崔 剛，葉 輝，馬 平，譚本嶺

(1 北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2 北京北礦億博科技有限責(zé)任公司，北京 102628)

多孔粒狀銨油炸藥，簡稱ANFO，是一種常見的現(xiàn)場混裝炸藥，具有生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，性價比高等優(yōu)點(diǎn)，在露天巖石爆破應(yīng)用較為廣泛，特別是2018年11月13日，工業(yè)和信息化部出臺的《推進(jìn)民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》，將鼓勵推廣現(xiàn)場混裝炸藥生產(chǎn)方式，因此未來幾年其使用量將有較大地提升。

ANFO是將多孔粒狀硝酸銨和油相通過物理混合制備而成，所用多孔粒狀硝酸銨是一種具有高孔隙率、高比表面積的物質(zhì)，比表面積可高達(dá)1000 cm2·g-1，達(dá)到零氧平衡時，較適宜的重量占比為94%～95%[1]。所用油相從理論上講，凡是燃燒后能生成二氧化碳和水的碳?xì)淙剂隙伎梢宰鳛锳NFO的油相組分，但是為了使多孔粒狀硝酸銨保持一定的吸附量和吸附速率，油相組分必須具有粘度低、流動性能好、吸附強(qiáng)度高等特點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的油相組分是柴油，其具有較高的熱值和優(yōu)異的流動性能，與多孔粒狀硝酸銨通過物理吸附、充分接觸會形成為穩(wěn)定的物質(zhì)，具有良好的爆轟性能[2]。但是柴油缺點(diǎn)同樣明顯：閃點(diǎn)較低、揮發(fā)性強(qiáng)，在現(xiàn)場操作上會有較為強(qiáng)烈的刺激性氣味。且從微觀上看，在吸附過程中，柴油會在多孔粒狀硝酸銨的表層鋪展，由于兩者較大的表面張力差，且在外界振動顛簸下，兩者容易發(fā)生脫附，造成ANFO的溢油現(xiàn)象，影響了其使用性能的穩(wěn)定。

通常情況下，油相組分只占ANFO總量的5%～6%，但是其性能的優(yōu)劣卻影響甚至決定著ANFO的各種爆轟性能。近年來，對于ANFO的油相組分研究較多，研究者將很多材料應(yīng)用于ANFO，取得了優(yōu)異的效果，本文將最新研究和使用進(jìn)展進(jìn)行介紹。

1 廢棄油在ANFO中的應(yīng)用

近年來隨著能源危機(jī)的加劇，能源日趨短缺，石油衍生產(chǎn)品常常出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，與之對應(yīng)的是國內(nèi)每年產(chǎn)生大量的廢棄油，如廢棄礦物油、廢食用油等。如果大量的廢棄油的后處理不得當(dāng)，不但造成較大的能源浪費(fèi)，并且對環(huán)境造成不可估量地污染。因此很多研究人員將廢棄油引入到ANFO的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了廢棄油再生的循環(huán)利用[3]。

露天大型礦山機(jī)械設(shè)備使用過程中會產(chǎn)生大量的廢礦物油，這些礦物油長期使用后物理屬性會發(fā)生變化，但是其化學(xué)性質(zhì)未發(fā)生較大的改變，仍然具有較高的熱焓。宋日[4]將產(chǎn)生的廢礦物油替代部分柴油，油相組分為2.75%廢礦物油和2.75%柴油，40 ℃運(yùn)動粘度為為12.0～17.7 mm2·s-1，吸油率為9.8%。廢礦物油和柴油的組合物既保證了油相組分適宜的黏度和吸油率，且制備的ANFO符合GB 17583-1998的各項(xiàng)規(guī)定。

邵振宇等[5]將廢棄礦物油(廢機(jī)油、液壓油、齒輪油等)、熱值增加劑(二茂鐵、過氧化鋅、硝酸酯等)和抗凍劑(醇類、環(huán)烷酸、航空煤油等)等制備的油相組分，調(diào)節(jié)粘度低至0.82 g·cm-3，熱值高達(dá)4200 kJ·kg-1，其抗凍性能好，適宜于北方寒冷地區(qū)現(xiàn)場混裝ANFO的使用，其爆速最高可達(dá)3612 m·s-1。

中國每年會產(chǎn)生500萬噸廢棄食用油脂，這些油脂的再回收利用已經(jīng)越來越得到關(guān)注，岳中文等[6]利用油脂和柴油良好的相容性，按照廢棄食用油脂和柴油1:1的配比，運(yùn)動黏度適宜，且保證了多孔粒狀硝酸銨的吸油率，生產(chǎn)出的ANFO爆速高達(dá)3287 m·s-1。

總之，再生油在ANFO的應(yīng)用，不但大幅降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，且對產(chǎn)生的大量的廢棄油的循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)起到了一定的作用，具有較強(qiáng)的社會意義。

2 生物質(zhì)燃料在ANFO中的應(yīng)用

生物質(zhì)燃料具有低污染、可再生、熱值高等優(yōu)點(diǎn)，屬于國家大力提倡和發(fā)展的優(yōu)質(zhì)能源，在ANFO中也較多的應(yīng)用。

2.1 生物柴油在ANFO中的應(yīng)用

生物柴油是指將動植物油脂與低碳醇經(jīng)酯交換反應(yīng)制備的脂肪酸酯，具有較高的熱值(與柴油熱值接近)，其黏度、流動性能和擴(kuò)散性能與柴油差別不大，可以完全替代或部分替代柴油，而且脂肪酸酯閃點(diǎn)大于130 ℃，無刺激揮發(fā)性氣味，安全性遠(yuǎn)高于柴油[7]。

許暢[8]將氫化油(氫化大豆油、氫化棕櫚油或氫化菜籽油等)在催化劑(碳酸鹽、堿金屬氫氧化物、金屬氧化物等)通過高溫催化裂解(350～450 ℃)、石油醚收集冷卻裂解產(chǎn)物、蒸餾、收集等流程制備的生物質(zhì)燃料油，具有更好的穩(wěn)定性和高熱值，且提高了油相閃點(diǎn)和生產(chǎn)安全性，抑制了多孔粒狀硝酸銨與柴油混拌后溢油的缺點(diǎn)，建議添加量為3%～7%，制得的新型ANFO炸藥性能得到明顯地提升。

2.2 木粉在ANFO中的應(yīng)用

木粉是一種經(jīng)過粉碎的天然材料，碳?xì)滟|(zhì)量分?jǐn)?shù)高，負(fù)氧平衡大，可調(diào)節(jié)炸藥體系的疏松程度，是一種優(yōu)良的可燃劑、敏化劑和疏松劑。郭占江等[9]和劉萬榮等[10]采用93%多孔粒狀硝酸銨和3%木粉預(yù)混合，然后與4%柴油混拌成為ANFO。添加了木粉的ANFO降低了炸藥密度，爆速可高達(dá)3486 m·s-1，減少了炮孔裝藥量，降低了爆破單耗，適用于露天礦和軟巖層爆破。

2.3 竹炭粉在ANFO中的應(yīng)用

竹材是天然產(chǎn)物，將竹材在700～800 ℃下經(jīng)炭化、粉碎而制備成為竹炭粉，其具有較高的比表面積(直徑0.5～1 mm粒徑的竹炭粉可達(dá)350 m2·g-1)，具有較強(qiáng)的調(diào)濕能力和吸附功能，當(dāng)其與柴油、多孔粒狀硝酸銨混合后，可在一定程度上減少柴油組分的揮發(fā)和阻止外界水分的進(jìn)入，提高ANFO的穩(wěn)定性，且其表面較多的孔隙形成熱點(diǎn)，在一定程度上可提高ANFO的炸藥感度。采用93%～95%的多孔粒狀硝酸銨、2.5%～3%的輕柴油和1.5%～4%的竹炭粉混合后，爆速可高達(dá)3486 m·s-1。添加竹炭粉后，在一定程度上可改變ANFO的理化性質(zhì)和爆轟性能，且大大降低了生產(chǎn)成本[11]。

3 煤粉的利用

我國是富煤國家，近年來煤炭一直處于供過于求的局面。煤炭經(jīng)粉碎后形成一定粒徑的煤粉，是一種以碳元素為主的含能燃料，熱值較高，市場來源穩(wěn)定，與柴油復(fù)配可制備為良好的復(fù)合可燃劑[12]。

神華準(zhǔn)能集團(tuán)公司率先將煤粉應(yīng)用于ANFO領(lǐng)域[13]，張智俊等[14]經(jīng)過試驗(yàn)后，確定了多孔粒狀硝酸銨94%，柴油3.5%和煤粉2.5%的配比，ANFO爆速可達(dá)3061 m·s-1，猛度18.5 cm，宋日等[15]使用細(xì)小的煤粉與多孔粒狀硝酸銨混合，由于細(xì)小的煤粉粒徑與多孔粒狀硝酸銨的孔徑接近，會在其表面形成良好的接觸和均勻的覆蓋，用2.5%～3%的煤粉替代柴油后，ANFO爆轟性能有極大的提高，爆破效果好，且波阻抗與巖石波阻抗接近，發(fā)揮了ANFO的最大威力。由于炸藥單耗低，不但降低了生產(chǎn)成本，而且擴(kuò)大了對煤粉的應(yīng)用范圍。

4 乳化柴油在ANFO中的應(yīng)用

乳化柴油是柴油和水或醇類等在乳化劑作用下通過機(jī)械作用剪切形成的油包水型乳狀液，是將互不相容的、極性和表面張力差別較大的柴油和水或醇類形成均相有效的方法。

丁海峰[16]用Span 80、十二烷基苯磺酸鈉和亞甲基纖維素鈉等乳化劑，利用超聲波乳化制備了穩(wěn)定的含水乳化柴油。當(dāng)制備的ANFO在爆炸沖擊波下時會產(chǎn)生迅速的熱膨脹，形成高溫高壓的作用，水分子微粒會在此體系條件下迅速汽化，形成的二次霧化促進(jìn)油膜的充分反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：此乳化柴油與多孔粒狀硝酸銨緊密融合后，ANFO的猛度和爆速(2870～3200 m·s-1)明顯提高，且其儲存期明顯改善；

劉曉明等[17]將75%～85%的燃料油、5%～10%的復(fù)合乳化劑和0～5%的水制備了復(fù)合油相微乳狀液，通常情況下由于油-水較高的表面張力很難相容，但在合適的乳化劑的作用下能夠進(jìn)行油-水增溶，從而可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的油水相容狀態(tài)，其微?？蛇_(dá)納米級，閃點(diǎn)較普通柴油高15 ℃，試驗(yàn)表明：新型油相制備的ANFO的爆速較傳統(tǒng)ANFO提高了20.7%，作功能力提高11%，有毒氣體排放降低12%；

倪歐琪等[18]傳統(tǒng)的燃料油(柴油、潤滑油、汽油、植物油、動物油、煤制油等)、乳化劑(油酸酯、聚異丁烯丁二酰亞胺、聚氧乙烯醚、吐溫、曲拉通、十二烷基苯磺酸鈉等)、低碳醇溶液和無機(jī)鹽溶液(硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽等)制備的乳化油或微乳化油，安全性上遠(yuǎn)高于柴油，和多孔粒狀硝酸銨混合后制備的ANFO具有較高的爆速(3300 m·s-1)和做功能力，有毒氣體含量降低了大約三分之一，具有較強(qiáng)的環(huán)保意義。

5 結(jié) 語

目前ANFO所用油相材料要求高安全、低成本、高性能。廢棄油、生物質(zhì)燃料、煤粉應(yīng)用于ANFO中，能夠解決目前柴油閃點(diǎn)較低、揮發(fā)度高、氣味刺激等問題，且有效緩解了炸藥生產(chǎn)對柴油的依賴，提高了炸藥性能，降低了生產(chǎn)成本。近年來，乳化柴油研究炙手可熱，已經(jīng)應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是添加水或醇類后，乳化柴油制備的ANFO會有較多的“氣化核心”，形成“微爆助燃”的作用，能有效提高炸藥的爆轟威力。目前乳化柴油在ANFO應(yīng)用的技術(shù)瓶頸是如何保證適宜的黏度、較高的吸油率和開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的乳化劑，這將是乳化柴油在ANFO應(yīng)用的重要研究方向。