乳化炸药复合敏化技术的研讨与应用

王雪峰

（山西同德化工股份有限公司，山西 忻州 036599）

引 言

敏化工艺作为乳化炸药生产过程的关键，多年来得到了众多研究单位和厂家的重视。目前，气泡敏化方式已成为乳化炸药敏化的主要方式。但总的来说，在这方面做得较多的主要是研究或试验结果的介绍和比较，而关于不同敏化方式之间的差异鲜有相关敏化机理等方面的分析与探讨。

2002年5 月，在福建省泉州市海港的航道改造工程中，多数爆破点在水深20m以下，且一次性爆破施工量较大，整个装药周期较长（有时在20h以上），用户要求我厂提供的乳化炸药必须具有良好的抗水性、抗压性和深水条件下的良好爆轰性。而能够满足这些要求的产品，我厂几乎没有生产和试验过。笔者与同事结合自己的生产实践，对多种气体敏化技术作了进一步研究与探讨，并通过工艺的优化设计和试验研究，采用复合敏化技术满足了上述工程爆破的需求，取得了良好的效果。

1 多种气体敏化技术分析

一般情况下，乳化基质本身的爆轰感度比较低，不易被雷管等所引爆，通常需要加入猛炸药、金属粉末或敏化气泡等物质作为敏化剂来提高它的感度。其中，从外界引入气泡已成为目前最常采用的敏化方式。根据引入方式的不同，大致可分为机械敏化、物理敏化和化学敏化3种。

机械敏化是通过敏化机的不断搅拌将空气引入乳化基质，进而对引入的空气分割、分散成细微气泡，从而达到敏化的目的。此方法成本最为低廉，工艺也最为简单，但贮存性能差，不适于专业化工厂的生产是其最大的缺点。物理敏化多采用空心树脂微球、空心玻璃微球和膨胀珍珠岩等作为载体，将气泡引入乳化基质而达到敏化目的。此方法操作较为简单，性能较为稳定，但制造成本相对较高。化学敏化一般采用亚硝酸盐、碳酸氢盐、有机偶氮化合物和亚硝基化合物等作为发气剂，通过化学反应产生气体并将气体引入乳化基质，从而达到敏化目的。此方法工艺较为复杂，但成本较低，生产的乳化炸药性能也相对较高。为了进一步提高乳化炸药的爆轰性能和贮存稳定性，国内众多研究单位和厂家相继开发了新的敏化技术，其中的复合敏化技术近几年得到了较多厂家的应用。

采用气体敏化乳化基质，实质上就是热点敏化。研究表明［1］，只有气泡尺寸相当小时，才会在极短的时间（10-5s～10-3s）内被绝热压缩，形成温度高达400℃～600℃的灼热点，从而激发乳化基质的爆炸；当气泡尺寸过大时，气泡压缩将不再是绝热压缩，而是等温压缩，无法产生高温成为激发乳化基质爆炸的热点。由此可见，无论采用何种气体敏化方式，都必须通过足够的搅拌，将气泡、敏化剂或发气剂充分分散，方能保证敏化气泡的最终尺寸尽量小、数量足够多。通常要求气泡直径小于100μm［2］，最好是50μm以下；气泡分布密度一般达到104个/cm3～107个/cm3。

实际上，乳化基质在敏化机内与物理或化学敏化剂搅拌混合的过程中，由于自身的黏度作用，不可避免地也会将外界的气体吸留住，并不断地在搅拌过程中将此部分气体进一步破碎、细化和分散，因此，无论是物理敏化还是化学敏化过程，都是一个综合的、复合的敏化过程。虽然充分的搅拌与捏合对气泡的分散与细化是有利的，但由于乳化基质在经过多次的揉合、搅拌后其结构会受到一定程度的破坏，出现渗水、分层甚至析晶等现象，因此，过多的搅拌对乳化基质和乳化炸药的贮存稳定性不利。

3种单一的气体敏化过程所需要搅拌的次数和时间由少至多依次为：物理方法＜化学方法＜机械方法；相应的搅拌作用对乳化基质的破坏程度由小到大依次为：物理方法＜化学方法＜机械方法。在同样或相当的敏化程度下，采用机械方法敏化的乳化炸药最容易出现渗水、分层等现象，贮存期最短。

采用膨胀珍珠岩等物理敏化方式时，在搅拌过程中，膨胀珍珠岩等气泡载体在搅拌机构和乳化基质的摩擦、挤压等外力作用下会遭到相当程度的破坏，这也就是实际加入量往往高于理论加入量的主要原因。珍珠岩等载体本身或遭到破坏后产生的不规则表面与棱角刺入到乳化基质的薄膜深层，会破坏乳化基质薄膜的稳定；同时，乳化基质具有良好的塑性，在贮存的过程中，基质薄膜会逐渐渗入到膨胀珍珠岩等载体的微孔系内，破坏气泡的保持［2］，而且产生的破坏后果是不可恢复的。相比之下，采用化学敏化方式，即使产生的敏化气泡遭到破坏，也会由于化学敏化本身就是化学反应物过量的反应，在随后的贮存过程中，随着气泡的逸失，化学平衡会自动向着生成敏化气泡的方向移动，起到修复敏化气泡的作用。因此，虽然采用膨胀珍珠岩等物理敏化方式生产的乳化炸药在生产当日的爆轰性能可能会高于采用化学敏化生产的炸药，但贮存稳定性要低于后者。

采用珍珠岩物理敏化和发泡剂H等化学敏化相结合的复合敏化方式时，其中的珍珠岩颗粒在与乳化基质的搅拌、揉合过程中虽然会发生一定程度的破裂，原先保持的气泡（主要成分是空气）也会相应地逸失，但由于相对滞后产生的化学敏化气泡（主要成分是氮气）的补充，最终使得乳化基质仍然能够保持相当数量的敏化气泡。珍珠岩颗粒是由酸性火山玻璃质熔岩经破碎、预热、焙烧而制成，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，使用温度低于400℃，成分的熔点多高于乳化体系内主要成分的熔点［3］，即使珍珠岩颗粒内的气泡体系遭到破坏，也会由于自身的高熔点和高硬度等物理特性对乳化体系起到另一方面的敏化作用——固体敏化作用，从而使乳化体系在敏化作用方面得到一定程度的补充。另外，相对硬度较高的珍珠岩（包括微孔结构已被破坏的部分）也可作为化学敏化气泡依附的载体，提高气泡保持的稳定性和承压性。不过，乳化体系的贮存稳定性在一定程度上也会受到破碎珍珠岩的尖刺破坏作用的影响。

综上所述，采用物理敏化、化学敏化和复合敏化方式生产的乳化炸药的贮存稳定性由弱到强的排列依次为：物理敏化＜复合敏化＜化学敏化，也可能是：物理敏化＜化学敏化＜复合敏化，这主要取决于珍珠岩颗粒的破坏程度。此外，采用复合敏化技术可使乳化基质体系获得更为细致、丰富和稳定的敏化气泡或“热点”，提高炸药的敏感度，同时确保乳化炸药在较高的密度下仍可获得稳定的爆轰，为提高炸药的爆速和猛度创造了条件。物理敏化和化学敏化结合的复合敏化技术能够发挥物理敏化和化学敏化的优点，取长补短，从而获得近乎理想的敏化效果［4-5］。

2 应用试验

以原乳化基质配方为基础，敏化剂加入量如第页表1。将100kg～150kg乳化基质晾至55℃～60℃，与50kg～100kg温度在95℃～105℃的热基质先行在敏化搅拌机内适当搅拌混合，再按各自敏化工艺要求加入相应的敏化剂进行搅拌混合。待密度或温度达到工艺要求时出料，并送到装药或保温工序备用。若采用复合敏化工艺，则在搅拌时先加入化学敏化剂搅拌3min～4min，再加入一定量的物理敏化剂继续搅拌2min～3min。若采用化学敏化工艺，出料后还应在保温工房内适当保温30min～50min，待密度下降 到 1.20g/cm3～1.25g/cm3时方 可 送 去 装 药 （敏 化 剂 3.0% ～4.0%；1.0%～1.5%。发泡剂 H 0.10%～0.20%；0.10%～0.12%），测定其密度及其他性能。

试验可见，采用复合敏化方式可以兼取多种单一气体敏化方式的长处，不但可通过较低的生产成本获得比采用珍珠岩等物理敏化方式更为稳定的爆轰性能和贮存性能，而且比采用发泡剂H等化学敏化方式具有更高的爆轰性能和贮存性能。同时，也会具有更高的抗压性能及一定的敏化气泡自修复功能，更适合于水下爆破工程的应用。

表1 受压前、后的乳化炸药性能①

3 结束语

采用复合敏化技术，能够兼取物理敏化和化学敏化等多种单一气体敏化技术的多种优势，籍此制造的乳化炸药更适合于深水条件下的工程爆破。2002年5月至今，我厂采用复合敏化技术生产的岩石型乳化炸药，已在泉州和厦门两地的海港航道改造工程及其他工程中得到了应用，目前已生产1 800t以上，产品质量稳定，充分满足了用户的需要。总结其优点主要有：1）能够有效改善炸药的外观形态，硬度大、成型好；2）敏化气泡具有较强的承压能力和自修复能力；3）能够使乳化基质体系获得更为细致、丰富和稳定的敏化气泡，或更易于产生“热点”；4）能够有效提高炸药的殉爆、爆速和猛度等爆轰性能；5）与采用单一珍珠岩物理敏化方式相比，生产成本明显降低，产品的承压性和贮存稳定性也更高。

［1］ 汪旭光.乳化炸药［M］.北京：冶金工业出版社，1986：141-143，227-229.

［2］ 吕春绪.膨化硝铵炸药［M］.北京：兵器工业出版社，2001：72-743.

［3］ 吕春绪.工业炸药［M］.北京：兵器工业出版社，1994：125-127.

［4］ 闫泉刚.复合敏化剂在乳化炸药中的应用［J］.爆破器材，2004，33（6）：225.

［5］ 王自军.几种乳化炸药敏化方式的比较［J］.煤矿爆破，1999（1）：5-7.