少钠乳化炸药的研发

2022-09-16李园

煤炭与化工 2022年8期

李园

（福建海峡科化股份有限公司龙岩分公司，福建龙岩 364002）

0 引言

在我国乳化炸药生产过程中，最常见的是采用硝酸铵、硝酸钠混合氧化剂制备水相溶液，硝酸钠通常占水相溶液的5%～10%。硝酸钠在一定程度上能够降低水相溶液的析晶点，降低乳状液形成的难度，同时还能增大乳化体系的供氧量，改善乳化炸药产品中的氧平衡，提高乳化炸药的最终密度。但硝酸钠中含有的金属元素钠在参与爆炸反应中会氧化成氧化钠，将消耗一定的炸药能量，并且随着硝酸钠价格持续上涨，致使乳化炸药的成本不断提高。因此，研发出少硝酸钠的乳化炸药具有重要意义。

1 基本原理

1.1 影响乳化炸药性能的因素

1.1.1 组分

乳化炸药的主要组分是氧化剂、可燃剂和敏化剂，另需添加一定的水和少量的添加剂。氧化剂、可燃剂是乳化炸药主要的能量释放者，其多少直接影响到乳化炸药的做功能力。

根据零氧平衡的原则，氧化剂、可燃剂的配比越大，炸药的威力越大。

1.1.2 水相的析晶点

乳化炸药是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡的油相材料构成的连续介质中，形成了一种特殊的油包水型含水硝铵类乳化体系。

硝酸铵作为乳化炸药水相材料的无机氧化盐，析出量越高即析晶点越低，大量的晶体从水相中析出，会使乳胶体受到严重破坏，导致乳化炸药的爆炸性能、贮存期稳定性大幅降低。

1.1.3 油相材料的黏度

在乳化炸药体系中，受氧平衡的限制和爆炸性能的要求，油相材料的含量补给分散相的1/10，导致油相材料的黏度、链长、分子结构等就显得尤为重要。

油相材料中长链大分子碳氢化合物含量增加，乳化膜强度相应增大，乳化炸药基质硬度增加、抗水性提高，乳化分散难度相应增加，易乳化性降低。另油相材料的黏度增加，其约束敏化气泡的能力也增强，乳化炸药猛度值也随之增加。

2 研制方案及配方确定

2.1 研制方案

依据零氧平衡理论，通过理论分析和实验研究，降低硝酸钠配比后，通过在水相材料加入新型的添加剂，配以油相添加剂，改变硝酸铵的晶型结构、降低硝酸铵水溶液的析晶点，同时调整水相溶液的pH值及炸药基质密度，为乳化提供保障。

2.2 试验部分

2.2.1 水相添加剂的选择

实践表明，在乳化炸药生产中，一旦不加或者少加硝酸钠，乳化炸药在贮存期内爆炸稳定性得不到保证，极易出现结块破乳的情况。据文献，向硝酸铵水溶液中添加功能复合物可以降低析晶点，一般是以一种多元醇化合物和阴离子表面活性剂为主体的复合物。适量的添加“功能性复合物”，对降低水相溶液析晶点非常有效，基于该原理我们将选择或制备一款“功能性复合物”来改善降低硝酸钠含量对乳化炸药性能影响。常用阴离子表面活性剂性能对比表见表1。

表1 常用阴离子表面活性剂性能对比表Table 1 Anionic surfactant in common use

由表1可以看出，将十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠分别加入水相溶液后，使水相pH值增大，硝酸铵的氧化性下降，炸药的爆炸性能下降；我司乳化炸药生产中采用化学发泡法敏化，十二烷基醇酰磷酸酯不适合作为水相添加剂。经过分析对比，决定加入十二烷基苯磺酸钠作为“功能性复合物”组分之一。另甘油作为制备多元醇型非离子表面活性剂的多元醇，具有自乳性、不易溶于脂肪酸酯或酰胺等特性，同时兼具容易获取等优势，理论上可以作为“功能性复合物”另一组分。

2.2.2 油相添加剂的选择

根据文献，某些高分子聚合物，如丁二烯-苯乙烯的共聚物、无规聚丙烯、异丁烯-乙烯共聚物、异丁烯-乙烯共聚物等，可有效地用于改进油相材料组分，调节油相材料的黏稠度，又在体系中形成高分子框架，使乳化炸药的储存稳定性得到显著的改善。通过在2号岩石乳化炸药油相材料中添加不同高分子聚合物，对比其猛度变化，对比图如图1所示。

图1 乳化炸药猛度对比Fig.1 Contrast diagram of emulsion explosives

由图1可知，随着各类油相添加剂配比增加，2号岩石乳化炸药猛度呈上升趋势，当达到峰值后，配比持续增加猛度出现下降。其中高分子聚合物异丁烯-乙烯共聚对2号岩石乳化炸药猛度影响最大，故而确定该种高分子聚合物为油相添加剂。

2.2.3 水相添加剂配比的确定

当降低硝酸钠配比后水相溶液pH值降低，析晶点升高，所生产的乳胶基质在发泡剂敏化时，发生化学反应的速度过快，从而容易形成稳定性较差的大气泡，导致微气泡的数量减少，产品的爆速和猛度就会出现不合格现象，同时在贮存期内爆炸稳定性得不到保证，极易出现结块破乳的情况。为了消除降低硝酸钠配比对乳化炸药性能的影响，龙岩分公司根据氧平衡设计原则和主要组成物（氧化剂和可燃剂）的能量贡献及爆炸性能要求、工艺条件等，结合工业炸药配方设计的优化原理，确定了水相添加剂的配比，水相添加剂的配比见表2。