楊小四,宋曉敏,吳繼昌

(安徽江南化工股份有限公司寧國分公司,安徽寧國242310)

0 前言

混裝多孔粒狀銨油炸藥是當(dāng)前我國被普遍接受的一種混裝工業(yè)炸藥[1],具有配方簡單、原材料易得,工藝簡潔、生產(chǎn)運(yùn)輸和使用安全性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),在適合于車輛運(yùn)行的各類礦山中被廣泛使用。 國內(nèi)外對多孔粒狀銨油炸藥的研究重點(diǎn)是在多孔粒狀硝酸銨,制備出粒徑均勻、空隙率合適的多孔粒狀硝酸銨是大多數(shù)研究者的目標(biāo)[2-4],而對多孔粒狀銨油炸藥用的燃料油的研究報(bào)道相對較少。 近年來,隨著銨油炸藥使用量的上升,國內(nèi)的一些研究者著力于運(yùn)用工業(yè)廢品油、地溝油、生物油來代替普通柴油在多孔粒狀銨油炸藥中使用,以降低生產(chǎn)成本,取得了不錯(cuò)的效果[5-6]。 但有些回收的低價(jià)工業(yè)廢油、地溝油等燃料成分復(fù)雜,芳烴含量高,會(huì)影響炸藥的性能,導(dǎo)致爆破效果不穩(wěn)定,有毒氣體含量增加,加大了對環(huán)境的污染及對從業(yè)人員健康的傷害。 丁海峰[7]對乳化柴油的乳化效果進(jìn)行過研究,取得了一定效果。 本文利用微乳化劑將柴油和水進(jìn)行微乳化,合成新型復(fù)合油相材料,再與多孔粒狀硝酸銨按一定比例混合,制得多顆粒狀銨油炸藥,直接應(yīng)用于混裝銨油炸藥的生產(chǎn)爆破服務(wù),并且取得了良好的應(yīng)用效果,成為生產(chǎn)實(shí)踐中制備簡易、成本低廉、爆轟效果良好的混裝多孔顆粒銨油炸藥。

1 試驗(yàn)部分

1)試驗(yàn)原材料:0 號(hào)柴油、微乳化劑(自制)、水(自來水)、多孔粒狀硝酸銨。

2)試驗(yàn)器具:DJ-9 型攪拌器,JYT-5 型天平,噴壺,2L 乳化攪拌容器(自制),可旋轉(zhuǎn)混拌裝置(自制)。

3)制備含水微乳化柴油的試驗(yàn):

按照表1 含水微乳化柴油的體積比組份配方準(zhǔn)備好試驗(yàn)材料,先將標(biāo)定好的國標(biāo)0 號(hào)柴油和微乳化劑放入乳化攪拌容器內(nèi),采用DJ-9 型攪拌器對混合溶液進(jìn)行攪拌,初始攪拌速度100 r/min,攪拌過程中均勻加入標(biāo)定好的水,加料完畢后,逐漸加快攪拌速度至300 r/min,保持連續(xù)攪拌乳化時(shí)長3 min 后停止攪拌,觀察微乳化柴油狀態(tài),判斷微乳化效果。 依此完成4 組試驗(yàn)后,觀察微乳化柴油1 號(hào)、2 號(hào)樣呈清澈透明狀態(tài),無分層、無可見懸浮物。 3 號(hào)、4 號(hào)樣呈乳白色,無可見分層,取樣封存?zhèn)錂z。

表1 含水微乳化柴油的組份試驗(yàn)配方

4)制備多孔粒狀銨油炸藥的試驗(yàn)樣品:

按照表2 多孔粒狀銨油炸藥的質(zhì)量比組份配方準(zhǔn)備好試驗(yàn)材料。 先將經(jīng)計(jì)量的含水微乳化柴油樣品裝入噴壺中,調(diào)整噴嘴到噴霧狀態(tài),再將經(jīng)計(jì)量的多孔粒狀硝酸銨放入可旋轉(zhuǎn)混拌裝置內(nèi),向可旋轉(zhuǎn)混拌裝置內(nèi)的多孔粒狀硝酸銨噴入含水微乳化柴油樣品,同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)混拌裝置,使多孔粒狀硝酸銨不斷旋轉(zhuǎn)翻滾,全部噴完計(jì)量好的油相后,繼續(xù)旋轉(zhuǎn)2 min,達(dá)到吸油后混拌均勻,再靜置觀察制得的多孔粒狀銨油炸藥的樣品狀態(tài),顆粒表面無可見液體即可。 依次完成4 個(gè)樣品制備。

表2 多孔粒狀銨油炸藥的組份試驗(yàn)配方 %

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)測試結(jié)果

柴油和多孔粒狀硝酸銨是混裝銨油炸藥的主要原材料,在生產(chǎn)時(shí),其混合均勻性取決于柴油和多孔粒狀硝酸銨的界面作用。 在多孔粒狀硝酸銨性能既定的情況下,通過對油相性能的改變來提高混裝銨油炸藥混合均勻性是一種有效途徑。 采用微乳化技術(shù)在國標(biāo)柴油中引入一定量的水份,形成含水微乳化柴油,由于含水微乳化柴油同多孔粒狀硝酸銨的親合作用高于普通柴油。 因此,將其應(yīng)用于混裝銨油炸藥是較好的嘗試。 按照表2 所列的不同微乳化柴油以5.5%的比例混合成銨油炸藥,在Φ50 PVC 管的弱束縛條件下的爆速檢測見表3,在采用Φ50 無縫鋼管的強(qiáng)束縛條件下的爆速檢測見表4。

表3 弱束縛條件下的爆速檢測試驗(yàn)

表4 強(qiáng)束縛條件下的爆速檢測試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果分析: 在不同束縛條件下的爆速檢測結(jié)果由表3 和表4 可知,使用含水微乳化柴油生產(chǎn)的多孔粒狀銨油炸藥的感度優(yōu)于使用0 號(hào)柴油生產(chǎn)的多孔粒狀銨油炸藥。

2.2 含水微乳化柴油的銨油炸藥生產(chǎn)應(yīng)用

通過實(shí)驗(yàn)室多次性能檢測,判定采用含水微乳化柴油所生產(chǎn)的多孔粒狀銨油炸藥可以穩(wěn)定爆轟,判定其可用于礦山實(shí)際爆破試驗(yàn)。 按照爆速檢測試驗(yàn)結(jié)果,采用含水微乳化柴油4 號(hào)樣進(jìn)行小批量生產(chǎn),采用混裝銨油炸藥車在礦山現(xiàn)場混裝生產(chǎn)方式生產(chǎn)。

采用含水微乳化柴油4 號(hào)配方,油相比例5.5%,由現(xiàn)場混裝銨油炸藥車生產(chǎn)混裝多孔粒狀銨油炸藥,裝孔12 個(gè),總裝藥量2.1 t,個(gè)別水孔輔以乳化炸藥。 裝藥布孔網(wǎng)絡(luò)圖如圖1 所示。 皖南某石灰石礦山爆破前和爆破后的現(xiàn)場圖如圖2、圖3 所示。

圖1 裝藥布孔網(wǎng)絡(luò)圖

圖2 爆破之前礦山臺(tái)階

圖3 爆破后的巖石破碎情況

通過在皖南石灰石礦山的多次爆破應(yīng)用試驗(yàn)中可知,在不改變基本孔網(wǎng)參數(shù)布局的情況下,采用含水微乳化柴油生產(chǎn)的混裝多孔粒狀銨油炸藥對該礦山巖石的破碎塊度與普通銨油炸藥產(chǎn)品相比基本無區(qū)別。 該型含水微乳化柴油可作為新型油相配方,應(yīng)用于多孔粒狀銨油炸藥的生產(chǎn)。

2.3 爆破試驗(yàn)中出現(xiàn)的異常情況

在上述同一石灰石礦山的雨后第二天,地面潮濕且爆破裝填的炮孔中存有少量積水,爆破試驗(yàn)過程顯示,出現(xiàn)了明顯的黃煙(圖4)和刺鼻氣味,初步判斷為氮氧化合物氣體。

圖4 雨后爆破產(chǎn)生的黃煙

由該現(xiàn)象可知,在雨后潮濕的炮孔中,采用含水微乳化柴油所生產(chǎn)的銨油炸藥仍然會(huì)大量受潮,使硝酸銨潮解,造成在爆轟過程中反應(yīng)不完全,從而導(dǎo)致有毒煙霧產(chǎn)生。 因此,該產(chǎn)品同普通銨油炸藥一樣,不適用于潮濕的環(huán)境。

2.4 含水微乳化柴油的環(huán)境友好特征

參照《車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度排放限值級測量方法》(GB/T 3847-2005)與《在用非道路柴油機(jī)械煙度排放限值級測量方法》(GB 11/184-2011)中的檢測與試驗(yàn)方法,對以上試驗(yàn)配方中的含水微乳化柴油1 號(hào)樣與普通零號(hào)柴油進(jìn)行了煙度排放對比測試,通過發(fā)動(dòng)機(jī)使用兩種試驗(yàn)柴油煙度排放指標(biāo),來對比對環(huán)境的不同污染情況。 測試用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表5 所示。

表5 測試用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

在試驗(yàn)運(yùn)行檢測過程中,測試用發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等無漏氣、漏油現(xiàn)象,發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃料運(yùn)作狀況正常。

試驗(yàn)1:使用0 號(hào)柴油試驗(yàn),結(jié)果見表6、表7。

表6 使用0 號(hào)柴油試驗(yàn)的煙度排放限值檢測結(jié)果(吸光系數(shù))

表7 使用0 號(hào)柴油試驗(yàn)的煙度排放限值檢測結(jié)果(不透光度)

試驗(yàn)2:使用含水微乳化柴油試驗(yàn),結(jié)果見表8、表9。

表8 使用含水微乳化柴油試驗(yàn)的煙度排放限值檢測結(jié)果(吸光系數(shù))

表9 使用含水微乳化柴油試驗(yàn)的煙度排放限值檢測結(jié)果(不透光度)

從表6、表7 和表8、表9 試驗(yàn)結(jié)果可以看出,兩種不同的燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)自由加速試驗(yàn)中,排氣的煙度是有變化的。 零號(hào)柴油試驗(yàn)測量結(jié)果,其吸光系數(shù)平均值為2.52 m-1,不透光平均值為66.02%;使用含水微乳化柴油進(jìn)行的試驗(yàn),其測量的吸光系數(shù)平均值為1.02 m-1,不透光平均值為35.39%;由此可見,使用含水微乳化柴油進(jìn)行測試的平均吸光系數(shù)比使用零號(hào)柴油進(jìn)行測試的平均吸光系數(shù)低了1.5 m-1,不透光度低了46.4%。 因此,使用含水微乳化柴油可以有效降低排煙的吸光系數(shù)與不透光度,使用該油料,可以更好地保護(hù)環(huán)境,減少污染。

3 結(jié)束語

通過對多孔粒狀銨油炸藥爆炸原理的深入研究,采用含水微乳化柴油作為油相配方用于多孔粒狀銨油炸藥,可以提高多孔粒狀銨油炸藥的爆速。水的引入可有效降低生產(chǎn)和使用成本、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染以及提高燃料油的安全性等。 這將推動(dòng)混裝銨油炸藥產(chǎn)品和工藝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,擴(kuò)大工業(yè)炸藥原材料的應(yīng)用范圍,提高行業(yè)創(chuàng)新能力和競爭力,實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全型混裝工業(yè)炸藥的應(yīng)用推進(jìn),創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。