提高乳化炸藥產品性能的工藝研究

白建明

(廣靈縣同德精華化工有限公司，山西 廣靈 037500)

引 言

炸藥為特殊行業(yè)的必需品。通常工業(yè)炸藥的應用主要以粉狀炸藥為主。但是，粉狀炸藥在實際應用中存在粉塵大、廢水毒性大的問題。乳化炸藥的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)粉狀炸藥污染環(huán)境、吸潮結塊的問題，具有良好的應用前景和市場效益。但是，由于乳化炸藥中乳化液的不穩(wěn)定性而導致其穩(wěn)定性較差、存儲時間短以及安全性低的問題。因此，為進一步提升乳化炸藥性能進而推廣其應用范圍，需對其制造工藝進行優(yōu)化[1]。本文著重對影響乳化炸藥性能的影響因素進行分析，并對其制造工藝進行優(yōu)化。

1 影響乳化炸藥性能的因素分析

衡量乳化炸藥性能可通過爆速、爆壓、沖量以及爆轟能量等參數(shù)進行，上述參數(shù)存在一定的聯(lián)系，也就是說并不能對某一個參數(shù)進行一味的優(yōu)化，從而導致其他參數(shù)指標的下降。以下將對乳化炸藥的幾個關鍵參數(shù)的影響因素進行分析。

1.1 影響乳化炸藥爆速的因素

乳化炸藥爆速指的是炸藥在爆炸瞬間炸藥藥柱的傳播速度，其為衡量乳化炸藥性能的關鍵參數(shù)。從一定程度上講，基于乳化炸藥的爆速可得出炸藥的猛度和做功能力，其對應的關系如式(1)所示。

A=1.9×10-5D2

(1)

式中，D為乳化炸藥的爆速，A為乳化炸藥的做功能力。經(jīng)理論研究，影響乳化炸藥爆速的因素為實現(xiàn)炸藥內部的氧平衡和控制炸藥的裝藥密度。

炸藥的做功能力為炸藥爆炸瞬間對外界物體的沖擊力，其除了與炸藥的爆速相關外，還與炸藥中的高能添加劑、水的含量以及乳膠基質的粒度大小相關[2]。

1.2 影響乳化炸藥穩(wěn)定性的因素

經(jīng)理論分析可知，影響乳化炸藥穩(wěn)定性的因素包括乳化炸藥中的原料組分、所采用的乳化工藝和敏化工藝。

一般的乳化炸藥主要原材料有硝酸鹽、水、乳化劑等。因此，乳化炸藥中乳化劑的種類、水相材料及油相材料所占的比例大小為影響乳化炸藥穩(wěn)定性主要因素。此外，乳化工藝中的水相、油相材料的溫度以及乳化液的溫度、攪拌速度、乳化時間等和敏化工藝中所采用的敏化方法、敏化溫度以及敏化攪拌時間等為影響乳化炸藥穩(wěn)定性的關鍵因素。

綜上所述，制備乳化炸藥的工藝眾多，即影響乳化炸藥威力及穩(wěn)定性的因素也很多，需從權重由大到小依次對制備工藝進行優(yōu)化，最終提升乳化炸藥各方面的性能。

2 乳化炸藥的制備及工藝的優(yōu)化

2.1 乳化炸藥配方及工藝的初步確定

結合當前實際應用乳化炸藥穩(wěn)定性差、儲存時間短的問題，本文對即將制備乳化炸藥的性能提出如下預期目標：要求所制備乳化炸藥的儲存時間最少為10個月；乳化炸藥內炸藥的密度控制在1.2 g/cm3左右；要求所制備乳化炸藥的爆速在4 500 m/s～5 000 m/s。

2.1.1 乳化炸藥配方的確定

乳化炸藥的主要原材料包括乳化液、水相以及油相等。除此之外，根據(jù)乳化炸藥的應用場景不同還需加入一定比例的添加劑。實際上，上述原材料中各個不同比例原材料即不同配方值得到乳化炸藥的性能不同[3]。結合乳化炸藥制備經(jīng)驗和理論基礎，乳化炸藥配方設計需遵循如下原則：

1)要求乳化炸藥配方能夠保證其內外體系相匹配；2)要求乳化炸藥中配方能夠實現(xiàn)其中的氧平衡；3)在允許范圍之內，將乳化炸藥中的水含量降至最低，保證炸藥的爆熱；4)要求所設計乳化炸藥的配方在價格上具有競爭力，即需滿足低成本的要求。

結合當前國內外乳化炸藥的配方和乳化炸藥的預期性能，綜合乳化炸藥配方確定原則，最終確定乳化炸藥原材料及比例如下：

硝酸銨(74%)、硝酸鈉(8%)、尿素(4%)、水(7%)、石蠟(2.4%)、機油(1.2%)、SP-80(2.5%)、丁二酰亞胺(0.5%)、添加劑(0.4%)。

2.1.2 乳化炸藥制備工藝的確定

乳化炸藥制備工藝為保證其性能的關鍵，主要包括對水相、油相溫度的確定；乳化溫度的確定以及攪拌速度的確定等。根據(jù)乳化炸藥配方初步確定的結果，所確定的工藝流程如圖1所示。

圖1 乳化炸藥制備工藝流程圖

對應的具體工藝如下：

水相溫度控制在95 ℃～110 ℃；將油相溫度控制在90 ℃～95 ℃；將乳化溫度控制在95 ℃～100 ℃；將攪拌速度控制在1 000 r/min～1 700 r/min；將水相的加入速度控制在50 g/s～60 g/s；將敏化速度控制在55 ℃～65 ℃，并將敏化時間控制在2 min～5 min。

2.2 乳化炸藥制備工藝的最終確定

為最終確定乳化炸藥制備的最佳工藝，本節(jié)結合2.1中初步確定的乳化炸藥制備的工藝和流程圖，對不同制備工藝(如表1)下的爆破速度進行研究[4]。并通過對各個因素極差值的計算得出影響爆破速度的最顯著因素，并依次排列。

表1 乳化炸藥制備工藝組合

經(jīng)對上述組合對應的爆破速度及其不同因素對應的極差值進行計算，得出如表2所示的結果。

表2 不同因素對應不同組合的爆破速度及極差值

如表2所示，在上述5項因素中以乳化溫度對爆破速度的影響最為明顯，從高到低依次排列為：乳化溫度、乳化時間、敏化時間、攪拌速度、水相加入時間[5]。其中，乳化溫度對應的最佳爆破速度為1#組合，則最佳乳化溫度為93 ℃；乳化時間對應的最佳爆破速度為2#組合，則最佳乳化時間為4 min；攪拌速度對應的最佳爆破速度為1#組合，則對應最佳攪拌速度為1 000 r/min；水相加入時間對應的最佳爆破速度為1#組合，則對應最佳水相加入速度為50 g/s；敏化時間對應的最佳爆破速度為4#組合，則對應最佳敏化時間為4 min。

綜上所述，乳化炸藥制備最佳關鍵參數(shù)確定如下：乳化溫度為93 ℃、乳化時間為4 min、攪拌速度為1 000 r/min、敏化時間為4 min、水相加入速度為50 g/s。

3 結論

乳化炸藥由于其抗水性能、爆炸性能好以及生產成本低、對環(huán)境污染小等優(yōu)勢被廣泛應用。但是，乳化炸藥穩(wěn)定性差、儲存時間短為制約其大力推廣應用的主要缺陷。為提升乳化炸藥的性能，本文以其爆破速度為衡量指標對其制備過程中的乳化溫度、乳化時間以及水相加入速度等工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并最終得出如下結論：當乳化溫度為93 ℃、乳化時間為4 min、攪拌速度為1 000 r/min、敏化時間為4 min、水相加入速度為50 g/s時所制得乳化炸藥的爆速性能最佳。