第三章工业炸药

建筑工程学院工业炸药•炸药在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出热量，生成气体产物并显示爆炸效应的化合物或混和物。•工业炸药工业炸药指用于矿山、铁道、水利、建材等部门的民用炸药。建筑工程学院工业炸药炸药的发展简史•黑火药•雷汞(1803Fouard)•硝化甘油和硝化棉(1845Sorbrlor&Schoenbin)•梯恩梯(1863Wilbrand)•代那买特Dynamite(1865Alfred.Nobel)•硝酸铵混合炸药(1867Olosson&Norbein)•尼特拉蒙Nitromon(1934美国杜帮公司)•铵油炸药(1943加拿大康索利德台多矿山冶炼公司)•浆状炸药(1956COOK&Farmam)•乳化炸药(1969Blvhm)建筑工程学院工业炸药工业炸药的要求•具有足够的炸药能量，爆炸性能良好，且有足够的爆炸威力；•具有合适的感度，既能用工业雷管引爆，又能确保制造、运输、储存和使用等方面的安全；•炸药的反应接近零氧平衡，即爆后生成的有毒气体不得超过安全规定所允许的标准；•具有一定的化学安定性，在存储中不变质、老化、失效甚至爆炸，具有一定的存储期；•原料来源广，制造工艺简单，价格便宜。建筑工程学院工业炸药工业炸药分类•按炸药主要化学成分分类硝铵类炸药。硝化甘油类炸药。芳香族硝基化合物类炸药。液氧炸药。•按用途分起爆药(PrimaryExplosives)猛炸药(SecondaryExplosives)火药(Power)或发射药(Propellant)•按炸药的使用条件分类露天爆破炸药、无瓦斯和矿尘爆炸危险矿井使用炸药、有瓦斯和矿尘爆炸危险矿井使用的炸药。建筑工程学院工业炸药具有爆炸性的基团•带有—NO2，—ONO2无机或有机化合物，如亚硝酸盐、硝酸盐、硝基化合物、有机硝酸脂，以及带有—NO的亚硝基化合物。•无机卤酸盐和高卤酸盐，以及有机卤酸盐和高卤酸盐。主要是氯酸和高氯酸的衍生物，尤其是高氯酸铵。•含有N＝C基团的雷酸盐及氰化物，如起爆药中使用的雷汞Hg(ONC)2。•无机或有机化合物中的-O-O-和-O-O-O-，即过氧化合物和臭氧化合物。•带有-N＝N-的偶氮(或重氮)化合物，以及带有-N＝N＝N的叠氮化合物，如叠氮化铅Pb(N3)2是一种常用的起爆药。•乙炔和乙炔金属化合物中的-C≡C-基团，如乙炔银Ag-C≡C-Ag。建筑工程学院工业炸药具有爆炸性的基团•某些金属化合物中金属与碳的键-M-C-，如草酸的重金属盐，草酸银Ag2C2O4。•带有-NX2基团的有机及无机化合物，对于有机化合物，主要是研究带-NF2(二氟氨基)化合物的爆炸性能。以上所列的基团可能使化合物具有爆炸性，但并非所有含上述基团的化合物都具有爆炸性。一种化合物是否具有爆炸性质是由整个分子的结构状况决定的，而不是由某个基团决定的。例如，一硝基芳烃就没有爆炸性，多碳烃的一硝基衍生物，以及高级脂肪醇的一硝酸脂都没有爆炸性；重金属的叠氮化合物和草酸盐具有爆炸性，但碱金属草酸盐就没有爆炸性。建筑工程学院工业炸药起爆药•对机械冲击、摩擦、加热、火焰和电火花等作用都非常敏感。•燃速增加率大•生成热为负值常见起爆药雷汞Hg(ONC)2氮化铅Pb(N3)2二硝基重氮酚C6H2(NO2)2N2O简称DDNP史蒂酚铅C6H(NO2)3O2Pb简称THPC特屈拉辛（四氮烯）C2H8ON10建筑工程学院工业炸药雷汞•雷汞［Hg（CNO）2］为白色或灰白色微细晶体•硝基甲烷的钠盐和氯化汞作用，经由它的汞盐脱水而得•热安定性差：50℃以上即自行分解，160℃～165℃时爆炸。•雷汞有甜的金属味，其毒性与汞相似。•干燥雷汞，对撞击、摩擦、火花极敏感；潮湿的或压制的雷汞感度有所降低。•湿雷汞易与铝作用，生成极易爆炸的雷酸盐，故铝(镁)质雷管壳内不能装雷汞做起爆药，工业用雷汞雷管均用铜壳或纸壳。•比容：311L.kg-1，爆热：491.15kJ.mol-1，爆温：4450℃，爆压：851.64MP，爆速：5400m.s-1。建筑工程学院工业炸药氮化铅•氮化铅[Pb(N3)2]•白色针状晶体，它与雷汞、二硝基重氮酚相比较，热感度低，起爆威力大。•不因潮湿而失去爆炸能力，可用于水下爆破。•氮化铅在有CO2存在的潮湿环境中与铜金属会发生作用，生成极敏感的氮化铜。因此，铜质雷管壳中不宜装做起爆药用的氮化铅。•比容：308L.kg-1，爆热：1521.52kJ.kg-1，爆温：3050℃，爆速：2500~5400m.s-1。建筑工程学院工业炸药二硝基重氮酚•二硝基重氮酚简称DDNP，分子式为C6H2（NO2）2N2O•采用钠盐法，以苦味酸、碳酸钠、亚硝酸钠和盐酸为基本原料，经中和、还原（硫化钠）和重氮反应制成。•为黄色或黄褐色晶体，安定性好。•干燥的二硝基重氮酚，在75℃时开始分解，温度升至170℃～175℃时爆炸。•二硝基重氮酚对撞击、摩擦的感度均比雷汞和氮化铝低，其热感则介于两者之间。•原料来源广，生产工艺简单，安全性好，成本低，且具有良好的起爆性能，目前国产工业雷管主要用二硝基重氮酚做起爆药。•比容：600~700L.kg-1，爆热：5852kJ.kg-1，爆温：4950℃，爆速：3500~6500m.s-1。建筑工程学院工业炸药猛炸药•它的敏感度比起爆药低，爆炸威力大，爆炸性能好。•工业上常用的猛炸药有芳香族硝基化合物，如甲苯硝基衍生物（梯恩梯）、硝胺类炸药（黑索金）和硝酸脂类炸药（泰安）等。•常用于做雷管的加强药、导爆索和导爆管的芯药，以及混合炸药的敏化剂等。建筑工程学院工业炸药梯恩梯（TNT）•学名三硝基甲苯［CH3C6H2（NO2）3］•纯净的TNT为无色针状结晶，熔点为80.75℃，工业生产的粉状TNT为浅黄色磷片状物质•由硝化混合二硝基甲苯得到（硫酸、硝酸和甲苯）。•吸湿性弱，几乎不溶于水。热安定性好，常温下不分解，通火能燃烧，密闭条件下燃烧或大量燃烧时，很快转为爆炸。•梯恩梯的机械感度高，梯恩梯的爆力为285～300mL，猛度为19．9mm，爆速为6850m/s，密度为1.595g/cm3。•工业上多用梯恩梯作为硝铵类炸药的敏化剂。建筑工程学院工业炸药黑索金（RDX）•学名环三亚甲基三硝胺[(CH2)3(NNO2)3]•白色晶体，熔点为204.5℃，爆发点230℃，不吸湿，几乎不溶于水，热安定性好，其机械感度比TNT高。•黑索金的爆力为500mL，猛度为16mm，爆速为8300m／s，爆热值为5350kJ/kg。•工业上多用黑索金做雷管加强药和导爆索芯药等•泰安(PETN)的爆炸性能与黑索金相似，用途也相同。建筑工程学院工业炸药混合炸药•铵梯炸药•铵油炸药•铵沥蜡（铵松蜡）炸药•含水炸药•浆状炸药•水胶炸药•乳化炸药•硝化甘油炸药建筑工程学院工业炸药混合炸药主要原料•氧化剂硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、高氯酸钠（NaClO4）、硝酸•可燃剂作用：还原剂、疏松建筑工程学院工业炸药混合炸药主要原料•添加剂钝感剂、晶型改变剂、胶凝剂、交联剂•密度调整剂•表面活性剂建筑工程学院工业炸药铵梯炸药•组成NH4NO3、TNT、木粉等可燃物（品种不同附加物不同）•NH4NO3性质多晶性：温度升高，晶形改变；吸热易结块硬化吸湿性强：吸湿易结块硬化，降低爆炸性能。抗水性差：易溶于水，吸水→失去爆炸性能结块性：表面张力、毛细作用，温度变化、重结晶低威力、高爆力、感度低（要中继药包起爆）•NH4NO3有粉状和多孔粒状之分建筑工程学院工业炸药铵梯炸药的组成及各成分作用•NH4NO3─铵梯炸药的主要成分，氧化剂•TNT(黑索金）─敏化剂（还原剂）、可燃剂•木粉（柴油、Al粉）─可燃剂•沥青（石蜡、松香等）─憎水剂•谷糠（木粉）─疏松剂•NaCl(KCl)─消焰剂建筑工程学院工业炸药铵梯炸药的品种•岩石硝铵炸药适用于岩石隧道、巷道的掘进，由硝酸铵、梯恩梯和木粉三种成分组成。（有毒气体80L.kg-1）•露天硝铵炸药梯恩梯含量低•煤矿硝铵炸药有毒气体生成量少，瓦斯、煤尘爆炸•高威力硝铵炸药高威力炸药、中威力炸药（猛度10～16mm，爆速3000m/s～4000m/s；），低威力炸药。建筑工程学院工业炸药铵油炸药•铵油炸药是一种无梯炸药(廉价炸药)最广泛使用的一种是含粒状硝酸铵（94％）和轻柴油（6％）的氧平衡混合物。为了减少炸药的结块现象，可适量加入木粉作为疏松剂,和表面活性剂。•铵油炸药与铵梯炸药相比成分简单，原料来源充足，成本低，制造使用安全，可自己制造，一般用于露天爆破。•感度低，起爆比较困难，吸潮及固结的趋势更为强烈。•性能及配比原则（硝酸铵粒度和含水量）建筑工程学院工业炸药建筑工程学院工业炸药铵松蜡炸药•铵梯炸药、铵油炸药的缺点：防水性差•铵松蜡炸药由硝酸铵、松香、石蜡和木粉组成，也可添加适量柴油。硝酸铵和木粉的性质与作用如前所述，松香和石蜡则作为还原剂和防水剂。•优点：防潮抗水能力强，铵松蜡不会因吸湿潮解而失效，能用8#雷管直接引爆。•缺点：有毒气体生成量偏高，加工质量要求高、存储较困难，殉爆距离小。建筑工程学院工业炸药浆状炸药•浆状炸药是由硝酸铵的饱和水溶液与悬浮在溶液中的其他固体成分颗粒所组成的浆状物。溶液是连续相，悬浮的固体颗粒为分散相。•氧化剂水溶液：浆状炸药的氧化剂主要采用硝酸铵，有时可加入少量硝酸钾或硝酸钠。•敏化剂：猛炸药（如梯恩梯、硝化甘油等）；金属粉（如铝粉、镁粉等）；柴油等可燃物；发泡剂，如亚硝酸钠等。•胶凝剂：胶凝剂起增稠作用，使浆状炸药中不溶于水的固体颗粒呈悬浮状态从而将氧化剂水溶液、不溶水的敏化剂颗粒和其他组分胶结在一起。•除上述数种主要成分外，还有交联剂（助胶剂）、可燃剂、表面活性剂和安定剂等。建筑工程学院工业炸药水胶炸药•水胶炸药是在浆状炸药的基础上发展起来的含水炸药。它也是由氧化剂（硝酸铵为主）的水溶液、敏化剂（硝酸甲胺、铝粉等）和胶凝剂等基本成分组成的含水炸药。•水胶炸药与浆状炸药的主要区别在于用硝酸钾胺这种水溶性的敏化剂取代或部分取代了猛炸药，因而使爆轰感度大为增加，并且有威力高、安全性好、抗水性强、价格低廉等优点。建筑工程学院工业炸药乳化炸药•乳化炸药也称乳胶炸药，是在水胶炸药的基础上发展起来的一种新型抗水炸药。•它由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、稳定剂、敏化发泡剂、高热剂等成分组成。它跟浆状炸药和水胶炸药不同，属于油包水型结构，而后二者属于水包油型结构。•乳化炸药不含有爆炸性能的敏化剂，炸药的敏化是通过加入发泡剂，使其产生大量的气泡或直接加入空心多孔物质实现的。•乳化炸药的密度可调,范围较宽,爆速、起爆敏感度高、猛度较高、抗水性强。建筑工程学院工业炸药煤矿安全炸药•矿井瓦斯等级划分矿井瓦斯等级是按照平均日（一昼夜）产一吨煤的瓦斯涌出量和涌出形式来分级的。•煤矿许用炸药特点能量要有一定的限制；应有较高的起爆敏感度和较好的传爆能力。有毒气体生成量应符合国家规定，其氧平衡应接近于零组分中不能含金属粉末，以防爆炸后生成炽热固体颗粒。•为使炸药具有上述特性，煤矿许用炸药组合中添加了一定量的消焰剂——食盐、氯化铵或其他物质。建筑工程学院工业炸药矿用炸药分类•煤矿铵梯炸药：通常以硝酸铵为主要成分，梯恩梯为敏化剂，食盐为消焰剂，另加一些抗水剂和可燃剂组成，本身威力低。•煤矿水胶炸药：它以硝酸甲胺为主要敏化剂的含水炸药，将硝酸甲胺、氧化剂、可燃剂、密度调节剂和消焰剂等。其作功能力大，抗水性能好，运输和使用安全，有毒气体少的特点。•煤矿乳化炸药：由于他们的组分中含有较大量的水，爆温较低，有利于安全，同时调节余地较大。建筑工程学院工业炸药小结硝铵类炸药铵梯炸药无梯炸药含水硝铵炸药煤矿许用型非安全型铵油炸药铵沥蜡炸药铵松蜡炸药浆状炸药水胶炸药乳化炸药煤矿许用型非安全型硝化甘油炸药粉状硝甘炸药胶质硝甘炸药硝化甘油炸药普通型耐冻型建筑工程学院工业炸药Classificationofexplosives(USA)Leadazide（叠氮化铅）；Leadstyphnate（斯蒂芬酸铅）；Mercuryfulminate（雷汞）；Tetrazene（四氮烯）