改性铵油炸药爆炸性能影响因素探讨
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摘 要：文章从原材料及加工和工艺条件、药卷密度等方面探讨了改性铵油炸药爆炸性能的影响因素，通过有效控制该气流干燥改性连续球磨混药铵油炸药生产线加工过程，制造出性能优良的改性铵油炸药。
关键词：改性铵油炸药 爆炸性能 影响因素 工艺 密度
一、引言
改性铵油炸药是由硝酸铵、改性剂、复合油相和木粉按一定比例混合而成的粉状工业炸药。它具有生产工艺简单、原材料来源丰富、成本低且安全性能好等优点。因改性铵油炸药不含TNT等对人体有害的单质炸药，是发展绿色化工的大势所趋，属环保型炸药。其突出特点是药粉细度大，机装药卷密度较大，易出现“残药”和“熄爆”现象，用户与乳化炸药相比，爆破效果不理想，为稳定和提高改性铵油炸药产品质量，文章对其爆炸性能影响因素进行探讨。
二、改性铵油炸药性能的影响因素
炸药的爆炸性能指标主要有炸药的爆速、爆轰感度、殉爆距离、作功能力、猛度等，它们从不同的角度反映出炸药在爆破作业中可能产生的实际爆破效果。作为民爆器材生产厂家的工程技术人员，常常把产品性能检测的数据和用户实际使用的情况结合起来考察炸药的性能。
炸药的爆速、爆轰感度、殉爆距离、作功能力、猛度指标本来就是相互联系的，爆轰感度高，则殉爆距离就大，炸药在发生爆轰反应的反应区越窄，爆速越高。在炸药组成和炸药密度一定时，猛度和作功能力与爆速成正比[1]。掌握一个原则就是炸药必须有足够大的能量密度，并能在爆破作业时做最大的有效功。
1.炸药中硝铵的细度对改性铵油炸药性能的影响
改性铵油炸药主要由氧化剂硝酸铵、可燃剂油相材料和疏松、敏化剂木粉组成。炸药的爆炸机理就是氧化剂与还原剂之间发生反应放出大量热量和大量气体，快速的氧化还原反应产生的冲击波和高压气体膨胀所做功来破坏周围物质。但冲击波的破坏和气体膨胀做功的破坏效果都与氧化还原反应速度有关。根据化学反应速度的影响因素可以知道反应物之间的接触程度对反应速度的影响较大，尤其是固态物之间的化学反应速度更明显[2]。硝酸铵在一定温度下与可燃剂之间的接触程度，主要取决于硝酸铵的细度。表面上看细度的控制完全可以通过机械粉碎的形式来取得，因为硝酸铵稳定结晶晶型的多样性，使硝酸铵的细度与硝酸铵的晶型有着密切联系，在一定温度和压力下硝酸铵结晶的晶型在理论上是可以确定的，事实上硝酸铵的晶型在一定化学和物理强制作用下也在不断发生变化。常压下固态硝酸铵在温度－16.9℃～169.6℃范围内存在五种热力学稳定的晶型：立方晶体、四方晶体、β斜方晶体、α斜方晶体、正方晶体，它们在一定压力下随温度变化发生晶型变化，因单位晶格数中粒子数不同，硝酸铵相应发生体积变化[3]。不同的晶型对提高细度是有不同贡献的，把握炸药生产过程中硝酸铵的晶型变化或控制硝酸铵的晶型变化，使晶型按所需要的晶型方向发展，提高硝酸铵的细度，从而提高炸药的爆炸性能。
其它条件不变硝酸铵细度对爆速的变化表：
硝铵粉碎后细度越高产品的爆炸性能就越好。在重庆地区的温湿度条件下，使用储存期在15天以上的板结硝酸铵生产出的改性铵油炸药与储存期不足15天的硝酸铵生产出的改性铵油炸药，其爆速值前者比后者高出100m/s左右，且硝酸铵粒子流散性好，不易粘结管道。
2.改性剂对改性铵油炸药性能的影响
由于硝酸铵具有很强的吸湿性和结块性，为克服硝酸铵易吸湿结块的特点，加入改性剂将其改性，从而提高改性铵油炸药爆炸性能。将按规定称量好的改性剂采取人工加入方式直接加到需粉碎的板结硝酸铵上，硝酸铵与改性剂一并投入破碎机进行粗碎，经螺旋输送至一级凸轮粉碎机进行粉碎，再用热风通过气流管道输送到旋风分离器分离后，进入二级凸轮粉碎机进一步粉碎，后经热风输送至旋风分离器进行二次分离，在热风和凸轮粉碎机的作用下，使硝酸铵和改性剂达到充分混合，使硝酸铵干燥和改性，从而迅速形成流散性和粒度良好的改性硝酸铵[4]。整个过程中改性剂改变了硝酸铵颗粒尺寸的大小及晶粒大小、晶格畸变及晶粒缺陷等，使硝酸铵呈现与原硝酸铵颗粒截然不同的物理化学性质。对硝酸铵粉体的晶形结构、表面状态、活化度等物理、化学性质起到改性目的[5]。
通过对加入四川天马改性剂（2012年9月2日生产）、长沙金科改性剂（2012年11月15日生产）、长沙矿冶研究院（2012年12月21日生产）三种改性剂的使用情况，效果如下：
3.油相材料对改性铵油炸药性能的影响
经粉碎后具有很大比表面积的硝酸铵与油相材料均匀混合，使硝酸铵颗粒被油相材料所包裹并粘牢，就要求油相材料具有一定的分散度和稳定性。硝酸铵的比表面积越大，包裹硝酸铵所需油相材料的数量越多，但油相材料的总量是由炸药体系中氧平衡控制，所以在一定温度下油相材料的分散性至关重要。另外油相材料的粘度和凝固点对炸药性能也有影响，粘度太大或凝固点太高，油相材料的分散性越差；粘度太小或凝固点太低，则导致油相材料在炸药中容易形成连继相，况且油相闪点太低不利于安全生产。油相材料还对炸药体系的氧平衡和能量有影响，选用油相材料时必须在考虑到氧平衡的前提下为炸药体系提供尽可能多的能量，尤其在改性铵油炸药中因不含TNT，更应充分利用油相的能量。在选油相材料时要把握好油相材料的能量、闪点、粘度及熔化点。通过对比使用四川天马油相、成都兴德胜油相、湖北荆门油相等，效果较好的是成都兴德胜油相。
4.木粉对改性铵油炸药性能的影响
木粉既是还原剂又是疏松性，它的细度、水份及其在炸药中的分散均匀性同样影响改性铵油炸药性能。
木粉的材质一般选用毛细孔多且较疏松的木材，毛细孔多的木粉显然增加炸药内气孔，增加炸药内热点数，提高炸药的性能。
木粉的细度一方面影响到炸药各组分之间的接触度和混合均匀度，影响炸药的反应速度，也因堆积的颗粒间隙的多少，导致炸药的热点数量的变化。从这一角度来说，似乎木粉细度越细越好。但另一方面，木粉粒径越小，对木粉颗粒内的毛细孔破坏越多，相应炸药的热点数量也会减少，木粉越细，在炸药中所起的疏松作用也减少；相反因比表面增大，吸水吸油性增强。另外木粉的细度不能与硝酸铵的细度一致，木粉粒径应略大于硝酸铵的粒径。
其它条件不变木粉细度对爆速、殉爆的变化表：
其它条件不变木粉水份对爆速、殉爆的变化表：
木粉的水份越低改性铵油炸药的爆炸性能越好，在生产工艺过程中木粉水份宜控制在≤2%。
三、工艺条件对改性铵油炸药性能的影响
硝酸铵粉碎干燥改性过程是整条生产线的基础，生产过程中必须控制好风速，风速过快，硝酸铵与改性剂在管道内停留时间短，改性效果不佳及细度不够；风速过慢，改性效果较好，但改性好的细硝酸铵在管道中易沉积，堵管道，通过监控系统显示出来风压会升高，不能保证生产线的畅通。通过摸索，风速宜控制在18-21m/s之间，能两者兼顾；硝酸铵粉碎干燥改性过程中风温控制在130℃-150℃之间，料温控制在70℃-110℃之间，风温及料温稳定才能保证细硝铵水份含量满足工艺要求，保证产品质量稳定。
第二关键是控制好球磨混药工序，三料混合均匀性取决于球磨机中混药温度及机内木球数量和木球的大、中、小比例搭配。改性细硝铵、复合油相、木粉经计量后按顺序加入到三料预混螺旋预混后输送到球磨机中混合，混药温度宜控制在工艺规定范围（65℃~75℃）的上限，即控制在73℃左右爆炸性能较好；球磨机中木球在运转过程因相互碰撞摩擦被磨损，生产一定数量的炸药后要开仓筛选木球，保证球磨机内木球数量及木球大、中、小比例搭配符合工艺规定，从而保证炸药各组分混合均匀性。一定要防止球磨机内无料空磨，损耗木球。