乳化炸药敏化技术的应用

卢开群(广东宏大罗化民爆有限公司，广东 云浮 527300)

0 引言

乳化炸药具有良好的抗水性、爆炸性能、安全性能，已经成为我国工业炸药的主导产品，在乳化炸药生产过程中，将一定比例的氧化剂(水相溶液)、可燃剂(油相溶液)混合后经乳化机高速搅拌、剪切后形成了W/0型结构的乳胶基质。乳胶基质密度一般在1.35～1.40 g/cm3左右，基本不具备雷管感度，而要使乳胶基质变成具有雷管感度的炸药，就要把大量微小的气泡掺到乳化基质中去，并使掺进去的气泡均匀的分布在乳胶基质中，在起爆时微小气泡受外界能量作用下，被绝热压缩，在极短的时间内温度快速升高到400 ℃以上，从而快速的激发乳化炸药发生爆炸。

敏化技术对炸药性能起到一个关键作用，敏化的效果直接影响其爆轰性能和储存稳定性，在现行的民爆行业中广泛推广应用化学、物理敏化技术。本人从事乳化炸药生产工艺技术工作多年，现结合工作实际情况和积累的一些个人经验，与业界同仁交流和探讨各种敏化技术的利与弊。

1 化学敏化方式

纯化学敏化技术具有成本低、使用简便、敏化剂用量低的优势，而受到国内民爆行业的青睐，目前我国采用的发泡剂有无机、有机两个种类，主要为以亚硝酸钠和H发泡剂的两种方法。

(1)H发泡剂是一种常见的工业化学发泡剂，其分解温度较高，通常在185～200 ℃，发气量大，通常可达到190～200 mL/g。由于它具有易分散、发气量大、发泡效率高等特点，常用于制造海绵橡胶，在塑料中多用于聚氯乙烯。但该发泡剂的缺点是分解温度高，且分解放出甲醛等难闻气体，现行工业生产经常使用水杨酸、己二酸、邻苯二甲酸等有机酸或尿素作发泡助剂，以降低分解温度，增加发气量，调节温度在90～130 ℃的范围内，发气量可达260～270 mL/g，并可缓解难闻气味。该品对皮肤及粘膜有中等刺激性，当含有1%以上甲醛时有剧毒，生产过程要注意防爆，因此在民爆行业采用此发泡剂的较少。

(2)在民爆行业生产中最常用的发泡剂是无机盐亚硝酸钠，其在弱酸性的条件下就可以发生反应，从而生成氮气的气体，乳化基质是弱酸性物质，pH值一般在4.0～5.5之间，敏化作用机理为亚硝酸钠在酸性条件下，遇炸药中的游离硝酸铵生成不稳定、易分解的亚硝酸铵，亚硝酸铵再分解为氮气和水。在乳胶基质中经充分混合后即可得到分布均匀、细微的敏化气泡，从而对乳化炸药基质进行敏化，其发泡反应过程机理如下：

但这种反应过慢，为了改变这种反应过慢的状态，要使其在低温的情况下也能生成大量气泡，并加速气泡生成，一般在亚硝酸钠发泡剂加入的同时添加一定量的无机酸(磷酸)、尿素等促进剂，以加速亚硝酸钠的反应，从而促进敏化气泡的形成与均布，这种方法的好处就是发泡剂的效果较好。在这里称发泡剂为A剂(亚硝酸钠溶液)，密度约为1.18 g/cm3左右，促进剂为B剂(磷酸溶液)，密度约1.10 g/cm3左右，A剂加入量为炸药量的2.6±0.2 L/t/h(根据炸药密度大小可适当增减加入量)，B剂加入量一般为A剂的0.9～1.2倍(可根据炸药发泡快慢适当增减)，一般加入量为炸药量的2.7±0.2 L/t/h。敏化机出口密度约在1.24±0.03 g/cm3左右。化学敏化-发泡剂加入量对炸药性能的影响，如表1所示。

表1 化学敏化-发泡剂加入量对炸药性能的影响

生成气泡的量由发泡剂的量决定，因此，发泡剂的量一般是固定的，促进剂的量除了影响生成气泡的大小之外，还决定生产气泡的速度，炸药的敏化密度直接是受气泡量和大小影响的，生产过程中若发泡速度过慢，可适当增加促进剂量或适当提高敏化温度；若发泡速度过快，应适当减少促进剂量或适当控制敏化温度；若乳胶基质敏化效果不好或炸药密度偏大，就要考虑发泡剂的量是否足够或敏化温度适用[1]。

目前，采用化学敏化工艺的乳化炸药能得到较好的爆炸性能，但对中低温化学敏化工艺，由于发泡速度相对较慢，整体发泡时间夏天需要3～4 h，冬天则需要5～8 h，存在后效及药态过软，不适用纸塑袋包装。因化学敏化极易受环境变化、温度变化、敏化机转速及胶体机内停留时间、乳化油膜强度影响而导致发泡速率变化，通常低温环境下普遍存在发泡过程难控制等问题，致使低温环境下的炸药质量不稳定、性能难保证。因此应根据生产实际情况定时抽检炸药密度，并根据密度的变化及时调整发泡剂的加入量。

据长期生产实践统计，如敏化温度增高，产品爆炸性能衰减增快，这主要是因为温度增高，乳化基质黏度降低，固泡能力下降，同时温度增高也使敏化产气反应速度加快，使敏化气泡直径偏大而形成无效的气泡。然而当生产和储存的环境温度比较低时，炸药自身温度下降较快，会导致化学反应变得缓慢或不再发生反应，在储存时，显露在四周及与地面接触的成品炸药的发泡效果与中间堆垛的差别明显，经测试性能明显低下，也有可能出现拒爆的现象。

2 物理敏化方式

物理敏化一般采用空心玻璃微球或珍珠岩颗粒作为乳化炸药敏化剂。

2.1 空心玻璃微球的敏化方式

空心玻璃微球是钠硼硅酸盐材料经特殊工艺制成的小颗粒，其粒度一般在20～180 gm、壁厚一般在1～2 gm范围，空心玻璃微球是封闭的，表面经过了特殊处理，能够长期将气体稳定地保持于基质里，质地较轻且导热点较低，且强度与化学稳定性也相对较高，具有亲油和憎水性，与乳胶基质反应效果良好，储存期稳定性强，使用空心玻璃微球敏化用量少，但却能对爆炸性能有明显的改善，如果采用其作为乳化炸药的敏化剂较为理想，但是成本太高也制约了其使用的广泛程度[2]。

2.2 膨胀珍珠岩的敏化方式

膨胀珍珠岩是一种白色(灰白色)多孔、均匀颗粒，它由酸性火山玻璃质熔岩经过破碎、高温焙烧而成，它自身夹带气泡，基本不受外界影响，生产的产品无存在后效；加入量一般为2.3%～3.0%，加入量一般要根据采用的制药技术和装药机的型号、装药后的密度来调整，采用珍珠岩敏化的炸药药体硬度理想，药态成形好、易装药，如采用纸塑袋包装技术特别适合选用此敏化方式；敏化气泡抗压性能好，所以该敏化方式的应用范围也比较广。

珍珠岩的质量可直接影响敏化效果及炸药性能，因此采购时需重视珍珠岩的质量。容重(堆积密度)与颗粒度是衡量珍珠岩质量的两项重要参数，容重和珍珠岩的粒度密切相关。如果容重相同，但颗粒度不同，这对炸药的爆炸性能也是有所影响的，如果珍珠岩容重在一定范围增加，它的有效利用率、炸药的性能都有所增加，一般容重在(50～65 kg/m3)、颗粒度在(20～80目)之间≥80%较好。珍珠岩容重如果过大，则有效的气泡和颗粒度将会减少，导致炸药的稳定性下降，在长期存储方面性能降低；如果容重过小，在混合掺杂过程中无法有效抵抗破碎力，敏化效果达不到预期。在相同粒度组成的珍珠岩中，容重较大则爆轰性能和利用率也可以更好。物理敏化—珍珠岩加入量对炸药性能的影响，如表2所示。

表2 物理敏化—珍珠岩加入量对炸药性能的影响

敏化时要掌握好乳胶基质的温度，因为温度对乳胶体流动性的影响比较大，胶体在温度低的时候变稠、变硬，不容易掺混，并且影响利用率、爆轰性能及贮存期；相反的，乳胶基质在温度太高的时候油膜还不太稳定，胶体掺入珍珠岩颗粒内堵塞珍珠岩孔，使其丧失敏化作用，因此适宜的敏化温度是50～55 ℃。可通过检测敏化后半成品密度来判断珍珠岩失去敏化作用，敏化后半成品的密度正常在1.05～1.15 g/m3范围，如果密度低于最低范围，则应适当提高敏化温度，如果超出最高范围则已经存在堵孔现象，或珍珠岩的加入量过少，应适当降低敏化温度或增加珍珠岩加入量[3]。

因珍珠岩松散体积大、易吸潮、运输费用大；对环境有粉尘污染，对操作者身体有危害，生产时会对设备造成一定的磨损，且原材料成本比化学敏化高等缺点，采用时需要综合的考虑。

3 复合敏化方式

炸药的销售虽然受到一定管控，但其价格也受市场行情影响，而生产成本控制、工艺技术的优化则是生产厂家比较关注的问题，同时也是决定炸药性能的重要因素，由此如何选择成本低、性能更佳的敏化工艺，也是厂家需要考虑的重要环节。根据多年生产经验分析，不同的敏化方式制造出的乳化炸药都有其特点，如：纯化学敏化工艺生产的炸药，爆炸性能最佳，但是药态较软，易受环境的影响，生产和存储过程中不易受控，且存在较为明显的后效；膨胀珍珠岩敏化工艺生产的炸药药态较佳，但生产过程中存在较多的负面效应(污染、易造成设备磨损、生产成本高)，且爆炸性能相对较低。

而采用化学与物理复合的敏化方式，可克服单一物理或单一化学敏化的缺点，并且可以提高乳化炸药的各项性能，而且药态比化学敏化时较有明显的好转，为优化敏化工艺，权衡利弊，我公司目前正在研究复合敏化生产工艺，其中化学发泡剂加量(A剂)为0.15%～0.18%，促进剂(B剂)加入量为0.14%～0.19%，珍珠岩加入量为 1.0%～1.5%，生产时可视气候温度、药卷密度、药态软硬程度对敏化剂量进行微调，在敏化剂配方调整时南方和北方气候相差较大，因此加入的量也不尽相同，经过一段时间的摸索、试验，结果较为理想，如表3所示。从测试结果来看复合敏化(膨胀珍珠岩+化学发泡剂)后，乳化炸药贮存稳定性更优，产品质量稳定，存在的后效可以接受，药态更适合用户要求。

表3 复合敏化—敏化剂加入量对炸药性能的影响

4 结语

不同的敏化工艺都存在优点和缺点，化学敏化方式虽然简单、成本低，但受温度和后效影响，近年来，开始推广纸塑袋包装技术，因纯化学敏化方式的炸药药态软、存在后效，因此不适用于该技术的包装，较多的生产厂家选择珍珠岩物理敏化工艺进行生产，导致了炸药生产成本增高，且物理敏化工艺所带来的污染较大，并且产品的爆炸性能也受一定的抑制，在生产过程中需承受潜在的职业病风险，此外，由于珍珠岩的硬度较高，会导致机械设备磨损加重，结合种种分析，因此本人认为采用物理化学复合敏化工艺值得民爆行业研究和推广。