探究乳化粒状铵油炸药春夏季结块、黏性消失快原因及防范对策

郭海南 陈敏 易晓昌

江西吉安国泰特种化工有限责任公司 江西 吉安 343136

引言

乳化粒状铵油炸药（又称重铵油炸药)是由乳化炸药基质与多孔粒状铵油炸药混合而成的一种混合炸药。即：多孔粒状硝酸铵与轻柴油按比例混合，组成了多孔粒状铵油炸药；多孔粒状铵油炸药再和乳胶基质的不同配比组成了不同性能的乳化粒状铵油炸药。该炸药具有装药高效、密度大、爆能高、成本低等优点，并且具有一定的抗水性能；该炸药能够根据工程要求灵活调节配比，兼备了乳胶炸药和铵油炸药的技术经济特性。乳化粒状铵油炸药广泛应用于露天干孔、湿孔、隧道和硐室爆炸作业，尤其适用于矿山井下上向孔作业面的爆破作业。但是，乳化粒状铵油炸药在春夏季生产时，易结块，且该炸药的黏性消失快，给使用带来诸多不便。为此笔者从分析乳化粒状铵油炸药在春夏季生产时结块严重、黏性消失快的原因入手，从生产设备、生产工艺上探讨解决此问题的办法。

1 乳化粒状铵油炸药结块原因分析

（1）乳化粒状铵油炸药中因含有多孔硝酸铵，多孔硝酸铵本身是一种结块性很强的物质，造成硝酸铵结块的原因：①硝酸铵的变晶性：在不同的温度下硝酸铵具有不同的晶形，生产温度改变时，会发生晶形转变，同时伴随体积和热的变化从而引起硝酸铵结块；②“盐桥”的重结晶性：硝酸铵吸湿后，表面形成一层饱和溶液膜，在表面张力的作用下，饱和溶液在邻近的颗粒间搭成“液桥”。当空气温度降低或湿度减少时，“液桥”中溶解的硝酸铵被部分或全部重结晶出来，形成坚硬质密的细粒，将硝酸铵颗粒牢固地粘连在一起。导致乳化粒状铵油炸药结块[1]。

（2）乳化粒状铵油炸药中因含有乳化炸药基质，乳化炸药基质是由硝酸铵、硝酸钠、水、油相材料、乳化剂等乳化而成的亚稳定状态物质，其中含水量达到10-12%，乳化炸药基质（以下称乳胶基质）作为包覆剂与粒状多孔硝酸铵在强力搅拌作用下，易使乳胶基质膜变得稀薄，且被粒状多孔硝酸铵（比表面积大）的强大孔隙渗透吸附，使乳化粒状铵油炸药的黏性逐渐消失。

（3）乳胶基质作为包覆剂与粒状多孔硝酸铵在强力搅拌作用下，由于粒状多孔硝酸铵是电解质，属极性物质。春夏季空气中水分较大，且水分子是极性物质，混合体系易吸收空气中的水分子，使硝酸铵形成“盐桥”，导致乳化粒状铵油炸药结块。

2 从乳化粒状铵油炸药生产设备、生产工艺上解决该炸药结块、黏性消失的方法

2.1 粒状多孔硝酸铵包覆乳胶基质设备的选型

我公司原来用的是双辊螺旋包覆混合设备，该设备是一种强力机械搅拌设备，适用于间隙生产。该设备混合物料颗粒间相互碰撞、摩擦，形成剪切混合，这种搅拌方式对乳胶基质的破坏性较大，乳胶基质膜变得稀薄，且颗粒物料长时间摩擦设备内壁，易使设备内壁温度上升。

现在使用的是双轴浆叶式包覆混合设备，该设备的混合机理也是对流、剪切、扩散，但是混合过程柔和，不破坏乳胶基质特性，乳胶基质对粒状多孔硝酸铵主要起包覆作用，而非强力机械搅拌混合，极大地保护了乳胶基质，产品不易结块。

2.2 生产乳胶基质的乳化剂及油、水相配比调整

生产乳化粒状铵油炸药的乳胶基质原来使用的是我厂生产乳化炸药的乳胶基质，生产乳化炸药的乳胶基质水油相质量配比为∶水相∶油相=93∶7，乳化剂为sp-80。现在生产乳化粒状铵油炸药的乳胶基质，我们在原材料——乳化剂上进行了调整：乳化剂添加了少量的高分子乳化剂，使得乳胶基质界面膜上更容易实现乳化剂分子的紧密堆积，形成具有立体结构的复合膜，使油、水相的亲和力更强，从而使得乳胶基质的稳定性更强，且具有一定的弹性，抗颠簸性好[2]，在与粒状铵油炸药包覆混合过程中不易破坏；同时提高乳胶基质水、油配比中油相的含量，水、油相质量配比现调为：水相：油相=89∶11，增加油膜的厚度，使得乳胶基质的黏性更好。提高油相在乳胶基质中的占比，势必打破乳胶基质的氧平衡，我们通过适量减少配比中轻柴油量达到乳化粒状铵油炸药的氧平衡。

2.3 降低乳胶基质的包覆混合温度

乳胶基质的出料温度一般都在85-90℃之间，如果此时乳胶基质与粒状铵油炸药包覆混合，容易把粒状铵油炸药中的柴油蒸发出来，因柴油的饱和蒸气压低；同时包覆混合温度高，多孔粒状硝酸铵产生“变晶性”，引起多孔粒状硝酸铵结块。所以我们把乳胶基质的包覆混合温度控制在45℃-55℃之间。

2.4 加入防结块抑制剂

乳胶基质是油包水（W/O）型乳状液，用它包覆多孔粒状硝酸铵，传统的防结块办法是使用表面活性剂。我们试验了多种表面活性剂，例如：硬脂酸、丙三醇、改性铵油炸药的防结块剂，在春夏季生产时防结块效果还是不太理想。现在我们使用的防结块剂是一种硝酸铵结块抑制剂，硝酸铵结块抑制剂是一种极弱碱性盐(表示为A+B-)，它与弱酸性粒状硝酸铵发生极缓慢的化学反应，从而阻断“盐桥”的生成，主要反应方程式：NH4NO3+ A+B-→ NH4B-+ A+NO3，因为加入量极少，一般控制在1%～2%，所以不会影响炸药的产品性能。

3 结束语

综合上述，春夏季生产乳化粒状铵油炸药时，优化生产设备、生产工艺可以防止乳化粒状铵油炸药结块、黏性消失过快现象。结论如下：

（1）生产乳化粒状铵油炸药时，采用双轴浆叶式包覆混合设备，乳化粒状铵油炸药不易结块。

（2）在生产半成品乳胶基质的油相材料中添加了少量的高分子乳化剂，使得乳胶基质的稳定性强，抗颠簸性好，在与粒状铵油炸药包覆混合过程中不易破坏。

（3）在生产半成品乳胶基质时，水、油相配比中，增加油相的含量，乳化粒状铵油炸药的黏性不易消失，

（4）降低乳胶基质的包覆混合温度，包覆混合温度控制在45℃-55℃这间。

（5）加入硝酸铵结块抑制剂后，乳化粒状铵油炸药不易结块。