謝圣艷 譚 勇 唐佳華 何俊蓉 姜聯成雅化集團三臺化工有限公司(四川綿陽，621000)

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用于工業(yè)炸藥的硝酸銨溶液相關參數的測定與調節(jié)技術
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謝圣艷 譚 勇 唐佳華 何俊蓉 姜聯成
雅化集團三臺化工有限公司(四川綿陽，621000)

[摘 要]文章對硝酸銨溶液在工業(yè)炸藥應用中的測定技術進行了分析，研發(fā)了硝酸銨溶液質量分數和pH的實驗室測定技術及在線測定和調節(jié)技術，并進行了對比分析。結果表明，采用溫度-密度-質量分數對照表法測定硝酸銨溶液的質量分數，其速度快；10%體積分數的硝酸銨溶液pH測定法更為簡單快捷，結果與HG/T 4523—2013中硝酸銨溶液測定法的結果吻合性較好。硝酸銨溶液質量分數、pH的在線測定與調節(jié)技術能夠滿足工業(yè)炸藥連續(xù)化和自動化生產的要求。

[關鍵詞]工業(yè)炸藥；硝酸銨溶液；質量分數；pH；在線測定

[分類號] TD235.2＋1

引言

工信部在《關于民用爆炸物品行業(yè)技術進步指導意見》中明確指出“鼓勵使用液體硝酸銨代替固體硝酸銨制備工業(yè)炸藥”[1]，由硝酸銨生產廠家提供硝酸銨溶液直接應用于工業(yè)炸藥的生產是國外炸藥生產廠家的典型生產方式[2]。隨著對硝酸銨溶液應用的環(huán)保性、便捷性和經濟性的認識，近年來硝酸銨溶液在國內民爆行業(yè)的應用得以快速地推廣，也促進了民爆行業(yè)的綠色發(fā)展。

由于各硝酸銨溶液生產廠家工藝及工業(yè)炸藥生產廠家對產品質量需求的差異，如何對硝酸銨溶液快速準確地測定和調節(jié)，成為硝酸銨溶液應用過程質量控制的關鍵。為提高硝酸銨溶液應用的自動化和連續(xù)化，硝酸銨溶液的在線測定和調節(jié)技術將成為硝酸銨溶液應用提升的一個新課題。對硝酸銨溶液應用影響較大的質量因素是硝酸銨溶液的質量分數和pH，本文就硝酸銨溶液在工業(yè)炸藥應用過程中質量分數和pH的兩種測定技術和方法進行分析，以期達到拋磚引玉的作用。

1 硝酸銨溶液的實驗室測定技術和方法

硝酸銨溶液的測定試驗方法在HG/T 4523—2013硝酸銨溶液已有詳細講述[3]，但是對于工業(yè)炸藥生產廠家，采購進來的硝酸銨溶液需要快速測定結果后指導生產配料。HG/T 4523—2013法所列測定方法耗時較長，不能很好地滿足生產配料的時間要求。尋求準確快速地檢測硝酸銨質量分數的方法是亟待解決的問題[4]。對硝酸銨溶液的入廠測定，主要測定項目有外觀、質量分數、pH，其質量指標要求如表1所示。

表1 硝酸銨溶液質量指標企業(yè)要求Tab.1 Enterprise requirement for quality index of ammonium nitrate solution

1.1 硝酸銨溶液質量分數測定方法

由于硝酸銨溶液質量分數較高，容易析晶，測量誤差較大，不利于產品質量控制[5]，需要在整體物料無結晶、完全呈液體狀態(tài)時取樣，取樣時宜采用保溫桶進行[6]，樣品用水稀釋后測定質量分數。通過測定稀釋后硝酸銨溶液的溫度和密度，從而查出稀釋后該溶液的質量分數，通過實驗室數據檢測及分析，確定硝酸銨溶液溫度、密度、質量分數三者關系，繪制出溫度-密度-質量分數對照表，即可計算出硝酸銨溶液的質量分數。

具體方法如下:稱取干燥500 mL燒杯質量(m1)，量取硝酸銨溶液約300～400 mL，加入燒杯內；稱取硝酸銨溶液和燒杯的質量(m2)，再用100～150 mL蒸餾水將燒杯內壁黏附的硝酸銨溶液洗入燒杯內，用玻璃棒攪拌3～4 min；稱取稀釋后硝酸銨溶液和燒杯的質量(m3)，將稀釋后的硝酸銨溶液轉入500 mL量筒中。用密度計測定其密度(ρ)，用溫度計測量其溫度(T)，通過溫度-密度-質量分數表，查出稀釋后硝酸銨溶液的質量分數(C1)。

則硝酸銨溶液的質量分數C，按式(1)計算:

式中:m1為干燥燒杯的質量，g；m2為硝酸銨溶液和燒杯的質量，g；m3為稀釋后硝酸銨溶液和燒杯的質量，g；C1為稀釋后硝酸銨溶液的質量分數，%。

取平行測定結果的算術平均值為測定結果，2次平行測定結果的絕對差值不大于0.2%。

經過實驗室檢測所得的硝酸銨溶液溫度-密度-質量分數對比表常用數據見表2，該方法是硝酸銨溶液質量分數的快速測定方法[7]。

為了對比此方法與HG/T 4523—2013中方法測定結果的差異性，配制了不同質量分數的硝酸銨溶液，并分別進行測定，結果見表3。此結果與HG/T 4523—2013中滴定方法[3]測定結果較吻合，且該方法測量硝酸銨溶液質量分數快速、簡單，幾分鐘就可以得出結果，可以滿足生產所需。

1.2 硝酸銨溶液pH測定方法的選擇

硝酸銨溶液由于質量分數較高，在測定pH時，一般需稀釋后測定，HG/T 4523—2013測定方法是在滴定法測定完硝酸銨溶液質量分數后，根據所測定質量分數，將硝酸銨溶液稀釋到10%質量分數的硝酸銨溶液，用酸度計測定其pH。

為快速測定pH，還摸索了硝酸銨溶液pH的2種新的快速測定方法，現將3種測定方法進行對比。

1)HG/T 4523—2013硝酸銨溶液所列測定方法[3]。詳見HG/T 4523—2013硝酸銨溶液。

2)近似10%質量分數的硝酸銨溶液pH測定。用燒杯準確稱取10 g試驗溶液A，再向其中加入90 g無二氧化碳的水，配制成100 g的近似10%質量分數的硝酸銨溶液(實際約為9.2%)，攪拌1～2 min后，用酸度計測定該溶液的pH。取平行測定結果的算術平均值為測定結果，2次平行測定結果的絕對差值不大于0.2。

表2 硝酸銨溶液溫度-密度-質量分數對比表Tab.2 Temperature-density-mass fraction contrast of ammonium nitrate solution　%

3)10%體積分數的硝酸銨溶液pH測定。用100 mL燒杯量取90 mL無二氧化碳的水，再加入10mL試驗溶液A，攪拌1～2 min后，用酸度計測定該溶液的pH。取平行測定結果的算術平均值為測定結果，2次平行測定結果的絕對差值不大于0.2。

表3 2種方法測定硝酸銨溶液質量分數Tab.3 Mass fraction of ammonium nitrate solution tested by two methods　%

4)分別采取上述3種方法對不同質量分數的硝酸銨溶液測定pH。配制質量分數分別為91%、92%、93%、94%、95%的硝酸銨溶液，用上述3種方法對不同質量分數的硝酸銨溶液測定pH。測定結果見表4?？梢钥闯?，上述3種方法所測定的pH相差均在0.2以內，完全可以滿足工業(yè)化生產要求。10%體積分數的硝酸銨溶液pH測定最為簡單快捷，在生產線上即可進行測定。

2 硝酸銨溶液的在線測定和調節(jié)技術

硝酸銨溶液在工業(yè)炸藥上應用已有很多年的時間，應用技術也已基本成熟。目前國內應用于工業(yè)炸藥生產中的硝酸銨溶液都是高溫(120～145℃)、高質量分數(≥91%)，為過飽和水溶液，極易產生析晶沉降現象，在儲存過程中有一定的安全隱患，在使用中有可能堵塞管道，或造成閥門和計量設備失效，帶來設備的安全隱患，使得其在自動控制和在線測定上還存在不足。針對上述問題，進行了一些硝酸銨溶液應用自動化的研究，初步解決了硝酸銨溶液pH、質量分數等指標的在線測定和控制問題，經試驗對比可以滿足生產需求。

表4 3種方法測定硝酸銨溶液的pHTab.4 pH value of ammonium nitrate solutiontested by three methods

2.1 硝酸銨溶液質量分數的在線測定與調節(jié)[8]

采用密度-溫度-質量分數對比法是在線測定硝酸銨溶液質量分數可行的方法，經過與實驗室檢測對比，可以滿足生產質量控制要求。其原理如圖1所示。密度-溫度-質量分數對比法測定硝酸銨溶液質量分數是采用吹氣式密度計進行，以測量氣壓代替直接測量液柱壓力，通過軟件計算并顯示出密度值。該技術配合溫度傳感器，補償密度隨溫度的變化，增加質量分數顯示儀，就可以直接測定出硝酸銨溶液質量分數。

硝酸銨溶液質量分數的調節(jié)在硝酸銨溶液儲罐內進行，目的是降低硝酸銨溶液質量分數至90%左右(此值根據乳化炸藥配方進行調整)，通過降低溶液質量分數和析晶點，降低硝酸銨溶液結晶的溫度，以保證儲存過程中的安全。經試驗檢測，硝酸銨溶液質量分數在93%～94%時，對應析晶點為98～102℃，質量分數在90%時，對應的析晶點為88℃。

根據硝酸銨溶液運輸車每次運輸硝酸銨溶液測定質量分數及質量，通過觸摸屏輸入至系統(tǒng)內，系統(tǒng)自動計算出需要加入儲罐內水的質量，通過流量計計量將水自動加入硝酸銨溶液儲罐內，并攪拌。通過安裝在硝酸銨溶液系統(tǒng)上的質量分數在線測定設備校核加水量是否合適。調節(jié)完畢后，即可用于工業(yè)炸藥的生產。

2.2 硝酸銨溶液pH的在線測定與調節(jié)[9]

硝酸銨溶液pH的在線測定采用pH電極進行。被測介質為高溫、高質量分數的硝酸銨溶液，由于溶液溫度高且波動大、腐蝕性強，采用一般電極使用壽命短，且在高溫下溫度補償效果不好，pH測量有一定的誤差。采用降低取樣溶液溫度的方式，增加冷凝器，將取樣溶液放置在冷凝器中進行熱交換、降溫，降溫后溶液溫度控制在90℃左右。

硝酸銨溶液經過管道從硝酸銨溶液儲罐流出，流經冷凝器至緩沖罐內，冷凝器通冷卻水，pH電極安裝在冷凝器之后的管道上。流入緩沖罐內的硝酸銨溶液經加熱后泵送至硝酸銨溶液儲罐內。硝酸銨溶液不間斷地進行流動，實現硝酸銨溶液的在線測定。其安裝示意圖如圖2所示。

乳化炸藥生產所需要的pH范圍可以通過試驗確定，較佳的pH一般是5.6～6.0。在硝酸銨溶液pH偏大時，采用加入檸檬酸進行調節(jié)，硝酸銨溶液pH偏小時，采用加入氨水進行調節(jié)[10]。實現方式有兩種，一種為硝酸銨溶液儲存系統(tǒng)內的調節(jié)，另一種為水相制備過程中的調節(jié)。

為了驗證硝酸銨溶液質量分數和pH在線測定結果與HG/T 4523—2013方法測定結果的差異性，取樣測定結果見表5?？梢钥闯觯跛徜@溶液質量分數和pH在線測定結果與HG/T 4523—2013方法測定結果相差范圍均在0.2%以內，可以滿足工業(yè)炸藥生產需要。

表5 2種方法測定質量分數和pH結果對比Tab.5 Comparison of mass fraction and pH value tested by two methods

3 結論

1)采用溫度-密度-質量分數對照表法測定硝酸銨溶液的質量分數，其速度快；10%體積分數的硝酸銨溶液pH測定法更為簡單快捷，結果與HG/T 4523—2013中硝酸銨溶液測定法的結果吻合性較好，適用于工業(yè)化生產快速測定的需要。

2)硝酸銨溶液質量分數、pH的在線測定與調節(jié)技術能夠滿足工業(yè)炸藥生產質量的要求，提高了乳化炸藥生產的連續(xù)化、自動化水平，值得推廣和應用。

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Measurement and Adjusting Technology for the Related Parameters of Ammonium Nitrate Solution Used in Industrial Explosives

XIE Shengyan，TAN Yong，TANG Jiahua，HE Junrong，JIANG Liancheng
Santai Chemical Co.，Ltd.，Yahua Group (Sichuan Mianyang，621000)

[ABSTRACT]Measurement technology of the ammonium nitrate solution applied in industrial explosives was analyzed，and the laboratory determination technology，online determination and adjusting technology of the mass fraction and pH value of the ammonium nitrate solution were developed in comparison.Results show that temperature-density-mass fraction table method is fast to measure the mass fraction of ammonium nitrate solution，while the determination method of pH value，with method of 10 percent volumetric of the ammonium nitrate solution，is more simple and quick，the test results of which are consistent with method of HG/T 4523—2013 for determination of the ammonium nitrate solution.The online determination and adjusting technology of the mass fraction and pH value of ammonium nitrate solution enables to satisfy the requirement of continuous and automatic production quality of the industrial explosives.

[KEY WORDS]industrial explosives；ammonium nitrate solution；mass fraction；pH value；on line determination

作者簡介:謝圣艷(1983～)，男，工程師，主要從事民爆器材行業(yè)技術研發(fā)和管理工作。E-mail:xiesy@ scyahua.net

收稿日期:?2015-05-25

doi:10.3969/j.issn.1001-8352.2016.02.013