CN101602637A

CN101602637A - 乳化炸药的化学敏化方法

Info

Publication number: CN101602637A
Application number: CNA2009101042994A
Authority: CN
Inventors: 周桂松; 宋领; 李宏兵; 王清华; 肖青松; 魏碧波; 仲峰; 刘咏竹
Original assignee: Gezhouba Explosive Co Ltd
Current assignee: Gezhouba Explosive Co Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2009-12-16

Abstract

本发明公开了一种乳化炸药的化学敏化方法，包括(1)配制发泡主剂和发泡辅剂，发泡主剂由亚硝酸钠与水按15～20％∶80～85％的重量比例配制成，发泡辅剂由柠檬酸、硝酸铵和水按1.5～2.5％∶12～18％∶80～85.5％的重量比例配制成；(2)在不同乳胶基质敏化温度下，分别向乳胶基质中加入上述发泡主剂和发泡辅剂，搅拌均匀后制得炸药。本发明通过自动控制系统在不同敏化温度自动调整敏化剂加入量，保证了炸药性能的稳定性，实现了在任意胶体温度范围内均可正常化学敏化，从而不需对乳胶基质进行冷却与保温，简化了设备工艺，节约了设备投资，减少了成本与能耗。

Description

乳化炸药的化学敏化方法

技术领域

本发明涉及一种炸药的制备方法，具体地讲，是一种乳化炸药的化学敏化方法。

背景技术

乳化炸药的敏化方式包括化学敏化、物理敏化和其它敏化方式。其中化学敏化分为无机发泡剂敏化与有机发泡剂敏化两种方式；物理敏化通常采用膨胀珍珠岩与玻璃微球两种方式；其它敏化方式包括复合敏化、金属粉末敏化、多孔硝铵敏化、猛炸药敏化等多种方式。目前最常见的敏化方式是化学敏化与物理敏化两种方式，化学敏化方式是目前国内最常用的敏化方式。

乳化炸药化学敏化是在乳胶基质中掺入能产生气泡的物质，利用其反应产生的微气泡来降低乳胶基质的感度。化学敏化制备的乳化炸药气泡细小均匀、炸药爆速高、威力大、生产成本低廉，是目前起主导作用的敏化方式。

早期的化学发泡技术的缺点是：发泡剂加入乳胶基质中，需在50～55℃发泡房(或温控室)内至少保温4h才能发泡敏化合格，造成工序中断，不易管理。而且保温需持续送汽、煤、水、电，特别是在北方，温控成本更高。一旦药温降低，再靠加温来达到发泡敏化是比较困难的。

中国专利CN92104016.4公布了一种无后效的发泡方法，先将炸药配比按0.15％的亚硝酸钠与水以1∶1的重量比例配制成60℃左右的发泡剂溶液；再将基质重量配比为0.1～0.4％、定量浓度85％的浓磷酸与水以1∶1的体积稀湿作为促进剂，加入0.1～0.2％的尿素作为发泡助剂，预制成发泡剂辅剂溶液；当乳胶基质温度降至50～60℃时，将发泡剂溶液在3min左右的时间内加入中搅拌10min，最后加入预制的辅剂溶液搅拌0.5～2min即可出药。这种发泡方式使发泡时间由原来的24h缩短至30min左右，发泡促进剂的加入使炸药的爆炸性能指标有明显的提高，而且，节约了保温设施的投资，减少了温控的成本，降低了工房存药量，但这种敏化方式的缺点是要求乳胶基质的敏化温度要降到50～60℃时才能正常敏化，而通过水油相乳化后的乳胶基质温度通常在70～85℃，所以采取这种敏化方式需经过冷却器进行冷却后才能敏化。

与以亚硝酸钠为发泡主剂的无机化学发泡相对应，国内在有机化学发泡技术方面也进展较快。有机发泡技术的发泡剂采用在特定工艺条件下可生成大量气泡的有机物作为发泡剂，目前在此技术方面研究较多的主要有煤科总院与北京矿冶总院两家：煤科总院研制的H型发泡剂为N，N-二亚硝基戊二次甲基四胺，发泡剂加入量控制在0.4～0.6％，一般用敏化温度为60～70℃，最佳PH范围在5～6之间，采用螺带式搅拌装置混拌，转速50-60min/r。采用这种敏化方式，敏化温度偏高，不利于后续装药，且有一定的后效。由于该发泡剂为易燃物，具有遇酸、强热、强光自行分解的特性，在储存与混制的过程中易发生火灾，这也是应引起注意的地方。多次试验证明，用机油与H发泡剂相混的发泡剂发泡速度较慢，不能在全连续乳化炸药生产线上使用；用水与H发泡剂相混的发泡剂发泡速度较快，可以在全连续乳化炸药生产线上使用，但采用Span-80乳化剂生产的乳化炸药爆轰性能不能达到要求，只能采用于高分子乳化剂。北京矿冶总院研制有机发泡技术引入了独特的“发泡体系”。发泡体系由以下几种组份：复合有机发泡剂YF(由于YF-I为易燃品，该发泡剂由YF-II对YF-I进行涂覆包裹而成)0.4％～0.6％、发泡助剂0.08％～0.15％、稳定剂(抑制发泡后效，添加时机在发泡剂加入后3min)0.2％～0.4％，其敏化温度为55～60℃，采用犁式搅拌装置混拌，该发泡技术的泡体细小、爆轰性能好、没有后效问题、发泡速度快、生产效率高、取消了发泡房，工房存药量小、利于安全生产，便于实现乳化炸药生产的连续化、自动化。

国内包钢矿山研究所在专利CN86102842A“常温泵送乳化炸药装药车”中公布了一种在20～45℃范围内通过加入盐酸、硝酸、磷酸或醋酸的方式实现15～50℃可以敏化的方式，以实现在高寒地区装药车正常敏化装药，但是在乳胶基质大于50℃以上的中高温下却不能保证正常敏化，同时专利也未指明如何在15～50℃对敏化剂量进行调整，以达到控制敏化速度与稳定炸药性能的目的。

以上分析可以看出，无论采用无机化学发泡进行化学敏化，还是采用通过有机化学发泡进行化学敏化，都要求水油相乳化后的乳胶基质经过专用设备进行冷却或保温，在一定温度条件下才能正常敏化。

国内的冷却方式主要包括管道式冷却、钢带式冷却、过水式冷却几种冷却方式，但所有这些冷却方式的冷却效率通常只有3～4t/h，严重制约了工业乳化炸药的产能提高，而用于装药车的乳胶基质配套的产能可达到8～12t/h，从而限制了地面生产乳胶基质的现场混装乳化炸药生产方式产能的发挥。另外，目前国内用于乳胶基质冷却或保温设备造价高昴，设备能耗高，工房占地面积大。总之，研究一种不需要冷却或保温的化学敏化方法有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种不需冷却和保温的乳化炸药的化学敏化方法。

为了解决上述问题，本发明的乳化炸药的化学敏化方法，包括如下步骤：

(1)配制发泡主剂和发泡辅剂，发泡主剂由亚硝酸钠与水按15～20％∶80～85％的重量比例配制成，发泡辅剂由柠檬酸、硝酸铵和水按1.5～2.5％∶12～18％∶80～85.5％的重量比例配制成；

(2)在不同乳胶基质敏化温度下，分别按下列方法向乳胶基质中加入上述发泡主剂和发泡辅剂，搅拌均匀后制得炸药：

当敏化温度为60～85℃时，添加占炸药总重量0.1～0.2％的发泡主剂，当敏化温度为40～60℃时，添加占炸药总重量0.2～0.25％的发泡主剂和占炸药总重量0.1～0.15％的发泡辅剂；当敏化温度为15～40℃时，添加占炸药总重量0.25～0.3％的发泡主剂和占炸药总重量0.25～0.35％的发泡辅剂。

对于乳化炸药来讲，良好的化学发泡一般要满足以下条件：一是在5～20min之内快速发泡，完成敏化工作；二是气泡大小合适、分布均匀、稳定存在，大于100μm的气泡是无效气泡，一般要求小于100μm的气泡比例大于75％。化学发泡的敏化机理为：

从以上化学发泡的敏化机理可以看出，化学发泡敏化的实质是NaNO₂溶液分解的N₂O₃，与NH₄NO₃分解的NH₃进行反应后生成N₂，并在乳胶基质内扩散形成微气泡，从而形成起爆与传爆的“热点”。在存在H⁺的酸性条件下，以上反应可以加速。

惰性气体N₂在胶体内相生成后是以分子扩散机制向外扩散的。就成泡而言，要求气体微团越过表面活性剂界面膜后，即在残余乳化剂作用下，形成G/O型微滴。这里关联两个问题：成泡速率和固泡能力。成泡速率主要取决于以上反映的速率，固泡能力主要取决于乳胶基质的粘度。本发明的思路就是按照不同乳胶基质敏化温度的要求，通过调整敏化剂组份比例，控制成泡速率的快慢，从而达到满意的敏化效果。

经大量的乳胶基质敏化试验，本发明找到了适合乳胶基质敏化的最佳敏化组份与用量配比，此种敏化剂包括发泡主剂与发泡辅助剂两种组分。发泡主剂为15～20％质量浓度的亚硝酸钠水溶液，优选为20％。发泡辅剂主要作用是为化学发泡提供酸性与铵离子的化学反应条件；H⁺由一般的酸都可提供(如硝酸)，但这些强酸的加入，由于其特殊的氧化性(还原性)，会不同程度的影响到乳化剂的性能，造成炸药老化，性能下降，所以本发明选用有机酸柠檬酸作为促进剂；H⁺的加入后产生大量的HNO₂，如果NH₃不能及时提供就可能产生大量的NO、NO₂气体，一方面这些气体不稳定，易造成产品性能的衰减，所以NH₃的及时导入也是产生N₂的重要原因，故选用离解常数较大的铵盐作为发泡助剂，发泡助剂一般包括尿素、硝酸铵、硫脲，为便于炸药生产企业配置发泡辅剂，选用生产常用的原材料硝酸铵配置发泡辅剂。发泡辅剂为含有1.5～2.5％质量浓度的柠檬酸和12～18％质量浓度的硝酸铵的水溶液，优选为含有2％质量浓度的柠檬酸和15％质量浓度的硝酸铵的水溶液。

作为上述技术方案的优选实施例，在步骤(2)中，分别按下列方法向乳胶基质中加入所述发泡主剂和发泡辅剂：当敏化温度为70～85℃时，添加占炸药总重量0.1％的发泡主剂；当敏化温度为60～70℃时，添加占炸药总重量0.2％的发泡主剂；当敏化温度为50～60℃时，添加占炸药总重量0.2％的发泡主剂和占炸药总重量0.1％的发泡辅剂；当敏化温度为40～50℃时，添加占炸药总重量0.25％的发泡主剂和占炸药总重量0.15％的发泡辅剂；当敏化温度为30～40℃时，添加占炸药总重量0.25％的发泡主剂和占炸药总重量0.25％的发泡辅剂；当敏化温度为15～30℃时，添加占炸药总重量0.3％的发泡主剂和占炸药总重量0.35％的发泡辅剂。

作为优选，在步骤(2)中，用温度传感器检测乳胶基质的温度，将该温度信号传输给控制系统，控制系统根据乳胶基质所处的敏化温度区间和乳胶基质的重量，计算出发泡主剂与发泡辅剂的加入量，最后分别控制发泡主剂和发泡辅剂的比例阀与输送泵，以控制发泡主剂和发泡辅剂的输出流量。以自动添加泡主剂和发泡辅剂。

作为上述技术方案的优选实施例，所述发泡主剂由亚硝酸钠与水按20％∶80％的重量比例配制成；所述发泡辅剂由柠檬酸、硝酸铵和水按2％∶15％∶83％的重量比例配制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在乳胶基质不同敏化温度下向乳胶基质添加不同比例的发泡主剂和发泡辅剂，在10～30min的时间内都可敏化至1.15～1.25g/m³的正常的炸药密度区间内，保证了炸药性能的稳定性。由于实现了在任意胶体温度范围内均可正常化学敏化，从而不需对乳胶基质进行冷却与保温，简化了设备工艺，节约了设备投资，减少了成本与能耗。本发明非常适合用于现场混装乳化炸药的装药车敏化工艺，也可用于生产线生产的乳化炸药的化学敏化。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明自动控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

(1)按表1、2配制发泡主剂和发泡辅剂。

表1：发泡主剂的配方

	1	2	3
	1	2	3	水(％)	80	83	85
亚硝酸钠(％)	20	17	15	水(％)	80	83	85

表2：发泡辅剂的配方

	1	2	3
	1	2	3	水(％)	80	83	85.5
柠檬酸(％)	2.5	2	2.5	水(％)	80	83	85.5
柠檬酸(％)	2.5	2	2.5	硝酸铵(％)	17.5	15	12

(2)在不同乳胶基质敏化温度下，分别按表3向乳胶基质中加入上述发泡主剂和发泡辅剂，搅拌均匀后制得炸药：

表3：不同乳胶基质敏化温度下发泡主剂和发泡辅剂的加入比例

以上对不同敏化剂用量的调整是通过自动控制系统完成的，用温度传感器检测乳胶基质的温度，将该温度信号传输给控制系统(可以是PLC，也可以是单片机)，控制系统根据乳胶基质所处的敏化温度区间和乳胶基质的重量，计算出发泡主剂与发泡辅剂的加入量，最后分别控制发泡主剂和发泡辅剂的比例阀与输送泵，以控制发泡主剂和发泡辅剂的输出流量。具体见图1与图2。

实施例1

某种乳化炸药的水相组份配比为硝酸铵∶硝酸钠∶水＝76％∶10％∶14％；油相的燃油材料采用柴油、机油、复合蜡、大豆卵磷脂，乳化剂采用S-80型乳化剂，柴油∶机油∶复合蜡∶大豆卵磷脂∶乳化剂S-80∶＝45％∶15％∶4％∶4％∶32％；水相∶油相＝93.5％∶6.5％；水相温度95℃，油相温度70℃；经乳化器乳化后形成乳胶基质，采取“表1”与“表2”的敏化剂配比，按照表3对上述形成的乳胶基质进行敏化，在不同敏化温度下的炸药密度如“表4”所示，炸药爆速为4800m/s～5100m/s，符合国家行业对炸药的指标要求。

实施例2

乳化炸药的水相组份配比为硝酸铵∶水＝82％∶18％；油相的燃油材料采用机油与柴油，乳化剂采用LZ2731，柴油∶机油∶乳化剂LZ2731＝50％∶16％∶34％；水相∶油相＝95％∶5％；水相温度85℃，油相温度50℃；乳化器乳化后形成的乳胶基质，采取“表1”与“表2”的敏化剂配比，按照表3对上述形成的乳胶基质进行敏化，在不同敏化温度下的炸药密度如“表5”所示，炸药爆速为4700m/s～5000m/s，符合国家行业对炸药的指标要求。

表4：“实施例1”的化学敏化情况

表5：“实施例2”的化学敏化情况

从表4和表5可以看出，采用本发明的技术方案后，在10～30min的时间内都可敏化至1.15～1.25g/m³的正常的炸药密度区间内，从而保证了炸药性能的稳定性。

Claims

1.一种乳化炸药的化学敏化方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的乳化炸药的化学敏化方法，其特征在于：在步骤(2)中，分别按下列方法向乳胶基质中加入所述发泡主剂和发泡辅剂：当敏化温度为70～85℃时，添加占炸药总重量0.1％的发泡主剂；当敏化温度为60～70℃时，添加占炸药总重量0.2％的发泡主剂；当敏化温度为50～60℃时，添加占炸药总重量0.2％的发泡主剂和占炸药总重量0.1％的发泡辅剂；当敏化温度为40～50℃时，添加占炸药总重量0.25％的发泡主剂和占炸药总重量0.15％的发泡辅剂；当敏化温度为30～40℃时，添加占炸药总重量0.25％的发泡主剂和占炸药总重量0.25％的发泡辅剂；当敏化温度为15～30℃时，添加占炸药总重量0.3％的发泡主剂和占炸药总重量0.35％的发泡辅剂。

3.根据权利要求1或2所述的乳化炸药的化学敏化方法，其特征在于：在步骤(2)中，用温度传感器检测乳胶基质的温度，将该温度信号传输给控制系统，控制系统根据乳胶基质所处的敏化温度区间和乳胶基质的重量，计算出发泡主剂与发泡辅剂的加入量，最后分别控制发泡主剂和发泡辅剂的比例阀与输送泵，以控制发泡主剂和发泡辅剂的输出流量。

4.根据权利要求1所述的乳化炸药的化学敏化方法，其特征在于：所述发泡主剂由亚硝酸钠与水按20％∶80％的重量比例配制成。

5.根据权利要求1所述的乳化炸药的化学敏化方法，其特征在于：所述发泡辅剂由柠檬酸、硝酸铵和水按2％∶15％∶83％的重量比例配制成。