高温敏化工艺对乳化炸药性能的影响

2021-01-07俞樟林

化工设计通讯 2021年2期

俞樟林

（福建海峡科化股份有限公司福安分公司，福建宁德 355000）

1 概述

乳化炸药属于氧化剂水溶液当中一种微细的液滴，其属于分散相，可以在含有多孔性材料、分散气泡或者空心玻璃微球等物质当中悬浮，从而会变化成一种油包水型的相关乳化体系。乳化炸药安全性能方面相对较好，广泛用于基础设施建设以及矿山开采过程中。目前我国乳化炸药的生产已经规模化和持续化，对于我国社会经济的发展有着重要的推动作用。本文主要针对高温敏化工艺对乳化炸药性能的影响进行探究。

2 高温敏化工艺概述

动态敏化器是我国乳化炸药生产敏化工序所采取的主要敏化技术，敏化剂是乳化炸药生产过程中的重要组分，采取敏化技术可以解决乳化炸药中夹杂水分引起的炸药引爆问题，提高炸药爆破的安全性。化学敏化指的是在一定的条件和环境下使乳化炸药中的化学成分发生反应并产生气体的过程，这些气体可以均匀分布在乳化炸药里面，以对炸药的密度进行调节，提高炸药爆轰的敏感度。化学乳化方法操作简便快速，成本较低，但是该方法稳定性较差，难以控制发泡的速度。高温敏化技术可以有效解决化学敏化技术存在的问题和不足，在高温理化技术实际应用的过程中，工作人员需要在配比的基础上配制炸药的油相以及水相，可以通过微机来完成进入到预乳罐的粗乳自动化测试，然后泵送到静态混合器当中，之后可以利用乳胶在螺杆泵的基础上送到混合器中，此时温度在90℃左右。在敏化剂自动控制系统的作用下，可以按照相关比例定量将乳化液泵送到混合器内，均匀混合并发泡。混合之后，炸药的黏度相对较低，流动性良好，产能较大。

静态分散器是高温敏化供应结构组成的关键部分，是一种管道式的结构，无外在动力和机械搅拌，充分利用十字交叉型分散单元以及管道内螺旋形结构形成的稳流作用，对发泡剂和胶体进行多次分散混合，使得发泡剂能够细致均匀地分散到系统当中，对乳胶体系实现完全敏化的作用，从而可以生产出性能稳定可靠的乳化炸药。高温静态敏化工艺技术具有快速便捷的特征，静态分散器结构简单，易于清洗维护和保养，操作方便，是在线高温敏化装药的基本组成部分。整个过程中，极大地提升了炸药生产的安全性和可靠性，减少爆破事故的发生，同时也能够有效提升乳化炸药的爆炸性能和存储性能。同时，高温静态敏化工艺技术也能够大幅减少设备的维护成本和运行成本，降低了生产过程中的能源资源消耗，起到节能减排的作用[2]。

3 高温敏化技术特点

高温敏化应用了全化学的敏化技术，敏化剂应用的原材料是敏化促进剂A、促进剂C、促进剂B、促进剂D和亚硝酸钠。按照不同的生产品种选择促进剂和亚硝酸钠，进而形成水溶液敏化剂，并且通过不同的添加手段来完成炸药敏化。选取促进剂A、促进剂B以及亚硝酸钠作为敏化剂构成成分，利用调节敏化促进剂A以及促进剂B来完成敏化反应速度方面的控制。在常温环境当中，敏化剂的溶液位于化学反应亚稳定的情况。随着较为缓慢的化学反应，敏化剂溶液的存放时间不应该大于2d。伴随着不断提升的温度，反应速度也越来越快。当温度超过89℃的时候，将会发生剧烈的反应。

高温的敏化技术利用配制完成的敏化剂，定量投入到高温乳胶基质内，并且通过敏化剂分散到高温乳胶基质系统。在高温环境当中，敏化剂逐渐实行敏化反应，进而出现生态产物。在炸药装药位于高温的乳胶状态下，药卷入到冷却槽之后，降低了乳胶基质的温度，抑制敏化反应。当结束敏化反应之后，敏化时间也就是乳胶基质在敏化器到进水槽的时间。应用药卷冷却的降温抑制反应来实施，实现了对敏化时间进行控制的效果。

高温的化学敏化工艺在敏化剂添加进乳胶基质一直到装药成卷，炸药都在连续的封闭状态。在高温情况下，敏化剂反应时间按照物料的管道大小存在一定的变化。敏化反应时间主要表现在药卷到输送带中停留的时间。利用调节装药之后冷却槽输送带运行速度，对药卷在输送带当中停留时间进行控制，进而完成了控制敏化时间的目的。

4 高温敏化工艺对乳化炸药性能的影响

4.1 对乳化炸药爆炸性能的影响

高温敏化工艺在乳化炸药生产中的应用能够有效提升炸药整体的爆破性能，工作人员通过将低温敏化生产线以及高温敏化生产线生产的已经存放十天左右的乳化炸药性能参数进行研究，研究爆速、猛度以及殉爆距离，取平均值作图可以发现低温敏化生产线，乳化炸药的爆破速度和猛烈程度要高于高温敏化生产线。高温敏化生产线乳化炸药的殉爆距离则比低温敏化生产线的殉爆距离高。与动态敏化方式不同，静态敏化器内不存在转子，该敏化器分为前后两段，前段内设有网状分散器，后端装有十字交叉叶片构成的分散器，使用时，静态单元不发生转动，而是发泡剂与乳胶基质的混合物在螺杆泵输送压力推动下，强行通过敏化器，混合物首先被分散成无数细条，接着被十字形分散器反复剪切，使发泡剂与乳胶基质均匀混合，与动态敏化方式相比，静态敏化方式发泡剂与基质的混合速度明显减慢，均匀度亦显然不足，而且易产生大气泡，静态敏化方式生产产品的爆炸性能及贮存稳性亦存在一定差异，生产实践证明：同等条件下，静态敏化产品较动态敏化产品爆速低100～200m/s，猛度减少0.5mm左右，殉爆性能指标没有明显差别。敏化气泡能否做到细密均匀，主要取决于发泡剂反应速率和其与炸药基质混合速率的大小比较。如混合速率大于反应速率，则敏化生成的气泡细密且均匀，产品的爆炸性能高、贮存稳定，反之，如反应速率大于混合速率，则容易生成大气泡，产品爆炸性能差，且贮存不够稳定，因此，要想使静态敏化达到动态敏化的效果，必须采取一定措施来弥补静态敏化发泡剂分散缓慢带来的不足。由离子反应式可以推断：适当降低发泡剂反应速率（静态敏化混合速率低于动态敏化混合速率是显而易见的）可有效改善静态敏化效果。生产实践证明：反应温度降低2～3℃或高效促进剂用量降低1%～3%，可能够达到这一效果。以山东银光民爆曲阜分公司为例，静态敏化发泡剂配比：亚硝酸钠20%、促进剂A23%、促进剂B15%、水42%，敏化温度84～87℃，加入量2.5～4.0‰，炸药成品密度可达到1.05～1.20g/cm，敏化气泡细小均匀，几乎取得了和动态敏化同样的效果。

通过比较，乳化炸药高温敏化技术比中低温敏化技术具有更多的优点和更高的本质安全性：乳化炸药中低温敏化技术，乳胶基质在较低温度下敏化，装药相对安全，但输送、装药黏度大、压力高，生产效率低，装药量不稳定，有一定的后效，不利于包装，且乳化炸药爆炸性能控制较困难；乳化炸药高温敏化生产技术系统运行压力小，生产效率高，装药量稳定，无后效，不易损坏包装，比较容易控制产品爆炸性能；乳化炸药高温敏化生产设备输送无雷管感度的基质，黏度小，压力低，设备本质安全性较中低温敏化设备更高。

4.2 高温敏化剂的选择

我国的科技一直在持续发展，非常多的新材料、新工艺逐渐用于炸药生产过程中。在提高炸药生产效率的同时，也能够进一步提升炸药生产的安全性，工作人员可以把那些热可塑性较高的分子当作壳体，把沸点较低的液态碳氢化合物膨胀微球当作相应的乳化剂。敏化剂可以自身实施加热，从而对高分子壳体进行软化，内部的碳氢化合物会逐渐转变为气体，压力会造成进一步的膨胀。从体积上来看，这种敏化剂可以膨胀为原来体积的100倍以上，使得敏化速度加快。在膨胀微球受热状态下，壳体结构当中的相关热可塑性材料会出现软化的现象，碳氢化合物气化会造成外部的膨胀。壳体高分子外部张力以及内部压力之间进一步的平衡，因此膨胀状态可以得到很好地保持，持续加热之后，这种膨胀状态可以继续保持，使得气体通过扩散能够分散到壳体之外，从而引起微球的收缩。

4.3 油相材料的选择

乳胶结构当中的连续相属于油相材料，具备韧性以及紧密性的特点，会对油包水型结构的稳定性造成严重影响，在油相材料自身长期存在的作用下，能够进一步提升乳化剂的有效活性成分特性。通过分子形式将饱和水包裹起来，阻止水进入到体系当中，避免油包水型结构变质。当前比较常用的乳化炸药油相材料包括复合蜡、微晶蜡、矿物油、凡士林以及石蜡等，工作人员在选择乳化剂的过程中，要想能够提高乳化炸药的稳定性和安全性，需要注意材料要能够与乳化剂的相容性匹配，而且具有适当的黏稠度，熔点也要适当。乳化炸药是一个多组分的体系，由于添加剂的数量和种类都各不相同，在实际生产和使用的过程中，环境温度也在不断变化，厂家生产工艺难以控制在完全一致的水平，这也在一定程度上会影响炸药储存的安全性和稳定性。因此，在生产实践的过程中，需要加强对生产系统的监控，及时调整生产参数，以保证乳化炸药拥有较强的存储性能。