趙明生，張 力，韋 劍，黃勝松

(1.保利新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司，貴陽 550002；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴陽 550002)

混裝乳化炸藥主要用于爆破作業(yè)，其爆轟性能和乳膠基質(zhì)長途運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性嚴(yán)重影響爆破效果，水相材料作為混裝炸藥中的關(guān)鍵性材料嚴(yán)重影響炸藥作業(yè)能力。張陽等[1]分析了乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性影響因素不但與儲存環(huán)境有關(guān)，還受到乳膠基質(zhì)配方中各組分含量的影響；盧文川等[2]通過研究發(fā)現(xiàn)將油相組分中的柴油用用生物柴油替換后乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性急劇下降；葉輝等[3]通過高低溫循環(huán)試驗(yàn)和自然儲存試驗(yàn)表明，由復(fù)合乳化劑制備的乳化基質(zhì)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于由單一乳化劑。目前對混裝乳化炸藥的研究主要集中在混裝乳化炸藥的儲存穩(wěn)定性上[4-5]，開展混裝乳化炸藥水相組分含量對混裝乳化炸藥爆轟性能及乳膠基質(zhì)儲存穩(wěn)定性的研究對混裝乳化炸藥的應(yīng)用推廣具有重要意義。

1 配方實(shí)驗(yàn)

為研究水相組分中硝酸銨和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對混裝乳化炸藥爆轟參數(shù)及乳膠基質(zhì)儲存穩(wěn)定性的影響，將油相材料的組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為定值，設(shè)計(jì)5組水相配方(見表1)，理論計(jì)算5組不同配方的爆轟參數(shù)并制備乳膠基質(zhì)，通過高低溫循環(huán)、模擬運(yùn)輸振動、結(jié)合顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)等方法綜合分析評價(jià)乳膠基質(zhì)的儲存穩(wěn)定性。本次實(shí)驗(yàn)儀器主要用到生物顯微鏡、乳化器、循環(huán)浴、高低溫交變實(shí)驗(yàn)箱。根據(jù)B-W規(guī)則建立爆炸反應(yīng)方程式并分別計(jì)算出不同配方的爆熱、爆容和爆速。

表1 水相組分不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方及參數(shù)

從表1可以看出，1#～5#水相配方中隨著硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)從75%增加到79%時(shí)，爆熱從2 360.32 kJ/kg提高到2 658.43 kJ/kg；爆容從846.04 L/kg下降到818.61 L/kg；爆速和爆熱與硝酸銨含量成正相關(guān)，爆容與之相反；水相溶液的析晶點(diǎn)隨著硝酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少而降低。實(shí)際生產(chǎn)，如果水相溶液析晶點(diǎn)過高，對生產(chǎn)設(shè)備的保溫要求較高，在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)析晶給生產(chǎn)帶來安全隱患。

2 乳膠基質(zhì)制備

按照表1中各組分的比例制備水相、油相，制備0.5 kg乳膠基質(zhì)進(jìn)行儲存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。乳膠基質(zhì)的制備工藝為：將乳化器電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到0.8 krpm，在30 s內(nèi)將水相溶液全部加入到油相材料中，待水相溶液添加完成且觀察到有乳狀液出現(xiàn)時(shí)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到1.4 krpm，對乳膠基質(zhì)進(jìn)行高速剪切150 s。制備工藝參數(shù)如表2所示、乳膠基質(zhì)的制備及樣品分別如圖1、圖2所示。

表2 乳膠基質(zhì)制備工藝參數(shù)

圖1 乳膠基質(zhì)的制備Fig.1 Preparation of emulsion matrix

圖2 乳膠基質(zhì)樣品Fig.2 Emulsion matrix sample

3 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析

結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況，將乳膠基質(zhì)自然儲存作為對照組，高低溫循環(huán)作為實(shí)驗(yàn)組，通過自然儲存天數(shù)及循環(huán)次數(shù)多少來評價(jià)乳膠基質(zhì)儲存穩(wěn)定性的好壞，主要方法有乳膠基質(zhì)自然老化法和加速老化法，基于溫度沖擊和振動沖擊試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)加速老化，通過觀察乳膠基質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生吸晶、產(chǎn)生氣泡等明顯變化的時(shí)間間隔[7-8]以此判斷其儲存穩(wěn)定性好壞。

3.1 高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)過程

在實(shí)驗(yàn)室將乳膠基質(zhì)的自然儲存天數(shù)與高低溫循環(huán)次數(shù)進(jìn)行對比(見表3)，進(jìn)一步驗(yàn)證儲存穩(wěn)定性。通過查閱文獻(xiàn)資料[6-7]并結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備將高低溫循環(huán)參數(shù)設(shè)置為：高溫設(shè)定為46 ℃，維持時(shí)間為12 h；低溫設(shè)置為-15 ℃，維持時(shí)間為12 h，每24 h為1個循環(huán)。

表3 高低溫循環(huán)次數(shù)

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Stability test results of emulsion matrix

從表3和圖3可以看出，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加到19%時(shí)，隨著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加乳膠基質(zhì)高低溫循環(huán)次數(shù)從3次增加到5次，自然儲存天數(shù)從52 d增加到66 d，說明增加水質(zhì)量分?jǐn)?shù)有助于乳膠基質(zhì)儲存穩(wěn)定的提高。

4 結(jié)論

1)理論計(jì)算結(jié)果表明，爆熱、爆速均隨水相中硝酸銨的增加而增大，爆容反之減小。硝酸銨含量從75%增加至79%時(shí)，爆熱從2 360.32 kJ/kg提高到2 658.43 kJ/kg，爆容從846.04 L/kg下降到818.61 L/kg，爆速理論值從4 573 m/s上升到4 855 m/s。

2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加有利于儲存穩(wěn)定，水相中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加到19%時(shí)水相溶液析晶點(diǎn)從79.6 ℃下降到63.4 ℃，隨著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加乳膠基質(zhì)高低溫循環(huán)次數(shù)從3次增加到5次，自然儲存天數(shù)從52 d增加到66 d。

3)有效控制水相組份中的硝酸銨和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于提高乳膠基質(zhì)儲存穩(wěn)定性和保證炸藥的穩(wěn)定爆轟，在實(shí)際工程中根據(jù)現(xiàn)場巖體可爆性和乳膠基質(zhì)的運(yùn)輸距離合理控制水相材料中的硝酸銨和水的配比，實(shí)現(xiàn)混裝乳化炸藥的作功能力和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)。