油相材料对现场混装乳化炸药性能的影响

张 续，吴红波，张 洪，陆学平

（安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001）

乳化炸药是国外二十世纪60 年代末发展起来的新型抗水工业炸药，也是一类含水硝铵炸药[1]。随着我国大型露天开采和地下深部矿山数量的不断增加,现场混合所需的乳化炸药数量不断增加,对民用爆炸行业技术进步的指导越来越重要。工信部2010 年明确指出,鼓励从固定地面生产线发展到现场混合作业的工业爆炸物生产方法；鼓励开发散装或大直径包装工业炸药产品；并鼓励胶体乳化炸药的研制[2]。“十二五”民用爆炸物品发展规划明确提出,工业炸药以现场混散和散货为主,现场搅拌和散装制品占50%以上,截至2013 年底,中国现场混合炸药只占这一比例的21%。这充分表明，我国现场混合爆炸生产技术市场潜力巨大[3]。

现场混合乳化炸药技术是利用装载车装载泵送乳胶基体到达爆破作业现场，并利用装药车将其装入炮孔，在孔内化学敏化成乳化炸药，这是迄今为止工业炸药技术发展中最基本、最安全的炸药制备和爆破装药的新技术之一。采用散装乳胶基质,实现现场敏化、制备和灌装,企业生产成本大幅降低,经济效益显著,乳胶基质感度低,其生产、运输、储存和使用安全性大大提高[4]。

缪志军在对乳化炸药油相特性的研究中得出，油相是乳化炸药的重要组成部分,研究油相的粘度、表面张力以及乳胶基质粒子的大小与分布对乳化炸药的物理化学性质、爆轰性能及稳定性的影响具有重要的意义[5]；夏曼曼在对不同油相材料对乳胶基质稳定性的研究中提到微晶蜡、凡士林与液体油（甲基油、大豆油、菜籽油）按一定比例混合制备新型复合油相,将其应用到乳化炸药中,并得到一种能够提高乳化炸药稳定性的新型油相材料[6]；吴红波等在对现场混装低粘度乳化炸药的研究中采用一种液体油作为乳化炸药的油相材料，用高分子乳化剂和树脂微球为敏化剂制备出的乳化炸药，在常温下具有较小的粘度和较好的流变特性[7]。

本文用三种不同的油相（机油/柴油、机油、麻风树油）配成乳化炸药，分析其粘度、稳定性、爆轰能力对乳化炸药性能的影响，对研究现场混装乳化炸药选取合适油相材料具有重要意义。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

硝酸铵（AN）；机油/柴油；机油；麻风树油；Span-80；氢氧化钠溶液；酚酞溶液；甲醛（分析纯）溶液；树脂微球。

搅拌机；数显恒温水浴锅；电加热炉；NDJ-8S 数字粘度计；PVC 管等。

1.2 乳胶基质的制备

本实验选用了三种油作为制备乳胶基质的油相材料，再根据已有的配方经验以及传统配方，制定表1 的现场混装乳化炸药配方。

表1 现场混装乳化炸药配方Tab.1 Formula of field mixed emulsion explosive

水相的制备:按配方称取计量的硝酸铵，再加入计量的水，加热至100℃～110℃。

油相的制备：分别称取计量的机油和柴油、机油、麻风树油，加入适量Span-80 乳化剂，持续加热到90℃～100℃。

乳化炸药的制备：将水相与油相混合，高速搅拌3 min 形成乳胶基质，冷却至50℃～55℃加入适量敏化剂，搅拌均匀，制得乳化炸药。

1.3 实验部分

1.3.1 乳胶基质粘度测定

使用NDJ-8S 数显粘度计对#1、#2、#3 乳化炸药进行粘度测试，得到三组粘度值如图1 所示。

图1 油相材料的粘度Fig.1 Viscosity of oil-phase materials

测得结果三组乳化炸药的粘度比较：以麻风树油为油相的乳化炸药粘度介于以机油和机油/柴油为油相的乳化炸药的粘度之间。

1.3.2 乳化炸药的稳定性

本实验采用水溶法测定经高低温循环后的乳化炸药中硝酸铵的析晶量。甲醛与硝酸铵反应，生成C6H12N4和H+，生成的酸可以与0.1 mol/L 氢氧化钠溶液滴定，突跃处在弱碱性范围内，故可在溶液里滴入几滴酚酞作为指示剂，随着氢氧化钠溶液滴定量的增加，直至溶液呈微红色即为终点[8]。有关的反应式为：

根据消耗的氢氧化钠的量，通过式（3），计算出硝酸铵的析晶质量分数。

式中：W—硝酸铵析晶质量分数，%；V—滴定消耗的NaOH 标准溶液毫升数，mL；N—NaOH 标准溶液的摩尔浓度，mol/L；0.080 04—每毫克当量NH4NO3的克数，kg/mg；G—炸药试样质量，g。

每组样品做两次实验取其平均值,测试结果见表2。

表2 硝酸铵析晶量Tab.2 Crystallization of ammonium nitrate

1.3.3 爆速测试

取PVC 管制作圆筒形药卷，规格为φ（32±1）mm，h（250±1）mm，将敏化完成后的乳化炸药装入药卷中，装药量约为180 g/卷。用实验室提供的漆包线做探针，将漆包线拧成麻花状，将探针插入药卷中，首尾折向试样的尾端，并用绝缘橡胶布固定在乳化炸药药卷上，两只探针在药卷走向上的间距为5 cm[9]。

本实验选用BSW-3A 型智能五段爆速仪（测试精度不低于0.1μs，湖南湘西州奇搏矿山仪器厂）。每组炸药样品测试2～3 次，求取平均值。

2 结果与分析

乳化炸药制备4 h 后进行了爆速测试，每组油相材料配方制备的乳化炸药测试两次，结果取平均值，如表3。

表3 乳化炸药爆速Tab.3 Explosion velocity of emulsion explosives

由实验结果可知，在三种油相材料制成的乳化炸药中，麻风树油制成的乳化炸药的爆速远高于其他两种油相材料制成的乳化炸药。同时证明：油相材料的不同，对现场混装乳化炸药爆速有很大影响，并且在相同质量百分比的油相材料中，在含机油的油相材料中加入部分柴油会提高爆速。

3 结论

（1）油相材料的粘度与其中加入的不同油的性质以及配比有关，同时油相材料的物化性质也对乳胶基质的性质有很大影响，其中，以麻风树油为油相的乳化炸药粘度介于以机油和机油/柴油为油相的乳化炸药的粘度之间。

（2）在相同条件下麻风树油制备的乳化炸药稳定性最好，机油/柴油制备的乳化炸药稳定性相对较差。

（3）麻风树油制备的乳化炸药爆轰速度较大，机油/柴油制备的乳化炸药爆速次之，机油制备的乳化炸药爆速最小。

综合考虑，在应用于现场混装乳化炸药方面，麻风树油与其他两种油相相比，具有粘度适中、稳定性较好和爆速较高的优势，可作为乳化炸药选用油相材料时有价值的参考油相。