乳化炸药中低温快速化学敏化工艺的研究

夏广方

中国葛洲坝集团易普力股份有限公司 重庆 401121

1 乳化炸药的化学敏化机理

乳化炸药的常用敏化方式包括物理敏化和化学敏化两种，其中化学敏化因具有成本低、发泡快等优点而广泛应用。化学敏化利用了亚硝酸盐、水及一些其他的无机物发泡剂，反应机理是向乳化基质中加入化学材料，使之在冷却混拌过程中发生化学反应放出气体，滞留在内形成气泡，并均匀分布在乳化基质中，从而达到敏化目的，进而改善乳化炸药的性能。这些小气泡分布得是否均匀对乳化炸药的稳定性影响很大，敏化工艺是制约乳化炸药生产质量的关键因素之一，敏化的质量直接影响其爆轰性能和储存稳定性[1]。

2 敏化对乳化炸药质量影响

2.1 静态混合器

中低温化学敏化它分上下两部分，敏化助剂在上层静态混合器内加入，当敏化助剂与乳化基质充分混合后进入下层静态混合器，敏化发泡剂则加入下层静态混合器内。由于静态混合器内基质混合时间偏小及敏化剂和助剂加入后分散较均匀，所以敏化剂及助剂加入量应比计算值偏大。根据试验论证，该型号静态混合器混合后的化学发泡剂反应速率偏快，敏化剂及助剂加入量过大时，敏化出口密度偏小，一般在1．00g/cm3～1．10g/cm3之间，而且形成的气泡直径过大，无法形成热点，致使乳化炸药的性能偏低。因此，使用该型号静态混合器时，适当敏化剂及助剂的加入量及其浓度和敏化温度对乳化炸药的初始性能及贮存性能有着重要影响。

2.2 敏化剂和助剂浓度

通常亚硝酸钠溶液浓度为40%、密度为1．31g/cm3比较适中；助剂可选用浓度为40%，密度为1．26g/cm3的溶液。助剂浓度适中，可以避免对乳胶基质油膜的破坏，能够加快亚硝酸钠的产气速率、在很短的时间内促使反应完全以消除后效、不会对乳化炸药的储存稳定性及爆轰性能产生明显的影响。

2.3 敏化剂加入量

通常乳化炸药装药前最佳密度为1．07～1．10g/cm3，因此，当乳化炸药化学发泡后，密度尽量控制在1．07～1．10g/cm3之间，这就要求找到—个敏化剂及助剂的最佳加入量。

2.4 敏化温度

敏化温度直接决定着发泡剂反应的速度，反应速度慢，乳化炸药中气泡数量达不到稳定爆轰的条件；反应速度过快，炸药中气泡数量及大小无法满足炸药稳定爆轰的条件。因此，合适的敏化温度直接影响着炸药密度的大小，进而影响到炸药能否稳定爆轰。

3 乳化炸药质量影响对性能的分析

乳化炸药由水相材料、油相材料和敏化剂组成。乳胶基质是由含氧无机盐的过饱和溶液和与水不相溶的碳氢化合物，借助乳化剂及外界作用(适当的机械作用，如剪切、搅拌等)，使氧化剂水溶液以微小的液滴均匀分散于油相中，形成W/O型结构的乳化基质，该乳化基质密度大，一般1．36-1．43g/cm3左右，基本不具备雷管感度。

3.1 水相析晶点的影响

乳化炸药的水相材料由含氧无机盐的过饱和溶液组成，其物理性质直接影响到乳胶基质的稳定性，对乳化炸药分散相聚集产生显著影响。乳化炸药在外界环境温度低于5℃时，水相材料组成部分的晶体析晶是导致破乳并降低爆炸性能直至无法起爆的主要因素之一。由于温度的变化对硝酸铵的溶解度影响较大，当外界温度与乳化炸药温度相差较大时，硝酸铵更易析晶，导致油膜变形收缩直接破损，造成油包水结构的不稳定，直接影响到乳化炸药的储存性能[2]。

（1）硝酸钠含量的影响。我国乳化炸药主要采用硝酸铵、硝酸钠混合氧化剂制备水相溶液，硝酸铵与硝酸钠之比通常是4：1左右，硝酸钠既在一定程度上降低了溶液的析晶点，又改善了乳化炸药产品的质量。但硝酸钠中含有金属元素钠并参与爆炸反应，在参与爆炸反应的过程中要夺取体系中的一部分氧而生成氧化钠；而凝聚态的氧化钠不利于炸药的爆炸做功。所以，综合考虑下，在乳化炸药生成过程中硝酸钠的用量都不多，一般在10%左右，可使乳化炸药水相溶液析晶点降低5℃左右，而不影响其爆炸性能。

（2）尿素的加入。尿素最初作为一种防冻剂加入乳化炸药中，它具有较强的降低硝酸铵水溶液析晶点的能力。在乳化炸药组分中加入尿素可增大硝酸铵的溶解度，同时可与硝酸铵形成“固液溶液”，晶体单元的可移动性受到了限制，防止硝酸铵晶体因β与α斜方晶体之间的相互转变而给乳化炸药的工业生产和储存带来负面影响。

（3）水含量。乳化炸药水相材料组分中，水是不可缺少的主要成分，水含量直接影响乳化炸药的爆炸能力、储存稳定性和生产成本。当水的含量在一定范围内时，随着水含量的增加，乳化炸药的安全性和稳定性提高。但随着水含量的增加，乳化炸药的爆炸性能也随之降低，在确定水含量时，需充分考虑炸药的安全性、稳定性，甚至炸药生产的成本。水含量在一定范围内对炸药的初始性能影响较大，特别是殉爆距离。

3.2 生产工艺

乳化炸药储存性能的主要影响因素是乳化方式与效果，选用合适的乳化器，尽量减小分散相粒子的大小，增强连续相油膜的韧性和强度，增加W/O结构固化敏化气泡的能力，使乳化炸药爆轰反应更完全，从而提高乳化炸药的储存质量和性能[3]。

4 结论

乳化炸药密度的控制完全取决于敏化的效果，采用中低温敏化工艺，能够较好地调节乳化炸药的密度和能量，保证乳化炸药的密度控制在合适的范围内。同时，根据中低温线生产乳化炸药的工艺条件，在不改变常规配方的情况下，选用合适的水相材料及其配比，降低硝酸铵的析晶点，提高分散相和W/O结构的稳定性，能够有效提高乳化炸药的储存质量和稳定性。