CN111620755A - 改性低能量密度乳化炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性低能量密度乳化炸药及其制备方法，包括按重量份数计的油相和水相，所述水相包括：硝酸铵80‑95份，硝酸钠15‑20份，水7‑15份，尿素2‑6份；所述油相包括：植物沥青2‑3份，脂肪酸甲酯1‑2份，大豆卵磷脂1‑2份,失水山梨醇单油酸酯1‑2份。本发明降低了乳化炸药的颗粒表面与矿物质颗粒的表面是软硬相差度，避免了坚硬的矿物质颗粒表面在与乳化炸药混合过程造成乳化炸药的破乳，甚至析盐，进而影响乳化炸药的使用甚至导致乳化炸药的性能衰减而拒爆的情况。

Description

改性低能量密度乳化炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业炸药技术领域，尤其涉及一种改性低能量密度乳化炸药及其制备方法。

背景技术

低能量密度乳化炸药是一种特别炸药品种，炸药密度在0.15～0.3kg/L之间，具有良好的抗水性能，即使在雨季也完全可以满足水孔预裂爆破需求，能够按照爆炸设计方案实现爆炸目的，但是其爆速不稳定。特别适用于光面爆破、预裂爆破，以及爆炸焊接等特种爆破作业。适合于配制低能量密度炸药的是乳化炸药。乳化炸药属于一种高威力常规工业炸药。在乳化炸药中，添加矿物质，容易出现断爆的现象。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种改性低能量密度乳化炸药及其制备方法，能够降低炸药的机械摩擦感度和机械撞击感度，稳定爆速，避免断爆的情况。

根据本发明实施例的一种改性低能量密度乳化炸药，包括按重量份数计的油相和水相，所述水相包括：硝酸铵80-95份，硝酸钠15-20份，水7-15份，尿素2-6份；所述油相包括：植物沥青2-3份，脂肪酸甲酯1-2份，大豆卵磷脂1-2份,失水山梨醇单油酸酯1-2份。

优选的，还包括矿物质粉体5-10份，石蜡0.5-1份。

优选的，所述矿物质粉体为硅藻土、珍珠岩、滑石粉或工业盐。

优选的，所述石蜡为固体石蜡或液体石蜡。

优选的，所述矿物质粉体的粒度为40-100目。

改性低能量密度乳化炸药的制备方法，具体方法步骤如下：

S1：制备水相：按照以上组分比例将水相的各组分混合，加热至100-120℃溶解均匀；

S2：制备油相：按照以上组分比例将油相的各组分混合，加热至100-110℃溶解均匀；

S3：乳化：将上述水相、油相过滤后在乳化装置中进行乳化，乳化后得到乳化基质；

S4：矿物质改性：将石蜡加热至熔融态的石蜡，然后将矿物质粉体加热至与熔融态石蜡同样的温度，然后混合，搅拌均匀，待熔融态石蜡完全包裹矿物质粉体后冷却至室温，得到改性矿物质；

S5：混合装药：将步骤S3中制得的乳化基质与步骤S4中制得的改性矿物质进行混合均匀，然后装药即得到改性乳化炸药。

优选的，所述步骤S5中改性矿物质与乳化基质的质量分数比为28-30:70-72。

优选的，所述步骤S4中石蜡的加热温度为60-90℃。

优选的，所述乳化装置包括乳化装置和与所述乳化装置连通的油相添加装置、水箱添加装置；

所述油相添加装置包括暂存腔，所述暂存腔一侧连通有油相出口和油相入口，所述暂存腔内部还包括密封件，所述密封件与所述暂存腔内壁过盈配合，所述密封件远离所述油相出口的一端固定设有拉杆，所述拉杆远离所述密封件的一端贯穿所述暂存腔远离所述油相出口一端的侧壁，并位于所述暂存腔的外侧，还包括使拉杆往复运动的驱动组件；

所述水相添加装置的结构与所述油相添加装置的结构相同；

所述乳化罐包括相互连通的第一乳化腔和第二乳化腔，所述第一乳化腔远离所述第二乳化腔的一端连通有乳化罐入口，所述乳化罐入口通过管道与所述油相出口连接，所述第一乳化腔和第二乳化腔内壁均一体成型有凸螺纹，且所述第一乳化腔内的凸螺纹和第二乳化腔内的凸螺纹的方向相反，所述乳化罐内还包括出料管，所述出料管一端位于乳化罐的腔体内，并通过第一固定筋与所述乳化罐的内壁固定连接，所述出料管的另一端贯穿所述乳化罐远离所述乳化罐入口的一端并位于乳化罐的外侧，所述出料管位于所述乳化罐内腔中的一端可拆卸安装有盖板，所述盖板包括位于中部的安装块和用于固定安装块的若干第三固定筋，相邻所述固定筋之间设有扇形的滤网，所述乳化罐的侧壁还设有若干喷嘴，所述喷嘴至少有一个分布在第一乳化腔的一侧，至少有一个分布在第二乳化腔的一侧，所述喷嘴与所述水相添加装置的水相出口通过管道连接。

优选的，所述驱动组件包括转动腔，所述转动腔上下两侧内壁固定安装有齿条，所述转动腔内还包括与所述齿条啮合的不完全齿轮，所述不完全齿轮通过电机带动其转动，所述驱动组件的一端与所述拉杆固定连接。

优选的，所述出料管内还包括转轴，所述转轴与所述安装块转动连接，所述转轴上固定安装有若干桨叶，所述出料管内还包括套环，所述套环通过第二固定筋与所述出料管的内壁固定连接，所述转轴远离所述安装块的一端插接在所述套环内。

优选地，所述出料管内还包括与所述桨叶相配的隔板，所述隔板与所述出料管内壁固定连接。

所谓表面改性，就是以一种物质在另一种物质特别是颗粒物表面均匀涂覆成膜，从而掩盖了被涂覆物质表面性质而表现出涂覆物质性质的表面特征。

石蜡是石油炼制的副产品，是制造乳化炸药的油相材料成分之一，固体石蜡是其熔点高于室温、通常在50℃以下是白色固体物质。

植物沥青：植物沥青为植物油加工过程中的废渣，主要用于生产铸造粘结剂、橡胶软化剂、水泥预制隔离剂、黑色印刷油墨、沥青涂料、涂料、表面活性炭、皮革助剂及重质燃料等等。

脂肪酸甲酯：脂肪酸甲酯按照碳链的饱和程度可分为含有双键的不饱和脂肪酸甲酯和不含双键、三键的饱和脂肪酸甲酯，广泛用于合成高级表面活性剂，用作高级润滑油和燃料的添加剂、乳化剂制品、香料的溶剂等。

大豆卵磷脂：大豆卵磷脂(Lecithin High Potency又称大豆蛋黄素)，是精制大豆油过程中的副产品，是通过溶剂萃取然后离心分离后通过醇洗得到，工业上主要作为乳化剂、保湿剂、增稠剂等使用。

失水山梨醇单油酸酯：具有乳化和分散力，由山梨醇和油酸在碱性催化剂存在下缩合制得。

本发明中的有益效果是：通过加入熔融态的石蜡对矿物质进行表面改性，熔融态的石蜡将矿物质的表面进行涂覆并形成一层膜，从而掩盖了矿物质表面粗糙的特征，使得表面更加光滑，从而降低了摩擦感度，进一步降低了运输过程中的安全隐患；另一方面降低了乳化炸药的颗粒表面与矿物质颗粒的表面是软硬相差度，避免了坚硬的矿物质颗粒表面在与乳化炸药混合过程造成乳化炸药的破乳，甚至析盐，进而影响乳化炸药的使用甚至导致乳化炸药的性能衰减而拒爆的情况；通过使用植物沥青，脂肪酸甲酯，大豆卵磷脂,失水山梨醇单油酸酯作为油相组成部分，调制出的可降解乳化炸药复合油相，由该油相制备的炸药具有组分简单，价格低廉，耐寒性好，原料可降解，绿色环保的特点，使用本发明中的制备方法制得的乳化炸药其爆速能够控制在2100-2200m/s。

此外，本发明的乳化装置通过控制油相和水相的进料比例能够实现连续乳化的效果，提高了乳化的效率；乳化罐包括第一乳化腔和第二乳化腔，且第一乳化腔和第二乳化腔内的凸螺纹方向相反，而凸螺纹在乳化过程中起到引流的作用，从喷嘴中喷射的水相带动油相沿着凸螺纹之间的凹槽旋转，由于乳化液在第一乳化腔和第二乳化腔中旋转的方向不同，两者在中间进行碰撞，从而提高乳化的性能，乳化后的液体经盖板上的滤网过滤后从出料管排出，由于油相和水相的连续进料，使得乳化罐内产生一定的压力，此时在压力的作用下出料管内的转轴转动，一方面可以提高带动乳化液排出，另一方面与出料管内壁的隔板配合而进一步提高乳化的效果。

本发明中所使用的化学试剂均为市售产品，并未对其做任何加工；本发明中所使用的仪器设备和测试仪器均为与原有乳化炸药制作过程中相同的仪器设备和测试仪器。

附图说明

图1为本发明提出的乳化装置的结构示意图；

图2为本发明提出的油相添加装置的结构示意图；

图3为本发明提出的乳化罐的结构示意图；

图4为本发明提出的出料管的剖面图；

图5为本发明提出的另一旋转状态的出料管的剖面图；

图6为本发明提出的套环处的出料管的剖面图；

图7为本发明提出的盖板的结构示意图；

图8为本发明提出的安装块与转轴连接的结构示意图。

图中：1-油相添加装置、2-油相出口、3-油相入口、4-乳化罐、5-水相出口、6-水相入口、7-水相添加装置、8-不完全齿轮、9-转动腔、10-驱动组件、11-齿条、12-拉杆、13-暂存腔、14-密封件、15-泄压孔、16-乳化罐入口、17-喷嘴、18-凸螺纹、19-第一固定筋、20-出料管、21-第二固定筋、22-第二乳化腔、23-第一乳化腔、24-盖板、25-转轴、26-隔板、27-桨叶、28-套环、29-滤网、30-第三固定筋、31-安装块。

具体实施方式

以下质量份数单位：kg。

实施例1

一种改性低能量密度乳化炸药，包括按重量份数计的油相和水相，水相包括：硝酸铵80份，硝酸钠15份，水7份，尿素2份；油相包括：植物沥青2份，脂肪酸甲酯1份，大豆卵磷脂1份,失水山梨醇单油酸酯1份，硅藻土5份、粒度40目，固体石蜡0.5份。

改性低能量密度乳化炸药的制备方法：具体方法步骤如下：

S1：制备水相：按照以上组分比例将水相的各组分混合，加热至100℃溶解均匀；

S2：制备油相：按照以上组分比例将油相的各组分混合，加热至100℃溶解均匀；

S3：乳化：将上述水相、油相过滤后在乳化装置中进行乳化，乳化后得到乳化炸药粉体；

S4：矿物质改性：将固体石蜡加热至熔融态的石蜡，加热温度为60℃，然后将矿物质粉体加热至与熔融态石蜡同样的温度，然后混合，搅拌均匀，待熔融态石蜡完全包裹矿物质粉体后冷却至室温，得到改性矿物质；

S5：混合装药：将步骤S3中制得的乳化炸药粉体与步骤S4中制得的改性矿物质进行混合均匀，改性矿物质与乳化炸药粉体的质量分数比为28％：72％，装入32mm纸卷，药卷重170g，药卷长220mm即得到改性乳化炸药。

实施例2-10的组分及其方法步骤均同实施例1相同，不同技术参数如下表：

上述实施例2-10中实施例2-5使用固体石蜡，实施例6-10使用液体石蜡，其加热温度分别为63℃、66℃、69℃、75℃、78℃、82℃、85℃、88℃、90℃；实施例2-10中所使用矿物质粉体的粒度分别为47目、54目、61目、68目、75目、82目、89目、95目、100目；实施例2-10中水相加热温度分别为103℃、104℃、105℃、108℃、110℃、113℃、116℃、118℃、120℃，油相加热温度分别为101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、110℃。

将实施例1-10所制得的改性乳化炸药在炮场测试炸药的爆轰性能，在实验室测试低能量密度炸药粉的机械感度，使用10kg的重锤在25cm高度进行下落测量其撞击感度，在表压为4903.33KPa、摆角为96°的条件下测量其摩擦感度，测得撞击感度和摩擦感度的爆炸率；

对比例使用现有技术中常规的未改性的低能量乳化炸药进行与上述实验条件相同的实验，实验数据性能表如下：

综上所述，本发明制得的改性乳化炸药的爆速在2100-2200m/s，能够稳定在一定范围内，而撞击感度和摩擦感度的爆炸率均低于对比例，因此本发明所制得的改性乳化炸药降低了乳化炸药的颗粒表面与矿物质颗粒的表面是软硬相差度，避免了坚硬的矿物质颗粒表面在与乳化炸药混合过程造成乳化炸药的破乳，甚至析盐，进而影响乳化炸药的使用甚至导致乳化炸药的性能衰减而拒爆的情况。

参考图1-8，本发明提出的乳化装置包括乳化装置和与所述乳化装置连通的油相添加装置、水箱添加装置；

油相添加装置包括暂存腔，所述暂存腔一侧连通有油相出口和油相入口，所述暂存腔内部还包括密封件，所述密封件与所述暂存腔内壁过盈配合，所述密封件远离所述油相出口的一端固定设有拉杆，所述拉杆远离所述密封件的一端贯穿所述暂存腔远离所述油相出口一端的侧壁，并位于所述暂存腔的外侧，还包括使拉杆往复运动的驱动组件；

水相添加装置的结构与所述油相添加装置的结构相同；

对于本申请中的水相添加装置和油相添加装置来说，可以通过对活塞运动的速率及与油相出口、水相出口连接的管道的内径进行调节来实现水相和油相的流量及压力，从而达到最佳的乳化条件。

本申请中的油相添加装置中的油相入口与盛有过滤后的复合油相的暂存罐连接，水相添加装置中的水相入口与盛有过滤后的复合水相的暂存罐连接；而对于与油相入口、油相出口、水相入口、水相出口连接的管道来说其上面均设有单向阀，当密封件从油相出口/水相出口的一侧向远离其方向运动时，油相入口/水相入口连接的管道上的单向阀导通，油相出口/水相出口连接的管道上的单向阀封闭，暂存罐内的油相/水相进入暂存腔内，然后驱动组件再控制活塞向靠近油相出口/水相出口的方向运动，此时油相入口/水相入口连接的管道上的单向阀封闭，油相出口/水相出口连接的管道上的单向阀导通，暂存腔内的油相/水相被送入乳化罐内进行乳化。

乳化罐包括相互连通的第一乳化腔和第二乳化腔，所述第一乳化腔远离所述第二乳化腔的一端连通有乳化罐入口，所述乳化罐入口通过管道与所述油相出口连接，所述第一乳化腔和第二乳化腔内壁均一体成型有凸螺纹，且所述第一乳化腔内的凸螺纹和第二乳化腔内的凸螺纹的方向相反，所述乳化罐内还包括出料管，所述出料管一端位于乳化罐的腔体内，并通过第一固定筋与所述乳化罐的内壁固定连接，所述出料管的另一端贯穿所述乳化罐远离所述乳化罐入口的一端并位于乳化罐的外侧，所述出料管位于所述乳化罐内腔中的一端可拆卸安装有盖板，所述盖板包括位于中部的安装块和用于固定安装块的若干第三固定筋，相邻所述固定筋之间设有扇形的滤网，所述乳化罐的侧壁还设有若干喷嘴，所述喷嘴至少有一个分布在第一乳化腔的一侧，至少有一个分布在第二乳化腔的一侧，所述喷嘴与所述水相添加装置的水相出口通过管道连接。

由于在乳化过程中可能油相和水相进料的速率大于乳化液的排料速率，从而在乳化罐内产生一定的压力，而为了避免乳化罐内因压力过大而造成设备的损坏，可以在乳化罐侧壁插接一压力传感器，用于对乳化罐内的压力进行测定，当乳化罐内的压力大于预设值时，减少水相和油相的添加速率，或停止水相和油相的添加，进行清洗或维修后再继续进行使用。

具体地，驱动组件包括转动腔，所述转动腔上下两侧内壁固定安装有齿条，所述转动腔内还包括与所述齿条啮合的不完全齿轮，所述不完全齿轮通过电机带动其转动，所述驱动组件的一端与所述拉杆固定连接；此外对于本申请的驱动组件来说，也可以通过电机的正反转来实现拉杆的往复运动。

为了进一步提高乳化装置的乳化性能，还可以在出料管内设置转轴，所述转轴与所述安装块转动连接，所述转轴上固定安装有若干桨叶，所述出料管内还包括套环，所述套环通过第二固定筋与所述出料管的内壁固定连接，所述转轴远离所述安装块的一端插接在所述套环内。

此外还可以在出料管内设置与所述桨叶相配的隔板，所述隔板与所述出料管内壁固定连接，在乳液出料过程中桨叶与隔板能够对乳液进行研磨，从而进一步提高乳化性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性低能量密度乳化炸药，其特征在于：包括按重量份数计的油相和水相，所述水相包括：硝酸铵80-95份，硝酸钠15-20份，水7-15份，尿素2-6份；所述油相包括：植物沥青2-3份，脂肪酸甲酯1-2份，大豆卵磷脂1-2份,失水山梨醇单油酸酯1-2份。

2.根据权利要求1所述的改性低能量密度乳化炸药，其特征在于：还包括矿物质粉体5-10份，石蜡0.5-1份。

3.根据权利要求2所述的改性低能量密度乳化炸药，其特征在于：所述矿物质粉体为硅藻土、珍珠岩、滑石粉或工业盐。

4.根据权利要求2所述的改性低能量密度乳化炸药，其特征在于：所述石蜡为固体石蜡或液体石蜡。

5.根据权利要求2所述的改性低能量密度乳化炸药，其特征在于：所述矿物质粉体的粒度为40-100目。

6.根据权利要求2-5任一所述的改性低能量密度乳化炸药的制备方法，其特征在于：具体方法步骤如下：

S1：制备水相：按照以上组分比例将水相的各组分混合，加热至100-120℃溶解均匀；

S2：制备油相：按照以上组分比例将油相的各组分混合，加热至100-110℃溶解均匀；

S3：乳化：将上述水相、油相过滤后在乳化装置中进行乳化，乳化后得到乳化基质；

S4：矿物质改性：将石蜡加热至熔融态的石蜡，然后将矿物质粉体加热至与熔融态石蜡同样的温度，然后混合，搅拌均匀，待熔融态石蜡完全包裹矿物质粉体后冷却至室温，得到改性矿物质；

S5：混合装药：将步骤S3中制得的乳化基质与步骤S4中制得的改性矿物质进行混合均匀，然后装药即得到改性乳化炸药。

7.根据权利要求6所述的改性低能量密度乳化炸药的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中改性矿物质与乳化基质的质量分数比为28-30:70-72；所述步骤S4中石蜡的加热温度为60-90℃。

8.根据权利要求6所述的改性低能量密度乳化炸药的制备方法，其特征在于：所述乳化装置包括乳化装置和与所述乳化装置连通的油相添加装置、水箱添加装置；

所述油相添加装置包括暂存腔，所述暂存腔一侧连通有油相出口和油相入口，所述暂存腔内部还包括密封件，所述密封件与所述暂存腔内壁过盈配合，所述密封件远离所述油相出口的一端固定设有拉杆，所述拉杆远离所述密封件的一端贯穿所述暂存腔远离所述油相出口一端的侧壁，并位于所述暂存腔的外侧，还包括使拉杆往复运动的驱动组件；

所述水相添加装置的结构与所述油相添加装置的结构相同；

所述乳化罐包括相互连通的第一乳化腔和第二乳化腔，所述第一乳化腔远离所述第二乳化腔的一端连通有乳化罐入口，所述乳化罐入口通过管道与所述油相出口连接，所述第一乳化腔和第二乳化腔内壁均一体成型有凸螺纹，且所述第一乳化腔内的凸螺纹和第二乳化腔内的凸螺纹的方向相反，所述乳化罐内还包括出料管，所述出料管一端位于乳化罐的腔体内，并通过第一固定筋与所述乳化罐的内壁固定连接，所述出料管的另一端贯穿所述乳化罐远离所述乳化罐入口的一端并位于乳化罐的外侧，所述出料管位于所述乳化罐内腔中的一端可拆卸安装有盖板，所述盖板包括位于中部的安装块和用于固定安装块的若干第三固定筋，相邻所述固定筋之间设有扇形的滤网，所述乳化罐的侧壁还设有若干喷嘴，所述喷嘴至少有一个分布在第一乳化腔的一侧，至少有一个分布在第二乳化腔的一侧，所述喷嘴与所述水相添加装置的水相出口通过管道连接。

9.根据权利要求8所述的改性低能量密度乳化炸药的制备方法，其特征在于：所述驱动组件包括转动腔，所述转动腔上下两侧内壁固定安装有齿条，所述转动腔内还包括与所述齿条啮合的不完全齿轮，所述不完全齿轮通过电机带动其转动，所述驱动组件的一端与所述拉杆固定连接。

10.根据权利要求8所述的改性低能量密度乳化炸药的制备方法，其特征在于：所述出料管内还包括转轴，所述转轴与所述安装块转动连接，所述转轴上固定安装有若干桨叶，所述出料管内还包括套环，所述套环通过第二固定筋与所述出料管的内壁固定连接，所述转轴远离所述安装块的一端插接在所述套环内；

优选地，所述出料管内还包括与所述桨叶相配的隔板，所述隔板与所述出料管内壁固定连接。

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