CN1206391A

CN1206391A - 生产乳剂炸药组合物的方法及设备

Info

Publication number: CN1206391A
Application number: CN96199347A
Authority: CN
Inventors: J·G·B·史密斯; D·斯托
Original assignee: AUSTRALIA YAORIKY Inc
Current assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP2000502655A; KR19990076922A; US6165297A; AUPN737395A0; TW375600B; CN1137069C; WO1997024298A1; NZ324228A; ID19057A

Abstract

一种用于生产乳剂炸药的设备和方法,其中乳剂炸药组分可以以控制方式连续变化。设备包括:(i)至少一种适于将组分混合入乳剂的装置;(ii)至少一种用于将乳剂炸药从所述混合装置输送入炮眼或药包的装置;(iii)至少一个用于储存乳剂的容器;(iv)至少两个用于储存组分的容器,组分在混合时适于产生气体来使乳剂产气;(v)可能还有用于储存或可适于加入乳剂或乳剂组合物的其它成分容器;(vi)用于将所述组分从所述容器供应至所述混合装置的供应装置;和(vii)用于控制供给混合装置的组分的量或流量的控制装置,从而使乳剂炸药的组分以控制的方式连续变化。

Description

生产乳剂炸药组合物的方法及设备

本发明涉及一种生产炸药的方法和设备。

民用的采矿、采石和挖掘行业通常用散装或包装的炸药作为破碎岩石和矿石的主要动力来源，以进行采矿、建筑隧道、挖掘和类似作业。

这些行业中目前使用的大部分乳剂炸药包括非爆炸性材料如碳氢燃料和水，它们形成乳剂，然后进行促爆以将它们制成可爆的乳剂炸药。在许多国家，乳剂炸药事实上取代了硝化甘油为基的炸药。

在采矿工业中，可通过钻炮眼，然后在其中装入随后被引爆的散装或整包的乳剂炸药来使岩石破碎。乳剂炸药可以以散装或装在炸药包或袋中的形式提供给使用者。

包装乳剂炸药在工厂中生产后包装，再运送至使用地点，并手工装填入炮眼。包装乳剂炸药比散装乳剂炸药的价格要高的多，它尤其适用于小规模的应用场合或用于湿的炮眼中，因为其外包装可防止水分进入，因而防止乳剂炸药质量变差。相反，散装乳剂炸药适用于大规模应用场合，如大的矿中，其中一次爆炸需要数百吨炸药。散装炸药或是在生产工厂中生产然后进行促爆，然后装在特别设计的卡车中运送到使用场所，或是在卡车(称为流动生产设备或MMU)上的生产设备中原地混合。

MMU是一种安装在车上的有效的炸药生产设备。每辆MMU根据常规的卡车底架设计制成，用来生产和运送制成的特定散装乳剂炸药。MMU可将大量用于在矿的梯段上生产乳剂炸药的前体材料运输至矿中。前体材料包括材料如未经促爆的乳剂、氧化剂盐颗粒和促爆剂如玻璃微气球，玻璃微气球材料是没有爆炸性的，且可以在公路上安全地运送。由于MMU不运送乳剂炸药本身，因此无需遵守严格的乳剂炸药运送的立法要求。只有当在矿梯段中将未促爆的乳剂与促爆剂混合时，才会形成一种乳剂炸药。

运输卡车和MMU上装有用于将散装乳剂炸药以高卸料速度装填入炮眼的机械装置；装料通常是通过将乳剂炸药用螺旋推运器(augur)、倾倒、抽吸或气吹等方法装入炮眼中来实现的。所用方法根据产物类型和待装填炮眼的大小来决定。较大的运输车和MMU常设计成一次可运送几百吨乳剂炸药，每分钟装料速度为70至1000千克。

通常使用的乳剂炸药大多是油包水型乳剂。这些配方首先公开在美国专利No．3，447，978(Bluhm)中，并包含下列成分：

(a)一个包括无机释氧盐水溶液的许多分散液滴的不连续水相：

(b)一个液滴分散在其中的与水不混溶的连续有机相：

(c)一种乳化剂，它对形成释氧盐溶液的液滴散布在连续有机相的乳状液器乳化作用；有时还包含：

(d)一个不连续的气相和／或封闭的单元中空材料(cell void marerial)。

在一些乳剂炸药组合物中，氧化剂相中的水含量可降低至非常低的水平，例如小于4％。氧化剂相中不用水的配方称为油包熔体型乳剂炸药，它在许多专利说明书如美国专利No．4，248，644中有所描述。这里所用的术语乳剂是指油包水型乳剂和油包熔体性乳剂。

乳剂炸药通常与一种固体颗粒氧化剂盐如硝酸铵(AN)颗粒(颗粒可涂布有或含有燃料油(FO))混合来制成一种低成本而有良好爆炸性能的炸药。这种组合物在澳大利亚专利申请号No．29408／70(Butterworth)和美国专利No．3，161，551(Egly等人)、4，111，727(Clay)、4，181，546(Clay)和4，357，184(Binet等人)中有所描述。

在乳剂炸药中，乳化剂用来降低水相和油相间的界面张力。乳化剂分子位于水性液滴和碳氢化合物连续相间的界面处。乳化剂分子的亲水头部基团在水性液滴内，亲油尾部在碳氢化合物连续相内。乳化剂使乳剂稳定，抑制水性液滴聚集和相分离。乳化剂也抑制水性液滴中的氧化剂盐的结晶，而结晶将导致乳剂破坏和乳剂炸药组合物的爆炸敏感度降低。

各种乳化剂类型和混合物是该领域已知的。例如澳大利亚专利No．40006／85(Cooper & Baker)公开了油包水型乳剂炸药，它含有一种电导调节剂，调节剂也可作为一种乳化剂。这些电导调节剂中包括聚烷基(聚链烯基)琥珀酐与胺(如乙二胺、二亚乙基三胺和乙醇胺)的缩合产物。

这些电导调节剂／乳化剂使得可以制成适于和固体颗粒氧化剂盐(如硝酸铵(AN)或硝酸铵和燃料油的混合物(ANFO))混合的特别稳定的乳剂。用这种聚烷基(聚链烯基)琥珀酐衍生物作为电导调节剂／乳化剂制得的乳剂炸药非常稳定，从而可以在专门设备中在控制的条件下制备未经促爆的乳剂，然后将其运送供促爆制成乳剂炸药。

通常，乳剂未经促爆制成一种乳剂炸药是不会爆炸。在过去，促爆有时是通过将未经促爆的乳剂与烈性炸药如三硝基甲苯或硝化甘油混合来进行的。用非爆炸性促爆剂的促爆方法比用烈性炸药的促爆方法有利的多。例如，现在通常通过在乳剂中设法生成许多加入小的空隙作为引爆传布热点(hot spot)来进行促爆。

现在最常用的产生空隙使乳剂或乳剂／AN／ANFO混合物促爆的方法包括，用化学试剂进行原地起泡、夹带空气、加入封闭的单元空隙材料如微气球或这三者的结合。

用于原地产生适用于乳剂炸药的气泡的合适的化学物质包括过氧化物，如过氧化氢、亚硝酸盐如亚硝酸钠、亚硝胺(如N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺)，碱金属氢硼化物如氢硼化钠，和碱如碳酸盐类(如碳酸钠)。

用于原地产生气泡的最广泛采用的化学物质可能是亚硝酸及其盐类，它们可在酸性pH条件下反应产生氮气气泡。加速剂如硫氰酸盐、碘化物、氨基磺酸或其盐类、或硫脲可用来加速亚硝酸盐起泡剂的反应。加速剂在反应中也会消耗。

在过去，乳剂促爆制成乳剂炸药可通过将合适的化学物质溶解在溶剂中制成一种起泡组合物，然后将起泡组合物混合入乳剂中来进行。然后乳剂中分散的起泡组合物液滴中的化学物质将反应生成一种气体，该气体在乳剂中分散成核，形成气泡。

MMU和固定的生产设备均储存大量的非爆炸性化学物质组分来用于生产乳剂炸药。例如，MMU和固定的设备中，有大的储存容器来储存燃料油、未经促爆的乳剂、释氧盐溶液、水、起泡溶液和其它炸药成分。MMU或固定生产设备的每批生产时间有数小时，可制成一种组成的乳剂炸药。在每批量生产的开始，对来自每个储存容器的组分的流量加以标定，设定组分流速，以使当各种组分料流混合后，可制成所需的乳剂炸药组合物。在每批量生产结束后，清洗MMU或固定生产设备内的通道，以进行下一批生产。

上述乳剂炸药生产过程中的一个问题是，通常在一个批量生产时间内生产一种以上的组合物的能力有限。这种现有乳剂炸药生产设备的相当不灵活性是MMU批量生产时间的一个特别的缺点。

MMU经常被派到矿梯段有不同物理和地理特征的矿中。在非常大的矿中尤其是这样，在那里矿梯段的长度和宽度有数百米。炮眼在深度、湿度、壁组成等方面差别非常大。一些炮眼位于地热岩层处，该岩层由于火山或其它地壳活动而非常热。一些炮眼所在的岩层中含有会与某些乳剂炸药的化学组成起反应的矿物物质。尤其重要的是，在地热岩层或起反应性岩层中的炮眼用乳剂炸药装料时，不得由于热的影响或和炮眼壁起反应发生意外的爆炸。这种炮眼要用满足具体炮眼特点的乳剂炸药装料，这就意味着不仅对于不同的炮眼，而且在一个炮眼内，需要不同的乳剂炸药组合物。

装有不符合炮眼特点的乳剂炸药的炮眼可能不能引爆、仅仅部分引爆、或如上所述炮眼壁与乳剂炸药反应使得炸药发生意外的爆炸。用现在的MMU生产方法来调节MMU生产的乳剂炸药的组分或物理性质，使其适合各个炮眼或一个炮眼内不同需要的能力是很有限的。结果在一个矿中时常须用几辆MMU，每辆各自生产一种不同的炸药。

现在发现，通过一种改进的装置和乳剂起泡方法，在固定的和流动的生产设备上的操作过程比以往使用的更具灵活性，从而可生产更大范围的乳剂。改进的设备和生产乳剂炸药的方法提供了一种比以往更迅速地从生产一种制剂／产品变成生产另一种制剂／产品的系统。

因此本发明提供了一种生产乳剂炸药的设备，其中乳剂炸药的组成可以按控制地方式连续变化，设备包括：

(ⅰ)至少一种适于将组分混合入乳剂的装置；

(ⅱ)至少一种用于将乳剂炸药从所述混合装置输送入炮眼或药包的装置；

(ⅲ)至少一个用于储存乳剂的容器；

(ⅳ)至少两个用于储存组分的容器，组分在混合时适于产生使乳剂起泡的气体；

(ⅴ)任意地，用于储存适于加入乳剂的其它组分的另一些容器；

(ⅵ)用于将所述组分从所述容器供应至所述混合装置的供应装置；和

(ⅶ)用于控制供给所述混合装置的组分的数量或流速的控制装置，从而使乳剂炸药的组分以控制方式连续变化。

本发明也提供了一种用于生产乳剂炸药的方法，该方法使得乳剂炸药的组分以控制的方式变化，从而满足炮眼内和各炮眼间对组分的不同需求，方法包括使乳剂和至少两种组分以及另一种任意组分在一设备中混合，前两种成分在混合时生成气体使乳剂起泡，该设备包括：

(ⅰ)至少一种适于将组分混合入乳剂的装置；

(ⅲ)至少一个用于储存乳剂的容器；

(ⅴ)任意地，用于储存适于加入乳剂的任意组分的其它容器；

(ⅶ)用于控制供给所述混合装置的组分的数量或流量的控制装置，从而使乳剂炸药的组分以控制方式连续变化。

这里所用的术语“乳剂”指适于用作乳剂炸药组合物前体的未经促爆或部分促爆的乳剂，它包括油包水型乳剂、油包熔体型乳剂、水包油型乳剂等。术语“乳剂炸药”指可以引爆的促爆过的乳剂炸药。

发现本发明的设备和方法可用来制备乳剂炸药，它们的性能可非常迅速地改变，以使一个炮眼内的乳剂炸药组成不同，且每个炮眼内可装有不同配方的乳剂炸药制剂。这对大的矿有显著的优点，因为大的矿中有许多组有不同特点的炮眼。例如，一些炮眼可能在反应性的矿处，一些在非反应性的矿处，一些在潮湿的地方，一些在于燥的地方。本发明的设备可通过对现有的MMU改进来制得，使得一辆被派往这样的矿梯段中的MMU就可用防水性炸药来装填潮湿炮眼、用适于干燥孔眼的乳剂炸药来装填干燥的炮眼、还可用含有抑制过早反应的组分的乳剂炸药来装填位于反应性矿石层处的炮眼。

除了上述各个炮眼间的组成不同外，本发明的设备和方法还可为炮眼内部提供不同组分变化的乳剂炸药。例如炮眼的底部可用低密度乳剂炸药装料，乳剂炸药的密度向着孔口逐渐增加，以补偿不同静压头的影响。

同样，希望一个炮眼的乳剂炸药的配方沿炮眼的长度变化，这样沿炮眼长度方向可释放不同量的能量。这对于部分通过坚硬岩石(如玄武岩)和部分通过松软或多孔岩石(如火山岩或砂石岩)进行钻孔的炮眼来说是特别有利的。坚硬岩石与高破碎、低推切能量的乳剂炸药接触，松软的岩石与低爆炸、高推切能量的乳剂炸药接触是非常有利的。本发明的设备和方法不仅能用来改变起泡剂的量和组成，还能用来加入其它成分如盐(用来制成允许的炸药)、防烟雾物质(用来制成低烟雾炸药)、抑制炮眼内的炸药组合物反应或分解的物质、和pH缓冲剂。

本发明的设备和方法也可为非常深的炮眼(如深度约为30或40米或更深的炮眼)的装料提供有利条件。深的炮眼通常在孔口处非常冷，但随着它们向地心延伸，温度逐渐增高。装入这种炮眼的乳剂炸药的组分最好是变化的，其耐热性能随着向炮眼底部延伸而增加。而且，由于乳剂炸药的起泡速度受温度影响，因此对于非常深的炮眼，有利的装料方法是将快速起泡乳剂炸药组合物装在孔口，沿炮眼长度方向乳剂组分变化，以使起泡速度向底部逐渐降低。

本发明的方法和设备也可有利地补偿乳剂遇到的不同温度的影响。例如，在65℃下生产的乳剂可装入MMU中，但是乳剂温度可能随时间而降低至室温，通常为25℃。由于起泡速度根据乳剂温度不同，因此如果加入的组分(如催化剂和／或加速剂)的量或速度不能变化，则起泡的速度不能控制。用本发明的方法可以改变反应产生气体的组分的加入速度，以适应乳剂的温度变化。较佳的是，向起泡剂料流中加入催化剂或加速剂的量可以不同，其占起泡组分含量的0．05％(重量)(对于热乳剂)至20％(重量)(对于冷乳剂)。其它组分的加入量也可根据乳剂温度而不同。根据待生产的乳剂炸药产品，乳剂可有目的的保温在约65℃至约10℃间的任何温度处，本发明可适应这些不同的乳剂温度。

本发明的设备和方法可用来补偿当地温度的变化。例如当乳剂炸药在西澳大利亚生产时，环境温度可高达50℃，而在塔斯马尼亚(Tasmania)，环境温度接近0度。使乳剂炸药能够改变组成，用以补偿或考虑乳剂炸药各组分的温度和室温或操作温度之间差异的影响，这是明显有利的。

组分混合入乳剂以便形成乳剂炸药的加入速度和方式对最终产品的性能有很大的影响。

改变反应生成气体各组分的相对比例是一种改变乳剂炸药整体组成／特性，从而使乳剂炸药的组成适合各个炮眼需求的特别有效的方法。混合生成气体的各组分最好在加入乳剂前预先混合。通过控制混合生成气体的各组分的流量，可以形成许多不同的产生气体组合物；由于各组分所用体积非常小，因此当改变试剂流量时就可获得新的产生气体的组合物。组分流量的微小改变可使气体产生的速度和形成的气泡数目和体积发生很大变化。从而各组分混合形成的乳剂炸药的化学组成和／物理性质可迅速改变。与以往流动和固定生产设备对于预先制备的起泡剂组合物只使用一个储存容器的已有技术相比，本发明提供了非常大的优点。

已有技术采用的最常用的一种起泡剂组合物是无机亚硝酸盐、铵类物质和加速剂的水溶液。乳剂炸药的酸性pH环境使得亚硝酸盐物质反应生成氮气。存在的酸或加速剂的浓度决定了亚硝酸盐反应和氮气产生的速度。用本发明方法可以改变乳剂炸药中反应产生气体的组分(如亚硝酸盐、加速剂和酸)的流量和相对比例，结果可获得不同的气体产生速度。通过一些组分的组合，可以将每种组分从储存设备中直接加入正在制造的乳剂炸药中，以提供令人满意的气体生产速度和起泡的乳剂。然而，根据所用的组分，最好能先制成某些组分的预混物。本发明的设备可包括一种用于混合一些或所有组分以制成使乳剂起泡的预混物的混合装置。用于混合组分的装置可以是混合室，或两股或多股起泡剂单独组分或混合物的料流形成的湍流区。每股料流可含有一种或多种液体或溶液形式的组分。

当组分含有无机亚硝酸盐、铵类物质和加速剂时，先将它们形成预混物是特别有利的，因为向乳剂炸药中分别加入每种组分，不能提供足够迅速的起泡反应，并会导致不希望的反应发生，使乳化剂和乳剂劣化。另外，这三种组分不能长期储存在一个储存设备中，因为组分间将缓慢反应并自产气。本发明通过为无机亚硝酸盐、铵类物质和加速剂分别提供储存设备，并在加入乳剂前制成预混物可克服这个问题。或者，在制成预混物前，加速剂可与无机亚硝酸盐和／或铵类物质储存在一起。

另外，本发明的乳剂可用其它方便的方式(如加入玻璃或塑料微气球、夹带空气或两者组合)来促爆。例如，反应生成气体的成分可混合入已加入玻璃微球而部分促爆的乳剂中。

当本发明的方法中，反应生成气体的组分含有铵类物质时，铵类物质可以是该领域技术人员已知的任何合适的铵源，如氨水、伯胺或仲胺及其盐类。合适的铵盐包括氯化铵、硝酸铵、氯酸铵、硫酸铵、高氯酸铵、硫氰酸铵及其组合。铵类物质可在起泡溶液液滴内原地形成，例如通过氨水或伯胺或仲胺与无机酸或有机酸反应形成。铵类物质通常最高可占起泡剂组合物的25％(重量)。

当本发明的方法中反应生成气体的组分含有无机亚硝酸盐时，无机亚硝酸盐可以是该领域技技术人员已知的任何合适的亚硝酸盐，如碱土金属亚硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合。在特别佳的实施例中，无机亚硝酸盐是亚硝酸钠。较佳的，无机亚硝酸盐最高可占起泡剂的25％(重量)。

当本发明的方法中反应生成气体的组分含有加速剂或催化剂时，加速剂或催化剂可以是任何适用于具体所用起泡剂的加速剂。当组分含有无机亚硝酸盐和铵类物质时，所用加速剂可以是硫脲、硫氰酸脲、碘化物、氰酸盐、乙酸盐等等及其组合。在生成气体的组各分总量中，加速剂或催化剂的比例受加速剂溶解度的影响，但通常最高占起泡剂的25％(重量)。在一个特别佳的实施例中，生成气体的组分是无机亚硝酸盐、或可加入铵类物质和最高为3％(重量)的硫脲或硫氰酸盐作为加速剂。

生成气体组合物的pH最好在5至9之间，更佳的在6和8之间。乳剂的pH也可缓冲至5和9间。

生成气体的组合物可含任何合适的溶剂如醇，但水是最佳的溶剂。还可加入其它添加剂。

本发明油包水型乳剂所用的合适的释氧盐包括碱金属和碱土金属的硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐，硝酸铵，氯酸铵，高氯酸铵及其混合物。较佳的释氧盐是硝酸铵、硝酸钠和硝酸钙。更佳的释氧盐是硝酸铵或硝酸铵和硝酸钠或硝酸钙的混合物。

通常，本发明组合物中的释氧盐组分占总乳剂组合物的45至95％(重量)，较佳的占60至90％(重量)。当释氧盐是硝酸铵和硝酸钠的混合物时，这种混合物的较佳组成范围是每100份硝酸铵中有5至80份硝酸钠。因此，在较佳的组合物中，释氧盐组分是占总乳剂组合物的45至90％(重量)的硝酸铵或混合物，其中硝酸钠或硝酸钙为0至40％(重量)，硝酸铵为50至90％(重量)。

通常本发明组合物中所用的水量占总乳剂组合物的0至30％(重量)。较佳为4至25％(重量)，更佳为6至20％(重量)。

本发明乳剂组合物中水不混溶的有机相是乳剂组合物的连续“油”相，它是一种燃料。合适的有机燃料包括在配制温度下为液态的脂肪族、脂环族和芳香族化合物及其混合物。合适的有机燃料可以选自燃料油、柴油、馏出物、炉油、煤油、石脑油、蜡如微晶蜡、硬蜡和疏松蜡、石蜡油、苯、甲苯、二甲苯、沥青材料、聚合油如链烯烃的低分子量聚合物、动物油、鱼油和其它矿物油、烃类或脂肪油及其组合。较佳的有机燃料是液态的烃类，通常指石油馏出物如汽油、煤油、燃料油和石蜡油。

通常，乳剂的有机燃料相或连续相占总组合物的2-15％(重量)，较佳的为3-10％(重量)。

本发明的乳剂组合物中的乳化剂可选自该领域已知的众多用于制备乳剂炸药组合物的乳化剂。本发明的乳剂组合物中所用的乳化剂，特别佳的是一种熟知的以聚烷(链烯)基琥珀酐和烷基胺的反应产物为基的乳化剂，包括聚异亚丁基琥珀酐(PiBSA)的链烷醇胺衍生物。其它可用于本发明乳剂的合适的乳化剂包括醇烷氧基化物、苯酚烷氧基化物、聚亚氧烷基乙二醇、聚亚氧烷基脂肪酸的酯、胺烷氧基化物、山梨糖醇及甘油的脂肪酸酯、脂肪酸盐、脱水山梨糖醇的酯、聚亚氧烷基脱水山梨糖醇的酯、脂肪胺烷氧基化物、聚亚氧烷基乙二醇的酯、脂肪酸胺、脂肪酰胺烷氧基化物、脂肪胺、季胺、烷基噁唑啉、链烯基噁唑啉、咪唑啉、烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基磺基琥珀酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基磺基琥珀酸盐、烷基磷酸盐、链烯基磷酸盐、磷酸酯、卵磷脂、聚亚氧烷基乙二醇和聚(12-羟基)硬脂酸的共聚物，及其组合。

其中较佳的乳化剂是2-烷基和2-链烯基-4，4′-二(羟甲基)噁唑啉、山梨糖醇的脂肪酸酯、卵磷脂、聚亚氧烷基乙二醇和聚(12-羟基硬脂酸)的共聚物及其混合物，特别是单油酸脱水山梨糖酯，倍半油酸脱水山梨糖酯，2-油酰-4，4′二(羟甲基)噁唑啉，倍半油酸脱水山梨糖酯、卵磷脂和聚亚氧烷基乙二醇和聚(12-羟基硬脂酸)的共聚物的混合物，及其混合物。在使用时，其它特别佳的乳化剂是脱水山梨糖醇的酯如单油酸脱水山梨糖酯。

通常，乳剂中的乳化剂最高占乳剂的5％(重量)。也可采用更高比例的乳化剂，它们可作为组合物的补充燃料，但是通常要获得所需效果不必加入超过5％(重量)的乳化剂。用相当少的乳化剂就可形成稳定的乳剂，出于经济方面的原因，最好使形成乳剂所需的乳化剂量最少。所用的乳化剂较佳的含量为油包水型乳剂的0．1-2．0％(重量)。

如果需要，除了加入与水不混溶的有机相外，乳剂中还可加入其它任意的燃料(后称二级燃料)。这种二级燃料的例子有细粉碎的固体和可与水混溶的有机液体，该有机液体可用来部分地代替水作为释氧盐的溶剂或扩充释氧盐的水性溶剂。固体二级燃料的例子包括细粉碎的物质如硫、铝、尿素和含碳物如天然沥青、细碎的焦煤或炭、碳黑、树脂酸如松香酸、糖如葡萄糖、和蔬菜产品如淀粉、果肉、谷粒和木浆。与水混溶的有机液体的例子包括醇如甲醇、二醇如乙二醇、酰胺如甲酰胺和尿素以及胺(mines)如甲基胺。

通常，本发明组合物中或可采用的二级燃料组分占总组合物的0-30％(重量)。

油包水型乳剂组合物可用多种方法来制得。一种较佳的生成方法包括：在高于盐溶液的软化点(fudge point)温度下(最好在20-110℃范围内)，将所述释氧盐溶解在水中形成盐的水溶液；迅速混合盐的水溶液、水不混溶有机相和乳化剂，形成油包水型乳剂；和继续混合直至乳剂均匀。

在本发明中，乳剂中也可加入其它物质或物质的混合物，它们是释氧盐或本身适于用作炸药材料。例如，在乳剂起泡前后，乳剂可以与颗粒硝酸铵或硝酸铵／燃料油混合物混合。

其它任意的添加剂也可加入乳剂炸药组合物中，它们在后面有所描述，它们包括增稠剂和增稠交联剂如铬酸锌或重铬酸锌，它们或是作为单独的物质，或是作为常规氧化还原体系(例如重铬酸钾和酒石酸锑钾的混合物)的组分。

本发明的设备可通过对现有MMU改进来制得。这种MMU是澳大利亚专利No．42838／85中所述的那一类。例如，除了起泡剂各组分的储存设备外，MMU还可改进成包括足够的储存设备来储存释氧盐颗粒、释氧盐溶液、乳剂、燃料油、化学添加剂等。组分可通过各种机械装置如螺旋输送器和泵从储存设备中取出，并可通过任何方便的装置如棒磨机(pinmill)、静态混合部件等来混合。过程监控可通过任何该领域已知的的方便装置如转速计数器、流量传感器、水压传感器和电子检测器来进行。

现在通过下列实施例来进一步说明本发明，但本发明不局限于它们。

实施例1

以油包水型乳剂为基的PiBSA的制备

制备下列组成的油包水型乳剂以用于下列这些实施例：氧化剂溶液 -90％(重量)，包括：

硝酸铵(78．9％(重量))

水(20．7(重量))

缓冲剂(0．4％(重量))燃料相 -9％(重量)，是烃类油／乳化剂混合物

乳化剂是链烷醇胺和聚异亚丁基琥珀酐(PiBSA)的反应产物的未缩合酰胺类型。乳剂是这样制备的，在升高的温度下(98℃)将硝酸铵溶入水中，然后将形成的氧化剂溶液的pH调节至4．2。然后将微晶蜡熔化，并使其与烃类油／乳化剂的混合物混合，制得燃料相。然后在98℃下将氧化剂相液体缓慢加入燃料相中，迅速搅拌形成均匀的油包水型乳剂。

生成气体的成分及其加入油包水型乳剂

在水溶液中混合下列成分，以提供下列起泡组合物；

硫脲 3．0％(重量)

亚硝酸钠 6．9％(重量)

硝酸铵 8．0％(重量)

水 82．1％(重量)油包水型乳剂中加入的产气组合物含量为0．5％(重量)。本发明的设备通过对MMU改进来获得，它包括一种用于将组分混合入乳剂的混合装置，用来将乳剂炸药输送到炮眼中的软管，一个乳剂容器、两个用于储存在混合时产生气体的组分的容器，用于将容器中的组分送到混合装置中的管道和用来控制容器中组分向混合装置供应的量和速度的控制装置。设备中的容器是聚丙烯或不锈钢储槽。

本发明设备的一个聚丙烯储槽中储存亚硝酸钠(SNI)的水溶液，而硝酸铵(AN)和硫脲的水溶液储存在另一个聚丙烯储槽中。油包水型乳剂储存在大体积的不锈钢储槽中，通过MMU上的一系列不锈钢管道，它从储槽中机械泵出。SNI溶液和AN／硫脲溶液从它们的储槽中泵出，通过各自的管道，这两根管道最终合并成一个管道。两股溶液料流相遇形成一股料流时产生的湍流使得AN、SNI和硫脲充分混合。然后混合组分的一股料流被泵送入油包水型乳剂中，然后油包水型乳剂通过一系列静态混合部件，使得其中各组分均匀地分布在油包水型乳剂中。含有产生气体的混合组分的油包水型乳剂通过其余的不锈钢管道进入柔软的加料软管中，软管的另一端在炮眼内。

炮眼用上述的油包水型乳剂和混合组分的组合物装填。在约30秒后组分开始反应产生气体，在约30分钟后反应结束。与未起泡的油包水型乳剂密度为1．38g／cc相比，起泡后的油包水型乳剂密度为1．08g／cc。炮眼成功爆炸。

实施例2

用相同产生气体的成分和相同设备重复实施例1描述的制备起泡乳剂炸药的方法，在这个例子中，设备有三个用来储存适于产生气体组分的容器。产气方法与实施例1不同之处在于，亚硝酸钠(SNI)水溶液、硫脲水溶液和硝酸铵(AN)水溶液分别储存在三个容器中。SNI溶液、硫脲溶液和AN溶液从其容器中泵出，通过三条分开的管道，最终三条合并成一条管道。三股溶液料流相遇形成一股料流时产生的湍流使得AN、SNI和硫脲充分混合。然后混合组分的一股料流被泵送入油包水型乳剂中，然后油包水型乳剂通过一系列静态混合部件，使得组分均匀地分配在油包水型乳剂中。含有产生气体的混合成分的油包水型乳剂通过其余的不锈钢管道进入柔软的加料软管中，软管的另一端在炮眼内。

炮眼用上述的油包水型乳剂和混合成分的组合物装填。在约30秒后，混合组分开始反应，在约30分钟后产气反应结束。与未起泡的油包水型乳剂密度为1．38g／cc相比，起泡后的油包水型乳剂密度为1．08g／cc。炮眼成功爆炸。

实施例3

用下列组分在水溶液中制备本发明的产气乳剂炸药，其组成如下：

尿素 5．0％(重量)

亚硝酸钠 6．9％(重量)

硫酸铵 11．4％(重量)

水 76．7％(重量)

将亚硝酸钠(SM)和尿素的水溶液储存在本发明设备的一个容器中，而硝酸铵(AN)和尿素的水溶液储存在另一个容器中。SNI溶液和AN／尿素溶液从各自容器中泵出，通过各自管道进入小的储槽中，并用迅速转动的螺旋桨将它们混合在一起。然后将这样制得的预混物注入油包水型乳剂中，然后油包水型乳剂通过一系列静态混合部件，使得产生气体的组分均匀地分配在油包水型乳剂中。含有组分的油包水型乳剂通过其余的不锈钢管道进入柔软的软管中，软管的另一端在炮眼内。

炮眼用油包水型乳剂和混合组分的组合物装填。在约30秒后，混合组分开始反应，产气反应在约30分钟后结束。与未起泡的油包水型乳剂密度为1．38g／cc相比，起泡后的油包水型乳剂密度为1．00g／cc。炮眼成功爆炸。

实施例4

用与实施例1所述的相同的产气组分比例进行本发明的起泡方法。然而，在本实施例中亚硝酸钠(SM)水溶液和硝酸铵(AN)／硫脲溶液并不预先混合。两种溶液直接泵入油包水型乳剂中，然后油包水型乳剂通过一系列静态混合部件，使得两种成分的料流均匀地分配在油包水型乳剂中。含有组分的油包水型乳剂通过其余的不锈钢管道进入柔软的软管，软管的另一端在炮眼内。

炮眼用油包水型乳剂和混合组分的组合物装填。在约30秒后，组分开始反应，产气反应在约30分钟后结束。与未起泡的油包水型乳剂密度为1．38g／cc相比，起泡后的油包水型乳剂密度为1．14g／cc。炮眼成功爆炸。

实施例1和实施例4的比较结果表明，当SNI和AN／硫脲在加入油包水型乳剂前预混时，生成气体的反应更快，且起泡后乳剂的最终密度比SNI溶液和AN／硫脲溶液在加入油包水型乳剂前不预先混合的情况要低得多。

实施例5

用本发明的设备将下列水性组分按所示比例加入实施例1的油包水型乳剂中；

碳酸钠 10．6％(重量)

乙酸 12．0％(重量)在0．1M溶剂(soln)中

水其余量

油包水型乳剂中加入的组分含量为0．5％(重量)。本发明的设备通过结构划痕(construction from scratch)制成。设备中的容器是聚丙烯或不锈钢储槽。

碳酸钠水溶液储存在本发明设备的一个容器中，而乙酸水溶液储存在另一个容器中。油包水型乳剂储存在一个大体积的不锈钢容器中，并通过一系列不锈钢管道泵出。碳酸钠溶液和乙酸溶液从各自容器中泵出，通过各自管道，最终合并入一条管道。两股溶液料流相遇形成一股料流时产生的湍流使得碳酸钠和乙酸充分混合。然后混合组分的一股料流被泵送入油包水型乳剂中，然后油包水型乳剂通过一系列静态混合部件，使得起泡剂组分均匀地分配在油包水型乳剂中。含有混合组分的油包水型乳剂在几秒钟内通过其余的不锈钢管道进入柔软的加料软管中，软管的另一端在炮眼内。

炮眼用油包水型乳剂和混合组分的组合物装填。组分立即开始反应，产气反应在约20分钟后结束。与未起泡的油包水型乳剂密度为1．38g／cc相比，起泡后的油包水型乳剂密度为1．10g／cc。炮眼成功爆炸。

尽管用碳酸钠／乙酸作为组分来产气的油包水型乳剂可以成功爆炸，但是密度的减少不如实施例1的亚硝酸钠／硝酸铵组分那样多。可以认为，起泡程度或效率的差别可能是由于二氧化碳气体在油包水型乳剂中的溶解度较大。

实施例6

用本发明的设备和方法，将实施例1中的乳剂和用于产生气体的组分加入30米炮眼中。在向炮眼装料时，加入乳剂的用于产气的总组分比例为乳剂的0．9％(重量)至0．2％(重量)。炮眼底部的乳剂炸药密度为0．60g／cc，沿炮眼长度方向密度不断增加，在炮眼孔口处的密度为1．12g／cc。炮眼成功爆炸。

实施例7

制成一乳剂炸药组合物，它包含实施例1中的乳剂和用于产生气体的组分，再另加上任意两种组分，它们是防烟雾液和尿素溶液，防烟雾液和尿素溶液占乳剂炸药的15％(重量)。防烟雾液和尿素溶液分别储存在各自容器中，并且在产气成分加入前加到乳剂中。将所得组合物装入两个直径为32mm、深10米的炮眼中。两个炮眼均成功爆炸，没有烟雾产生。

实施例8

制成一允许的乳剂炸药组合物，它含有实施例1中的乳剂和用于产生气体的组分，再加上氯化钠作为任意成分。氯化钠溶液(乳剂组合物的2．5％(重量))和产气成分在同一部位加入乳剂中。将允许的炸药组合物装入两个直径为22mm、深10米的地下炮眼中。两个炮眼均成功爆炸，没有烟雾产生。

尽管本发明是根据其较佳实施例来描述的，但是应当理解，该领域技术人员在读了说明书后很容易作各种变动。因此，应当理解本发明这里所作的公开包括这些变化，只要它们在所附的权利要求范围内。

Claims

1．一种用于生产乳剂炸药的设备，乳剂炸药组合物可以以控制的方式连续变化，其中设备包括：

(ⅰ)至少一种适于将组分混合入乳剂的装置；

(ⅲ)至少一个用于储存乳剂的容器；

(ⅳ)至少两个用于储存组分的容器，该组分在混合时适于产生乳剂起泡所需的气体；

(ⅶ)用于控制供给所述混合装置的组分的数量或流量的绘制装置，从而使乳剂炸药的组分以控制方式连续变化。

2．根据权利要求1所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中混合装置选自棒磨机、静态混合部件、液体加料装置及其组合。

3．根据权利要求1或2所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中供应装置选自螺旋输送器、泵及其组合。

4．根据前述任一权利要求所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中用供给所述混合装置的组分的量或流量来改变乳剂炸药的物理性质和／或化学组成。

5．根据权利要求4所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中改变的物理性质是密度和／或乳剂炸药的能量。

6．根据前述任一权利要求所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中任意的组分选自起泡加速剂、起泡催化剂、盐、防烟雾物质、用于抑制反应的物质、用于抑制炸药组合物分解的物质、pH缓冲增稠剂、增稠交联剂及其组合。

7．根据前述任一权利要求所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中一种反应产生气体来促爆乳剂的组分选自无机亚硝酸盐、铵类、无机亚硝酸盐加上加速剂和铵类加上加速剂的混合物。

8．根据前述任一权利要求所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中反应产生气体来促爆乳剂的组分是无机亚硝酸盐和铵类。

9．根据前述任一权利要求所述的用于生产乳剂炸药的设备，它包括用于在混合入乳剂前，预混两种或多种可在组合时反应产生气体的组分的装置。

10．根据权利要求9所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中预混装置是混合室或两种或多种组分料流合并时形成的湍流区域。

11．根据权利要求7至10任一所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中铵类选自氯化铵、硝酸铵、氯酸铵、硫酸铵、高氯酸铵、硫氰酸铵及其组合。

12．根据权利要求7至10任一所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中亚硝酸盐选自碱土金属亚硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合。

13．根据权利要求7至10任一所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中加速剂选自硫脲、尿素、硫氰酸盐、碘化物、氰酸盐、乙酸盐及其组合。

14．根据权利要求7至13任一所述的用于生产乳剂炸药的设备，其中在结合时可反应产生气体的每种组分含量小于总组合物的25％重量。

15．用前述任一权利要求所述的设备生产的任何乳剂炸药。

16．一个装有用前述任一权利要求所述的设备生产的乳剂炸药的炮眼。

17．根据权利要求16所述的装有乳剂炸药的炮眼，其中乳剂炸药的化学组成和／或物理性质沿炮眼的至少部分或整个长度改变。

18．根据权利要求17所述的装有乳剂炸药的炮眼，其中变化的物理性质是密度和／或乳剂炸药的能量。

19．一个包装炸药，它包括一个炸药包和根据权利要求1至14任一所述的方法生产的乳剂炸药。

20．一种用于生产乳剂炸药的方法，该方法使得促爆或部分促爆的乳剂炸药的组分以控制的方式连续变化，以满足炮眼内和炮眼间对组分的不同需求，方法包括使乳剂和至少两种在组合时产生气体使乳剂产气的组分以及另一种任意组分在设备中混合，设备包括：

(ⅰ)至少一种适于将组分混合入乳剂的装置；

(ⅲ)至少一个用于储存乳剂的容器；

(ⅳ)至少两个用于储存组分的容器，该组分在混合时可产生气体使所述乳剂产气；

(ⅴ)任意地，用于储存加入乳剂的任意组分的其它容器；

(ⅶ)用于控制供给所述混合装置的组分的数量或流速的装置，从而使乳剂炸药的组分以控制方式连续变化。

21．根据权利要求20所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中混合装置选自棒磨机、静态混合部件、液体加料装置及其组合。

22．根据权利要求20或21所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中供应装置选自螺旋输送器、泵及其组合。

23．根据权利要求20至22任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中用供给所述混合装置的组分的量或速度来改变乳剂炸药的物理性质和／或化学组成。

24．根据权利要求23所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中改变的物理性质是密度和／或乳剂炸药的能量。

25．根据权利要求20至24任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中任意的组分选自起泡加速剂、起泡催化剂、盐、防烟雾物质、用于抑制反应的物质、用于抑制炸药组合物分解的物质、pH缓冲增稠剂、增稠交联剂及其组合。

26．根据权利要求19至25任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中一种反应产生气体来促爆乳剂的组分选自无机亚硝酸铵类、无机硝酸盐加上加速剂和铵类加上加速剂的混合物。

27．根据权利要求19至25任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中反应产生气体来促爆乳剂的组分是无机亚硝酸盐和铵类。

28．根据权利要求20至27任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，它包括用于在混合入乳剂前，预混两种或多种可在组合时反应产生气体的组分的装置。

29．根据权利要求28所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中预混装置是混合室或两种或多种组分料流合并时形成的湍流区域。

30．根据权利要求26至29任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中铵类选自氯化铵、硝酸铵、氯酸铵、硫酸铵、高氯酸铵、硫氰酸铵及其组合。

31．根据权利要求26至29任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中亚硝酸盐选自碱土金属亚硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合。

32．根据权利要求26至29任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中加速剂选自硫脲、尿素、硫氰酸盐、碘化物、氰酸盐、乙酸盐及其组合。

33．根据权利要求26至32任一所述的用于生产乳剂炸药的方法，其中在结合时反应产生气体的每种组分含量小于总组合物的25％重量。

34．用权利要求20至33任一所述的方法制成的乳剂炸药。

35．一个装有根据前述任一权利要求所述的方法生产的乳剂炸药的炮眼。

36．根据权利要求35所述的装有制得的乳剂炸药的炮眼，其中乳剂炸药的化学组成和／或物理性质沿炮眼的部分或整个长度改变。

37．根据权利要求36所述的装有制得的乳剂炸药的炮眼，其中变化的物理性质是密度和／或乳剂炸药的能量。

38．一个装有用权利要求20至33任一所述的方法生产的乳剂炸药的炮眼，其中乳剂炸药的化学组成和／或物理性质在至少两个炮眼间是变化的。

39．一个包装炸药，它是一个装有根据权利要求20至33任一所述的方法制得的乳剂炸药的炸药包。

40．一种基本上如本文实施例所述用于生产乳剂炸药的设备。

41．一种基本上如本文实施例所述用于生产乳剂炸药的方法。

42．一个基本上如本文实施例所述用方法或设备装填的炮眼。

43．一种根据基本上如本文实施例所述的方法或设备生产的乳剂炸药。