一种废机油型乳化炸药水相配方的研究与应用.pdf

:./.一种废机油型乳化炸药水相配方的研究与应用常 剑 王林剑 王授柏 谢 烽 徐博明北方爆破科技有限公司(北京)摘 要 在研究废机油资源化应用的基础上对国外某特大型矿山使用的乳化炸药的成本进行优化制备了以少量氯化钠代替硝酸钠作为水相添加剂的废机油型乳化炸药并对其水相析晶点、储存期、泵送次数、抗颠簸性能、爆速及爆后岩石块度进行基础性试验研究 结果表明:添加氯化钠可以降低水相析晶点 左右制备的乳化炸药储存稳定性良好满足多次泵送和长距离运输的需求爆速可以到达 /以上殉爆距离为 虽性能略有降低但不影响正常使用爆破后的岩石块度符合矿山铲运要求 相比原有配方废机油型乳化炸药的成本可以节约.美元/具有一定的实用价值和经济效益关键词 乳化炸药水相废机油氯化钠爆速分类号.()././.引言乳化炸药是一种油包水型膏状工业炸药具有生产工艺简单、储存稳定性高、抗水性强、爆炸性能优良等特点 废机油是指机油在使用过程中掺杂了灰尘、金属、液压油、煤油、刹车油、防火油、水分等杂质或因机油发生变质而产生了胶质、有机酸等物质 相较于机油废机油颜色变黑黏度增大 根据近年来对废机油在乳化炸药油相材料中的应用研究发现油相中加入处理过的废机油及复配的高、低分子乳化剂可制备性能优良的废机油型乳化炸药 乳化炸药中的氧化剂水溶液主体为硝酸铵过饱和水溶液对温度条件要求较高温度过低时硝酸铵会从水溶液中以晶体形态析出直接影响乳化炸药的生产和储存 通过添加硝酸钠、硝酸钙、尿素等添加剂与硝酸铵形成低共熔混合物是降低硝酸铵水溶液析晶点的主要方法目前各类添加第 卷 第 期 爆 破 器 材 .年 月 .收稿日期:第一作者:常剑()男工程师主要从事工业炸药方面的研究:.加剂的成本较高不利于推广使用 但是可使用少量氯化钠作为添加剂来降低硝酸铵水溶液的析晶点进而提高乳化炸药的稳定性同时通过控制添加剂在水相中的占比来保证乳化炸药的爆炸性能 以国外某特大型矿山为背景在废机油资源化再利用的基础上使用氯化钠作为乳化炸药的水相添加剂研制了一种废机油型乳化炸药 该矿山乳化炸药用量约为 /通过一系列的基础性试验研究使该废机油型乳化炸药的储存性能、爆炸性能得到保证成本得到优化进而更有利于乳化炸药服务于爆破工程 试验样品制备.材料与设备材料:工业硝酸铵南非 公司硝酸钠智利 公司亚硝酸钠德国 公司磷酸防城港南磷磷化工有限公司 乳化剂辽宁红山化工股份有限公司 乳化剂南非 公司柴油纳米比亚 公司废机油纳米比亚 公司工业盐纳米比亚 公司设备:/数显黏度计邦西仪器科技有限公司 恒温箱明途机械设备有限公司 电导率测试仪上海越平有限公司 爆速仪加拿大 公司.废机油的选择选用矿山机械淘汰后的废弃机油 其中的机械杂质形状尖锐同时含有腐蚀抑制剂、耐磨添加剂和水包油型乳化剂等成分均不利于乳化炸药的成乳和稳定性 通过相关公司回收过滤可去除废机油中的水分、机械杂质以及相关杂油成分 新机油及处理后的废机油如图 所示相关参数如表 所示 图 新机油和处理后的废机油.表 新机油及处理后的废机油参数对比.参数新机油废机油运动黏度()/()运动黏度()/()总热值/().闪点/密度()/().(残碳)/.(水分)/.(灰分)/().由图 和表 可以看出相对于新机油处理后的废机油呈黑色黏度、密度较高残碳、灰分占比较低符合乳化炸药油相的生产要求.乳化剂的选择根据文献 使用 低分子乳化剂和 高分子乳化剂进行复配 其中 乳化剂为聚异丁烯丁二酸酐衍生物类乳化剂 种乳化剂的分子结构如图 所示()()图 种乳化剂的分子结构.由图 可以看出 乳化剂具有长键高分子结构与 乳化剂复配后可以形成强度较高的油膜其中的衍生官能团及长链烷基相互键合可以对水相分子起到立体保护作用提升乳胶基质的稳定性 作为油相添加剂复配乳化剂可以制备性能稳定的废机油型乳化炸药乳化炸药中乳化剂亲水亲油平衡值(值)的要求范围为 值越低乳胶基质稳定性越高 乳化剂的 值为.年 月 一种废机油型乳化炸药水相配方的研究与应用 常 剑等 乳化剂的 值为.所以将 种乳化剂按一定比例复配性能会优于 乳化剂.水相溶液的选择利用 组对照试验对少量氯化钠代替硝酸钠在废机油型乳化炸药中的生产和应用效果进行对比分析 氯化钠本身为惰性材料在炸药爆炸过程中钠离子会夺取氧气生成氧化钠过量的氯化钠势必会对乳化炸药的爆炸性能造成影响在综合考虑氧平衡等因素的影响后选择氯化钠在乳化炸药中的质量分数为.乳化炸药水相配方如表 所示 组水相分别标记为、分别对应的乳胶基质和乳化炸药同步标记为、表 水相配方(质量分数).水相硝酸铵硝酸钠氯化钠水磷酸.通过表 可以看出:水相和 水相对照可以判断氯化钠对乳胶基质性能的影响水相和 水相对照可以比较硝酸钠和氯化钠对乳化炸药性能的影响 其中水相为目前该矿山生产乳化炸药的水相配方.乳化炸药制备工艺乳胶基质配方(质量分数)为油相、水相 油相中 乳化剂占.、乳化剂占.、柴油占.、废机油占.乳胶基质制备:控制水相温度 、油相温度 通过 控制将水相和油相泵送至乳化器乳化器转速 /温度 获得乳胶基质进行相关试验和性能分析乳化炸药制备:对乳胶基质进行敏化 敏化剂为亚硝酸钠与水以质量比 制备 敏化剂占乳胶基质质量的.敏化温度为 左右 乳化炸药水相试验与性能分析.水相析晶点分析对 种水相进行析晶点测试得到、水相的析晶点分别为、水相的析晶点为 相对偏高对乳胶基质性能会有一定影响 水相的析晶点明显降低原因为硝酸钠和硝酸铵形成了低共熔混合物 水相的析晶点也明显降低 分析原因为:氯化钠的加入增大了硝酸铵的溶解度与硝酸铵形成固液溶液使硝酸铵晶体的转变受到限制同时氯化钠的熔点较高低温下会有少量析出变成氯化钠杂质可以阻碍水相分子沿晶面的扩散进而降低了水相溶液的析晶点 因此加入少量的氯化钠可以有效降低水相析晶点.密度及黏度分析对 种乳胶基质进行密度及黏度测试测试结果如表 所示表 乳胶基质密度及黏度的测试结果.乳胶基质密度/()敏化前敏化.后黏度()/().由表 可以看出 种乳胶基质在敏化后密度均可以达到./左右发泡良好符合现场乳化炸药的装药密度要求 和 乳胶基质在 时黏度为 低于乳胶基质泵送上限要求的 乳胶基质的黏度相对于 乳胶基质明显增加分析原因为氯化钠与硝酸铵形成的固液溶液阻碍了晶体的转变降低了水相的可移动性进而提升了乳胶基质的黏度 该矿山常年处于高温气候现场装药温度在 左右对 种乳胶基质进行 管垂直下落试验均整体连续下滑符合现场乳化炸药的装药要求.储存期试验对 种乳胶基质进行高低温循环试验取 只 塑料杯分别放入 种乳胶基质 于 的恒温箱中高温放置 取出后立即放入 的冰柜中低温保存 以此为 次高低温循环在 次以内的偶数次循环后对 种乳胶基质进行甲醛法抗水性测定 提取乳胶基质 加入到 水中浸泡温度为 测定游离硝酸铵的质量结果如表 所示对种乳胶基质进行电导率测试单次高低温循环后取出乳胶基质静置于水中后取出并对剩余的水进行电导率测定试 爆 破 器 材 第 卷第 期表 乳胶基质高低温循环试验测试结果.乳胶基质游离硝酸铵质量/第 次第 次第 次第 次第 次第 次.验用水的初始电导率为./高低温循环次数与电导率关系如图 所示 其中乳胶基质的高低温循环试验变化如图 所示图 高低温循环后乳胶基质的电导率.图 乳胶基质高低温循环数次后的变化情况.由表 可以看出 种乳胶基质的游离硝酸铵质量随着循环次数的增加会发生相对明显的变化其中和 乳胶基质在第 次循环后游离硝酸铵质量明显低于 乳胶基质由图 和图 可以看出乳胶基质在 次循环之内电导率不大于./说明氯化钠的加入可以增强乳胶基质的稳定性 分析原因:油相中复配乳化剂的加入增强了界面膜的强度提高了乳胶基质的稳定性同时水相中氯化钠的加入形成了固液溶液限制了晶格单元的可移动性少量的氯化钠析出阻碍了水相分子的晶面扩散改变了晶面的生长率抑制了乳胶基质的破乳提升了储存稳定性.泵送试验和抗颠簸试验泵送试验可以判断乳胶基质在生产过程中的稳定性 对 种乳胶基质进行泵送试验及水溶性测试 选用混装乳化炸药车进行乳胶基质泵送泵送质量为 泵送速率为 /泵送压力为.测试结果如表 所示 由表 可以看出:在第 次泵送后乳胶基质内部析晶出现颗粒游离硝酸铵质量明显偏高和 乳胶基质状态相差并不明显 说明 乳胶基质具有良好的稳定性符合泵送要求抗颠簸试验可以判断乳胶基质在长距离运输情况下的稳定性 对 种乳胶基质进行抗颠簸试验及水溶性测试 选用混装乳化炸药车进行长距离运送运送质量为 测试结果如表 所示 由表 可以看出:运送距离达到 时乳胶基质出现析晶现象游离硝酸铵质量明显增加和 乳胶基质表面仍没有明显析晶游离硝酸铵质量也相对较低 说明 乳胶基质相对稳定适合长距离运输 分析原因为:废机油和复配乳化剂增强了乳胶基质界面膜的韧性降低了外界的破坏和相互撞击程度同时固液溶液体系降低了晶格单元的可移动性析出少量的氯化钠抑制了水相分子的晶面扩散改变了晶体的生长机理提高了乳胶基质的稳定性.爆速及殉爆距离测试对种乳化炸药进行爆速及殉爆距离测定爆速采用爆速仪进行测定殉爆距离测定时将乳化炸药制作成长度、直径 的只药卷并绑在内径为 的半圆形管内只药卷的轴线在一条水平直线上将电雷管插 年 月 一种废机油型乳化炸药水相配方的研究与应用 常 剑等 表 乳胶基质泵送试验测试结果.乳胶基质泵送 次外观游离硝酸铵质量/泵送 次外观游离硝酸铵质量/泵送 次外观游离硝酸铵质量/良好.良好.有析晶.良好.良好.良好.良好.良好.良好.表 乳胶基质抗颠簸试验测试结果.乳胶基质 外观游离硝酸铵质量/外观游离硝酸铵质量/外观游离硝酸铵质量/外观游离硝酸铵质量/良好.良好.良好.有析晶.良好.良好.良好.良好.良好.良好.良好.良好.入主发药卷的外端在保证周围一切安全的情况下进行殉爆试验 测试结果如表 所示表 乳化炸药爆速和殉爆距离测试结果.乳化炸药爆速/()殉爆距离/由表 可以看出:乳化炸药的爆速相对最高可以达到 /以上乳化炸药的爆速可以达到 /以上完全满足现场乳化炸药爆速标准同时乳化炸药的殉爆距离为 相对和 乳化炸药无较明显差别 说明少量氯化钠代替硝酸钠对乳化炸药爆炸性能并未造成明显影响爆速及殉爆距离符合爆炸要求分析原因:废机油和复合乳化剂形成了乳胶基质高强度的界面膜同时氯化钠的加入提高了乳化炸药的黏度固定住了乳化炸药中的敏化气泡并约束了敏化气泡的成长和排出使气泡在乳化炸药中更均匀地分布根据热点理论炸药爆速会有所提升也有利于爆轰波的激发和传播乳化炸药中硝酸钠的加入相对提升了供氧量可以有效地改善乳化炸药的氧平衡金属钠会在爆炸反应中形成氧化钠若大量加入金属钠不利于整体的爆炸反应 乳化炸药添加少量氯化钠增加黏度的同时析出的氯化钠杂质受爆炸反应热产生爆裂一定程度上可以改变内部气流使得水分更快地散出使乳化炸药与氧气更好地接触减少金属钠对整体爆炸反应的影响 工程应用分析.现场应用情况为了更好地验证少量氯化钠代替硝酸钠在废机油型乳化炸药中的现场应用情况将 与 乳化炸药进行爆破对比试验 选择该矿山中岩石结构为花岗岩的一个炮区爆破设计为中线起爆两边使用和 乳化炸药进行装药 爆区单台阶台阶高度.超深.设计孔排距均为 炮孔孔径为 单孔装药量为 爆破前装药情况如图 所示图 爆破前装药情况.现场爆破效果如图所示可以看出爆破后爆堆整体松散表面大块岩石量较少符合铲运要求 种乳化炸药爆破效果并无明显差别说明使 爆 破 器 材 第 卷第 期图 爆破后效果.用少量氯化钠代替硝酸钠作为添加剂可以达到相似的爆破效果.爆破块度分析 对爆破后的开挖面进行逐层块度分析 和 乳化炸药爆破区的第 层开挖面块度图见图 块度分析对比结果如表 所示图 乳化炸药爆破后第 层开挖面块度图.表 爆破后块度分析结果.乳化炸药块度占比 .从图 可以看出乳化炸药的爆破效果良好爆破后块度均匀无明显大块岩石 从表 可以看出使用 和 乳化炸药爆破后的岩石级配情况无明显差别符合矿山铲运要求 爆破现场和 乳化炸药孔内爆速分别为 /和 /爆速相差不大说明使用少量氯化钠代替硝酸钠作为添加剂制备乳化炸药可以满足矿山生产要求.工程应用意义试验表明使用少量氯化钠代替硝酸钠作为废机油型乳化炸药添加剂满足炸药质量和爆破效果要求 对 和 乳化炸药进行成本分析以原材料采购价格计算单吨乳化炸药水相成本如表 所示表 乳化炸药水相的美元成本.美元/乳化炸药硝酸铵硝酸钠氯化钠水磷酸.硝酸钠采购价为 .美元/氯化钠采购价为.美元/按乳化炸药配方比例计算单吨成本降低了.美元以该矿山年用乳化炸药量为 计算预计年度成本节约近.万美元具有一定的经济价值 同时氯化钠在该国来源更为广泛采购更为便捷使用少量氯化钠代替硝酸钠具有一定的降本增效的作用 针对废机油的资源化处理该矿山每年约产生 废机油随着今后的不断开采乳化炸药使用量会逐年递增 目前该矿山年用乳化炸药量为 左右 使用废机油型乳化炸药全年可以处理掉约 废机油 因此将废机油使用到炸药生产中是一种可行的废机油处理方式 结论)在废机油型乳化炸药的基础上将少量氯化钠代替硝酸钠作为水相添加剂可以降低水相析晶点制备的乳化炸药储存稳定性良好符合乳胶基质长距离运输要求爆速可以达到 /乳化炸药满足露天矿山的使用和储存的条件)使用少量氯化钠作为添加剂的废机油型乳化炸药性能略有降低但不影响正常使用符合露天矿山爆破和铲运要求参 考 文 献 汪旭光.乳化炸药.版.北京:冶金工业出版社.:.苗战颖 董桂林 邵江华 等.浅谈影响我国乳化炸药发展的因素.煤矿爆破 ():.():年 月 一种废机油型乳化炸药水相配方的研究与应用 常 剑等 .姚普华 储国平 江晓勇 等.利用废机油生产现场混装乳化炸药的方法:.常剑 樊保龙 余德运 等.废机油在现场混装乳化炸药中的资源化应用研究.爆破器材 ():.():.成新法 王丽琼 冯长根.降低乳化炸药水相硝酸铵溶液析晶点的研究.火炸药学报 ():.():.刘杰 徐志祥 孔煜.乳化炸药稳定性及其破乳机理研究.爆破器材 ():.():.聂华君 李洪伟 桂继昌 等.远程配送中杂质离子对乳化基质稳定性影响及相容性研究.火工品():.():.简国祚 王世强 俞政洪 等.废机油在混装乳化炸药生产中的应用研究.火工品():.():.薛燕 刘吉平 欧育湘 等.乳化炸药储存稳定性研究.火炸药学报 ():.():.杨佩璐.国外专利乳化炸药配方 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