乳化炸药低温化学敏化技术的应用研究

杨秀斌 黄胜松 杨昌淮（．安顺久联民爆有限责任公司，贵州 安顺56006；．贵州大学矿业学院，贵州 贵阳55005）

乳化炸药是一种油包水型含水工业炸药，在生产过程中，乳胶基质密度通常高达1.40～1.50g/cm3,无雷管感度，不能被引爆，需通过敏化技术添加多孔微粒或微气泡等密度调整剂将其敏化成密度为1.00～1.25g/cm3后才能成为具有雷管敏感度、有良好爆炸性能的乳化炸药[1]。

敏化技术主要包括物理敏化、化学敏化以及复合敏化技术，公司结合生产实际需要采用低温化学敏化技术。虽化学敏化有工艺简单、成本低廉等优点，但缺点是生产工艺条件要求严格，敏化发泡过程难以控制，“后效”发泡作用明显，产品质量波动较大等。

本文深入分析了低温化学敏化技术对炸药性能的的影响因素及控制措施，结合生产实践对各种因素进行探讨，为改善产品质量，提高炸药性能提供科学依据。

1 化学敏化机理

化学敏化法是利用某些混合物质在一定温度下发生分解反应释放的微气泡来调整基质密度达到敏化效果的方法。公司采用的敏化技术是以亚硝酸钠混合溶液为发泡剂，磷酸溶液为促进剂，通过机械搅拌作用将这两种敏化剂经过化学反应产生的气泡均匀分布到乳胶基质中完成敏化作用。其产生气体的反应如下[2]：

在弱酸环境和适当温度下，亚硝酸钠与游离的硝酸铵发生反应，先生成不稳定的、易分解的亚硝酸铵再分解为水和氮气。

上述反应在低温环境时进程缓慢甚至于基本不反应，不适用于大产能、连续化生产。要想在大产能、连续化生产中敏化效果良好还需要加入酸性物质作为促进剂，提高产气反应速度。反应机理如下：

在化学敏化过程中，除了上述这两个反应之外，还存在亚硝酸钠和氮氧化物的分解反应，但由于量小影响不大其结果可以忽略不计。

2 化学敏化效果影响因素

影响乳化炸药化学敏化效果的因素主要包括油相材料的性质及用量、敏化剂的种类及用量、敏化工艺和装药包装工艺等，这些因素的影响各不相同，互相牵连。

2.1 油相材料的影响

乳胶基质中油相材料所形成的连续相油膜具有固定微气泡使炸药保持适当的爆轰感度的作用，油相的粘稠度及用量决定了油膜对气泡的包覆能力，油相用量太少或黏度太小，敏化气泡将有聚结和逸出的趋势，不利于炸药的爆轰和后期储存，用量太多或黏度太大，形成的乳胶基体易于老化，不利于储存稳定性。

2.2 敏化剂的影响

敏化剂具有产生微气泡调节敏化密度继而达到提高其爆轰感度的作用，敏化剂用量太大会使乳化炸药蓬松密度变小，做功能力大幅衰减甚至于拒爆，用量太小则产气量少，炸药密度太大无雷管感度，需将乳化炸药的药卷密度控制在0.95～1.3g/cm3范围内，才能使炸药具有良好的爆炸性能。

2.3 敏化工艺的影响

敏化工艺的影响主要包括敏化机运行参数和敏化温度对敏化效果的影响。敏化机的搅拌作用可以使敏化剂均匀的分散在乳胶基质中，使其充分混合、接触，从而快速、有效地产生气泡，但是搅拌的强度和时间对敏化效果影响很大，搅拌强度太大或时间太长会造成气泡的大量逸出和破灭，搅拌强度太小或时间太短则会使敏化剂分散不均匀，敏化密度波动大。

敏化温度主要是影响敏化气泡的产生、分布和储存，温度高时，一是加速敏化反应快速进行，产生大量的无效大气泡；二是乳化基质粘度降低，油膜对气泡的包覆能力减弱，气泡易逃逸或集聚形成大气泡，使乳化炸药中敏化气泡分布不均匀，敏化效果差，爆炸性能与稳定性下降；而在低温条件下[3]，一是敏化反应速度减小，无效的微小气泡增多；二是基质粘度增加导致发泡阻力增大，气泡不易成型，乳化炸药密度过高，感度下降，爆速较低。

2.4 装药包装工艺的影响

装药过程中灌装机的抽吸和装药机的挤压输送会破坏部分敏化气泡，导致密度上升0.05～0.12g/cm3，而且装药完成后药卷中反应不完全的、剩余的敏化剂在后期储存过程中存在缓慢反应产生气体继续填充药卷的“后效”作用，当药卷温度合适时，反应继续进行，而当温度低于一定值后反应会非常缓慢甚至可以忽略不计。

3 敏化控制措施及改善对策

乳化炸药低温化学敏化工艺中，为达到理想的敏化效果，公司采取下面一系列控制、改善措施进行管控、调节。

3.1 控制措施

3.1.1 控制敏化温度

敏化温度的调整是通过钢带冷却系统的风冷和水冷装置将平铺在钢带凉药机上的高温乳胶基质进行传热降温实现的。生产中一是根据产能变化调整压辊高度和运行频率，将钢带上的高温乳胶基质厚度控制在10mm 以下，尽可能降低乳胶基质上中下三层温度梯度变化，确保敏化效果均匀；二是适度降低钢带的运行速度提高冷却降温效果，将敏化温度有效控制在42～48℃的范围内并视环境温度和敏化密度精确控制敏化温度值。

3.1.2 控制敏化机搅拌强度及时间

本次试验使用的敏化机是LMH 3双层连续敏化机，生产中当敏化机内料位高于搅拌桨叶最高点5～10cm，搅拌速度调整到850～1000r/min时，敏化剂能有效加入乳胶基质内，气泡分布均匀，敏化密度更加稳定。

3.1.3 控制敏化剂加入量

根据产能和发泡剂用量公式计算出需要添加的发泡剂用量，结合敏化效果及“后效”作用，添加占乳胶基质总量2～3‰的发泡剂和1～2‰的促进剂并视环境温度和药卷密度适度调整加入量，确保乳化炸药达到具有良好爆轰性能的药卷密度。

3.1.4 控制装药包装工艺

装药包装及后期储存过程中的“后效”作用是化学敏化反应的延续，装药包装时首先要确保装药机运行稳定，药卷两端包覆良好打卡紧固，药卷重量长度适中且无破损及空气进入，其次是及时装药，降低装药设备对敏化气泡的破坏，再次是做好保温存放工作，确保产品“后效”发泡正常进行。

3.2 改善对策

做好生产技术控制提高敏化效果的同时，还可以采取调整油相及使用中性促进剂来提高界面膜固泡能力的对策，增强敏化气泡的稳定性。

3.2.1 调整油相黏度

在油相材料中添加适量的高分子聚合物，提高油相黏度，强化乳化效果，增强界面膜对气泡的包覆能力。

3.2.2 使用新型中性促进剂F

磷酸起催化作用，敏化效果较好，但其酸性较强对油膜有破坏作用，短期内产品性能满足国标要求，但是在后期储存过程中，由于磷酸对油膜的侵蚀作用，会导致W/O 型乳化液的破损、结晶、破乳现象，进而影响炸药产品的储存期稳定性能。使用对油膜破坏作用较小的促进剂F 制备的乳化炸药爆炸威力大，稳定性好，储存期长。

在采取以上调整措施后，乳胶基质中敏化气泡大小适中、分布均匀、数量足够，并且能够稳定地储存，不发生明显的状态变化，最终实现敏化过程可控，产品性能可靠，调整前后产品性能参数如表1：

表1 调整前后产品质量指标

4 结语

经生产实践验证，将敏化温度控制在42～48℃、敏化机内料位高于搅拌桨叶最高点5～10cm、搅拌速度控制在850～1000r/min、添加2～3‰的发泡剂和1～2‰的促进剂时，产品敏化气泡的稳定性，炸药性能最佳。