化學(xué)敏化劑及促進(jìn)劑噴灑添加工藝

江涌濤

(安徽向科化工有限公司)

膠狀乳化炸藥是以氧化劑水溶液的微細(xì)液滴為分散相，懸浮于含有分散氣泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油類物質(zhì)構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型的特殊乳化體系。形成膠狀乳化炸藥第三分散相的密度調(diào)整劑是一類能夠向膠狀乳化炸藥中引入許多均勻分布的微小氣泡物質(zhì)，該類物質(zhì)可有效調(diào)整膠狀乳化炸藥的密度和能量，可使得乳化炸藥的爆炸感度得到明顯提高，該類密度調(diào)節(jié)劑的添加，在乳膠炸藥生產(chǎn)過程中稱為膠狀乳化炸藥的敏化[1-4]。

目前，膠狀乳化炸藥的敏化方式有3種，一種為物理敏化方式，常見采用空心玻璃微球或憎水膨脹珍珠巖作為敏化劑材料，通過機(jī)械攪拌摻和方式，使得一定量的敏化劑材料分散至乳化基質(zhì)中，達(dá)到敏化乳化基質(zhì)的效果；第二種是化學(xué)發(fā)泡敏化方式，通過外加少量化學(xué)試劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成微小氣泡分布于乳化基質(zhì)中，達(dá)到敏化效果；第三是混合敏化方式，即膠狀乳化炸藥生產(chǎn)過程中同時(shí)采用物理敏化和化學(xué)發(fā)泡敏化2方式的混合敏化方式。物理敏化方式中，全部采用空心玻璃微球作為敏化劑，膠狀乳化炸藥爆炸性能好，但會(huì)導(dǎo)致膠狀乳化炸藥制造成本增高；采用憎水珍珠巖作為敏化劑，可降低膠狀乳化炸藥制造的原料成本，但爆炸性能一般，藥態(tài)較硬，且不滿足目前膠狀乳化炸藥的自動(dòng)裝藥生產(chǎn)工藝要求，因而采用全物理敏化方式的廠家相對(duì)較少；化學(xué)敏化的膠狀乳化炸藥外加材料成本較低，產(chǎn)品性能優(yōu)良，藥態(tài)較軟，可滿足后期乳膠炸藥生產(chǎn)的自動(dòng)裝藥要求，目前較多生產(chǎn)廠家都采用了化學(xué)敏化方式；混合敏化方式秉承了全物理敏化和全化學(xué)敏化的一些炸藥特性，化學(xué)敏化方式和復(fù)合敏化方式中的敏化劑和促進(jìn)劑通常采用注入或滴入方式加入，分散性差，存在敏化不均勻現(xiàn)象，若摻和攪拌時(shí)間較長(zhǎng)，則對(duì)乳化基質(zhì)的破壞性增大，不利于乳膠炸藥爆炸性能和儲(chǔ)存性能的穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)采用鋼帶涼藥工藝[5-8]的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線的連續(xù)化、自動(dòng)化水平較高，產(chǎn)能也不斷增大，常見的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線的產(chǎn)能為5～7 t/h。為有效提升乳化炸藥生產(chǎn)線的敏化效果，采用噴灑方式將亞硝酸鈉作為發(fā)泡敏化劑、磷酸作為促進(jìn)劑分別分散添加至乳化基質(zhì)中，并與原滴入添加方式對(duì)乳化炸藥性能的改善效果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

將一級(jí)工業(yè)亞硝酸鈉與水按質(zhì)量比4∶6配制成敏化劑溶液，加入量為6.2～7.2 L/h，加入后其炸藥質(zhì)量組分比例為0.06%～0.090%；將質(zhì)量組分含量85%的工業(yè)磷酸與水按質(zhì)量比1∶1稀釋成促進(jìn)劑溶液，加入量為5.5～6.5 L/h，加入后炸藥質(zhì)量組分比例為0.060%～0.085%；憎水膨脹珍珠巖堆積密度為0.052 g/cm3，混合敏化時(shí)，加入憎水膨脹珍珠巖的質(zhì)量組分比例為0.4%～1.0%。

1.2 試驗(yàn)平臺(tái)

本研究試驗(yàn)平臺(tái)為采用中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司M型乳化炸藥生產(chǎn)線技術(shù)的建設(shè)的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線。

1.3 試驗(yàn)工藝和步驟

化學(xué)敏化的敏化劑與促進(jìn)劑噴灑工藝如圖1所示。

圖1 化學(xué)敏化的敏化劑與促進(jìn)劑噴灑工藝示意

在采用鋼帶涼藥工藝膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線中，在鋼帶處或敏化接料斗的乳化基質(zhì)載體上方安裝一套噴灑裝置，通過二流體噴嘴，用低壓空氣剪切定量輸出化學(xué)敏化劑溶液，使之均勻噴灑到乳化基質(zhì)載體上，再以另一套相同的噴灑裝置用低壓空氣剪切敏化促進(jìn)劑溶液，使之均勻噴灑到乳化基質(zhì)載體上，而后經(jīng)敏化機(jī)攪拌摻和完成敏化。

(1)裝置主要為二流體噴嘴和空氣減壓閥，儲(chǔ)氣罐輸出0.20～0.40 MPa空氣，經(jīng)空氣減壓閥用塑料軟管與二流體噴嘴的空氣連接口進(jìn)行連接，可調(diào)整形成穩(wěn)定的、有一定壓力輸出的低壓空氣，其低壓調(diào)整范圍為0.01～0.05 MPa。

(2)根據(jù)產(chǎn)能和敏化配比要求，調(diào)整液體計(jì)量泵的單位流量，由2個(gè)計(jì)量泵分別輸出定量化學(xué)敏化劑溶液和促進(jìn)劑溶液。

(3)低壓空氣和化學(xué)敏化劑溶液流體分別通過相應(yīng)的二流體噴嘴，調(diào)整各自的低壓空氣壓力，使得發(fā)泡敏化劑溶液和促進(jìn)劑溶液在鋼帶上或乳化基質(zhì)接料斗中能夠分別均勻噴灑，再經(jīng)過敏化機(jī)攪拌、摻和，使得敏化劑和促進(jìn)劑較快、均勻地分散，化學(xué)敏化劑通過化學(xué)反應(yīng)，形成微小氣泡分布于乳化基質(zhì)中，達(dá)到敏化效果。

2 試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)主要影響因素

化學(xué)敏化效果與敏化劑、促進(jìn)劑的噴灑效果存在直接關(guān)聯(lián)效應(yīng)，影響噴灑效果的因素較多，如噴嘴的結(jié)構(gòu)類別、被分散液體的輸出量和壓力、用于分散的空氣輸出量和壓力等技術(shù)參數(shù)、噴嘴數(shù)量和安裝位置、被分散介質(zhì)的黏度和表面張力等[9-13]。

2.1.1 二流體噴嘴選型

直流噴嘴的噴出液體角度小，呈注流狀，分散差，目前膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線敏化劑和促進(jìn)劑泵送設(shè)備的壓力普遍無法達(dá)到穩(wěn)定輸出的要求，內(nèi)混式二流體噴嘴的噴灑效果受2種流體的壓力和流量的影響較大，不利于調(diào)節(jié)與控制；外切式二流體噴嘴在噴灑過程中，液體與空氣2種流體接觸方式采用外切式，使得液體與低壓空氣輸出相對(duì)獨(dú)立，對(duì)氣、液輸出量和壓力的相互影響較小，不滿足敏化劑和促進(jìn)劑組分添加量的穩(wěn)定輸出要求，目前膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線所采用的隔膜泵或柱塞泵均可滿足敏化劑和促進(jìn)劑溶液計(jì)量和輸送要求。依據(jù)不同產(chǎn)能的生產(chǎn)線，采用化學(xué)敏化或混合敏化方式時(shí)，敏化劑與促進(jìn)劑應(yīng)按一定組分比例和敏化密度要求進(jìn)行添加，計(jì)算各自輸出流量，而后跟據(jù)在實(shí)際敏化效果對(duì)添加量進(jìn)行微調(diào)，使之達(dá)到工藝要求。綜合上述分析本研究試驗(yàn)的二流體噴嘴型號(hào)確定為Feizhuo-1/4J-SS+SUE18A-SS。

2.1.2 低壓空氣輸出控制

確?；瘜W(xué)敏化劑和促進(jìn)劑輸出的穩(wěn)定性和分散實(shí)效性是敏化工序控制的關(guān)鍵。采用外切式二流體噴嘴時(shí)，敏化劑和促進(jìn)劑的水溶液分散效果與低壓空氣介質(zhì)剪切程度密切相關(guān)，氣壓越高，剪切程度越高，被分散液滴的粒徑越小，同時(shí)噴灑接觸面也大，分散性好，但實(shí)際操作控制中應(yīng)避免產(chǎn)生霧化現(xiàn)象。因此低壓空氣的壓力大小和輸出量，是保障敏化劑和促進(jìn)劑處于低壓狀態(tài)進(jìn)而被分散的最直接的參數(shù)，也是噴灑方式調(diào)試最重要的控制參數(shù)。本研究通過空氣減壓閥進(jìn)行減壓，確保穩(wěn)定的低壓空氣輸出，防止霧化，低壓空氣可以從零往增大方向緩慢調(diào)整，達(dá)到噴灑要求即可，試驗(yàn)中低壓空氣壓力調(diào)節(jié)范圍為0.01～0.05 MPa，試驗(yàn)中噴灑區(qū)域采用了有機(jī)玻璃罩作為防霧化措施，噴灑效果和霧化效果如圖2、圖3。

圖2 噴灑效果

圖3 霧化效果

2.1.3 噴嘴位置及數(shù)量

要使得分散后的亞硝酸鈉溶液和促進(jìn)劑磷酸溶液與乳化基質(zhì)進(jìn)行充分接觸、混合，需要考慮分散后溶液與乳化基質(zhì)的接觸面積。采用二流體噴嘴進(jìn)行噴灑輸出時(shí)，被分散的物質(zhì)呈60°～90°噴灑呈現(xiàn)，且一個(gè)噴嘴的噴灑范圍有限，綜合考慮接觸與混合效果以及設(shè)備調(diào)試的便捷程度，可制作一個(gè)“模塊”化裝置，裝置中每個(gè)被分散的溶液可并聯(lián)安裝2～4個(gè)噴嘴，噴嘴與鋼帶上乳化基質(zhì)的垂直距離為20～30 cm，并聯(lián)噴嘴間距為15～25 cm，如此可有效噴灑覆蓋于鋼帶上的乳化基質(zhì)，噴灑覆蓋率能夠達(dá)到80%～90%。此外，可采用有機(jī)玻璃作為“模塊”裝置的外罩，防止零星液滴逸出。試驗(yàn)中化學(xué)敏化劑和促進(jìn)劑各并聯(lián)安裝了3個(gè)噴嘴進(jìn)行噴灑。

2.1.4 溶液黏度及表面張力對(duì)噴灑效果的影響

當(dāng)采用二流體噴嘴進(jìn)行流體霧化時(shí)，噴霧效果會(huì)受被分散介質(zhì)的黏度、表面張力等物理特性的影響[14-15]。對(duì)于本研究試驗(yàn)中被分散的化學(xué)敏化劑和促進(jìn)劑的水溶液，可分別作為無機(jī)鹽和無機(jī)酸，各自的水溶液溫度為12～25 ℃。當(dāng)生產(chǎn)或試驗(yàn)的溫度為10～30 ℃，它們的水溶液黏度和表面張力對(duì)噴灑效果的影響程度極小，可不考慮兩者水溶液黏度和表面張力對(duì)二流體噴嘴噴灑效果的影響。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)產(chǎn)能為4.8 t/h時(shí)，采用不同敏化方式、不同敏化劑及促進(jìn)劑的加入方式生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的性能指標(biāo)見表1。分析表1可知：采用噴灑生產(chǎn)工藝添加化學(xué)敏化劑、促進(jìn)劑生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的性能優(yōu)于采用滴入工藝添加化學(xué)敏化劑、促進(jìn)劑生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥。

表1 不同工藝與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

3 結(jié) 語

對(duì)于采用鋼帶涼藥工藝的乳化炸藥生產(chǎn)線，通過在鋼帶上方安置了液體噴灑裝置，將化學(xué)敏化劑和促進(jìn)劑的滴入添加工藝改變?yōu)閲姙⑻砑庸に?。試?yàn)表明，采用噴灑工藝生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的各項(xiàng)性能優(yōu)于采用滴入工藝生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥。