膨化硝铵炸药质量的影响因素与控制措施分析

膨化硝铵炸药质量的影响因素与控制措施分析
膨化硝铵炸药是粉状的新型工业炸药。

本文主要对影响膨化硝铵爆炸性能的一些因素进行了阐述，并提出了具有针对性的解决措施。

标签：膨化硝铵炸药；爆炸性能；影响因素
1 膨化硝铵炸药简介
在工业炸药发展过程中，新的炸药品种不断出现，它们是民爆行业关注的焦点信息，其中有一些发明创造具有划时代的意义，如代拿买特炸药和浆状炸药，它们分别是由瑞典科学家诺贝尔和库克发明的。

它们的发明打破了传统的观念，极大地鼓舞了工业炸药的发展。

膨化硝铵炸药是我国粉状炸药研究中的一支新秀，它是由南京理工大学研制的，具有独特的优点。

膨化硝铵炸药的设计和研制机理是“热点”机理，它是无梯型粉状的“微气泡”自敏化的硝铵炸药。

通过对膨化硝铵炸药进行机理研究、理论计算和测试，得到的结果表明，它具有很多优点，如反应快、高爆热和高比容，这说明膨化硝铵炸药具有高爆速、高威力以及高猛度的特性。

尽管如此，在一些生产和应用过程中，膨化硝铵炸药的优点并不能体现出来，特别是在某些特殊情况下，爆破效果很不理想。

以膨化硝酸铵的结构特点以及“硝酸铵自敏化”理论作为基础进行研究，研究结果显示在原来的膨化硝酸铵结构中，产生的“大气泡”较多，但是它们对于爆炸是无效的，而有效“微气泡”产生较少。

根据爆炸理论的“热点”机理，微气泡的直径介于10μm～100μm之间，当它们受到冲击波的作用时，可能会形成“热点”，从而使炸药能够快速分解和反应，导致整个体系产生爆炸。

然而，实际测试的结果显示，膨化硝铵中过大或者过小的气泡都是无效的，它们占到了96%以上，有效气泡只占2%～3%。

因此，可能导致以下结果：炸药的冲击波感度偏低，在一些特殊情况下，冲击波强度不够、产品的质量控制较差以及使用条件不利等，都会直接影响使用效果；局部的爆轰不完全时，会导致爆温、爆热的降低。

2 影响硝酸铵膨化效果的因素
2.1 硝酸铵溶液的浓度以及温度
硝酸铵的膨化是指在膨化剂的作用下，硝酸铵饱和溶液的真空结晶过程。

硝酸铵的溶解度-超溶解度曲线显示，溶液浓度以及温度可以影响硝酸铵晶体的析出，而且，只有当溶液为过饱和状态时才能出现结晶。

在特定的真空环境中，当外界压力低于硝酸铵溶液的平衡饱和压力下，水就会快速从溶液中蒸发出来，同时吸收水汽化所需要的热量，从而使溶液浓度提高、温度下降。

当温度降到低于饱和溶液所需的温度时，溶液就成为了过饱和溶液，就会逐渐析出结晶，结晶析出时会放出结晶热，可以用来对蒸发所需的热量进行补偿，从而促进溶液蒸发。

这是一个相互促进的过程，不断蒸发水，同时不断产生结晶。

硝酸铵溶液浓度要保证适当，一般饱和溶液的浓度以90%为宜，温度在125℃到135℃之间。

如果浓度过高，就会造成硝酸铵的溶解温度很高，膨化硝铵的生产温度也会很高，这就造成了硝铵膨化后塑性较强，极易出现硬化结块的现象。

反之，如果浓度过低，就说明溶液中水含量超标，很难满足膨化硝铵水分低于0.15%的质量要求，这会导致抽真空的时间延长，产生能源浪费，造成生产效率降低。

因此，为了避免膨化硝铵初水分影响硝铵溶液的浓度，要根据膨化硝铵初水分和硝铵溶液的浓度对配料加水量进行科学的计算，并制成相应的表格，用来对生产进行指导，保持膨化硝铵产品的质量达到要求。

2.2 膨化剂用量
膨化剂是表面活性剂的一种，它用在硝酸铵结晶的过程中，可以起到改善硝酸铵性能的作用。

它可以有效地降低硝酸銨结晶过程中溶液的表面张力，使气泡比较容易形成，同时造成溶液体系的介稳区变窄，对晶体的生长产生干扰，在结晶过程中会形成大量“歧化” 的细晶，当水分迅速蒸发时，晶体上会产生空隙，导致晶体更加细小，从而产生“微气泡”，因此，在硝酸铵的膨化过程中，膨化剂具有非常重要的作用。

使用膨化剂可以使膨化硝铵的堆积密度降低，增强硝铵的膨化效果，此外，对于硝铵的抗结块性和吸水性，膨化剂能够起到有效地改善作用。

因此，膨化剂的加入对炸药爆炸性能以及物理性能的提高有很重要的影响。

膨化剂的加入量要适当，一般以0.12%～0.15%为宜，加入量太少，会导致膨化硝铵膨化效果差；加入量太多，不仅不能够提高膨化效果，而且对于生产过程的安全控制很不利。

2.3 真空度
硝酸铵在膨化的同时也被干燥。

真空度是能够影响膨化硝铵质量的主要因素，一方面，它能够降低硝酸铵溶液的沸点，有利于结晶析出；另一方面，它能够带走硝铵中的水分。

真空度越高，硝酸铵溶液的沸点降低越快，水分蒸发的速度也越快，膨化过程所需的时间就越短，可以显著提高生产效率。

2.4 膨化硝铵炸药药温、水分的影响
膨化硝铵炸药的质量受其药温和水分的影响较大。

虽然硝酸铵膨化过程中加入了膨化剂，但是它本身的结块性和吸湿性没有发生本质的改变，即是说，硝酸铵膨化后仍然会吸潮结块，虽然油相材料的加入可以对防潮和抗结块起到一定的作用，但是其增加的表面积接近10倍，温度提高到100℃，所以油相的防潮作用表现的并不明显。

严格控制木粉和盐的水分很关键，木粉水分最好控制在3.0%以下，盐的水分控制在0.15%以下，坚决杜绝油相中有水分，使工序水分控制在0.18%以下，成品水分控制在0.25%以下。

2.5 膨化硝酸铵的返工处理
一般情况下，主要有两种膨化硝酸铵需要进行返工：一种是早上开班时，输
送螺旋中的含水量比较多，这时膨化硝酸铵需要进行返工处理；另一种是膨化硝酸铵质量不合格，需要进行返工。

返工处理膨化硝酸铵时必须遵循一定的要求。

按照不高于需配置溶液质量10%的膨化硝酸铵与普通硝酸铵一起进行加热溶解，溶解后真空膨化结晶。

加入膨化剂的量为其与普通硝酸铵总质量的0.15%，因为膨化剂存在于需要进行返工的膨化硝酸铵中，所以返工处理时，必须严格控制加入膨化剂的量，加入量较多时，会导致溶液在溶解过程中从溶解罐中溢出，同时造成膨化硝铵感度增大，降低生产过程中的安全系数。

2.6 生产过程中的防潮除湿
膨化硝铵炸药以及膨化硝酸铵吸湿和结块后，会导致其各种性能的降低，特别是产品储存性能以及爆炸性能。

硝酸铵膨化后，物理性能增强，但是，在出料以及输送的过程中，膨化硝铵会形成很多“断裂面”，这些新生的表面上不具备膨化剂的作用，和普通硝酸铵一样，具有吸湿性和结块性，特别是在高温高湿的季节，在实际生产过程中需要采取必要的措施，保证生产过程中的防潮除湿。

3 结束语
通过对影响硝酸铵炸药爆炸性能的因素进行研究，得出以下几点结论：
3.1 硝酸铵的膨化以一定的浓度（约90%）和温度（125℃～135℃）条件为前提：膨化剂用量大于0.12%～0.15%，真空度>0.09MPa时可以获得较好的膨化效果。

3.2 生产过程中，控制膨化剂的量在0.12%～0.15%之间，得到的产品质量较好。

3.3 严格控制生产过程中各组分的含水量，制得炸药的水分含量越少，其爆炸性能越好。

炸药各组分的颗粒度较小时容易混合均匀，可以显著提高反应完全程度和爆轰速度。

3.4 硝酸铵膨化的影响因素主要包括；硝酸铵溶液的温度、浓度以及结晶真空度。

参考文献
[1]胡炳成，刘相亮，吕春绪，等.影响膨化硝铵及其无梯炸药的安全性研究[J].爆破器材，2005（3）.
[2]吕春绪，等.膨化硝铵炸药[M].北京：兵器工业出版社，2011（12）.
[3]吕春绪.工业炸药理论[M].北京：兵器工业出版社，2010（9）.。