乳化炸药的化学敏化影响分析

赵 宇

（晋能控股煤业集团化工厂，山西 大同 037001）

0 引言

乳化炸药因其在抗水性、存储稳定性、生产成本等多项指标上具备显著优势，得到了业界人士的广泛关注，此类产品在矿产开采等领域的应用比例也在不断增长。但在实际研究中发现，当炸药起爆感度提升的过程中，乳化炸药威力降低的情况也随之产生，对其实际应用造成了显著制约[1]。为有效突破这一局限问题，对乳化炸药的化学敏化作用进一步分析，并对相关参数进行优化调整，则是一个切实可行的途径，应对此做进一步深入探究。

1 实验材料制备

在乳化炸药的主要成分中，主要包括可燃剂和氧化剂两部分，二者之间发生强烈的氧化还原反应并释放大量能量的过程即为炸药的爆轰反应过程。为提升乳化炸药的威力，从理论角度来看，能够确保可燃及被氧化剂完全氧化（即“零氧平衡”）的炸药成分可达到最高的威力。据此，在本次实验设计中，按照“零氧平衡”的原则进行设计，使用硝酸铵、硝酸钠、水、石蜡和SP-80 等，确定的乳化炸药基质组分如表1 所示。

表1 乳化炸药的基质组分

基于以上组分配比，本次乳化炸药基质的合成方式如下：

1）按照基质组分配比，将称量完成的硝酸铵粉末与硝酸钠粉末混合，溶于一定量的水中，并使用加热板将其加热至110 ℃，确保两种粉末药品全部溶解；

2）将石蜡放置在50 ℃的环境进行加热，待石蜡全部熔化后，将其与SP-80 混合，形成油相溶液，并将该油相溶液的温度升至95 ℃；

3）将油相与水相先后加入至搅拌罐中，控制搅拌转速为1 100 r/min，充分搅拌3 min；

4）搅拌完成后静置冷却，最终得到乳化炸药基质成品，如图1 所示。

图1 乳化炸药基质成品宏观图

在得到乳化炸药的基质材料后，进一步加入亚硝酸钠水溶液，对其进行化学敏化，在敏化完成后对其性能进行测试分析。

2 乳化炸药化学敏化效果的主要影响因素分析

2.1 敏化温度的影响

根据以往的经验可知，敏化温度对乳化炸药的爆炸性能影响颇为显著，相对而言，温度较高时，化学反应速率加快，但同时也会产生过多的气泡，不利于炸药爆轰过程中所需要的有效热点的产生；而当温度较低时，则难以满足水相油相之间混合的要求[2]。因此，如何选定合适温度则需要着重考虑。

在本次实验中，结合已有经验，在敏化温度84～90 ℃区间范围内，对温度如何影响敏化效果进行分析，并以“炸药爆速”这一指标对敏化效果进行衡量，结果如图2 所示。

图2 不同敏化温度条件下的炸药爆速变化情况

从图2 的数据变化趋势中不难看出，当敏化温度为87.6 ℃时，炸药爆速达到最大值。在该临界值两侧，左侧区间内，敏化效果分别呈现上升和下降两种态势。初步推断，造成这种变化的主要原因是，当温度过高时，炸药与敏化剂的反应速度加快，敏化效果下降，进而影响炸药爆速。在不同温度下的敏化药剂气泡分布情况则如图3 所示。

图3 温度在90 ℃（左）和85.6 ℃（右）时的气泡分布情况

从图3 可见，当温度过高时，气泡基本已经聚集成为少量的大气泡，这些气泡分布不均匀，使得敏化效果不够均匀，这也印证了上文的推论。

2.2 水相pH 值的影响

水相溶液的pH 值主要用以描述水溶液中氢离子的浓度。当氢离子浓度不同时，其对敏化效率的影响仍然较为突出，进而影响到乳化炸药的最终爆炸性能[3]。就此，对不同pH 范围下的炸药爆速进行分析测试，测试结果如表2 所示。

表2 不同pH 值下的炸药爆速分析结果

从表2 中的数据可见，当pH 为4.0 以上时，炸药样品的爆速相对更高，而当pH 过低时，爆速则相对较低，其主要原因是：pH 过低时，水溶液中氢离子浓度大，产生无效气泡的情况相对更多，因此造成了炸药性能的降低。综合考虑炸药爆速变化可知，pH 值设置为4.5 最为合理。

2.3 敏化剂添加量的影响

敏化剂的主要作用是通过自身与乳胶基质的充分混合，提升炸药的敏感度[4]。对此，本环节对敏化剂添加量（敏化剂质量占比，下同）的影响进行分析，分析结果如表3 所示。

表3 不同敏化剂添加量下的炸药爆速变化

从表3 中的数据可见，敏化剂的含量过高或过低均会影响炸药爆速这一关键指标。初步分析，敏化剂的添加量不足会导致发泡程度过慢，而过高的敏化剂添加量则会导致发泡速率过高，进而造成气泡聚集而影响炸药的性能。

3 实际应用效果测试

基于上文中的实验，对本次乳化炸药合成过程中的三项主要指标进行分析，结合分析结果，最终确定最优参数组合为：敏化温度为87.6 ℃；水相溶液pH为4.5；敏化剂添加量为0.42%。按照以上参数进行乳化炸药合成，并对其实际性能进行测试。测试结果显示，在此环境下，所制备的敏化后的乳化炸药冲击波正压作用时间达到539.3 μs，冲量则达到7.652 Pa·s。同时，在波峰后的压力衰减阶段，该乳化炸药样品的冲击波压力衰减速率也最为缓慢。初步推断，其主要原因是通过优化参数提高了炸药能量密度，从而其冲击波超压更高。同时，敏化剂作为氧化剂也参与了反应，为冲击波压力贡献了更多能量，从而使得冲量显著提升。该数值与常规乳化炸药相比，其优势更为突出，正压作用时间和冲量均提升了5%以上，证明本次对乳化炸药化学敏化参数的优化取得了预期效果。

4 结语

整体来看，在本次研究中，基于乳化炸药的化学敏化影响因素展开探究，重点对敏化温度、水相溶液的pH 值和敏化剂添加量三项重要指标进行了分析。在控制众多可变因素在适当的范围之内，结合已有的参考资料和相关理论，来探究以上三项关键因素对成品炸药性能的影响程度，以此得出了相对较优的参数组合。在此基础上，将本次优化参数后所制备的乳化炸药样品进行测试，测试结果显示，其在爆速、正压作用时间和冲量等关键指标上均有较优的表现，这证明本次研究取得了初步进展，有助于为后续的乳化炸药化学敏化参数的优化提供一定的参考借鉴。