硝酸铵水溶液析晶点对现场混装乳化炸药性能影响的研究

王波 方贞文 郝龙

摘 要：乳化炸药自上世纪70年代诞生以来，以其优越的高密度、高爆速、抗水性能好、起爆感度好等优良特性，在全世界范围内得到了广泛发展。通过我国多年的生产实践，各企业的生产技术规范和安全质量管理体系已比较完备，生产的包装型乳化炸药产品质量稳定。随着社会经济向构建资源节约、环境友好、本质安全型工业体系的发展要求，民爆行业转型升级步伐加快，现场混装乳化炸药便应运而生。

关键词：硝酸铵水溶液析晶点;现场混装乳化炸药性能

乳化炸药水相中硝酸铵析晶的主要原因是硝酸铵溶液的温度系数大，即对温度特别敏感。如何缩小或削弱硝酸铵析晶对温度的依赖性，实现在较低的温度条件下，增加硝酸铵的溶解度，尽量减少硝酸铵析出，控制硝酸铵晶形，对于提高乳化炸药产品的质量、贮存稳定性和安全生产是非常有意义的研究课题。

一、硝酸铵水溶液析晶点对现场混装乳化炸药性能影响

1.在乳化炸药的生产过程中，关键是乳化操作，而影响乳化操作的主要因素是水相中是否有硝酸铵晶体的析出、硝酸铵的晶形以及析出量。理想情况下是没有硝酸铵析出的，实际上，对于某种具体的乳化炸药配方而言，肯定有硝酸铵晶体析出，只不过在硝酸铵析晶和溶解之间存在着动态平衡关系。欲得到高质量的乳化基质，抑制硝酸铵晶体的析出是基本措施之一。在乳化炸药贮存过程中，硝酸铵晶体的析出是导致乳化炸药破乳失去爆炸性能的主要原因之一。减少硝酸铵的析出和控制所析出的晶形，可有效地延长乳化炸药的贮存时间。在乳化炸药配方相同，其他乳化工艺参数也相同的情况下，一种配方中添加0.3%的功能复合物，而另一种配方中不含有功能复合物，所得样品在同一条件下进行高、低温循环试验。循环次数与自然贮存时间成正比关系。结果表明，含有0.3%功能复合物的乳化炸药循环次数达到了24个，而不含有功能复合物的乳化炸药循环次数仅有15个。由此说明，功能复合物的加入，提高了乳化炸药的贮存稳定性。试验还表明，功能复合物还可以增加硝酸铵的溶解度，缩短溶化时间，有利于乳化操作和提高乳化炸药的生产效率。

2.析晶过程。在硝酸铵过饱和溶液中，由于静电作用，NH+4和NO-3缔合为离子对（NH+4NO-3），该离子对进一步结合NH+4和NO-3形成离子群，当离子群成长到一定大小时就成为晶核。在乳化炸药的水相溶液中，不可避免地有一定数量的固体微粒，它们的存在对结晶过程起着诱导的作用，即晶种作用或异相成核作用。形成晶核后，晶核进一步从溶液中取得离子，这些离子向晶核表面聚集并沉积在晶核上，使晶核逐渐长大，达到一定程度时成为晶体微粒。这种微粒有聚集成更大聚集体的倾向，在聚集的同时，这些离子又有按一定顺序排列于晶格中和形成大晶粒的倾向。在过饱和硝酸铵溶液析晶试验中观察到：当温度稍微降低时，由于溶液的过饱和度增加，溶液中就有一定数量的针状、枝叉状硝酸铵晶体析出。实验条件下最长的晶体可达数厘米。硝酸铵晶体生长习性是长针状和枝状。上述分析表明，硝酸铵溶液异相成核是导致硝酸铵析晶的根本原因之一，这也为改变硝酸铵晶体生长习性提供了条件，当外界条件适当变化时，可以影响和改变硝酸铵的晶体生长习性。可影响硝酸铵晶体生长习性的外界因素有：溶剂的性质、杂质、过饱和度、搅拌强度、温度、pH值等。对于某种确定的乳化炸药而言，水相的组成和配比及制造工艺都已确定，这意味着水相溶液的性质、pH值、过饱和程度、温度以及搅拌强度都已确定，唯一可以使硝酸铵晶形产生变化的是“杂质”。这里所说的“杂质”一般是指外部加入的功能复合物。由于晶体各表面的表面能不同，因此对外部加入的杂质的吸附程度不同，并具有不同的选择性，“杂质”的加入阻碍了溶质分子沿晶面的扩散，因而改变了各个晶面的相对生长率，改变了晶体的生长机理，即吸附杂质多的晶面势必生长速率下降，而吸附少或不吸附杂質的晶面，晶体的生长速度相对加大。各晶面的相对生长速率不同，从而使晶体的形态发生改变。此外，外来“杂质”还会影响硝酸铵的溶解度。根据上述原理，研制出一种以多元醇化合物和阴离子表面活性剂为主体的水相功能复合物。适量的这种功能复合物，对降低乳化炸药水相溶液析晶点和控制硝酸铵的晶形具有明显的使用，而不会对水相溶液和乳化炸药产生副作用。

3.催化、敏化管路系统对发泡效果的影响。现场混装乳化炸药车催化、敏化剂加入用电磁阀作控制开关，用透明玻璃浮子流量计进行计量，使用蠕动泵挤压方式输送介质。管路采用内直径6mm的厚壁高弹橡胶软管。因此电磁阀开关是否灵活，浮子流量计能否准确计量，输送管路能否通畅是十分重要的。在生产作业中，由于作业面炮孔数量多、单孔装填炸药数量较大，电磁阀起停次数过于频繁，使用一定时间后因机械疲劳容易损坏，从而导致正常运行的管路处于关闭状态，使催、敏化剂彻底断流。其次浮子流量计浮子由于受介质内杂质影响，常常会发卡，浮动不灵敏，从而影响正确计量。蠕动泵也会因电路故障停止转动，以上三类因素如不能及时发现，将会导致基质因催、敏化剂加入不足或断流而不能正常敏化发泡，造成个别炮孔敏化发泡不良，起爆信号发出后炮孔冒烟甚至出现盲炮。这将给现场爆破带来重大安全隐患。

二、析晶点测试过程中降低误差的对策

为了降低实际检测中的误差，真实地反映待测水相溶液的析晶点，针对以上讨论的几个原因，做以下几点建议：（1）检测析晶点时应选择在温度稳定的场所，避免在空气流通快的地方操作。例如风扇旁或敞开的窗户处。（2）锥形瓶在使用时用待测溶液将容器内壁冲洗3～4次，以达到预热的目的。此法方便、快捷、准确，工作效率高，可及时指导生产。（3）待测溶液的体积一般150ml为宜，摇动时用力要均匀。（4）试样置于容器后，在使其温度下降摇动的过程中，应将胶塞松动3～4次，以达到仪器压力内外一致。（5）测定析晶点的温度计必须经过校对后才可使用，并应选择水银温度计。

结束语：

在乳化炸药生产和贮存过程中，硝酸铵析晶是影响乳化炸药质量的主要因素之一。降低析晶点的传统方法存在一定的局限性，对本文中的乳化炸药配方而言，只能降低析晶点6～14℃。根据硝酸铵析晶机理和“杂质”作用机理研制出的功能复合物具有降低水相析晶点、改善硝酸铵晶形等功能。

参考文献：

[1]黄文忠，陈江涛等.水相析晶点对乳化炸药稳定性的影响[J].江西煤炭科技2019（3）：22-23.