盧開群(廣東宏大羅化民爆有限公司，廣東 云浮 527300)

0 引言

乳化炸藥具有良好的抗水性、爆炸性能、安全性能，已經(jīng)成為我國工業(yè)炸藥的主導產(chǎn)品，在乳化炸藥生產(chǎn)過程中，將一定比例的氧化劑(水相溶液)、可燃劑(油相溶液)混合后經(jīng)乳化機高速攪拌、剪切后形成了W/0型結(jié)構(gòu)的乳膠基質(zhì)。乳膠基質(zhì)密度一般在1.35～1.40 g/cm3左右，基本不具備雷管感度，而要使乳膠基質(zhì)變成具有雷管感度的炸藥，就要把大量微小的氣泡摻到乳化基質(zhì)中去，并使摻進去的氣泡均勻的分布在乳膠基質(zhì)中，在起爆時微小氣泡受外界能量作用下，被絕熱壓縮，在極短的時間內(nèi)溫度快速升高到400 ℃以上，從而快速的激發(fā)乳化炸藥發(fā)生爆炸。

敏化技術(shù)對炸藥性能起到一個關(guān)鍵作用，敏化的效果直接影響其爆轟性能和儲存穩(wěn)定性，在現(xiàn)行的民爆行業(yè)中廣泛推廣應(yīng)用化學、物理敏化技術(shù)。本人從事乳化炸藥生產(chǎn)工藝技術(shù)工作多年，現(xiàn)結(jié)合工作實際情況和積累的一些個人經(jīng)驗，與業(yè)界同仁交流和探討各種敏化技術(shù)的利與弊。

1 化學敏化方式

純化學敏化技術(shù)具有成本低、使用簡便、敏化劑用量低的優(yōu)勢，而受到國內(nèi)民爆行業(yè)的青睞，目前我國采用的發(fā)泡劑有無機、有機兩個種類，主要為以亞硝酸鈉和H發(fā)泡劑的兩種方法。

(1)H發(fā)泡劑是一種常見的工業(yè)化學發(fā)泡劑，其分解溫度較高，通常在185～200 ℃，發(fā)氣量大，通?？蛇_到190～200 mL/g。由于它具有易分散、發(fā)氣量大、發(fā)泡效率高等特點，常用于制造海綿橡膠，在塑料中多用于聚氯乙烯。但該發(fā)泡劑的缺點是分解溫度高，且分解放出甲醛等難聞氣體，現(xiàn)行工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常使用水楊酸、己二酸、鄰苯二甲酸等有機酸或尿素作發(fā)泡助劑，以降低分解溫度，增加發(fā)氣量，調(diào)節(jié)溫度在90～130 ℃的范圍內(nèi)，發(fā)氣量可達260～270 mL/g，并可緩解難聞氣味。該品對皮膚及粘膜有中等刺激性，當含有1%以上甲醛時有劇毒，生產(chǎn)過程要注意防爆，因此在民爆行業(yè)采用此發(fā)泡劑的較少。

(2)在民爆行業(yè)生產(chǎn)中最常用的發(fā)泡劑是無機鹽亞硝酸鈉，其在弱酸性的條件下就可以發(fā)生反應(yīng)，從而生成氮氣的氣體，乳化基質(zhì)是弱酸性物質(zhì)，pH值一般在4.0～5.5之間，敏化作用機理為亞硝酸鈉在酸性條件下，遇炸藥中的游離硝酸銨生成不穩(wěn)定、易分解的亞硝酸銨，亞硝酸銨再分解為氮氣和水。在乳膠基質(zhì)中經(jīng)充分混合后即可得到分布均勻、細微的敏化氣泡，從而對乳化炸藥基質(zhì)進行敏化，其發(fā)泡反應(yīng)過程機理如下：

但這種反應(yīng)過慢，為了改變這種反應(yīng)過慢的狀態(tài)，要使其在低溫的情況下也能生成大量氣泡，并加速氣泡生成，一般在亞硝酸鈉發(fā)泡劑加入的同時添加一定量的無機酸(磷酸)、尿素等促進劑，以加速亞硝酸鈉的反應(yīng)，從而促進敏化氣泡的形成與均布，這種方法的好處就是發(fā)泡劑的效果較好。在這里稱發(fā)泡劑為A劑(亞硝酸鈉溶液)，密度約為1.18 g/cm3左右，促進劑為B劑(磷酸溶液)，密度約1.10 g/cm3左右，A劑加入量為炸藥量的2.6±0.2 L/t/h(根據(jù)炸藥密度大小可適當增減加入量)，B劑加入量一般為A劑的0.9～1.2倍(可根據(jù)炸藥發(fā)泡快慢適當增減)，一般加入量為炸藥量的2.7±0.2 L/t/h。敏化機出口密度約在1.24±0.03 g/cm3左右?；瘜W敏化-發(fā)泡劑加入量對炸藥性能的影響，如表1所示。

表1 化學敏化-發(fā)泡劑加入量對炸藥性能的影響

生成氣泡的量由發(fā)泡劑的量決定，因此，發(fā)泡劑的量一般是固定的，促進劑的量除了影響生成氣泡的大小之外，還決定生產(chǎn)氣泡的速度，炸藥的敏化密度直接是受氣泡量和大小影響的，生產(chǎn)過程中若發(fā)泡速度過慢，可適當增加促進劑量或適當提高敏化溫度；若發(fā)泡速度過快，應(yīng)適當減少促進劑量或適當控制敏化溫度；若乳膠基質(zhì)敏化效果不好或炸藥密度偏大，就要考慮發(fā)泡劑的量是否足夠或敏化溫度適用[1]。

目前，采用化學敏化工藝的乳化炸藥能得到較好的爆炸性能，但對中低溫化學敏化工藝，由于發(fā)泡速度相對較慢，整體發(fā)泡時間夏天需要3～4 h，冬天則需要5～8 h，存在后效及藥態(tài)過軟，不適用紙塑袋包裝。因化學敏化極易受環(huán)境變化、溫度變化、敏化機轉(zhuǎn)速及膠體機內(nèi)停留時間、乳化油膜強度影響而導致發(fā)泡速率變化，通常低溫環(huán)境下普遍存在發(fā)泡過程難控制等問題，致使低溫環(huán)境下的炸藥質(zhì)量不穩(wěn)定、性能難保證。因此應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際情況定時抽檢炸藥密度，并根據(jù)密度的變化及時調(diào)整發(fā)泡劑的加入量。

據(jù)長期生產(chǎn)實踐統(tǒng)計，如敏化溫度增高，產(chǎn)品爆炸性能衰減增快，這主要是因為溫度增高，乳化基質(zhì)黏度降低，固泡能力下降，同時溫度增高也使敏化產(chǎn)氣反應(yīng)速度加快，使敏化氣泡直徑偏大而形成無效的氣泡。然而當生產(chǎn)和儲存的環(huán)境溫度比較低時，炸藥自身溫度下降較快，會導致化學反應(yīng)變得緩慢或不再發(fā)生反應(yīng)，在儲存時，顯露在四周及與地面接觸的成品炸藥的發(fā)泡效果與中間堆垛的差別明顯，經(jīng)測試性能明顯低下，也有可能出現(xiàn)拒爆的現(xiàn)象。

2 物理敏化方式

物理敏化一般采用空心玻璃微球或珍珠巖顆粒作為乳化炸藥敏化劑。

2.1 空心玻璃微球的敏化方式

空心玻璃微球是鈉硼硅酸鹽材料經(jīng)特殊工藝制成的小顆粒，其粒度一般在20～180 gm、壁厚一般在1～2 gm范圍，空心玻璃微球是封閉的，表面經(jīng)過了特殊處理，能夠長期將氣體穩(wěn)定地保持于基質(zhì)里，質(zhì)地較輕且導熱點較低，且強度與化學穩(wěn)定性也相對較高，具有親油和憎水性，與乳膠基質(zhì)反應(yīng)效果良好，儲存期穩(wěn)定性強，使用空心玻璃微球敏化用量少，但卻能對爆炸性能有明顯的改善，如果采用其作為乳化炸藥的敏化劑較為理想，但是成本太高也制約了其使用的廣泛程度[2]。

2.2 膨脹珍珠巖的敏化方式

膨脹珍珠巖是一種白色(灰白色)多孔、均勻顆粒，它由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖經(jīng)過破碎、高溫焙燒而成，它自身夾帶氣泡，基本不受外界影響，生產(chǎn)的產(chǎn)品無存在后效；加入量一般為2.3%～3.0%，加入量一般要根據(jù)采用的制藥技術(shù)和裝藥機的型號、裝藥后的密度來調(diào)整，采用珍珠巖敏化的炸藥藥體硬度理想，藥態(tài)成形好、易裝藥，如采用紙塑袋包裝技術(shù)特別適合選用此敏化方式；敏化氣泡抗壓性能好，所以該敏化方式的應(yīng)用范圍也比較廣。

珍珠巖的質(zhì)量可直接影響敏化效果及炸藥性能，因此采購時需重視珍珠巖的質(zhì)量。容重(堆積密度)與顆粒度是衡量珍珠巖質(zhì)量的兩項重要參數(shù)，容重和珍珠巖的粒度密切相關(guān)。如果容重相同，但顆粒度不同，這對炸藥的爆炸性能也是有所影響的，如果珍珠巖容重在一定范圍增加，它的有效利用率、炸藥的性能都有所增加，一般容重在(50～65 kg/m3)、顆粒度在(20～80目)之間≥80%較好。珍珠巖容重如果過大，則有效的氣泡和顆粒度將會減少，導致炸藥的穩(wěn)定性下降，在長期存儲方面性能降低；如果容重過小，在混合摻雜過程中無法有效抵抗破碎力，敏化效果達不到預期。在相同粒度組成的珍珠巖中，容重較大則爆轟性能和利用率也可以更好。物理敏化—珍珠巖加入量對炸藥性能的影響，如表2所示。

表2 物理敏化—珍珠巖加入量對炸藥性能的影響

敏化時要掌握好乳膠基質(zhì)的溫度，因為溫度對乳膠體流動性的影響比較大，膠體在溫度低的時候變稠、變硬，不容易摻混，并且影響利用率、爆轟性能及貯存期；相反的，乳膠基質(zhì)在溫度太高的時候油膜還不太穩(wěn)定，膠體摻入珍珠巖顆粒內(nèi)堵塞珍珠巖孔，使其喪失敏化作用，因此適宜的敏化溫度是50～55 ℃?？赏ㄟ^檢測敏化后半成品密度來判斷珍珠巖失去敏化作用，敏化后半成品的密度正常在1.05～1.15 g/m3范圍，如果密度低于最低范圍，則應(yīng)適當提高敏化溫度，如果超出最高范圍則已經(jīng)存在堵孔現(xiàn)象，或珍珠巖的加入量過少，應(yīng)適當降低敏化溫度或增加珍珠巖加入量[3]。

因珍珠巖松散體積大、易吸潮、運輸費用大；對環(huán)境有粉塵污染，對操作者身體有危害，生產(chǎn)時會對設(shè)備造成一定的磨損，且原材料成本比化學敏化高等缺點，采用時需要綜合的考慮。

3 復合敏化方式

炸藥的銷售雖然受到一定管控，但其價格也受市場行情影響，而生產(chǎn)成本控制、工藝技術(shù)的優(yōu)化則是生產(chǎn)廠家比較關(guān)注的問題，同時也是決定炸藥性能的重要因素，由此如何選擇成本低、性能更佳的敏化工藝，也是廠家需要考慮的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗分析，不同的敏化方式制造出的乳化炸藥都有其特點，如：純化學敏化工藝生產(chǎn)的炸藥，爆炸性能最佳，但是藥態(tài)較軟，易受環(huán)境的影響，生產(chǎn)和存儲過程中不易受控，且存在較為明顯的后效；膨脹珍珠巖敏化工藝生產(chǎn)的炸藥藥態(tài)較佳，但生產(chǎn)過程中存在較多的負面效應(yīng)(污染、易造成設(shè)備磨損、生產(chǎn)成本高)，且爆炸性能相對較低。

而采用化學與物理復合的敏化方式，可克服單一物理或單一化學敏化的缺點，并且可以提高乳化炸藥的各項性能，而且藥態(tài)比化學敏化時較有明顯的好轉(zhuǎn)，為優(yōu)化敏化工藝，權(quán)衡利弊，我公司目前正在研究復合敏化生產(chǎn)工藝，其中化學發(fā)泡劑加量(A劑)為0.15%～0.18%，促進劑(B劑)加入量為0.14%～0.19%，珍珠巖加入量為 1.0%～1.5%，生產(chǎn)時可視氣候溫度、藥卷密度、藥態(tài)軟硬程度對敏化劑量進行微調(diào)，在敏化劑配方調(diào)整時南方和北方氣候相差較大，因此加入的量也不盡相同，經(jīng)過一段時間的摸索、試驗，結(jié)果較為理想，如表3所示。從測試結(jié)果來看復合敏化(膨脹珍珠巖+化學發(fā)泡劑)后，乳化炸藥貯存穩(wěn)定性更優(yōu)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，存在的后效可以接受，藥態(tài)更適合用戶要求。

表3 復合敏化—敏化劑加入量對炸藥性能的影響

4 結(jié)語

不同的敏化工藝都存在優(yōu)點和缺點，化學敏化方式雖然簡單、成本低，但受溫度和后效影響，近年來，開始推廣紙塑袋包裝技術(shù)，因純化學敏化方式的炸藥藥態(tài)軟、存在后效，因此不適用于該技術(shù)的包裝，較多的生產(chǎn)廠家選擇珍珠巖物理敏化工藝進行生產(chǎn)，導致了炸藥生產(chǎn)成本增高，且物理敏化工藝所帶來的污染較大，并且產(chǎn)品的爆炸性能也受一定的抑制，在生產(chǎn)過程中需承受潛在的職業(yè)病風險，此外，由于珍珠巖的硬度較高，會導致機械設(shè)備磨損加重，結(jié)合種種分析，因此本人認為采用物理化學復合敏化工藝值得民爆行業(yè)研究和推廣。