乳化炸藥的化學敏化影響分析

趙 宇

（晉能控股煤業集團化工廠，山西 大同 037001）

0 引言

乳化炸藥因其在抗水性、存儲穩定性、生產成本等多項指標上具備顯著優勢，得到了業界人士的廣泛關注，此類產品在礦產開采等領域的應用比例也在不斷增長。但在實際研究中發現，當炸藥起爆感度提升的過程中，乳化炸藥威力降低的情況也隨之產生，對其實際應用造成了顯著制約[1]。為有效突破這一局限問題，對乳化炸藥的化學敏化作用進一步分析，并對相關參數進行優化調整，則是一個切實可行的途徑，應對此做進一步深入探究。

1 實驗材料制備

在乳化炸藥的主要成分中，主要包括可燃劑和氧化劑兩部分，二者之間發生強烈的氧化還原反應并釋放大量能量的過程即為炸藥的爆轟反應過程。為提升乳化炸藥的威力，從理論角度來看，能夠確保可燃及被氧化劑完全氧化（即“零氧平衡”）的炸藥成分可達到最高的威力。據此，在本次實驗設計中，按照“零氧平衡”的原則進行設計，使用硝酸銨、硝酸鈉、水、石蠟和SP-80 等，確定的乳化炸藥基質組分如表1 所示。

表1 乳化炸藥的基質組分

基于以上組分配比，本次乳化炸藥基質的合成方式如下：

1）按照基質組分配比，將稱量完成的硝酸銨粉末與硝酸鈉粉末混合，溶于一定量的水中，并使用加熱板將其加熱至110 ℃，確保兩種粉末藥品全部溶解；

2）將石蠟放置在50 ℃的環境進行加熱，待石蠟全部熔化后，將其與SP-80 混合，形成油相溶液，并將該油相溶液的溫度升至95 ℃；

3）將油相與水相先后加入至攪拌罐中，控制攪拌轉速為1 100 r/min，充分攪拌3 min；

4）攪拌完成后靜置冷卻，最終得到乳化炸藥基質成品，如圖1 所示。

圖1 乳化炸藥基質成品宏觀圖

在得到乳化炸藥的基質材料后，進一步加入亞硝酸鈉水溶液，對其進行化學敏化，在敏化完成后對其性能進行測試分析。

2 乳化炸藥化學敏化效果的主要影響因素分析

2.1 敏化溫度的影響

根據以往的經驗可知，敏化溫度對乳化炸藥的爆炸性能影響頗為顯著，相對而言，溫度較高時，化學反應速率加快，但同時也會產生過多的氣泡，不利于炸藥爆轟過程中所需要的有效熱點的產生；而當溫度較低時，則難以滿足水相油相之間混合的要求[2]。因此，如何選定合適溫度則需要著重考慮。

在本次實驗中，結合已有經驗，在敏化溫度84～90 ℃區間范圍內，對溫度如何影響敏化效果進行分析，并以“炸藥爆速”這一指標對敏化效果進行衡量，結果如圖2 所示。

圖2 不同敏化溫度條件下的炸藥爆速變化情況

從圖2 的數據變化趨勢中不難看出，當敏化溫度為87.6 ℃時，炸藥爆速達到最大值。在該臨界值兩側，左側區間內，敏化效果分別呈現上升和下降兩種態勢。初步推斷，造成這種變化的主要原因是，當溫度過高時，炸藥與敏化劑的反應速度加快，敏化效果下降，進而影響炸藥爆速。在不同溫度下的敏化藥劑氣泡分布情況則如圖3 所示。

圖3 溫度在90 ℃（左）和85.6 ℃（右）時的氣泡分布情況

從圖3 可見，當溫度過高時，氣泡基本已經聚集成為少量的大氣泡，這些氣泡分布不均勻，使得敏化效果不夠均勻，這也印證了上文的推論。

2.2 水相pH 值的影響

水相溶液的pH 值主要用以描述水溶液中氫離子的濃度。當氫離子濃度不同時，其對敏化效率的影響仍然較為突出，進而影響到乳化炸藥的最終爆炸性能[3]。就此，對不同pH 范圍下的炸藥爆速進行分析測試，測試結果如表2 所示。

表2 不同pH 值下的炸藥爆速分析結果

從表2 中的數據可見，當pH 為4.0 以上時，炸藥樣品的爆速相對更高，而當pH 過低時，爆速則相對較低，其主要原因是：pH 過低時，水溶液中氫離子濃度大，產生無效氣泡的情況相對更多，因此造成了炸藥性能的降低。綜合考慮炸藥爆速變化可知，pH 值設置為4.5 最為合理。

2.3 敏化劑添加量的影響

敏化劑的主要作用是通過自身與乳膠基質的充分混合，提升炸藥的敏感度[4]。對此，本環節對敏化劑添加量（敏化劑質量占比，下同）的影響進行分析，分析結果如表3 所示。

表3 不同敏化劑添加量下的炸藥爆速變化

從表3 中的數據可見，敏化劑的含量過高或過低均會影響炸藥爆速這一關鍵指標。初步分析，敏化劑的添加量不足會導致發泡程度過慢，而過高的敏化劑添加量則會導致發泡速率過高，進而造成氣泡聚集而影響炸藥的性能。

3 實際應用效果測試

基于上文中的實驗，對本次乳化炸藥合成過程中的三項主要指標進行分析，結合分析結果，最終確定最優參數組合為：敏化溫度為87.6 ℃；水相溶液pH為4.5；敏化劑添加量為0.42%。按照以上參數進行乳化炸藥合成，并對其實際性能進行測試。測試結果顯示，在此環境下，所制備的敏化后的乳化炸藥沖擊波正壓作用時間達到539.3 μs，沖量則達到7.652 Pa·s。同時，在波峰后的壓力衰減階段，該乳化炸藥樣品的沖擊波壓力衰減速率也最為緩慢。初步推斷，其主要原因是通過優化參數提高了炸藥能量密度，從而其沖擊波超壓更高。同時，敏化劑作為氧化劑也參與了反應，為沖擊波壓力貢獻了更多能量，從而使得沖量顯著提升。該數值與常規乳化炸藥相比，其優勢更為突出，正壓作用時間和沖量均提升了5%以上，證明本次對乳化炸藥化學敏化參數的優化取得了預期效果。

4 結語

整體來看，在本次研究中，基于乳化炸藥的化學敏化影響因素展開探究，重點對敏化溫度、水相溶液的pH 值和敏化劑添加量三項重要指標進行了分析。在控制眾多可變因素在適當的范圍之內，結合已有的參考資料和相關理論，來探究以上三項關鍵因素對成品炸藥性能的影響程度，以此得出了相對較優的參數組合。在此基礎上，將本次優化參數后所制備的乳化炸藥樣品進行測試，測試結果顯示，其在爆速、正壓作用時間和沖量等關鍵指標上均有較優的表現，這證明本次研究取得了初步進展，有助于為后續的乳化炸藥化學敏化參數的優化提供一定的參考借鑒。