CN106966842B - 一种炸药改性组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种炸药改性组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种炸药改性组合物及其制备方法和应用，属于炸药技术领域。一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺15~25份，磷酸60~80份，硬脂酸盐5~15份，着色剂0~3份，辅料0~3份。本发明炸药改性组合物用于岩石膨化硝铵炸药，能够改善岩石膨化硝铵炸药的流散性，调节装药密度，提升炸药威力，提高炸药的安全性能和储存性能。

Description

一种炸药改性组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于炸药技术领域，具体涉及一种炸药改性组合物及其制备方法和应用。
背景技术
膨化炸药是二十世纪九十年代发展起来的一种新型硝铵炸药。它的最大特点是不含TNT，而威力却与含TNT类硝铵炸药相当，同时减少环境污染。膨化炸药的制备是先将表面活性剂、发泡剂、增水剂和硝酸铵晶相稳定剂等制成膨化剂；再由硝酸铵饱和溶液在膨化剂作用及减压条件下快速析晶制成多微孔状硝酸铵；最后由膨化硝酸铵、燃料油、木粉(煤矿用膨化炸药还要加入食盐)混合制成膨化炸药。
硝酸铵本身是一种极易溶于水的强极性无机盐，能强烈地吸附空气中的水分子，表现出强吸湿性。内在原因在于硝酸铵表面具有高表面能，有强烈的吸附外界极性水分子的趋势，通过极性分子间的静电引力，以氢键形式和水分子结合，降低晶体粒的表面能。膨化硝铵是在表面活性物质作用下膨化结晶了的硝酸铵，具有比硝酸铵更大的比表面积，比表面积约为普通硝酸铵的4倍，经过破碎和出料的机械作用后会形成大量的断裂面，因此，吸湿性较普通硝酸铵更强。膨化硝铵表面分布着大量毛细孔，表面活性剂构成的疏水层很薄，疏水膜强度较小，对毛细孔起到润湿作用，空气中的水分子进入毛细孔缓慢溶解膨化硝铵表面部分水溶性表面活性剂，渐进破坏疏水层。连续化生产线混合时间短，混合强度低，包覆剂如十八烷胺易被粉状膨化硝铵包覆成团块，难以充分分散，导致部分粉状膨化硝铵表面包覆过量部分不足甚至根本没有，影响到十八胺使用效率。木粉是一种具有细胞结构的多纤维物质，颗粒表面存在大量的毛细微孔，这种结构在粉状炸药中能够起到一定的辅助敏化作用。但这种多孔性结构，也致使木粉极易吸湿，表面附着的离子型表面活性剂，降低了木粉表面张力，其吸湿性更强。
现有膨化炸药的主要问题炸药的粘性大流散性很差、储存期比较短，在爆破时难装炮孔或炮孔装填不实，降低作业效率；且还会进一步影响炸药的爆炸性能。专利CN201310317651.9公开了公开了一种岩石型低温抗结块改性铵油炸药及其制备方法，采用以下质量百分比的原料：硝酸铵，90.5~92.0%；木粉，4.5~5.5%，所述木粉40目筛的通过率≥90wt%；复合改性剂，0.3~0.5%；复合油相，3.0~4.0%，所述复合油相100℃的运动粘度为12~16mm2/s，滴熔点20~32℃。将硝酸铵经干燥，加入复合改性剂改性，加入复合油相和木粉，混合均匀后，通过送料螺旋输送到连续式球磨机连续碾磨混药，冷却至温度≤40℃，然后采用全自动装药机装药、包装，得到水分含量≤0.15%的产品。该发明通过对硝酸铵进行改性，增加了炸药的流散性，提高了炸药低温状态下抗结块的能力。王万勇（王万勇.提高岩石膨化硝铵炸药抗水性及流散性的实验研究[J].煤矿爆破, 2015(3):13-15）针对现有连续生产线岩石膨化硝铵炸药存在抗水性、流散性差的缺点，提出通过双改性技术，即改进复合油相和木粉使得岩石膨化硝铵炸药抗水性、流散性得以提高，同时保证炸药性能不受影响。上述硝酸铵炸药改性技术及其研究为本领域技术人员研发改性剂并，并进而制造出性能更好的硝酸钠炸药提供了参考，同时实践表明，上述改性炸药在诸多方面，例如：吸湿性、流散性、爆炸威力及安全性等方面仍然有改进的空间。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供了一种炸药改性组合物，应用于岩石膨化硝铵炸药，提高其抗水性和流散性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺15~25份，磷酸60~80份，硬脂酸盐5~15份，辅料0~3份，着色剂0~3份。
优选地，所述辅料为层状硅酸盐矿物。
优选地，所述辅料为海泡石、坡缕石、滑石、膨胀蛭石中的一种或两种以上。
优选地，所述辅料的粒度为200~300目。
优选地，所述硬脂酸盐为硬脂酸锌、硬脂酸铝或硬脂酸钡。
优选地，所述炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺20份，磷酸70份，硬脂酸盐8份，着色剂1份，辅料1份。
一种炸药改性组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：称取重量份的十八烷基伯胺15~25份和磷酸60~80份，将所述磷酸加入十八烷基伯胺中，70~80℃搅拌10~20分钟，出料，脱水干燥，研磨，得粉料；
步骤S2：在所述粉料中依次加入重量份的辅料0~3份和硬脂酸盐5~15份，混合充分；加入着色剂0~3重量份，再次混合，研磨，得产物。
本发明还提供了上述炸药改性组合物在制备岩石膨化硝铵炸药中的应用。
优选地，所述炸药改性组合物在所述岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.02~0.08%。
本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明通过上述技术方案提供了一种炸药改性组合物，应用于膨化硝铵化炸药，以提高其抗水性和流散性。本发明主用磷酸，以磷酸为氧化剂，在一定条件下与十八烷基伯胺发生反应，该条件包括两者的配比、反应温度、反应时间等参数，本申请通过长期实践及其反复实验，获得上述条件，使反应进行得更充分、彻底，所得反应产物的应用价值性更高，与硬脂酸盐，通过特定配合后，加入硝酸铵炸药中，能够有序地吸附在或与炸药表面形成某种物理联系从而组成该炸药的“保护膜”，该“保护膜”的意义是使炸药的填实密度增大，同时使炸药的表面性质更稳定，弱化炸药吸湿能力，减弱成团结块趋向，显著提高流散性，最终提高炸药的威力、使用安全性及储存安全性。
本发明还优选在炸药改性组合物中添加着色剂和辅料，辅料优选为层状硅酸盐矿物，层状硅酸盐矿物是一类具有层状结构的固体矿物材料，层间结构的范德华力远小于层内的离子力，当受到挤压时易于沿与层面平行的方向发生滑移，从而表现出良好的减摩性能；同时其微粉还具有热稳定性好、成本低廉、功能全面及使用无污染的优点。将其作为辅料加入本发明炸药改性组合物并应用于岩石膨化硝铵炸药，能够提高产品的流散性和稳定性；并且还可以调节炸药改性组合物的有效成分比重，对产品无负效应，对环境无潜在污染，效果显著。着色剂优选为炭黑，不仅具有明显的调色作用，而且还具有优良的耐化学性，孔隙率高，分散性好，流动性好等优点，其在炸药爆炸的过程中，参与氧气燃烧。
本发明炸药改性组合物用于岩石膨化硝铵炸药，能够显著改善岩石膨化硝铵炸药的流散性，调节装药密度，显著提升炸药威力，明显提高炸药的安全性能和储存性能。
说明书附图
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
图1：吸湿性检测所得各样品的吸湿曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺20份，磷酸70份，硬脂酸盐10份。
十八烷基伯胺，分子式为C18H39N，具有弱刺激性氨味，不易溶于水，易溶于氯仿、乙/醇、乙/醚及苯中，具有碱性，可与酸反应生产成相应的胺盐；外观为白色固体和片状。市售。
该实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌，分子式为C36H70O4Zn，外观为白色轻质细微粉末，规格为200目、325目。
本实施例一种炸药改性组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：称取上述重量份的十八烷基伯胺和磷酸，将所述磷酸加入十八烷基伯胺中，80℃搅拌15分钟，出料，脱水干燥，研磨，得粉料；
步骤S2：在所述粉料中加入上述硬脂酸盐，混合充分，研磨，得产物。
所得产物即为炸药改性组合物成品，其粒径在200目以上。
其中，炸药改性组合物的制备方法中，脱水干燥是指出料所得物质在脱除水分的同时或者之后，进行干燥。
该实施例所得炸药改性组合物加入到岩石膨化硝铵炸药中。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.98wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.02wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.02%。
本发明岩石膨化硝铵炸药的制备方法，包括以下步骤：
S1：在水相制备罐中依次加水和硝酸铵，待硝酸铵全部溶解后，升温至工艺温度，得水相半成品；
S2：将油相加入熔化罐中加温熔化，待物料温度达到工艺要求，得油相半成品，备用；
S3：设备预热后，将水相半成品和油相半成品混合，通过结晶膨化、析晶，形成铵油混合物；然后将铵油混合物与木粉、炸药改性组合物，分别按比例输送至凉药混合螺旋设备，充分混合，再通过筛药、装药、包装，即得岩石膨化硝铵炸药成品。
本发明中涉及的硝酸铵、油相、木粉均为本领域制备岩石膨化硝铵炸药的常规用料，本领域技术人员根据现有技术可获知上述原料的成分或规格，并进行制备。
实施例2：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺23份，磷酸70份，硬脂酸盐6份，着色剂1份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌；着色剂为炭黑；辅料为海泡石，粒度为300目。
本实施例一种炸药改性组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：称取上述重量份的十八烷基伯胺和磷酸，将所述磷酸加入十八烷基伯胺中，70℃搅拌20分钟，出料，脱水干燥，研磨，得粉料；
步骤S2：在所述粉料中依次加入上述硬脂酸盐和着色剂，混合充分，研磨，得产物。
所得产物即为炸药改性组合物成品，其粒径在200目以上。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.97wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.03wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.03%。
实施例3：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺20份，磷酸70份，硬脂酸盐8份，着色剂1份，辅料1份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌；着色剂为炭黑；辅料为海泡石，粒度为200目。
本实施例一种炸药改性组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：称取上述重量份的十八烷基伯胺和磷酸，将所述磷酸加入十八烷基伯胺中，75℃搅拌12分钟，出料，脱水干燥，研磨，得粉料；
步骤S2：在所述粉料中依次加入上述硬脂酸盐、着色剂和辅料，混合充分，研磨，得产物。
所得产物即为炸药改性组合物成品，其粒径在200目以上。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：94.96wt%的硝酸铵、2wt%的油相、3wt%的木粉和0.04wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.04%。
实施例4：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺16份，磷酸64份，硬脂酸盐15份，着色剂3份，辅料2份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌；着色剂为炭黑；辅料为海泡石，粒度为200目。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：93.94wt%的硝酸铵、3wt%的油相、3wt%的木粉和0.06wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.06%。
实施例5：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺16份，磷酸68份，硬脂酸盐13份，着色剂2份，辅料2份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸铝；着色剂为炭黑；辅料为坡缕石，粒度为200目。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：90.92wt%的硝酸铵、4wt%的油相、5wt%的木粉和0.08wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.08%。
实施例6：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺15份，磷酸75份，硬脂酸盐5份，着色剂2份，辅料3份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸钡；着色剂为炭黑；辅料为海泡石和滑石的混合物，且海泡石和滑石的重量比为8：1，粒度为200目。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：93.93wt%的硝酸铵、3wt%的油相、3wt%的木粉和0.07wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.07%。
实施例7：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺18份，磷酸62份，硬脂酸盐15份，着色剂2.5份，辅料2.5份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌；着色剂为炭黑；辅料为膨胀蛭石，粒度为300目。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.95wt%的硝酸铵、5wt%的油相、3wt%的木粉和0.05wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.05%。
实施例8：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺20份，磷酸70份，硬脂酸盐8份，着色剂1份，辅料1份。
本实施例硬脂酸盐为硬脂酸锌和硬脂酸钡的混合物，所述硬脂酸锌和硬脂酸钡的重量比为3：1；着色剂为炭黑；辅料为海泡石，粒度为300目。
岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.95wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.05wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.05%。
对比例1：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺60份，磷酸25份，硬脂酸盐13份，辅料2份。
硬脂酸盐为硬脂酸锌；辅料为硅藻土和高铝粉的混合物，硅藻土和高铝粉的重量比为2：1。
上述炸药改性组合物应用于制备岩石膨化硝铵炸药，岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.9wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.1t%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.1%。
对比例2：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺40份，磷酸60份。
上述炸药改性组合物应用于制备岩石膨化硝铵炸药，岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.8wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.2wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.2%。
对比例3：一种炸药改性组合物，由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺30份，磷酸60份，硬脂酸锌10份。
上述炸药改性组合物应用于制备岩石膨化硝铵炸药，岩石膨化硝铵炸药的组成为：91.9wt%的硝酸铵、4wt%的油相、4wt%的木粉和0.1wt%的炸药改性组合物。即，炸药改性组合物在该岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.1%。
对比例4：岩石膨化硝铵炸药的组成为：92wt%的硝酸铵、4wt%的油相和4wt%的木粉。
本发明上述实施例及对比例未述及的炸药改性组合物制备方法或使用方法，均参照实施例1。
效果评价
按照实施例1~3、8及对比例1~4的配方制备出8种炸药，对其进行如下试验检测。为表述简洁化，将实施例1~3、8制备的炸药依次标记为A1~A4，对比例1~4制备的炸药依次标记为B1~B4。
1、吸湿性检测
将上述炸药过筛，称取等量的样品，将样品放入恒定温湿度试验箱，恒温调至25℃，恒湿调至80%，间隔1小时称量样品的重量，计算炸药的吸湿增量，得到各样品的吸湿曲线见附图1。
由图1看出，在同样的条件下，添加本发明（、、和）炸药改性组合物的炸药样品吸湿率明显低于对比例的4种样品（、、和）。较对比例任一种样品，添加本发明炸药改性组合物制备的炸药样品抗水性能明显改善，能够延长存储期。
2、流散性检测
流散性检测方法目前尚无统一标准，本发明参阅王万勇在《提高岩石膨化硝铵炸药抗水性及流散性的实验研究》（王万勇.提高岩石膨化硝铵炸药抗水性及流散性的实验研究[J].煤矿爆破，2015(3)：13-15）一文中的检测方法。
检测结果见表1。
表1安息角（θ）检测结果
炸药 h值/cm r值/cm θ值
A1 7.10 29.69 13.447
A2 7.20 30.80 13.156
A3 6.90 31.28 12.441
A4 7.10 35.50 11.310
B1 7.50 25.28 16.523
B2 7.20 22.57 17.691
B3 7.10 23.44 16.852
B4 7.30 17.11 23.104
注：表中数值均为3次试验的均值。
由表1看出，整体上，实施例A1~A4样品的安息角小于对比例B1~B3，且明显小于B4，也即添加本发明炸药改性组合物的炸药流散性能更好。具体的，实施例A4样品的安息角θ值最小，流散性最好；而B4未进行改性处理，流散性最差；A3样品的流散性次于A4，但是较B4来说，改善效果显著。样品B2~B3与本发明A1~A4相比，炸药改性组合物中主成分的占比发生了很大的变化，同时流散性能也发生了质的不同，相比而言，本发明样品的流散性能更好，能够明显改善岩石膨化硝铵炸药的流散性，显著改善炸药的结块现象。
3、性能检测
将上述8种炸药装成规格为φ32药卷，对其进行爆速、猛度、殉爆、密度、水分、有效期的检测，检测结果见表2。
表2炸药性能检测结果
炸药 水分/% 密度/g·cm-3 爆速/m·s-1 殉爆距离/cm 猛度/mm 有效期/天
A1 0.10 0.91 3805 8 17.8 360
A2 0.09 0.91 3876 8 18.6 360
A3 0.08 0.93 3961 9 19.8 360
A4 0.06 0.95 3997 10 21.3 360
B1 0.15 0.85 3510 6 14.9 240
B2 0.19 0.82 3423 5 14.2 210
B3 0.17 0.85 3487 6 14.5 210
B4 0.23 0.83 3301 5 13.8 180
WJ9026-2004岩石膨化硝铵炸药 ≤0.30 0.80~1.00 ≥3200 ≥4 ≥12.0 180
注：表中数值均为3次试验的均值。
由表2看出，采用本发明炸药改性组合物对岩石膨化硝铵炸药进行改性，能够延长炸药的安全存储期限，增加单位体积的装药量，提高炸药威力。本发明A1~A4样品的含水量为0.06~0.10%，含水量明显较低，对延长炸药的存储期限，提高炸药的安全性具有重要的作用，这与有效期360天的测试结果相符合；密度为0.91~0.94%，密度较现有炸药有所提高，单位体积内炸药的装填量有明显的改善；爆速为3805~3997m/s，殉爆为8~10㎝，提高炸药的引爆和爆破能力，缩短爆破时间；猛度为17.8~21.3㎜，爆破破碎能力更强。各项性能稳定性好。对比例B4的各项指标基本符合标准的规定，对生产工艺及其存储等要求较高；对比例B1~B3的样品的各项指标较B4有提高，即炸药改性组合物的加入对其各方面性能的改善是有利的，能够降低工艺加工的精度和难度，但是改善效果不明显。上述结果表明，本发明对炸药改性组合物原料及含量的控制得当，取得了显著的改进效果，经济效益显著。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种炸药改性组合物，其特征在于：由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺15~25份，磷酸60~80份，硬脂酸盐5~15份，着色剂0~3份，辅料0~3份；
所述炸药改性组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：称取重量份的十八烷基伯胺15~25份和磷酸60~80份，将所述磷酸加入十八烷基伯胺中，70~80℃搅拌10~20分钟，出料，脱水干燥，研磨，得粉料；
步骤S2：在所述粉料中依次加入重量份的辅料0~3份和硬脂酸盐5~15份，混合充分；加入着色剂0~3重量份，再次混合，研磨，得产物。
2.如权利要求1所述的炸药改性组合物，其特征在于：所述着色剂为炭黑。
3.如权利要求1所述的炸药改性组合物，其特征在于：所述辅料为层状硅酸盐矿物。
4.如权利要求3所述的炸药改性组合物，其特征在于：所述辅料为海泡石、坡缕石、滑石、膨胀蛭石中的一种或两种以上。
5.如权利要求4所述的炸药改性组合物，其特征在于：所述辅料的粒度为200~300目。
6.如权利要求1所述的炸药改性组合物，其特征在于：所述硬脂酸盐为硬脂酸锌、硬脂酸铝或硬脂酸钡。
7.如权利要求1所述的炸药改性组合物，其特征在于：由下述重量份的原料制备而成：十八烷基伯胺20份，磷酸70份，硬脂酸盐8份，着色剂1份，辅料1份。
8.如权利要求1~7任一项所述的炸药改性组合物在制备岩石膨化硝铵炸药中的应用。
9.如权利要求8所述的炸药改性组合物的应用，其特征在于：所述炸药改性组合物在所述岩石膨化硝铵炸药中的质量百分含量为0.02~0.08%。
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