g a n i cm i c r o s p h e r e ，an e ws e n s i t i z e ro fe m u l s i o ne x p l o s i v e ，w e r ed i s c u s s e d ．T h e i n f l u e n c eo fc o n t e n t ，s e n s i t i z a t i o n t e m p e r a t u r e ，m i x i n gm o d eo fN Lo r g a n i cm i c r o s p h e r eo nc h a r g i n gd e n s i t ya n d e x p l o s i o np r o p e a i e so fe m u l s i o ne x p l o s i v ew a ss t u d i e d ．T h er e s u l t so b t a i n e da r ea sf o l l o w s w h e nt h ee m u l s i o nm a t r i x ， w i t ht h ea d d i t i o no fN La c c o u n t i n gf o r0 ．3 5 ％．w a ss e n s i t i z e da tat e m p e r a t u r eo f9 0 ～9 5o Ca f t e rm i x i n gw i t hw a t e ri n t h er a t i oo f1 2 ，t h ee m u l s i o ne x p l o s i v eh a sag o o ds e n s i t i z a t i o ne f f e c t ，w i t hac h a r g i n gd e n s i t yo f1 ．1 6g ／c m 3 ，e x p l o s i o n v e l o c i t yo f53 5 0m ／s ，g a pd i s t a n c eo f6c ma n do n e y e a r l o n gs t o r a g el i f e ． K e yw o r d s s e n s i t i z e r ；e m u l s i o ne x p l o s i v e ；o r g a n i cm i c r o s p h e r e ；e x p l o s i o np r o p e r t y 乳化炸药以其优良的爆炸性能及抗水性成为我国 使用量最大的一类工业炸药，其中敏化是乳化炸药生 产的重要环节及技术难点，乳化炸药敏化的理论基础 是热点学说，采用化学发泡敏化或物理敏化方式，可调 整乳化炸药密度，改善其起爆感度u 1 。 化学敏化具有价廉、用量少、敏化效果好等特点， 目前在国内乳化炸药生产企业中得到了广泛应用。但 是，化学敏化存在着影响因素多、操作复杂、敏化气泡 易于集聚和逸出、储存稳定性相对较低、压力减敏现象 比较严重等缺点。目前，我国乳化炸药高温快速化学 发泡技术固泡性能较差，化学发泡可控性不强。国外 成熟可靠的大产能装药机诸如保利卡装药机、T i p p e r T i e 装药机、K P 机等装药效果好，但是对基质的流动性 要求高，只适合高温敏化装药 敏化温度不低于8 5 ℃ 。国内大部分企业与其配套的敏化技术不够成 熟- ，具体体现为故障率高、破管严重、药卷成型差 等，这些问题亟待解决。 物理敏化一般是在乳胶基质中加人中空的玻璃微 球或膨胀珍珠岩颗粒，利用其空穴内的气体绝热压缩 形成“热点”而实现敏化。欧美、日本等国家基本上都 采用空心玻璃微球作为敏化剂，空心玻璃微球添加工 艺简单、质量稳定，但用量高 2 ％一3 ％ 且价格昂贵 5 ～8 万形吨 ，考虑到成本原冈，国内极少采用。而 多采用膨胀珍珠岩为敏化剂，成本相对较低，然而也同 时存在以下缺点“ 1 ①珍珠岩粉表面粗糙有棱角，抗 压性差易破碎，因此用珍珠岩敏化的乳化炸药易造成 对装药机输送螺旋杆及泵的损坏，珍珠岩易破碎造成 成品密度难以控制。②膨胀珍珠岩亲油性强，孑L 隙较 大且为开放型，在乳化炸药生产储存过程中，体内会吸 入一定量的尤其是高温的乳胶基质，堵塞孔隙，使其内 ①收稿日期2 0 1 1 - 1 0 - 2 1 作者简介叶志文 1 9 6 8 一 ，男，福建南安人，工学博士，教授，研究方向为含能材料及工业炸药理论及制备。 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 部敏化气体减少，乳化炸药敏感度降低。③珍珠岩作 为乳化炸药敏化剂，用量较大，约占总质量的3 ％一 5 ％，由于加入的珍珠岩是不贡献能量且消耗能量的物 质，导致乳化炸药的质量威力有所降低。 因此，乳化剂炸药敏化技术的发展方向是高温敏 化 8 0 1 1 0 ℃ ，使乳化炸药适用于高效率、大产能的 连续化自动化塑膜装药机，且敏化成本低廉。新近研 制的N L 有机微球具有较小的平均粒径、封闭的微孔、 高强度塑膜壳，克服了上述敏化剂固有的缺点，解决了 乳化炸药敏化技术的难题，为乳化炸药生产的大产能 化奠定了技术基础。 1 实验部分 1 ．1 实验原料与仪器 硝酸铵 化学纯 、硝酸钠 化学纯 、复合蜡 工业 级 、N L 有机微球 自制，膨胀率2 0 倍 、S P 一8 0 化学 纯 ；F M I 型乳化机、D V I 爆速测定仪、日立 S 一2 1 5 0 型扫描电子显微镜。 1 ．2 乳化炸药的制备 1 水相的制备。将7 4 ％的硝酸铵、8 ％的硝酸钠及 1 0 ％的水混合加热溶解，溶液温度控制在8 5 9 5 ℃。 2 油相的制备。将6 ％的复合蜡力I I 热熔化后，加入 2 ％的乳化剂混熔搅拌均匀，温度控制在8 5 - 9 5 ℃。 3 乳化炸药的制备。将已溶解好的水相溶液在 3 0s 内加入盛有上述油相的容器中，并同时开启乳化 机，在乳化机 转速15 0 0r ／m i n 的搅拌、剪切作用下， 3r a i n 后形成乳胶基质，于9 0 一9 5 ℃，加入敏化剂N L 有机微球，即为乳化炸药HJ 。 2 N L 有机微球的理化性能 经过大量的探索及攻关，研究和选用了一种新型 的可膨胀有机微球 N L 有机微球 ，其外观为白色粉 状固体，密度不大于2 ．5g ／c m 3 ，残留单体小于0 ．1 ‰； 利用有限凝聚原理、通过悬浮乳液聚合法制备，微球 平均粒径为1 0 2 0 [ x m ，具有核壳结构特点，内核为有 机溶剂，如异丁烷、异戊烷；外壳为热塑性材料，如偏氯 乙烯一丙烯腈共聚物；受热时，核层溶剂汽化，产生压 力，迫使壳层膨胀，膨胀后的微球，具有很好的气密性 和形态稳定性，冷却后不回缩，可以看成是大粒径的中 空微球状塑料颗粒。直径为1 0 4 5 斗m ，聚合物壳体 的厚度为2 一1 5 斗m ，壳体有良好的弹性并可承受较大 压力，加热后体积可迅速膨胀到自身的几十倍，且自身 并不破裂，保持良好性能，从而达到发泡、敏化的效 果“ J 。图1 为N L 有机微球膨胀前后的电镜照片。 圈1N L 有机徽球膨胀前后的电镜照片 a 膨胀前； b 膨胀后 N L 有机微球具有如下特点①良好的机械性能 与珍珠岩敏化剂不同，可膨胀有机微球敏化剂膨胀后 形成全封闭孔中空微球，其形状类似于玻璃微球，从而 避免了珍珠岩气孔不均匀、易破裂、无效孔多等缺点， 而且，完整的球形结构保证了良好的表面光滑性。 ②必须采用高温敏化，且温度范围宽温度范围7 5 1 1 0 ℃，可根据乳化炸药各种不同工艺温度和工艺要 求，选择最合适的温度范围。③优良的弹性热塑性 壳体有优异的耐压性，表面可承受3 0 0k g , ／c m 2 的压 力，良好的回弹性可以承受多次循环加压／卸压而不破 裂。④优异的敏化性能可具有达到原来2 0 4 0 倍 的独立发泡效果，用量很少，为千分之几的数量级，发 泡后仍是一完整的密闭体，具有传统的化学敏化和物 理敏化无法比拟的敏化效果。⑤环保性能有机微球 无毒无污染。 由以上分析可知，N L 有机微球可作为乳化炸药良 好的高温敏化剂。 3 结果与讨论 乳化炸药性能和密度与敏化剂的分散程度、发泡 程度密不可分，评价敏化效果的主要技术指标有密度、 爆轰性能和储存性能等，密度是乳化炸药的一个重要 性能参数，也是直接体现敏化效果的主要技术指标。 一般将乳胶基质的密度由1 ．4 0g ／c m 3 左右调整到 1 ．0 5 1 ．2 5g ／c m 3 ，才能成为具有雷管敏感度的炸药。 爆炸性能是评价敏化效果的最具说服力的指标，敏化 的最终目的就是要获得相应的爆轰性能。而乳化炸药 的储存稳定性直接影响其使用效果，是一个表示长期 敏化效果的示性数M J 。因此，本文将通过考察乳化炸 药密度、爆炸性能及储存稳定性来评价新型高温敏化 剂的敏化效果。 N L 有机微球作为乳化炸药敏化剂，其含量、敏化 温度、混合方式是影响敏化效果和密度调节能力的重 要影响因素，表1 为敏化温度为9 5 ℃，干料连续混合 时不同使用量的N L 有机微球对乳化炸药密度及爆炸 性能的影响结果。 万方数据 第2 期叶志文等N L 有机徽球对乳化炸药的敏化研究 裹1N L 有机徽球使用■对乳化炸药密度及爆炸性能的影响 由表1 结果可知，有机微球用量太低，对乳化炸药 密度的调节力不够，乳胶基质中分散的微气泡较少，影 响乳化炸药的爆炸性能。在N L 使用量为0 ．4 ％时，乳 化炸药密度在1 ．1 5g ／e m 3 左右，爆炸性能较好；继续 增加N L 使用量无益于爆炸性能，反而使爆速略有降 低。前已述及，N L 有机微球作为乳化炸药新型高温敏 化剂，其芯部液态异丁烷受热到一定温度 8 0 ℃以上 时，急剧膨胀，膨胀前微球的直径仅有1 1 2 0t t m ，壳 体的厚度为2 1 5t u n ，壳体有良好的弹性并可承受较 大压力；膨胀后直径达加一6 0 邮1 ，体积扩大到原来的 几十倍，球壁厚度只有0 ．1p a n ，而核壳结构并不破坏， 从而达到发泡的效果，同时保持自身的良好性能。因 此，膨胀后微球受到一定外界冲击能量作用时将会产 生较多的乳化炸药所需的“热点”。 表2 为N L 使用量为0 ．4 ％，干料连续混合时敏化 温度对乳化炸药密度及爆炸性能的影响结果。 表2N L 有机徽球敏化温度对乳化炸药密度及爆炸性能的影响 从表2 可知，在敏化温度为7 5 ℃时，乳化炸药密 度为1 ．3 3 1 ．3 5g ／e r a 3 ，并产生拒爆现象；敏化温度达 到1 0 0o C 时，乳化炸药密度在1 ．1 0 1 ．1 5g ／c m 3 之 间，爆炸性能较为理想；继续提高敏化温度，爆炸性能 提高不多；当敏化温度升至1 0 5 ℃时，殉爆值略有下 降。主要原因在于有机膨胀微球自身特性，温度太低。 核芯中的低碳烷烃没有充分汽化膨胀，随着温度的升 高，微球进一步受热充分膨胀，温度过高，部分微球膨 胀破裂，乳化炸药失去有效“热点”，导致爆轰性能下 降。因此，N L 有机微球最佳敏化温度为9 5 1 0 5o C 。 从上述实验可知，N L 有机微球作为乳化炸药高温 敏化剂，有较好的敏化效果，且使用量很少，仅为 0 ．4 ％，这就带来了一个问题，如何将体积用量如此之 小的敏化剂，在短时间内，于连续敏化机中同大量的乳 胶基质混合均匀，进而达到最佳的敏化效果 显然，干 料混合难以达到最佳效果。经过多方探索，研究出如 下方案首先将N L 有机微球于常温下同水按一定比 例不断搅拌混合形成稀浆液，然后按照一定比例将敏 化剂液流泵入连续敏化机中与乳胶基质混合。这一方 案使敏化剂分散混合的均匀度有较大的提高。表3 为 敏化温度为9 5 ℃时几种球水比例敏化效果的对比。 裹3 敏化荆几种球水比例敏化效果对比 从表3 结果可知，球水比为1 2 时，混合效果较 好，在敏化剂用量仅为0 ．3 5 ％时，乳化炸药密度为 1 ．1 6g ／c m 3 ，爆速为53 5 0m ／s ，殉爆距离为6C r l l ，比干 料混合方式可节省0 ．0 5 ％的用量。图2 为以此敏化 方式制得的的乳化炸药的剖面S E M 图。 圈2N L 有机徽球敏化的乳化炸药剖面显微图 4 结论 1 N L 有机微球具有良好的弹性并可承受较大压 力，加热后体积可迅速膨胀增大到自身的几十倍，且自 身并不破裂，对于乳化炸药，具有优异的敏化性能。 2 以乳胶基质质量分数为0 ．3 5 ％使用量的N L 有机微球作为敏化剂，以1 2 比例同水混合形成浆液， 于9 0 9 5 。C 敏化乳胶基质，具有优良的敏化效果，乳 化炸药装药密度为1 ．1 6g ／e r a 3 ，爆速为53 5 0m ／s ，殉 下转第2 9 页 万方数据 第2 期王小波等缓倾斜铀矿体原地爆破浸出探索性研究 33 7 1m 3 ，浸出液回收率达到9 7 ．7 1 ％。泡浸期间浸出液 铀浓度变化幅度不大，近一半的时间维持在0 ．2 8g ／L 左右，泡浸浸出铀0 ．5 8 1t ，加上钻孔布液浸出的0 ．2 7 9t 按续浸矿量计 ，续浸矿堆段合计浸出铀0 ．8 6t ，液计 浸出率为5 6 ．2 1 ％。后由于影响其它采场采矿生产，暂 停试验。根据上述浸出结果，可以确定泡浸是解决该矿 床缓倾斜矿体布液浸出问题的方法之一，其水文地质条 件满足泡浸所需的采场围岩隔水性好的要求。 4 ．3 集液 浸出液经4 41 1 1 水平凿岩平巷汇集至6 。上山，再 由6 4 上山导流至集液池。集液池设置在3 5m 中段6 。 穿脉巷内，容积为5 0n 1 3 。采用分段方式提升浸出液， 将3 5m 中段集液池内的浸出液输送到6 0m 中段；再 从6 0I T I 中段输送到地表中转计量池；经计量、取样分 析后转送到铀回收车间贮液池。最后通过离子交换系 统回收铀。 5 结语 1 在缓倾斜铀矿体中采取上向扇形深孔分段微 差挤压爆破落矿筑堆技术是可行的，深孔落矿的优点 是落矿强度大、效率高、安全性好，且药量集中，采用微 差挤压爆破可促使矿石内部微裂隙的扩张发育，有利 于矿石尤其是较大块矿石的浸出。 2 由于受松散矿堆中布液孔施工工艺技术的限 制，分段水平钻孔布液会使矿堆上盘留下大量浸出死 角，必要时可在矿堆上盘适当位置沿矿体走向施工布 液巷，对矿堆上盘进行钻孔布液。在矿床水文地质条 件满足泡浸所需的条件时，泡浸浸出是解决缓倾斜矿 体布液浸出问题的有效途径。 3 采取采场矿堆底部巷道集液方法，充分利用了 原有巷道工程，节省了建造集液池的工程量和费用。 浸出液经天井导流全部汇流到集液池，该集液方法简 易可行。试验期间的监测结果表明，没有发现浸出液 跑漏现象，集液方法是成功的。 4 该矿床原地爆破浸出采铀技术试验研究取得 成功，为低品位缓倾斜铀矿床的开发利用和生产建设 提供了依据和技术支持。 参考文献 [ 1 ] 全爱围，李羽，寇子顺，等赣南某铀矿原地爆破浸出采铀试验 研究[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 3 ，2 2 4 1 6 9 1 7 3 ． [ 2 ] 钟永明，谢国森，李秦，等．低品位薄矿体原地爆破浸出采铀研 究[ J ] ．矿冶，2 0 0 4 ，1 3 1 3 0 3 2 ． [ 3 ]王小波，李广悦，谢国森，等．微灌技术在原地爆破浸出钻孔布液 中的研究与应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 2 1 6 1 9 ． [ 4 ]黄伟，王小波，钟永明，等．某矿原地破碎浸出采场钻孔布液技 术研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 7 1 8 4 8 6 ． 上接第2 5 页 爆距离为6c m ，贮存期可达一年。且高温敏化后的乳 化炸药流动性好，特别适合于连续化、大产能塑膜装 药机。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药 第二版 【M ．北京冶金工业出版社，2 0 0 8 ． [ 2 ] 郭敏，贾海亮，原海青，等．高温敏化工艺乳化炸药储存期影响 因素分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 1 ，4 0 1 2 3 2 7 ． [ 3 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