关于多孔粒状铵油炸药性能的研究

杨文军

（晋能控股煤业集团化工厂，山西 大同 037001）

0 引言

多孔粒状铵油炸药目前在爆破作业中有着较高的应用率，随着应用量逐渐增多，其主要组成成分柴油的消耗量也在不断提高，可以借助超声波柴油乳化技术，降低油相析出，节省柴油利用量。同时，在超声波乳化技术的支持下，还能借助改变柴油的黏度，提高多孔粒状铵油炸药的储存期，增强爆破效果。不过在多方面因素的干扰下，还需要具体对超声波功率、水含量、处理时间和乳化剂量等参数进行研究，最终确保改性乳化柴油可以改善多孔粒状铵油炸药性能，在发挥铵油炸药的价值下，促进城市化建设。

1 柴油超声波乳化的概述

对于超声乳化技术而言，将水进行乳化并加入柴油中后，可以使乳化柴油达到8%～10%的节油率，利于降低能源的损耗。一般对柴油乳化工作的影响参数较多，有乳化温度、乳化方式、时间和复合乳化剂配方等。其次，经过超声波的作用，可以对乳化液体产生几万次/s 的高频振荡、膨胀和压缩，利于使混合液体不断生成微小的气泡并破裂，形成超声空化效应。最后，对于多孔粒状铵油炸药中的柴油消耗而言，空化中存在较大的重力加速度冲击波与直进流，利于使油分子与水分子更加微化细小，利于在铵油炸药的爆炸中，基于热膨胀的作用，微珠内的水在极短时间内气化，进而在体积急速增大提高与硝酸铵的接触面积后，使油膜充分破碎雾化，起到助燃作用，提高爆炸效果[1]。

2 多孔粒状铵油炸药的性能提高方案

2.1 方案目标

由超声波乳化产生的微小水珠会被油所包裹，进而生成改性乳化柴油，可以将其与多孔粒状硝酸铵紧密融合，不断提高多孔粒装铵油炸药的整体性能。下面将进行超声波乳化应用的具体分析，在优化柴油超声波乳化各参数后，发挥乳化柴油的价值，以提高多孔粒状铵油炸药的稳定性能及爆炸性能。

2.2 仪器与原料的准备工作

首先，在仪器设备准备中，需要应用到超声波处理仪（H061）和生物光学显微摄影仪（XSS-2）。其次，原材料柴油的应用中，具体有以下要求：硫质量分数≤0.2%、酸度≤0.07 mg/mL、闪点（闭口）≥55 ℃，且要求满足GB 252—2015 的质量标准需求并具有良好的流动性和透明度。具体的超声波乳化试验可参考图1。

图1 超声波乳化试验

2.3 复合乳化剂的配制

为了提高改性油相的制造效果，需要在乳化剂的选择上确保其HLB 数值可以跟柴油相近，具体乳化剂要结合HLB 数值表将Span-80、十二烷基苯磺酸钠和亚甲基纤维素钠（柴油乳化液稳定剂）作为混合乳化剂。结合柴油的基准量为200 mL，经过试验，其复合乳化剂的最佳体积配比为V（Span-80）∶V（十二烷基苯磺酸钠）∶V（亚甲基纤维素钠）=0.45∶0.15∶0.3。其次，结合固定超声波发生器的参数而言，其电功率为700 W、频率为20±1kHz。最后，采用剂在油中法进行乳化剂的加入[2]。

2.4 改性油相的乳化制备

2.4.1 超声波功率的优化

在确定复合乳化剂的配制后，需要研究不同超声波功率对乳化液水滴平均粒径的影响。要准备好柴油和水各200、10 mL，然后加入配制好的复合乳化剂，这时要借助超声波乳化技术完混合乳液的制作。其次，需要将超声波处理仪的功率范围设在500～900 W之间处理混合乳液10 min，最后用显微摄影仪进行粒径的观测。在做好数据统计好分析后，基于油水比的固定，在超声波作用功率不断提高下，乳化液中的粒径均值降低，代表乳化效果逐渐提高。结合固定超声波发生器的电功率参数，最终将最优参数定位700 W功率。

2.4.2 超声波作用时间的优化

在明确700 W 功率后，要改变超声波作用时间，实现对乳化液滴粒径的影响分析，具体可以参考图2。结合图2，可以看出在油水比、超声波功率不变下，增加超声波的作用时间，其乳化液滴粒径有着先降低后增高的趋势，在10 min 时平均粒径最低，此时乳化效果最好，因此可以将超声波的作用时间定为10 min。

图2 超声波作用时间对液滴粒径的影响

2.4.3 乳化液含水量对整体性能的影响

通过控制柴油和水的不同配比，并由超声波进行乳化后，可以对平均粒径进行测定，在有效的数据收集后可以发现，当超声波功率、作用时间和乳化剂等参数固定下，乳化液含水量在从10 mL 逐渐增至15 mL中，在＜12.5 mL 时稳定时间大于60 d，即60 d 内无油水分层现象，＞12.5 mL 后稳定时间小于60 d。其次，乳化液含水量也会对粒径大小有所影响，在含水量不断增加下，平均粒径逐渐增大，乳化效果降低。最后，不同的乳化液含水量也会对平均混合渗油率造成影响，在对比实验的称重中，随着含水量的增加，平均混合渗油率也逐渐提高，需要对含水量进行严格控制[3]。

2.4.4 乳化制备参数总结

结合上述改性油相的乳化制备，可以明确超声波作用功率（700 W）、最佳作用（10 min），同时也能对乳化液的极限含水量（0.0125 mL/mL 柴油）进行确定，为了检测柴油乳化准备的效果和价值，需要进行检测。此外，需要注意的是，对于乳化液静置时间对液滴平均粒径的影响而言，会不断降低并趋于平稳，一般在40 min 归于平稳，平均粒径为2 μm。

3 柴油乳化对铵油炸药性能的影响

首先，借助NDJ-1 旋转式粘度计可对柴油液体的粘性阻力进行测量，同时也能对液体的动力黏度进行检测。具体在检测中，同步电机需要以固定速度进行旋转，同时连接刻度圆盘确保数据有效呈现。这时借助转轴和游丝可以带动转子旋转，当转子受到液体黏滞阻力的影响时，游丝会所产生扭矩和粘滞阻力达到平衡，这时记录刻度盘指针的读数再乘以对应的系数，便可以得到实际液体的运动黏度（cst）。柴油乳化前的运动黏度在3～8 cst（20℃）之间，改性后的运动黏度为4.4～10.9 cst（20℃）。其次，对于铵油炸药而言，基于柴油乳化的价值，改性前后的炸药性能可以参考表1。结合表1，在柴油超声波乳化后，改性铵油炸药无论是存储期、爆速，还是猛度与作功能力，都有着一定的性能提高，整体价值较大。

表1 改性前后的铵油炸药性能

4 结语

为了提高柴油的乳化效果，满足多孔粒状铵油炸药的性能提高需要，应对乳化参数进行优化。经过试验得出乳化稳定剂的基本组成和比例，明确超声波作用功率、最佳作用时间和乳化液中的含水量极限值，通过柴油黏度检测和铵油炸药性能检测验证炸药整体性能的提升效果，满足用户需要。