江涌濤

(安徽向科化工有限公司)

膠狀乳化炸藥是以氧化劑水溶液的微細液滴為分散相，懸浮于含有分散氣泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油類物質(zhì)構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型的特殊乳化體系。形成膠狀乳化炸藥第三分散相的密度調(diào)整劑是一類能夠向膠狀乳化炸藥中引入許多均勻分布的微小氣泡物質(zhì)，該類物質(zhì)可有效調(diào)整膠狀乳化炸藥的密度和能量，可使得乳化炸藥的爆炸感度得到明顯提高，該類密度調(diào)節(jié)劑的添加，在乳膠炸藥生產(chǎn)過程中稱為膠狀乳化炸藥的敏化[1-4]。

目前，膠狀乳化炸藥的敏化方式有3種，一種為物理敏化方式，常見采用空心玻璃微球或憎水膨脹珍珠巖作為敏化劑材料，通過機械攪拌摻和方式，使得一定量的敏化劑材料分散至乳化基質(zhì)中，達到敏化乳化基質(zhì)的效果；第二種是化學發(fā)泡敏化方式，通過外加少量化學試劑，發(fā)生化學反應，形成微小氣泡分布于乳化基質(zhì)中，達到敏化效果；第三是混合敏化方式，即膠狀乳化炸藥生產(chǎn)過程中同時采用物理敏化和化學發(fā)泡敏化2方式的混合敏化方式。物理敏化方式中，全部采用空心玻璃微球作為敏化劑，膠狀乳化炸藥爆炸性能好，但會導致膠狀乳化炸藥制造成本增高；采用憎水珍珠巖作為敏化劑，可降低膠狀乳化炸藥制造的原料成本，但爆炸性能一般，藥態(tài)較硬，且不滿足目前膠狀乳化炸藥的自動裝藥生產(chǎn)工藝要求，因而采用全物理敏化方式的廠家相對較少；化學敏化的膠狀乳化炸藥外加材料成本較低，產(chǎn)品性能優(yōu)良，藥態(tài)較軟，可滿足后期乳膠炸藥生產(chǎn)的自動裝藥要求，目前較多生產(chǎn)廠家都采用了化學敏化方式；混合敏化方式秉承了全物理敏化和全化學敏化的一些炸藥特性，化學敏化方式和復合敏化方式中的敏化劑和促進劑通常采用注入或滴入方式加入，分散性差，存在敏化不均勻現(xiàn)象，若摻和攪拌時間較長，則對乳化基質(zhì)的破壞性增大，不利于乳膠炸藥爆炸性能和儲存性能的穩(wěn)定。目前國內(nèi)采用鋼帶涼藥工藝[5-8]的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線的連續(xù)化、自動化水平較高，產(chǎn)能也不斷增大，常見的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線的產(chǎn)能為5～7 t/h。為有效提升乳化炸藥生產(chǎn)線的敏化效果，采用噴灑方式將亞硝酸鈉作為發(fā)泡敏化劑、磷酸作為促進劑分別分散添加至乳化基質(zhì)中，并與原滴入添加方式對乳化炸藥性能的改善效果進行對比分析。

1 試 驗

1.1 試驗原料

將一級工業(yè)亞硝酸鈉與水按質(zhì)量比4∶6配制成敏化劑溶液，加入量為6.2～7.2 L/h，加入后其炸藥質(zhì)量組分比例為0.06%～0.090%；將質(zhì)量組分含量85%的工業(yè)磷酸與水按質(zhì)量比1∶1稀釋成促進劑溶液，加入量為5.5～6.5 L/h，加入后炸藥質(zhì)量組分比例為0.060%～0.085%；憎水膨脹珍珠巖堆積密度為0.052 g/cm3，混合敏化時，加入憎水膨脹珍珠巖的質(zhì)量組分比例為0.4%～1.0%。

1.2 試驗平臺

本研究試驗平臺為采用中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司M型乳化炸藥生產(chǎn)線技術(shù)的建設的膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線。

1.3 試驗工藝和步驟

化學敏化的敏化劑與促進劑噴灑工藝如圖1所示。

圖1 化學敏化的敏化劑與促進劑噴灑工藝示意

在采用鋼帶涼藥工藝膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線中，在鋼帶處或敏化接料斗的乳化基質(zhì)載體上方安裝一套噴灑裝置，通過二流體噴嘴，用低壓空氣剪切定量輸出化學敏化劑溶液，使之均勻噴灑到乳化基質(zhì)載體上，再以另一套相同的噴灑裝置用低壓空氣剪切敏化促進劑溶液，使之均勻噴灑到乳化基質(zhì)載體上，而后經(jīng)敏化機攪拌摻和完成敏化。

(1)裝置主要為二流體噴嘴和空氣減壓閥，儲氣罐輸出0.20～0.40 MPa空氣，經(jīng)空氣減壓閥用塑料軟管與二流體噴嘴的空氣連接口進行連接，可調(diào)整形成穩(wěn)定的、有一定壓力輸出的低壓空氣，其低壓調(diào)整范圍為0.01～0.05 MPa。

(2)根據(jù)產(chǎn)能和敏化配比要求，調(diào)整液體計量泵的單位流量，由2個計量泵分別輸出定量化學敏化劑溶液和促進劑溶液。

(3)低壓空氣和化學敏化劑溶液流體分別通過相應的二流體噴嘴，調(diào)整各自的低壓空氣壓力，使得發(fā)泡敏化劑溶液和促進劑溶液在鋼帶上或乳化基質(zhì)接料斗中能夠分別均勻噴灑，再經(jīng)過敏化機攪拌、摻和，使得敏化劑和促進劑較快、均勻地分散，化學敏化劑通過化學反應，形成微小氣泡分布于乳化基質(zhì)中，達到敏化效果。

2 試驗分析

2.1 試驗主要影響因素

化學敏化效果與敏化劑、促進劑的噴灑效果存在直接關(guān)聯(lián)效應，影響噴灑效果的因素較多，如噴嘴的結(jié)構(gòu)類別、被分散液體的輸出量和壓力、用于分散的空氣輸出量和壓力等技術(shù)參數(shù)、噴嘴數(shù)量和安裝位置、被分散介質(zhì)的黏度和表面張力等[9-13]。

2.1.1 二流體噴嘴選型

直流噴嘴的噴出液體角度小，呈注流狀，分散差，目前膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線敏化劑和促進劑泵送設備的壓力普遍無法達到穩(wěn)定輸出的要求，內(nèi)混式二流體噴嘴的噴灑效果受2種流體的壓力和流量的影響較大，不利于調(diào)節(jié)與控制；外切式二流體噴嘴在噴灑過程中，液體與空氣2種流體接觸方式采用外切式，使得液體與低壓空氣輸出相對獨立，對氣、液輸出量和壓力的相互影響較小，不滿足敏化劑和促進劑組分添加量的穩(wěn)定輸出要求，目前膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線所采用的隔膜泵或柱塞泵均可滿足敏化劑和促進劑溶液計量和輸送要求。依據(jù)不同產(chǎn)能的生產(chǎn)線，采用化學敏化或混合敏化方式時，敏化劑與促進劑應按一定組分比例和敏化密度要求進行添加，計算各自輸出流量，而后跟據(jù)在實際敏化效果對添加量進行微調(diào)，使之達到工藝要求。綜合上述分析本研究試驗的二流體噴嘴型號確定為Feizhuo-1/4J-SS+SUE18A-SS。

2.1.2 低壓空氣輸出控制

確保化學敏化劑和促進劑輸出的穩(wěn)定性和分散實效性是敏化工序控制的關(guān)鍵。采用外切式二流體噴嘴時，敏化劑和促進劑的水溶液分散效果與低壓空氣介質(zhì)剪切程度密切相關(guān)，氣壓越高，剪切程度越高，被分散液滴的粒徑越小，同時噴灑接觸面也大，分散性好，但實際操作控制中應避免產(chǎn)生霧化現(xiàn)象。因此低壓空氣的壓力大小和輸出量，是保障敏化劑和促進劑處于低壓狀態(tài)進而被分散的最直接的參數(shù)，也是噴灑方式調(diào)試最重要的控制參數(shù)。本研究通過空氣減壓閥進行減壓，確保穩(wěn)定的低壓空氣輸出，防止霧化，低壓空氣可以從零往增大方向緩慢調(diào)整，達到噴灑要求即可，試驗中低壓空氣壓力調(diào)節(jié)范圍為0.01～0.05 MPa，試驗中噴灑區(qū)域采用了有機玻璃罩作為防霧化措施，噴灑效果和霧化效果如圖2、圖3。

圖2 噴灑效果

圖3 霧化效果

2.1.3 噴嘴位置及數(shù)量

要使得分散后的亞硝酸鈉溶液和促進劑磷酸溶液與乳化基質(zhì)進行充分接觸、混合，需要考慮分散后溶液與乳化基質(zhì)的接觸面積。采用二流體噴嘴進行噴灑輸出時，被分散的物質(zhì)呈60°～90°噴灑呈現(xiàn)，且一個噴嘴的噴灑范圍有限，綜合考慮接觸與混合效果以及設備調(diào)試的便捷程度，可制作一個“模塊”化裝置，裝置中每個被分散的溶液可并聯(lián)安裝2～4個噴嘴，噴嘴與鋼帶上乳化基質(zhì)的垂直距離為20～30 cm，并聯(lián)噴嘴間距為15～25 cm，如此可有效噴灑覆蓋于鋼帶上的乳化基質(zhì)，噴灑覆蓋率能夠達到80%～90%。此外，可采用有機玻璃作為“模塊”裝置的外罩，防止零星液滴逸出。試驗中化學敏化劑和促進劑各并聯(lián)安裝了3個噴嘴進行噴灑。

2.1.4 溶液黏度及表面張力對噴灑效果的影響

當采用二流體噴嘴進行流體霧化時，噴霧效果會受被分散介質(zhì)的黏度、表面張力等物理特性的影響[14-15]。對于本研究試驗中被分散的化學敏化劑和促進劑的水溶液，可分別作為無機鹽和無機酸，各自的水溶液溫度為12～25 ℃。當生產(chǎn)或試驗的溫度為10～30 ℃，它們的水溶液黏度和表面張力對噴灑效果的影響程度極小，可不考慮兩者水溶液黏度和表面張力對二流體噴嘴噴灑效果的影響。

2.2 試驗結(jié)果

當產(chǎn)能為4.8 t/h時，采用不同敏化方式、不同敏化劑及促進劑的加入方式生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的性能指標見表1。分析表1可知：采用噴灑生產(chǎn)工藝添加化學敏化劑、促進劑生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的性能優(yōu)于采用滴入工藝添加化學敏化劑、促進劑生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥。

表1 不同工藝與試驗結(jié)果的對比

3 結(jié) 語

對于采用鋼帶涼藥工藝的乳化炸藥生產(chǎn)線，通過在鋼帶上方安置了液體噴灑裝置，將化學敏化劑和促進劑的滴入添加工藝改變?yōu)閲姙⑻砑庸に嚒Ｔ囼灡砻?，采用噴灑工藝生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥的各項性能優(yōu)于采用滴入工藝生產(chǎn)的膠狀乳化炸藥。