提高乳化炸药产品性能的工艺研究

白建明

(广灵县同德精华化工有限公司，山西 广灵 037500)

炸药为特殊行业的必需品。通常工业炸药的应用主要以粉状炸药为主。但是，粉状炸药在实际应用中存在粉尘大、废水毒性大的问题。乳化炸药的出现解决了传统粉状炸药污染环境、吸潮结块的问题，具有良好的应用前景和市场效益。但是，由于乳化炸药中乳化液的不稳定性而导致其稳定性较差、存储时间短以及安全性低的问题。因此，为进一步提升乳化炸药性能进而推广其应用范围，需对其制造工艺进行优化[1]。本文着重对影响乳化炸药性能的影响因素进行分析，并对其制造工艺进行优化。

衡量乳化炸药性能可通过爆速、爆压、冲量以及爆轰能量等参数进行，上述参数存在一定的联系，也就是说并不能对某一个参数进行一味的优化，从而导致其他参数指标的下降。以下将对乳化炸药的几个关键参数的影响因素进行分析。

乳化炸药爆速指的是炸药在爆炸瞬间炸药药柱的传播速度，其为衡量乳化炸药性能的关键参数。从一定程度上讲，基于乳化炸药的爆速可得出炸药的猛度和做功能力，其对应的关系如式(1)所示。

A=1.9×10-5D2

(1)

式中，D为乳化炸药的爆速，A为乳化炸药的做功能力。经理论研究，影响乳化炸药爆速的因素为实现炸药内部的氧平衡和控制炸药的装药密度。

炸药的做功能力为炸药爆炸瞬间对外界物体的冲击力，其除了与炸药的爆速相关外，还与炸药中的高能添加剂、水的含量以及乳胶基质的粒度大小相关[2]。

经理论分析可知，影响乳化炸药稳定性的因素包括乳化炸药中的原料组分、所采用的乳化工艺和敏化工艺。

一般的乳化炸药主要原材料有硝酸盐、水、乳化剂等。因此，乳化炸药中乳化剂的种类、水相材料及油相材料所占的比例大小为影响乳化炸药稳定性主要因素。此外，乳化工艺中的水相、油相材料的温度以及乳化液的温度、搅拌速度、乳化时间等和敏化工艺中所采用的敏化方法、敏化温度以及敏化搅拌时间等为影响乳化炸药稳定性的关键因素。

综上所述，制备乳化炸药的工艺众多，即影响乳化炸药威力及稳定性的因素也很多，需从权重由大到小依次对制备工艺进行优化，最终提升乳化炸药各方面的性能。

结合当前实际应用乳化炸药稳定性差、储存时间短的问题，本文对即将制备乳化炸药的性能提出如下预期目标：要求所制备乳化炸药的储存时间最少为10个月；乳化炸药内炸药的密度控制在1.2 g/cm3左右；要求所制备乳化炸药的爆速在4 500 m/s～5 000 m/s。

2.1.1 乳化炸药配方的确定

乳化炸药的主要原材料包括乳化液、水相以及油相等。除此之外，根据乳化炸药的应用场景不同还需加入一定比例的添加剂。实际上，上述原材料中各个不同比例原材料即不同配方值得到乳化炸药的性能不同[3]。结合乳化炸药制备经验和理论基础，乳化炸药配方设计需遵循如下原则：

1)要求乳化炸药配方能够保证其内外体系相匹配；2)要求乳化炸药中配方能够实现其中的氧平衡；3)在允许范围之内，将乳化炸药中的水含量降至最低，保证炸药的爆热；4)要求所设计乳化炸药的配方在价格上具有竞争力，即需满足低成本的要求。

结合当前国内外乳化炸药的配方和乳化炸药的预期性能，综合乳化炸药配方确定原则，最终确定乳化炸药原材料及比例如下：

硝酸铵(74%)、硝酸钠(8%)、尿素(4%)、水(7%)、石蜡(2.4%)、机油(1.2%)、SP-80(2.5%)、丁二酰亚胺(0.5%)、添加剂(0.4%)。

2.1.2 乳化炸药制备工艺的确定

乳化炸药制备工艺为保证其性能的关键，主要包括对水相、油相温度的确定；乳化温度的确定以及搅拌速度的确定等。根据乳化炸药配方初步确定的结果，所确定的工艺流程如图1所示。

图1 乳化炸药制备工艺流程图

对应的具体工艺如下：

水相温度控制在95 ℃～110 ℃；将油相温度控制在90 ℃～95 ℃；将乳化温度控制在95 ℃～100 ℃；将搅拌速度控制在1 000 r/min～1 700 r/min；将水相的加入速度控制在50 g/s～60 g/s；将敏化速度控制在55 ℃～65 ℃，并将敏化时间控制在2 min～5 min。

为最终确定乳化炸药制备的最佳工艺，本节结合2.1中初步确定的乳化炸药制备的工艺和流程图，对不同制备工艺(如表1)下的爆破速度进行研究[4]。并通过对各个因素极差值的计算得出影响爆破速度的最显着因素，并依次排列。

表1 乳化炸药制备工艺组合

经对上述组合对应的爆破速度及其不同因素对应的极差值进行计算，得出如表2所示的结果。

表2 不同因素对应不同组合的爆破速度及极差值

如表2所示，在上述5项因素中以乳化温度对爆破速度的影响最为明显，从高到低依次排列为：乳化温度、乳化时间、敏化时间、搅拌速度、水相加入时间[5]。其中，乳化温度对应的最佳爆破速度为1#组合，则最佳乳化温度为93 ℃；乳化时间对应的最佳爆破速度为2#组合，则最佳乳化时间为4 min；搅拌速度对应的最佳爆破速度为1#组合，则对应最佳搅拌速度为1 000 r/min；水相加入时间对应的最佳爆破速度为1#组合，则对应最佳水相加入速度为50 g/s；敏化时间对应的最佳爆破速度为4#组合，则对应最佳敏化时间为4 min。

综上所述，乳化炸药制备最佳关键参数确定如下：乳化温度为93 ℃、乳化时间为4 min、搅拌速度为1 000 r/min、敏化时间为4 min、水相加入速度为50 g/s。

乳化炸药由于其抗水性能、爆炸性能好以及生产成本低、对环境污染小等优势被广泛应用。但是，乳化炸药稳定性差、储存时间短为制约其大力推广应用的主要缺陷。为提升乳化炸药的性能，本文以其爆破速度为衡量指标对其制备过程中的乳化温度、乳化时间以及水相加入速度等工艺参数进行优化，并最终得出如下结论：当乳化温度为93 ℃、乳化时间为4 min、搅拌速度为1 000 r/min、敏化时间为4 min、水相加入速度为50 g/s时所制得乳化炸药的爆速性能最佳。