含水微乳化柴油在混装多孔粒状铵油炸药中的应用研究

杨小四,宋晓敏,吴继昌

(安徽江南化工股份有限公司宁国分公司,安徽宁国242310)

0 前言

混装多孔粒状铵油炸药是当前我国被普遍接受的一种混装工业炸药[1],具有配方简单、原材料易得,工艺简洁、生产运输和使用安全性好、成本低廉等优点,在适合于车辆运行的各类矿山中被广泛使用。 国内外对多孔粒状铵油炸药的研究重点是在多孔粒状硝酸铵,制备出粒径均匀、空隙率合适的多孔粒状硝酸铵是大多数研究者的目标[2-4],而对多孔粒状铵油炸药用的燃料油的研究报道相对较少。 近年来,随着铵油炸药使用量的上升,国内的一些研究者着力于运用工业废品油、地沟油、生物油来代替普通柴油在多孔粒状铵油炸药中使用,以降低生产成本,取得了不错的效果[5-6]。 但有些回收的低价工业废油、地沟油等燃料成分复杂,芳烃含量高,会影响炸药的性能,导致爆破效果不稳定,有毒气体含量增加,加大了对环境的污染及对从业人员健康的伤害。 丁海峰[7]对乳化柴油的乳化效果进行过研究,取得了一定效果。 本文利用微乳化剂将柴油和水进行微乳化,合成新型复合油相材料,再与多孔粒状硝酸铵按一定比例混合,制得多颗粒状铵油炸药,直接应用于混装铵油炸药的生产爆破服务,并且取得了良好的应用效果,成为生产实践中制备简易、成本低廉、爆轰效果良好的混装多孔颗粒铵油炸药。

1 试验部分

1)试验原材料:0 号柴油、微乳化剂(自制)、水(自来水)、多孔粒状硝酸铵。

2)试验器具:DJ-9 型搅拌器,JYT-5 型天平,喷壶,2L 乳化搅拌容器(自制),可旋转混拌装置(自制)。

3)制备含水微乳化柴油的试验:

按照表1 含水微乳化柴油的体积比组份配方准备好试验材料,先将标定好的国标0 号柴油和微乳化剂放入乳化搅拌容器内,采用DJ-9 型搅拌器对混合溶液进行搅拌,初始搅拌速度100 r/min,搅拌过程中均匀加入标定好的水,加料完毕后,逐渐加快搅拌速度至300 r/min,保持连续搅拌乳化时长3 min 后停止搅拌,观察微乳化柴油状态,判断微乳化效果。 依此完成4 组试验后,观察微乳化柴油1 号、2 号样呈清澈透明状态,无分层、无可见悬浮物。 3 号、4 号样呈乳白色,无可见分层,取样封存备检。

表1 含水微乳化柴油的组份试验配方

4)制备多孔粒状铵油炸药的试验样品:

按照表2 多孔粒状铵油炸药的质量比组份配方准备好试验材料。 先将经计量的含水微乳化柴油样品装入喷壶中,调整喷嘴到喷雾状态,再将经计量的多孔粒状硝酸铵放入可旋转混拌装置内,向可旋转混拌装置内的多孔粒状硝酸铵喷入含水微乳化柴油样品,同时转动可旋转混拌装置,使多孔粒状硝酸铵不断旋转翻滚,全部喷完计量好的油相后,继续旋转2 min,达到吸油后混拌均匀,再静置观察制得的多孔粒状铵油炸药的样品状态,颗粒表面无可见液体即可。 依次完成4 个样品制备。

表2 多孔粒状铵油炸药的组份试验配方 %

2 结果与讨论

2.1 试验测试结果

柴油和多孔粒状硝酸铵是混装铵油炸药的主要原材料,在生产时,其混合均匀性取决于柴油和多孔粒状硝酸铵的界面作用。 在多孔粒状硝酸铵性能既定的情况下,通过对油相性能的改变来提高混装铵油炸药混合均匀性是一种有效途径。 采用微乳化技术在国标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状硝酸铵的亲合作用高于普通柴油。 因此,将其应用于混装铵油炸药是较好的尝试。 按照表2 所列的不同微乳化柴油以5.5%的比例混合成铵油炸药,在Φ50 PVC 管的弱束缚条件下的爆速检测见表3,在采用Φ50 无缝钢管的强束缚条件下的爆速检测见表4。

表3 弱束缚条件下的爆速检测试验

表4 强束缚条件下的爆速检测试验

试验结果分析: 在不同束缚条件下的爆速检测结果由表3 和表4 可知,使用含水微乳化柴油生产的多孔粒状铵油炸药的感度优于使用0 号柴油生产的多孔粒状铵油炸药。

2.2 含水微乳化柴油的铵油炸药生产应用

通过实验室多次性能检测,判定采用含水微乳化柴油所生产的多孔粒状铵油炸药可以稳定爆轰,判定其可用于矿山实际爆破试验。 按照爆速检测试验结果,采用含水微乳化柴油4 号样进行小批量生产,采用混装铵油炸药车在矿山现场混装生产方式生产。

采用含水微乳化柴油4 号配方,油相比例5.5%,由现场混装铵油炸药车生产混装多孔粒状铵油炸药,装孔12 个,总装药量2.1 t,个别水孔辅以乳化炸药。 装药布孔网络图如图1 所示。 皖南某石灰石矿山爆破前和爆破后的现场图如图2、图3 所示。

图1 装药布孔网络图

图2 爆破之前矿山台阶

图3 爆破后的岩石破碎情况

通过在皖南石灰石矿山的多次爆破应用试验中可知,在不改变基本孔网参数布局的情况下,采用含水微乳化柴油生产的混装多孔粒状铵油炸药对该矿山岩石的破碎块度与普通铵油炸药产品相比基本无区别。 该型含水微乳化柴油可作为新型油相配方,应用于多孔粒状铵油炸药的生产。

2.3 爆破试验中出现的异常情况

在上述同一石灰石矿山的雨后第二天,地面潮湿且爆破装填的炮孔中存有少量积水,爆破试验过程显示,出现了明显的黄烟(图4)和刺鼻气味,初步判断为氮氧化合物气体。

图4 雨后爆破产生的黄烟

由该现象可知,在雨后潮湿的炮孔中,采用含水微乳化柴油所生产的铵油炸药仍然会大量受潮,使硝酸铵潮解,造成在爆轰过程中反应不完全,从而导致有毒烟雾产生。 因此,该产品同普通铵油炸药一样,不适用于潮湿的环境。

2.4 含水微乳化柴油的环境友好特征

参照《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值级测量方法》(GB/T 3847-2005)与《在用非道路柴油机械烟度排放限值级测量方法》(GB 11/184-2011)中的检测与试验方法,对以上试验配方中的含水微乳化柴油1 号样与普通零号柴油进行了烟度排放对比测试,通过发动机使用两种试验柴油烟度排放指标,来对比对环境的不同污染情况。 测试用发动机参数如表5 所示。

表5 测试用发动机参数

在试验运行检测过程中,测试用发动机的进排气系统、润滑系统、冷却系统等无漏气、漏油现象,发动机使用燃料运作状况正常。

试验1:使用0 号柴油试验,结果见表6、表7。

表6 使用0 号柴油试验的烟度排放限值检测结果(吸光系数)

表7 使用0 号柴油试验的烟度排放限值检测结果(不透光度)

试验2:使用含水微乳化柴油试验,结果见表8、表9。

表8 使用含水微乳化柴油试验的烟度排放限值检测结果(吸光系数)

表9 使用含水微乳化柴油试验的烟度排放限值检测结果(不透光度)

从表6、表7 和表8、表9 试验结果可以看出,两种不同的燃油在发动机自由加速试验中,排气的烟度是有变化的。 零号柴油试验测量结果,其吸光系数平均值为2.52 m-1,不透光平均值为66.02%;使用含水微乳化柴油进行的试验,其测量的吸光系数平均值为1.02 m-1,不透光平均值为35.39%;由此可见,使用含水微乳化柴油进行测试的平均吸光系数比使用零号柴油进行测试的平均吸光系数低了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烟的吸光系数与不透光度,使用该油料,可以更好地保护环境,减少污染。

3 结束语

通过对多孔粒状铵油炸药爆炸原理的深入研究,采用含水微乳化柴油作为油相配方用于多孔粒状铵油炸药,可以提高多孔粒状铵油炸药的爆速。水的引入可有效降低生产和使用成本、节省能源、减少环境污染以及提高燃料油的安全性等。 这将推动混装铵油炸药产品和工艺技术的发展进步,扩大工业炸药原材料的应用范围,提高行业创新能力和竞争力,实现节能、环保、安全型混装工业炸药的应用推进,创造更多的经济效益和社会效益。