[科普中國]-炸藥抗凍性

簡介

乳化炸藥是我國從七十年代末發(fā)展起來的一類新型安全環(huán)保型工業(yè)炸藥，該炸藥具有爆炸性能優(yōu)良、抗水性能好，生產(chǎn)工藝簡單，無污染等特點(diǎn)，是民爆行業(yè)鼓勵(lì)開發(fā)應(yīng)用的品種。近十年來，乳化炸藥在我國已廣泛使用。但在新疆北部高寒地區(qū)由于冬季氣溫低于零下30度，用戶在進(jìn)行爆破工程施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)配方的乳化炸藥抗凍性差，低溫環(huán)境容易拒爆，必須采取回溫措施才能正常使用，給用戶方帶來極大地不便?？梢?，提高乳化炸藥抗凍性對冬季低溫高寒地區(qū)用戶的正常使用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

影響因素就產(chǎn)品配方而言，乳化炸藥系由三相四組份組成，三相即水相、油相、氣相 ，四組份即氧化劑、還原劑、乳化劑、發(fā)泡劑。乳狀液是乳化炸藥的基礎(chǔ)，乳化炸藥的各種性能和影響因素都和乳狀液有關(guān)，乳狀液的穩(wěn)定性是提高乳化炸藥抗凍性的關(guān)鍵。乳化炸藥在高寒地區(qū)表現(xiàn)出抗凍性差，直接反應(yīng)了乳狀液不穩(wěn)定的本質(zhì)。影響乳化炸藥抗凍性的主要因素有水相氧化劑析晶、水分含量、油相材料和敏化工藝等幾個(gè)方面。

水相氧化劑析晶的影響

乳化炸藥水相無機(jī)鹽氧化劑過飽和水溶液 由水 、硝酸銨、硝酸鈉 、氯化鉀(煤礦型乳化炸藥添加)等組成。乳化炸藥水相的物理性質(zhì)影響到乳膠基質(zhì)的形成，對乳化炸藥分散相聚結(jié)產(chǎn)生顯著影響。乳化炸藥在冬季低溫儲(chǔ)存和使用過程中，硝酸銨晶體析出是導(dǎo)致乳化炸藥破乳失去爆炸性能的主要 因素之一。作為乳化炸藥內(nèi)相的氧化劑過飽和水溶液 ，由于硝酸銨在水中溶解后的溫度梯度較大 ，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，特別是界面膜強(qiáng)度較低時(shí)，更容易產(chǎn)生析晶，界面膜逐漸發(fā)生形變和收縮直至破損，造成乳狀液體系不穩(wěn)定，導(dǎo)致乳化炸藥的抗凍性變差，在低溫環(huán)境下不能正常爆轟。實(shí)踐表明，在保證炸藥爆炸性能和安全性的情況下，加入晶型改性劑，采用硝酸鈉、尿素等物質(zhì)組成混合氧化劑，來降低硝酸銨的析晶點(diǎn)，提高溶液乃至整個(gè)體系的穩(wěn)定性，有利于提高乳化炸藥抗凍性。采用混合氧化劑降低硝酸銨水溶液析晶點(diǎn)的原理，是利用硝酸銨與硝酸鈉、尿素等化合物形成低共熔點(diǎn)混合物，使硝酸銨水溶液的析晶點(diǎn)降低。同時(shí)尿素具有防凍劑功效，加入后賦予乳化炸藥抗低溫能力，使乳化炸藥在較低溫度下仍具有 8號(hào)工業(yè)雷管感度。試驗(yàn)表明，尿素具有較強(qiáng)的降低硝酸銨水溶液的析晶點(diǎn)的能力，在乳化炸藥組分中加入尿素可增大硝酸銨的溶解度，同時(shí)與硝酸銨形成“固液溶液”，使晶格單元的移動(dòng)性受到了限制1。

水分含量的影響

乳化炸藥的組分中，水是不可缺少的主要成分，是溶解硝酸鹽的最好溶劑。乳化炸藥生產(chǎn)中如何確定合理的含水量，既不明顯降低能量，又能持久保持儲(chǔ)存、抗凍等穩(wěn)定性能，是乳化炸藥研制與生產(chǎn)中一直高度重視的問題。我們知道，在一定的水分含量范圍內(nèi)，乳化炸藥的穩(wěn)定性隨著水分含量的增加而提高。這是因?yàn)楹繙p小，乳膠體水相的析晶點(diǎn)上升，當(dāng)析晶量達(dá)到一定量時(shí)就會(huì)破壞油膜 ，乳化炸藥穩(wěn)定性降低；當(dāng)含水量增加時(shí)，乳膠體水相的析晶點(diǎn)下降，不易析晶，穩(wěn)定性提高。

油相材料的影響

在 W/O型溶液中油相材料作為連續(xù)相形成膠體 ，對乳化炸藥陛能的影響是：(1)構(gòu)成連續(xù)相。通過 自身的大分子長鏈結(jié)構(gòu)，在乳化劑作用下，將分散相包覆起來 ，形成 W/O乳化液結(jié)構(gòu)。

(2)作燃料可燃劑。乳化炸藥的W/O結(jié)構(gòu)使氧化劑水溶液分散的很細(xì)而且均勻，同時(shí)，與油相材料呈準(zhǔn)分子態(tài)緊密連接排布，有利于爆轟的激發(fā)和傳遞，以保證乳化炸藥具有最大能量；

(3)形成有一定強(qiáng)度的乳膠粒子的界面膜，這個(gè)膜應(yīng)有一定的強(qiáng)度、厚度和韌性，其性能對乳化炸藥的抗凍性有重要影響。

敏化工藝的影響

2008年冬季新疆北方地區(qū)頻繁出現(xiàn)極端惡劣天氣 ，高寒地區(qū)用戶對乳化炸藥低溫受凍后拒爆(不采取回溫措施)反映較普遍 ，分析認(rèn)為，敏化氣泡的部分喪失是乳化炸藥穩(wěn)定性破壞的原因之一，乳化炸藥低溫受凍后拒爆主要是化學(xué)發(fā)泡敏化工藝引入氣泡時(shí)加入的外相水遇低溫結(jié)晶，刺破界面膜導(dǎo)致部分氣泡喪失。在新疆地區(qū)采用化學(xué)敏化方式生產(chǎn)乳化炸藥，應(yīng)考慮冬季低溫因素。為此我們更換了新式乳化敏化機(jī)，采用雙軸對輥 (轉(zhuǎn)速可調(diào) )、間斷式螺旋葉片送料結(jié)構(gòu)，物料混合時(shí)間延長了 50%，實(shí)現(xiàn)均勻混拌和均勻送料。同時(shí)調(diào)整化學(xué)敏化工藝參數(shù)，生產(chǎn)中嚴(yán)格控制發(fā)泡劑的加入量和敏化溫度，以保證低溫、快速發(fā)泡，有效避免后效作用，同時(shí)采用復(fù)合敏化方法提高乳化炸藥的抗凍性。

方法(1)減少水相氧化劑析晶的影響，可加入適當(dāng)?shù)木透男詣捎萌缒蛩氐任镔|(zhì)組成混合氧化劑的方法，來降低硝酸銨的析晶點(diǎn)，提高溶液乃至整個(gè)體系的穩(wěn)定性，有利于提高乳化炸藥抗凍性。

(2)適當(dāng)?shù)暮靠梢蕴岣呷榛ㄋ幍姆€(wěn)定性 ，實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)品配方中的含水量 13%左右的乳化炸藥抗凍性較好。

(3)選擇適當(dāng)?shù)挠拖嗖牧鲜谷槟z基質(zhì)粘度增加，對一定的乳化炸藥配方體系，可以通過調(diào)整油相，增加油膜的韌性、強(qiáng)度和厚度來提高乳化炸藥的抗凍性。