乳化炸药静态乳化高温敏化工艺的应用

蒋小君

雅化实业集团股份有限公司

【摘要】在简述我国乳化炸药生产工艺及设备发展状况的基础上，介绍了静态乳化、高温敏化生产工艺技术在企业生产中的原材料、乳化、敏化及冷却应用实践情况，提出了在静态乳化、高温敏化生产线建设及调试中应注意的问题，指出了静态乳化、高温敏化工艺技术的优点及其对炸药生产企业乃至整个民爆行业技术进步的重要意义。

【关键词】乳化炸药；静态乳化；高温敏化；生产工艺

引言

近年来，我国乳化炸药得到了迅猛发展，一方面，各生产企业纷纷投入巨资建设乳化炸药生产线，另一方面，各种乳化炸药新工艺、新设备如雨后春笋般涌出，大有乱花渐欲迷人眼的态势。生产企业由于缺乏新工艺设备的生产实践，加之部分技术转让方的不实宣传，对众多新生产工艺技术及装备的优缺点往往缺乏正确的判断，使企业难于做出正确的选择，有的生产线在投产后相当他的一段时间内都不能达产，甚至在安全上出现重大问题，给企业带来严重的经济损失。

因此，深入认识乳化炸药生产工艺及设备的本质，全面考察、了解新工艺、新设备在生产企业中的使用质量、安全及现场管理状况，对于正确选择乳化炸药生产新工艺、新设备具有重要意义。

1.我国乳化炸药生产工艺的发展

我国自20世纪70年末代开始研究乳化炸药以来，乳化炸药生产工艺经历了间断式、半连续式、连续式、全连续式的发展过程，在每一过程中，都伴随着生产设备的更新与发展，可以说，乳化炸药生产设备的发展状况就代表了乳化炸药生产工艺的发展。

1.1乳化工艺及设备的发展

20世纪80-90年代，乳化是采用桨叶式搅拌器以高速机械搅拌的方式进行的，这种乳化是间断式的。20世纪90年代至21世纪初，胶体磨的乳化工艺被广泛采用，也开始了连续式乳化工艺的应用，但胶体磨采用机械密封，本质安全性差，发生过多起爆炸事故，且不便于自动控制与调节。21世纪初至今，相继出现了新型的连续式乳化器[1]，如马鞍山矿山研究院的非接触式预乳机和精乳机及MMR1型、长沙矿冶研究院的AE-HLC型、石家庄成功机电公司的CYJ-Ⅱ型等，这些乳化器具有体积小，内腔间隙大、乳化能力大、存药量少的优点，但在强力搅拌、剪切乳化时仍带有一定的压力，部分乳化器转子（特别是精乳机）转速较高、线速度大。

乳化过程的安全性及能耗越来越受到重视，静态乳化工艺在这方面具有独特的优势。静态混合器是几乎与胶体磨同时出现的，它没有转动机构，是依靠流体自身完善的径向环流混合作用，使两种介质不断激烈掺混扩散来达到乳化目的的，因而在乳化过程中无机械运转所造成的温升，具有结构紧凑、节约能耗、快速高效、本质安全性好等优点。但由于国内乳化炸药配方设计以及低温敏化工艺的限制，乳化液粘度普遍较大，致使采用静态混合器时需要消耗较大的输送压力，这限制了静态混合器作为高效、安全的乳化设备的广泛应用，一般仅是将其作为其它乳化器乳化前的辅助乳化设备，以提高乳化质量。

2009年以来，敞开式初乳、静态精乳工艺在国内得到越来越多的应用，该工艺系从美国引进并经消化吸收和再研究发展起来的，目前在130余个国家被广泛采用。它系采用容积约120L的敞口预乳罐带直径约100mm的搅拌器进行预乳，用静态混合器作为精乳，预器转速低于600r/min，并得以工艺配方及乳化参数的帮助，制得的乳化液粘度较低，解决了使用静态混合器输送压力过大的问题。该乳化器乳化过程本质安全性好、乳化效率高、乳化质量优良，制得的乳化炸药贮存期可稳定达到1年。

由乳化工艺及设备的发展现状及趋势看，研究新型的敞开式乳化器和高效的无机械转动的静态乳化器，改进乳化炸药工艺配方，降低乳化液粘度和输送压力，将是提高乳化过程的本质安全性、提高乳胶质量的必然。

1.2冷却、敏化及装药工艺的发展

必须指出，冷却、敏化及装药这三个工序所采用的工艺及设备是紧密相关的。长期以来，国内乳化炸药药卷多采用浸蜡纸筒，国内成熟的、效率较高的装药机也均是使用纸筒，这一方面纸筒药卷的警示标识和登记标识难以进行且标识成本较高，更重要的是装药温度较高时（如超过50-56℃），纸筒将会由于石蜡熔融而软化，造成装药困难、报废率升高，因此只能采用低温敏化工艺（敏化温度多为40～48℃）。

这种低温敏化工艺的采用，使乳胶基质在敏化前必须经过有效冷却。目前与之相适应的冷却方式有钢带喷冷式和胶体浸冷式。其中钢带喷冷式冷却效率较高，但设备投资、电能消耗、占地面积均较大，且不易维修。胶体浸冷式冷却效率较高，但存在三个方面的缺点：一是是在冷却过程中带入自然水，必然对基质油包水的油膜产生或多或少的破坏作用，二是在低温情况下带入基质的水结冰后也会造成基质破坏和药卷硬化，使炸药性能受到影响，三是乳胶基质穿水后使冷却水中混入油、氨氮化合物等，在环保上也难以处理达标。

最近有单位设计了敞开式无动力冷却器[2]，通过将乳胶基质制成条带状后通过冷却罐中的冷却水进行冷却，据称乳胶基质在水中停留6～10s便可由95℃冷却至55℃以下，但该冷却器冷却后的乳胶基质中势必也将带有较多水珠，与胶体浸冷式存在同样的缺点，且该冷却器还未见实际应用。

近年来发展起来的药卷浸冷式与上述冷却方式有着本质的区别，系高温敏化、高温装药后的药卷浸入冷却水中边向包装工序输送边冷却，这种方式既能有效避免胶体直接浸水冷却的缺点，又在冷却的同时完成了药卷向包装工序的自动输送。但药卷浸冷式也有其弊病：在冷却φ100mm以上大直径药卷时，需要适当延长冷却时间或采用冷冻水冷却。

另一方面，我国现阶段的乳化炸药中，小直径占比达60.1%，大直径占36%[3]。但目前国内成熟的、装药效率较高的装药机中，装小直径药卷的装药机均是使用纸筒，能使用塑膜装药的装药机主要适用于大直径产品。而纸筒药卷不但警示标识和登记标识难以进行且标识成本较高，而且卷纸筒工序工作环境差、能源消耗较大，因而行业主管部门提出了用塑膜装药代替纸筒装药的技术发展方向[4]。

目前的敏化技术已突破了传统的低温敏化（40～60℃）技术的限制，出现了中低温敏化（60～80℃）和高温敏化（80～100℃）新工艺，特别是高温敏化工艺的出现，不但使采用高效的冷却方式有了可能，也为采用技术先进的、高效的装药设备备提供了有利条件，从而克服现有冷却效率较低、在线作业人员较多的弊病。近年来越来越多的生产企业采用此种敏化方式，并取得了显著的经济效益和社会效益。

综上所述，采用高温敏化、高温装药的乳化炸药新工艺不但已成为大势所趋，而且在技术上也已经完全具备，在生产应用实践中也越来越多。

2.乳化炸药静态乳化、高温敏化工艺的应用实践

我公司分别于2010年、2011年建成投产了两条乳化炸药静态乳化、高温敏化生产线，该生产线的核心在于采用敞开式预乳器和高效静态混合器进行乳化，并通过高温敏化、高温装药，装药后的药卷经冷却输送至包装工序。

2.1原材料

该生产线所使用的原材料均是乳化炸药的常用材料，但对材料的组合应用、配比等进行了优化，既使油水相易于乳化，又有效地降低了乳胶的粘度，使之易于泵送。油相材料为多种材料熔于一体的一体化油相，配制时仅需将其熔化即可，非常方便。在对油水相温度的要求上也较其它乳化炸药生产线略低。表1是以2号岩石乳化炸药为例我公司的几条乳化炸药生产线的对比情况：

2.2乳化

乳化时，应控制油水相温度，并在乳化初始时注意预乳罐的搅拌转速控制。当油相有正常输送后，先按140rpm启动预乳罐搅拌，观察到预乳罐内液面至预乳搅拌器的最下面的叶片时，即开启水相泵，水相正常输送后即迅速调高预乳搅拌器转速至260～280rpm，一般经5～10秒钟后即可看到有乳液形成，此时快速将转速调高至520～540rpm，正常情况下经10～15秒钟就可以观察到成乳现象，此乳状流体再通过静态混合器进行静态乳化后，形成的乳胶体呈暗红至黄白色、透明状、有弹性、粘稠的膏状物。

静态混合器设置有不同结构、不同组数的混合单元，可根据产能和品种的不同自由组合，产能可达7.2～12t/h，品种可生产包装型乳化炸药和现场混装乳化炸药。

为验证敞口式乳化器乳化过程的安全性，我们在严于现场混装乳胶基质的测试条件下进行了以下测试：在乳胶料斗中随机抽取乳胶基质，用不同直径的PVC管装成药卷，然后采用8号工业电雷管起爆，测试结果如表2：

由测试结果可知，在预乳器预乳和静态混合器精乳的工艺条件下所制得的乳胶基质不具有雷管感度，其安全性不低于现场混装乳胶基质的安全性，乳化过程中基本无敏化作用，乳化过程安全可靠。

2.3敏化与装药

本工艺的敏化系统主要由敏化剂罐、计量螺杆泵和混合器组成，装药设备采用迪博泰回转卡式装药机。敏化剂由发泡剂、促进剂和抑制剂组成，其用量约为3～4.5‰，混合器转速550～700rpm，敏化温度为85～90℃。

按单台装药机3.6t/h组织生产，经测算，敏化剂从进入乳胶基质至装成药卷的时间约为5～8秒，炸药在装药机上装成药卷后掉入皮运机，此时的药卷不饱满、显干瘪状，检测药体密度约为1.30～1.35g/cm3。但经过10～20秒后，药卷迅速胀大至饱满状态，此时检测其密度为1.08～1.11g/cm3。装药后的药卷经约90秒后进入冷却水中边冷却边输送，装药后10分钟进入包装工房，此时抽测药体中心温度约为25～33℃，密度为1.09～1.12g/cm3，药体中气泡均匀、致密。

为观察药卷在自然冷却和在冷水渠中冷却运输过程中的发泡速度，随机各取装药后的3条φ32mm药卷，分别在自然冷却和在正常水渠冷却运输的环境中，以药卷装完药从装药机上掉入输送皮带时的密度为初始密度。根据药卷密度测试的平均值，绘制药卷密度随时间的变化曲线如图1：

由图1可知，在一定的敏化工艺条件下，高温敏化工艺的乳化炸药药卷在90秒时药卷密度较即达到1.09～1.12g/cm3；在自然冷却状态下，药卷在装药后约40分钟左右时基本发泡完毕。

2.4高温敏化乳化炸药性能

为了解静态乳化、高温敏化工艺条件下的炸药贮存性能，我们对2号岩石乳化炸药进行了贮存样检测，结果如表3：

注：殉爆距离检测时将药卷两端卡扣切除。

由表3可知，该工艺条件下制得的乳化炸药性能在前8个月内基本无衰减，在8～10个月后性能衰减较快，但在一年内其性能均满足国家标准的要求。

2.5高温敏化乳化炸药生产调试过程中出现的问题

（1）暖通设计不合理。在生产线建设中，将油相化蜡槽与油相熔化罐的蒸汽供应共用一个阀门，由于化蜡槽需要不断进汽以熔化固态复合蜡，而熔化罐却并不一直需要大量的蒸汽，因而在满足化蜡的需要时常常造成油相温度超过工艺要求。另外，水相溶化罐加热蒸汽管道串联太长、部分连接管位置设置不合理而导致加热缓慢、蒸汽冲击声响较大。通过对蒸汽管道和连接管的重新整改而得到解决。

（2）油相输送管道施工质量不符合要求。在一条高温敏化乳化炸药生产线试产初期，发现乳化基质具有雷管感度，技术转让方与工厂方对原辅材料、设备仪表、各压缩空气阀门等作了大量的排查工作，但始终未找到原因，直至对油水相经过细致的观察检测后，确认油相中混有水和气

泡方才开始逐段排查油相输送管道，最终发现油相输送管的内层管有一处焊接不严，导致蒸汽进入油相中，从而使油相中带入气泡所至，在重新焊接后再检测乳化基质，均无雷管感度。该原因不易觉察，往往会浪费大量的时间和精力，对生产也会造成很大影响，因此，在管道施工中应杜绝此类现象，以免给乳化炸药质量造成较大波动甚至影响生产。

（3）水计量偏差。生产线设置有水流量仪，可自动进行水计量，但若自动计量出现偏差将造成水相析晶点出现波动，进而影响产品质量，且每罐水相量至少在10t以上，计量偏差又无法在生产途中发觉，因而采用人工与自动计量相结合的方式，提高了计量的准确度。

（4）预乳罐机架共振。在调整预乳罐搅拌器转速的过程中，发现当其转速调整到一定范围（约340～370rpm）时，电机会和预罐机架发生共振，使预乳罐晃动较大，通过改变机架的结构解决了此问题。

（5）油水相温度超标。生产线油水相配制工房与制药装药工房单独设置，油水相配制好后需经70m左右的蒸汽保温管道泵送至贮罐中，由于保温管道未安装蒸汽压力表，不便于控制蒸汽进汽阀的开启度，导致油水相经保温管道后温度升高较多，使其贮罐中的温度超过工艺规定，影响正常的生产。通过采取在保温管道上加装蒸汽压力表控制蒸汽，从而解决了此问题。

（6）水相贮罐取样口堵塞。在取水相检测其密度及析晶点时，取样口经常发生因水相溶液冷却而堵塞的现象，需要对取样口采用保温措施。

3.高温敏化乳化炸药生产线应注意的问题

3.1准确控制敏化参数

高温敏化工艺中，所加入的敏化剂一般是完全参与了发泡敏化，且其发泡速度与温度的关系极大，因而在生产中必须控制好敏化剂用量及其敏化温度，否则非常容易出现发泡过度，导致药卷直径增大、药体密度偏小，甚至造成药卷鼓包、胀裂，不但影响产品性能，而且影响生产正常进行。在实际生产中曾出现过发泡控制不好而使φ32mm药卷直径超出φ35mm规格，导致后续自动包装工序无法正常进行。

3.2完善安全操作规程

在质量抽检和生产操作中，均应针对性地完善安全操作事项，如药卷发泡过度时造成鼓包的药卷，此时其内部压力较大，且鼓包处的包装塑膜已较薄弱，在提取此药卷时应特别注意不要将药卷对着人，以防高温药体突然从鼓包处喷出烫伤人。另外，在质量检测解剖药卷时，也应采用正确的操作方法，以防在划开包装塑膜时高温药体突然喷出烫伤人。

3.3冷却水质的要求

该工艺中所采用的迪博泰回转卡式装药机系进口设备，虽然装药效率、装药质量、故障率等指标均远优于目前的国产装药机，但其价格昂贵，因而对其冷却水不质要求较高，特别是对于含钙质较高或较杂质含量较大的水宜经过净化处理，以延期装药机使用寿命。

3.4乳胶工艺管道设置

由于静态混合器静态精乳和迪博泰装药机密闭装药方式的采用，尽管在工艺配方及工艺装备的设计中已经采取措施降低乳胶粘稠度和提高乳胶输送过程的安全性，但在工艺布置时还是应该尽量缩短乳胶输送管道的长度，包括基质螺杆泵至乳胶漏斗之间、乳胶漏斗至装药机之间的乳胶输送管。

3.5发泡剂除杂质

在发泡剂配制中，应严防杂质进入，将配制好的发泡剂倒入发泡罐时应经过滤网，且在在发泡罐后、计量螺杆泵前也应设置过滤装置，宜使用两层100目不锈钢滤网，以有效滤除杂质，防止损坏计量螺杆泵并保证高温敏化和装药过程的安全。

3.6药卷密度控制。

药卷密度的控制一般在装药后及时抽测药卷密度，然后根据密度调整敏化参数。但应注意的是，药卷在经过冷却后其密度不但不会减小，反而会略为增大，其原因是药卷在装药后的数秒内即发泡完全，在经水冷却后其中的气泡体积有所减少而导致药卷密度略微增大。

3.7装药后自然冷却输送段皮带长度

从实际生产经验及试验结果看，高温敏化乳化炸药在装药后几秒至十几秒内密度即在工艺范围内，经1～2分钟后入水。若入水前的时间太长，敏化参数控制又不当，药体就很容易发泡过度，造成药卷鼓包甚至胀裂，一般控制在90S左右入水较佳。因此装药工房内药卷输送皮带的长度和速度宜控制适宜。由于高温敏化药卷温度较高（达80～90℃），在剔除少量废药卷时需注意防止烫伤，因此对于皮运机速度不宜太快，一般为0.2～0.4m/s为宜，皮运机的长度应根据速度来设计，以控制药卷发泡及冷却效果。

4.结论

乳化炸药静态乳化、高温敏化生产工艺技术在国内的应用已经成熟，并具有生产效率高、在线作业人员及存药量少的显著优点，其生产过程安全，产品爆炸性能稳定、贮存期长，完全满足民爆行业技术进步指导意见的要求，生产企业的现场管理方便，实为值得大力推广的生产线之一。

参考文献：

[1]张翠英，吴龙祥，王永斌，等.国内外乳化炸药专用乳化设备发展状况[J].现代矿业，2010，493（5）：10-14.

[2]陈飞，邢光斌，甘德淮，等.敞开式无动力冷却器的研制[J].爆破器材，2011，40（4）：12-15.

[3]中国爆破器材行业协会.2011年上半年民爆行业经济运行情况通报.[J].中国爆破器材行业工作简报，2011，242（7）：5-8.

[4]工业信息化部安全生产司.工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见.[EB/OL].（2010-05-19）[2010-05-21].http：//aqs.miit.gov.cn/n11293472/n11295108/n11299710/13215242.html.