低成本优质乳化炸药的生产

杨爱萍

(安徽向科化工有限公司，安徽 安庆246100)

0 引言

我国乳化炸药产品的年产量自2005 年逐年增大,乳化炸药在工业炸药总产量中的比例逐年增加,成为工业炸药的主导产品[1-3]。 乳化炸药主要有低温敏化和高温敏化两种生产线。 与高温敏化乳化炸药生产线相比,低温敏化乳化炸药生产线工艺组分更简单,生产更高效。 因此,利用现有低温敏化乳化炸药的生产工艺条件,在物料的工艺配方上进行优化改进可节约成本。 鉴于此,开发了一种低成本优质的乳化炸药。

1 降低物料成本的途径

1.1 调整水相中硝酸钠的比例

乳化炸药是以硝酸铵和硝酸钠作为水相,以硝酸铵为主氧化剂、硝酸钠为辅助氧化剂,两者共同存在的低共熔点配合物[4]。 硝酸钠的作用主要是降低硝酸铵在低温下的析晶点,防止乳化炸药破乳析晶[5]。 而硝酸铵在乳化炸药中的占比高达80%以上,是所有物料组分中占比最高的。 硝酸钠质量占比不足10%。 但是,与硝酸按相比,硝酸钠每吨贵100 元。 因此,在保持炸药整体性能不变的情况下,适当地调整水相中硝酸铵和硝酸钠的比例,可作为一种降低炸药成本的方法。

1.2 提高水的含量

水作为惰性原料,是乳化炸药中成本最低的物料,适量的水可保持水相溶液的稳定性,控制水相析晶点有利于炸药的贮存。 有关实验研究表明:乳化炸药中水的质量分数为8% ～16%时爆速先增大后减小,当水的质量分数达12%时爆速达到峰值。 因此,可以将水的质量分数控制在合理的范围,既不影响产品初始爆炸性能,又能长期储存且稳定。

1.3 降低复合蜡的比例

对于制备商品型的贮存稳定期要求较长的乳化炸药, 油相材料的搭配选取至关重要, 选取一些碳链较长的、晶粒较细的高熔点微晶蜡与普通的白蜡复配效果较好,其用量以炸药的零氧平衡为基准。 对于化学发泡敏化的药体, 要实现快速发泡敏化装药,胶体黏度偏大有利于固化气泡。 生产中使用的是安徽易泰工程科技有限公司提供的专用复合蜡。 该复合蜡在固化气泡及保持炸药黏度方面使用效果一直较好。 该专用复合蜡的价格约6 500 元/t,质量占比为2% ～4%。 如果能降低复合蜡0.5% ～1% 的比例,则每吨炸药可以降低325 ～600 元的成本。

1.4 合理配置乳化剂组分

乳化炸药的乳化剂一般采用Span80 乳化剂或高分子乳化剂、也或两者按一定比例配成的混合物。 生产中一直采用T-152 乳化剂,由它制成的乳化炸药储存稳定性好,爆速高。 但T-152 乳化剂的成本较高,单价约16 000 元/t。 而Span80 乳化剂成本低,每吨约10 000 元,其乳化效果比较好,但制成的产品保质期较短。 如果将Span80 和T-152乳化剂进行混合,按一定比例复配,又可达到乳化效果,则可以降低成本。

2 乳化炸药配方及水相析晶点研究

通过以上分析,根据公司现有生产工艺条件确定物料成分不变,通过调整工艺配比,优化水相中混合氧化剂硝酸铵和硝酸钠的质量占比,微调乳化炸药的氧平衡,初步确定了3#炸药配方。

1)设计的3#配方炸药氧平衡值

乳化炸药中各成分及成品的氧平衡值见表1。

表1 炸药各成分的氧平衡值

通过表1 发现,设计的3#配方炸药氧平衡值为-0.006 86,偏负氧平衡,符合工业炸药配方设计的原则。

2)水相中氧化剂组分微调的影响

调整乳化炸药水相组分主要是为了降低乳化炸药的成本,保证乳胶的乳化效果和稳定性,控制氧化剂的析晶点。 一般情况下,水相的溶解温度高于水相析晶点20 ～30 ℃较合适,不会造成水相无机盐的析出,更不会破坏水油相界面膜,制成的炸药比较稳定。

研发的3#乳化炸药水相温度为112 ～118 ℃。平时生产中,水相温度一般控制在112 ℃左右,生产出的炸药性能正常,可长期储存,性能稳定。

通过实验室模拟生产线水相配制条件,按原配方和3#配方分别配制水相,多次测试各配方的水相析晶点。 具体测试结果见表2。

表2 原配方和3#配方测试的水相析晶点

由表2 可以看出:原配方的析晶点为81 ～82 ℃;3#配方的析晶点为82 ～83 ℃。 配方调整前后,析晶点相差1 ～2 ℃,水相配比微调对氧化剂的溶解度影响不大。

3 物料组分及产品性能

对乳化炸药水相析晶点的研究发现,水相中氧化剂盐的析晶点控制在一定范围内,不会影响炸药的稳定性。 将设计的3#配方进行生产线小试和性能测试,经过10 个多月时间的试验验证,研发的3#配方炸药产品性能优良,成本低。

1)3#配方各组分的质量分数:硝酸铵80% ～85%,硝酸钠3% ～6%,水8% ～12%,乳化剂2% ～4%,复合蜡2% ～4%,发泡剂及助剂0.06% ～0.09%。

2)性能测试:2020 年3 月27 日,按照3#配方进行批量生产,产品规格为直径32 mm,每卷300 g,并在当天对该产品进行抽样测试,同时留样进行该批产品的长期储存性能测试。 测试结果见表3。

表3 3#配方产品的长期储存性能测试结果

通过样品测试,发现3#配方生产出的产品具有较好的理化性质,性能稳定。

4 产品的推广及使用

产品试制成功后,又不断推出3#配方其他规格的成品,直径为70 ～140 mm。 销售人员跟踪走访了解到:厂家采用3#配方生产的乳化炸药产品质量稳定,爆炸性能优良。 目前,该产品已批量生产。自新产品投入市场以来,公司未发生一起产品质量投诉事件。

5 结论

1)3#配方生产的乳化炸药威力大,炸药爆破单耗低,满足GB 28286—2012《工业炸药通用技术条件》中乳化炸药爆炸性能的要求。

2)3#配方原材料与公司原有乳化炸药原料组分相同,未增加任何新材料,且工艺、技术、设备和原有生产工艺相同。

3)采用新配方可以生产直径为32 ～140 mm的各规格产品。

4)使用3#配方生产的乳化炸药产品,每吨可节约成本100 元左右,按公司胶乳12 000 t/a 产量计算,每年可为公司节约120 万元生产成本,具有良好的经济效益。