趙 宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)化工廠，山西 大同 037001）

0 引言

乳化炸藥因其在抗水性、存儲(chǔ)穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本等多項(xiàng)指標(biāo)上具備顯著優(yōu)勢(shì)，得到了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注，此類產(chǎn)品在礦產(chǎn)開采等領(lǐng)域的應(yīng)用比例也在不斷增長(zhǎng)。但在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)炸藥起爆感度提升的過程中，乳化炸藥威力降低的情況也隨之產(chǎn)生，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用造成了顯著制約[1]。為有效突破這一局限問題，對(duì)乳化炸藥的化學(xué)敏化作用進(jìn)一步分析，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，則是一個(gè)切實(shí)可行的途徑，應(yīng)對(duì)此做進(jìn)一步深入探究。

1 實(shí)驗(yàn)材料制備

在乳化炸藥的主要成分中，主要包括可燃劑和氧化劑兩部分，二者之間發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)并釋放大量能量的過程即為炸藥的爆轟反應(yīng)過程。為提升乳化炸藥的威力，從理論角度來看，能夠確?？扇技氨谎趸瘎┩耆趸础傲阊跗胶狻保┑恼ㄋ幊煞挚蛇_(dá)到最高的威力。據(jù)此，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，按照“零氧平衡”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用硝酸銨、硝酸鈉、水、石蠟和SP-80 等，確定的乳化炸藥基質(zhì)組分如表1 所示。

表1 乳化炸藥的基質(zhì)組分

基于以上組分配比，本次乳化炸藥基質(zhì)的合成方式如下：

1）按照基質(zhì)組分配比，將稱量完成的硝酸銨粉末與硝酸鈉粉末混合，溶于一定量的水中，并使用加熱板將其加熱至110 ℃，確保兩種粉末藥品全部溶解；

2）將石蠟放置在50 ℃的環(huán)境進(jìn)行加熱，待石蠟全部熔化后，將其與SP-80 混合，形成油相溶液，并將該油相溶液的溫度升至95 ℃；

3）將油相與水相先后加入至攪拌罐中，控制攪拌轉(zhuǎn)速為1 100 r/min，充分?jǐn)嚢? min；

4）攪拌完成后靜置冷卻，最終得到乳化炸藥基質(zhì)成品，如圖1 所示。

圖1 乳化炸藥基質(zhì)成品宏觀圖

在得到乳化炸藥的基質(zhì)材料后，進(jìn)一步加入亞硝酸鈉水溶液，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)敏化，在敏化完成后對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試分析。

2 乳化炸藥化學(xué)敏化效果的主要影響因素分析

2.1 敏化溫度的影響

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可知，敏化溫度對(duì)乳化炸藥的爆炸性能影響頗為顯著，相對(duì)而言，溫度較高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生過多的氣泡，不利于炸藥爆轟過程中所需要的有效熱點(diǎn)的產(chǎn)生；而當(dāng)溫度較低時(shí)，則難以滿足水相油相之間混合的要求[2]。因此，如何選定合適溫度則需要著重考慮。

在本次實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，在敏化溫度84～90 ℃區(qū)間范圍內(nèi)，對(duì)溫度如何影響敏化效果進(jìn)行分析，并以“炸藥爆速”這一指標(biāo)對(duì)敏化效果進(jìn)行衡量，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同敏化溫度條件下的炸藥爆速變化情況

從圖2 的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)中不難看出，當(dāng)敏化溫度為87.6 ℃時(shí)，炸藥爆速達(dá)到最大值。在該臨界值兩側(cè)，左側(cè)區(qū)間內(nèi)，敏化效果分別呈現(xiàn)上升和下降兩種態(tài)勢(shì)。初步推斷，造成這種變化的主要原因是，當(dāng)溫度過高時(shí)，炸藥與敏化劑的反應(yīng)速度加快，敏化效果下降，進(jìn)而影響炸藥爆速。在不同溫度下的敏化藥劑氣泡分布情況則如圖3 所示。

圖3 溫度在90 ℃（左）和85.6 ℃（右）時(shí)的氣泡分布情況

從圖3 可見，當(dāng)溫度過高時(shí)，氣泡基本已經(jīng)聚集成為少量的大氣泡，這些氣泡分布不均勻，使得敏化效果不夠均勻，這也印證了上文的推論。

2.2 水相pH 值的影響

水相溶液的pH 值主要用以描述水溶液中氫離子的濃度。當(dāng)氫離子濃度不同時(shí)，其對(duì)敏化效率的影響仍然較為突出，進(jìn)而影響到乳化炸藥的最終爆炸性能[3]。就此，對(duì)不同pH 范圍下的炸藥爆速進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 不同pH 值下的炸藥爆速分析結(jié)果

從表2 中的數(shù)據(jù)可見，當(dāng)pH 為4.0 以上時(shí)，炸藥樣品的爆速相對(duì)更高，而當(dāng)pH 過低時(shí)，爆速則相對(duì)較低，其主要原因是：pH 過低時(shí)，水溶液中氫離子濃度大，產(chǎn)生無效氣泡的情況相對(duì)更多，因此造成了炸藥性能的降低。綜合考慮炸藥爆速變化可知，pH 值設(shè)置為4.5 最為合理。

2.3 敏化劑添加量的影響

敏化劑的主要作用是通過自身與乳膠基質(zhì)的充分混合，提升炸藥的敏感度[4]。對(duì)此，本環(huán)節(jié)對(duì)敏化劑添加量（敏化劑質(zhì)量占比，下同）的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表3 所示。

表3 不同敏化劑添加量下的炸藥爆速變化

從表3 中的數(shù)據(jù)可見，敏化劑的含量過高或過低均會(huì)影響炸藥爆速這一關(guān)鍵指標(biāo)。初步分析，敏化劑的添加量不足會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡程度過慢，而過高的敏化劑添加量則會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡速率過高，進(jìn)而造成氣泡聚集而影響炸藥的性能。

3 實(shí)際應(yīng)用效果測(cè)試

基于上文中的實(shí)驗(yàn)，對(duì)本次乳化炸藥合成過程中的三項(xiàng)主要指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果，最終確定最優(yōu)參數(shù)組合為：敏化溫度為87.6 ℃；水相溶液pH為4.5；敏化劑添加量為0.42%。按照以上參數(shù)進(jìn)行乳化炸藥合成，并對(duì)其實(shí)際性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，在此環(huán)境下，所制備的敏化后的乳化炸藥沖擊波正壓作用時(shí)間達(dá)到539.3 μs，沖量則達(dá)到7.652 Pa·s。同時(shí)，在波峰后的壓力衰減階段，該乳化炸藥樣品的沖擊波壓力衰減速率也最為緩慢。初步推斷，其主要原因是通過優(yōu)化參數(shù)提高了炸藥能量密度，從而其沖擊波超壓更高。同時(shí)，敏化劑作為氧化劑也參與了反應(yīng)，為沖擊波壓力貢獻(xiàn)了更多能量，從而使得沖量顯著提升。該數(shù)值與常規(guī)乳化炸藥相比，其優(yōu)勢(shì)更為突出，正壓作用時(shí)間和沖量均提升了5%以上，證明本次對(duì)乳化炸藥化學(xué)敏化參數(shù)的優(yōu)化取得了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究中，基于乳化炸藥的化學(xué)敏化影響因素展開探究，重點(diǎn)對(duì)敏化溫度、水相溶液的pH 值和敏化劑添加量三項(xiàng)重要指標(biāo)進(jìn)行了分析。在控制眾多可變因素在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，結(jié)合已有的參考資料和相關(guān)理論，來探究以上三項(xiàng)關(guān)鍵因素對(duì)成品炸藥性能的影響程度，以此得出了相對(duì)較優(yōu)的參數(shù)組合。在此基礎(chǔ)上，將本次優(yōu)化參數(shù)后所制備的乳化炸藥樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，其在爆速、正壓作用時(shí)間和沖量等關(guān)鍵指標(biāo)上均有較優(yōu)的表現(xiàn)，這證明本次研究取得了初步進(jìn)展，有助于為后續(xù)的乳化炸藥化學(xué)敏化參數(shù)的優(yōu)化提供一定的參考借鑒。