含水微乳化柴油在混裝多孔粒狀銨油炸藥中的應(yīng)用研究

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(jiǎn)單、原材料易得,工藝簡(jiǎn)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(duì)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(duì)多孔粒狀銨油炸藥用的燃料油的研究報(bào)道相對(duì)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(duì)環(huán)境的污染及對(duì)從業(yè)人員健康的傷害。 丁海峰[7]對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)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(cè)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(duì)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(cè)見表3,在采用Φ50 無縫鋼管的強(qiáng)束縛條件下的爆速檢測(cè)見表4。

表3 弱束縛條件下的爆速檢測(cè)試驗(yàn)

表4 強(qiáng)束縛條件下的爆速檢測(cè)試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果分析: 在不同束縛條件下的爆速檢測(cè)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(cè),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(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(jí)測(cè)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(jí)測(cè)量方法》(GB 11/184-2011)中的檢測(cè)與試驗(yàn)方法,對(duì)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(duì)比測(cè)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(duì)比對(duì)環(huán)境的不同污染情況。 測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表5 所示。

表5 測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

在試驗(yàn)運(yùn)行檢測(cè)過程中,測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)、潤(rùn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試的平均吸光系數(shù)比使用零號(hào)柴油進(jìn)行測(cè)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)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。