乳化炸药不合格品再处理敏化参数的研究.pdf

doi10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2019. 04. 00７ 乳化炸药不合格品再处理敏化参数的研究 ❋ 李贞亿 贵州久联民爆器材发展股份有限公司贵州贵阳，550000 [摘 要] 为了研究敏化剂添加量及敏化温度对乳化炸药不合格品处理的影响，建立了独立的乳化炸药不合格品 处理生产线，对乳化炸药不合格品进行了返工处理试验及生产运行。 根据试验及生产运行结果，确定了返工乳化 炸药不合格品处理过程中的敏化工艺参数发泡剂和促进剂尿素添加质量分别占混合基质质量的 0. 20％ 0. 26％ 和 0. 06％ 0. 10％，敏化温度控制在 44 54 ℃，敏化后样品密度控制在 1. 10 1. 24 g/ cm3。 为了验证敏化工艺参 数的合理性，对返工后的乳化炸药的爆速、猛度及殉爆距离进行了试验测试。 测试结果表明，返工后乳化炸药的性 能均符合乳化炸药的质量要求。 [关键词] 乳化炸药；不合格品；敏化剂；返工；敏化温度 [分类号] TD235. 2 ＋1；TQ56 Sensitiｚation Parameters Study on Disposal of Unｑualified Emulsion Explosives LI Zhenyi Guizhou Jiulian Industrial Explosive Materials Development Co. ， Ltd. Guizhou Guiyang， 550000 [ABSTRACT] In order to study the effect of sensitizer and sensitization temperature on disposal of unqualified emulsion explosives， an independent production line for disposal of the unqualified emulsion explosives was developed， and a rework treatment test and production operation were carried out. According to the test and production results， the reworked para- meters are as follows addition proportion of the foaming agent and accelerator carbamide accounted for 0. 20％-0. 26％ and 0. 06％-0. 10％ of the mixed matrix， respectively. The sensitization temperature is 44-54 ℃， and the density is 1. 10-1. 24 g/ cm3after sensitization. In order to verify the rationality of the process， the explosive detonation perance of the reworked emulsified explosive was tested. The test results show that the properties of the reworked explosive meet the quali- ty requirements. [KEYWORDS] emulsion explosive； unqualified products； sensitizer； rework； sensitization temperature 引言 乳化炸药不合格品是指乳化炸药在生产、储存、 使用过程中，由于性能达不到要求、包装破损等原 因，必须回收处理的产品[1]。 传统的乳化炸药不合 格品处理方法有水解法、烧毁法和掺合法等[2]。 对 于水解法，水解分离过程需要加热，可能会因为水解 过程中控制不当，加热过度，发生干烧的危险[3]。 对于烧毁法，会存在铺设不合理以及烧毁过程中风 向、风力发生改变，引起燃烧转爆炸的安全隐患[4]。 对于掺合法，在新鲜的乳胶基质中添加适量的不合 格品，与正常生产过程中的乳胶基质一起混合进行 再敏化[5]。 该方法简单，但由于这种乳化炸药不合 格品处理方法是将生产系统外的成品或半成品添加 到生产系统中去，如果含有金属碎屑、砂石或硝酸铵 结晶，那么在这些杂质进入到密闭式敏化器或叶片 泵装药机时，可能会由于摩擦而引起爆炸，存在较大 安全隐患。 为了加强乳化炸药废药处理环节的安全 管理，工信部发出文件明确禁止将废药、不合格品和 废旧炸药在乳化炸药生产现场回收使用[6]。 本文中，基于贵州久联民用爆破器材发展股份 有限公司的 JK 型高温乳化炸药生产线金奥博科 技有限公司，年产 24 000 t产生的乳化炸药不合格 品为研究对象，研究寻找安全、合理的乳化炸药不合 格品再处理工艺技术，确定乳化炸药不合格品返工 第 48 卷 第 4 期 爆 破 器 材 Vol. 48 No. 4 2019 年 8 月 Explosive Materials Aug. 2019 ❋ 收稿日期2019-02-22 第一作者李贞亿1972 － ，男，高级工程师，主要从事民爆物品生产安全与管理的研究。 E-mailghhclzy＠126. com 处理中敏化工艺参数，为企业节约生产成本，解决存 在的安全隐患与产品质量问题。 1 乳化炸药不合格品返工处理工艺 1. 1 返工处理所需原料及设备 原料乳化炸药不合格品，包括当天现场剥离的 破损药卷、工艺环节中开机正常生产的料头和停产 清理系统形成的料尾；2＃岩石乳化炸药乳胶基质，高 温车间当日生产且未加入发泡剂的乳胶基质，温度 90 100 ℃，密度 1. 35 1. 45 g/ cm3；亚硝酸钠；硝 酸铵；尿素。 设备LMH 型敏化机，杭州强力机械有限公司， 产能 3 7 t/ h；LRD 型装药机，杭州强力机械有限公 司，规格50 200 mm。 1. 2 乳化炸药不合格品返工处理流程 为了避免处理乳化炸药不合格品引发事故，严 格按 照 民 用 爆 炸 品 工 程 设 计 安 全 标 准 GB500892018设计建造不合格品处理工房，安 装安全防护设施[7]。 乳化炸药不合格品的处理工 艺如下 1收集乳化炸药不合格品，转至不合格品处理 工房，对乳化炸药不合格品中的杂物进行彻底清理； 2将清理后的不合格品与 2＃岩石乳化炸药的 乳胶基质在 LMH 型敏化机中搅拌混合 3 5 min； 3待乳胶基质与乳化炸药不合格品混拌均匀 后，按比例加入发泡剂和促进剂，搅拌 3 5 min； 4待发泡剂和促进剂与乳胶基质混拌均匀后， 取样检测温度、密度及爆炸性能； 5 检测合格的药体由 LRD 型装药机装药、包 装并抽样检验，合格后入库。 无论岩石或是煤矿型乳化炸药不合格品，经返 工处理后，统一包装为 2＃岩石乳化炸药70 mm， 1. 6 kg。 为提高乳化炸药不合格品处理过程的安全性， 不合格品处理工房内处理的不合格品，是针对在生 产过程中产生的物理状态、性能指标达不到要求的 乳化炸药。 对于储存期内变质或是超过储存期变质 硬化的乳化炸药不合格品，严格按照民爆物品销毁 处置相关规定制度，进行销毁处理。 1. 3 敏化工艺 乳化炸药不合格品返工时，选择合适的敏化剂 种类，确定合适的敏化剂添加比例及敏化温度，对返 工后乳化炸药的各项性能有着非常重要的影响。为 了解敏化参数对返工后乳化炸药爆炸性能的影响， 依据企业制定的不合格品返工处理规程，在处理 乳化炸药不合格品返工过程中，不合格品与乳胶基 质混合质量比为 1︰1. 0 1︰1. 5，不合格品单次返 工量不超过 220 kg。 混合后的乳胶基质采用化学敏 化方法处理，返工样品进入敏化机进行敏化时加入 发泡剂亚硝酸钠、硝酸铵、软水质量比为 20︰30︰ 50和促进剂尿素。 促进剂配制方法是将质量分 数为 50％的尿素加水稀释为 40％的尿素。 2 结果与分析 2. 1 发泡剂含量 对不同发泡剂添加量下的返工后乳化炸药的密 度、爆速、猛度及殉爆距离进行了测量，结果如表 1 所示。 可以看出，发泡剂的质量分数为 0 0. 14％ 时，返工乳化炸药的爆速、殉爆距离和猛度均未测 出，产品不合格。 这是由于在敏化过程中，发泡剂中 的硝酸铵与亚硝酸钠发生了如下的反应 NH4NO3＋ NaNO2→N2↑ ＋2H2O ＋ NaNO3。 1 当发泡剂的质量分数为 0 0. 14％ 时，发泡剂 添加量较少。 由反应方程式1可以看出，发泡剂 在敏化过程中产生的氮气不足，在返工乳化炸药中 引入的气泡较少。 根据热点理论[8]，当乳化炸药引 入气泡较少时，较少的微小气泡受到外界起爆能量 作用，发生绝热压缩，产生的温度经热传递在基质中 耗散，不足以激发乳化炸药发生爆炸。 从发泡后乳 化炸药的密度测量结果可知，返工后的乳化炸药密 度较高，敏化程度明显不够。 因此，在雷管起爆作用 下不能发生爆炸。 当发泡剂的质量分数增加到 0. 16％，返工后的 乳化炸药爆速、猛度和殉爆距离均测得，表明样品在 实验条件下发生了爆炸；但是测得的爆速、殉爆距离 及猛度较小，没有达到工业炸药通用技术条件 GB 282862012 [9]对 2＃岩石乳化炸药的要求标 准，产品不合格。 当发泡剂的质量分数增加到 0. 20％时，返工后乳化炸药爆炸参数测量结果较高， 能够达到工业炸药通用技术条件 GB 28286 2012对 2＃岩石乳化炸药的要求标准[9]，产品合格。 其原因是发泡剂增加到一定量，在敏化过程中氮气 产生速率和含量达到一定量，在乳胶基质中引入一 定体积和数量的微小气泡，在外界起爆能量的强力 作用下会被绝热压缩，机械能转变为热能，微小气泡 不断被加热升温，在短时间内形成一系列的高温灼 热点，从而激发乳化炸药爆炸。 932019 年 8 月 乳化炸药不合格品再处理敏化参数的研究 李贞亿 表 1 发泡剂的质量分数对返工样品的密度及爆炸参数的影响 Tab. 1 Effect of mass fractions of foaming agent on density and detonation parameters of reworking samples 序号 发泡剂 质量分数/ ％ 敏化温度/ ℃ 敏化前密度/ gcm －3 敏化后密度/ gcm －3 爆速/ ms －1 殉爆距离/ cm 猛度/ mm 10481. 331. 32未测出未测出未测出 20. 02491. 341. 31未测出未测出未测出 30. 04461. 341. 31未测出未测出未测出 40. 06471. 351. 30未测出未测出未测出 50. 08461. 321. 30未测出未测出未测出 60. 10481. 321. 29未测出未测出未测出 70. 12461. 321. 28未测出未测出未测出 80. 14481. 291. 28未测出未测出未测出 90. 16471. 301. 272 98029. 98 100. 18461. 331. 263 130210. 08 110. 20521. 341. 234 600412. 70 120. 22551. 341. 194 750412. 90 130. 24471. 351. 164 932413. 13 140. 26531. 361. 134 800413. 04 150. 28461. 341. 093 659311. 56 160. 30541. 331. 093 476210. 78 170. 32461. 341. 083 187210. 04 180. 34481. 321. 083 04529. 89 190. 36531. 321. 072 68829. 09 200. 38541. 311. 062 60628. 67 210. 40541. 301. 062 57328. 56 从表 1 还可以看出，当发泡剂的质量分数增加 到 0. 28％ 以上，返工的乳化炸药爆炸性能明显下 降，这是由于发泡剂的添加量过高时，乳胶基质产生 的微小气泡体积和数量过多，乳化炸药的密度降低， 引起炸药威力的相应下降，从爆破使用的角度考虑， 对爆破效果不利[10]。 同时，发泡剂的添加量过高 时，在较高的敏化温度条件下，会造成药卷涨冒、破 肚，即产生所谓的后效问题[10]。 结合返工后乳化炸药的爆炸性能测试结果，在 敏化过程中，发泡剂的质量分数为 0. 20％ 0. 26％ 较为适宜，测得敏化后样品的密度为 1. 13 1. 23 g/ cm3。 2. 2 尿素含量 针对不同的尿素添加量，对返工后乳化炸药的 密度及爆炸参数进行测量，发泡剂的质量分数为 0. 20％，试验结果如表 2 所示。 可以看出，返工后乳 化炸药的爆速、猛度和殉爆距离随着尿素添加量的 增加先增大后减小。 这是由于加入促进剂尿素以 后，在敏化过程中，亚硝酸钠除了发生方程式1的 反应，还发生的反应有 CONH22＋ NaNO2→N2↑ ＋ NaCO3＋ H2O； 2 NH ＋ 4 ＋ H2O→NH3H2O ＋ H ＋ ；3 NaCO3＋ H ＋ →Na ＋ ＋ H2O ＋ CO2↑。4 亚硝酸钠、硝酸铵和尿素发生了式1 式4 的化学反应，使得返工乳化炸药在敏化过程中短时 间内产生更多的气体，在乳胶基质中形成更多分布 均匀的热点，进而提高了返工乳化炸药的感度和爆 炸性能。 当尿素的质量分数达到 0. 11％ 时，返工后 乳化炸药的爆速、猛度和殉爆距离下降较明显，且不 能达到 2＃岩石乳化炸药的要求标准[9]。 这是由于 尿素的添加量过高，在较高的敏化温度条件下，发泡 剂与促进剂相互作用，产生更多的气体，造成药卷涨 冒、破肚、密度下降等后效问题，乳化炸药的爆炸性 能降低。 从表 2 中可以看出，当促进剂尿素的质量 分数在 0. 06％ 0. 10％ 范围内，乳化炸药不合格品 返工处理后的爆炸参数达到最优。 同时，测得敏化 后乳化炸药的密度为 1. 12 1. 20 g/ cm3。 2. 3 敏化温度 对不同敏化温度下的返工后乳化炸药的密度及 04 爆 破 器 材 第 48 卷第 4 期 万方数据 表 2 尿素的质量分数对返工样品的密度及爆炸参数的影响 Tab. 2 Effect of on density and detonation parameters of reworking samples 序号 尿素质量 分数/ ％ 敏化温度/ ℃ 敏化前密度/ gcm －3 敏化后密度/ gcm －3 爆速/ ms －1 殉爆距离/ cm 猛度/ mm 10521. 341. 234 600412. 70 20. 01481. 351. 244 930412. 89 30. 02471. 301. 204 998413. 45 40. 03481. 301. 255 087413. 34 50. 04501. 291. 235 102413. 89 60. 05481. 311. 215 200414. 03 70. 06481. 291. 205 389515. 65 80. 07461. 301. 195 451515. 78 90. 08491. 341. 185 532516. 14 100. 09491. 291. 135 498516. 03 110. 10501. 281. 125 332515. 84 120. 11521. 291. 094 600411. 67 130. 12491. 291. 094 360311. 45 140. 13501. 331. 084 078310. 87 150. 14521. 351. 083 966310. 02 160. 15521. 361. 084 02339. 89 170. 16541. 361. 063 889210. 05 180. 17491. 331. 053 26729. 78 190. 18511. 321. 053 10029. 67 200. 19521. 331. 042 95528. 32 210. 20511. 351. 032 91228. 08 爆炸参数进行测试，试验中发泡剂的质量分数为 0. 20％，尿素的质量分数为 0. 10％，具体试验结果 如表 3 所示。 从表 3 的返工后的乳化炸药的密度和爆炸参数 测试结果可以看出，敏化温度的高低直接影响了返 工处理后乳化炸药的性能。 返工后乳化炸药的爆炸 参数随着敏化温度的增加先增大、后减小。 当敏化 温度低于 44 ℃时，返工后乳化炸药的爆速、猛度和 殉爆距离较低，这是由于敏化温度过低时，乳胶基质 的黏度较大，发泡反应速率慢，造成气泡太小，影响 返工后乳化炸药的爆炸性能。 随着温度升高，敏化 过程中，会使反应方程式1 式4向右进行，同 时乳胶基质的黏度降低，有利于气泡在乳胶基质中 分散传播、均匀分布。 因而，在一定的敏化温度范围 内，返工后乳化炸药的爆炸参数随着敏化温度的增 加而增大。 但当敏化温度高于56 ℃时，发泡敏化后 的乳化炸药密度为 1. 08 g/ cm3，从爆炸参数的试验 测试结果可知，其爆炸能力下降，达不到 2＃岩石乳 化炸药的标准要求[9]。 这是由于发泡温度过高，敏 化过程产生气体速度过快，容易形成不稳定的大气 泡，造成药卷涨冒、破肚、密度下降，炸药的爆炸性能 降低。 从表 3 中可以看出，当敏化温度控制在 44 54 ℃范围内，乳化炸药不合格品返工处理后的爆炸 参数达到最优。 同时，测得此时的敏化后乳化炸药 的密度为 1. 10 1. 24 g/ cm3。 综合前面试验结果， 混合基质敏化后的密度可反映敏化效果是否良好， 是产品质量控制的重要工艺参数。 通过统计可以看 出，其范围在 1. 10 1. 24 g/ cm3之间，返工后的乳 化炸药的爆炸参数都能满足工业炸药的爆炸性能。 3 结论 根据企业乳化炸药生产点的基本情况，建立了 独立的乳化炸药不合格品处理生产线，对乳化炸药 不合格品进行了返工处理。 得到了如下的结论 1 不合格品返工处理工艺中，敏化温度、发泡 剂和促进剂的添加量会对返工后乳化炸药的密度及 爆炸参数产生重要的影响。 随着敏化剂添加量的增 大和敏化温度的升高，返工后乳化炸药的爆炸参数 先增加、后降低。 根据爆速、猛度及殉爆距离试验确 142019 年 8 月 乳化炸药不合格品再处理敏化参数的研究 李贞亿 万方数据 表 3 不同敏化温度下返工样品的密度及爆炸参数 Tab. 3 Density and detonation parameters of reworking samples at different sensitization temperatures 序号 敏化温度/ ℃ 敏化前密度/ gcm －3 敏化后密度/ gcm －3 爆速/ ms －1 殉爆距离/ cm 猛度/ mm 1301. 311. 302 87928. 24 2321. 331. 292 93029. 89 3341. 301. 283 098210. 15 4361. 301. 273 187210. 89 5381. 321. 283 202210. 91 6401. 331. 273 532310. 94 7421. 341. 263 689311. 89 8441. 351. 244 921516. 78 9461. 291. 205 605618. 90 10481. 311. 165 488617. 03 11501. 281. 125 332515. 84 12521. 331. 115 203515. 67 13541. 301. 104 960514. 45 14561. 331. 083 778311. 87 15581. 281. 063 166210. 02 16601. 321. 043 02329. 89 定敏化工艺参数如下敏化温度控制在44 54 ℃之 间；发泡剂和促进剂尿素的质量分数分别为 0. 20％ 0. 26％和 0. 06％ 0. 10％。 2 混合基质敏化后的密度可反映敏化效果是 否良好，是产品质量控制的重要工艺参数。 通过统 计可以看出，其范围在 1. 10 1. 24 g/ cm3之间，返 工后的乳化炸药的爆炸参数能够满足工业炸药的爆 炸性能。 参 考 文 献 [1] 宋锦泉，熊代余，汪旭光. 不合格乳化炸药的回收处理 [J]. 金属矿山，2001620-22，44. SONG J Q， XING D Y， WANG X G. Recycle technology of unqualified emulsion explosives [ J].Metal Mine， 2001620-22，44. [2] 申晴晴，张兴明，史艳敏. 不合格品乳化炸药破乳剂及 破乳条件的选择[J]. 爆破器材，2014，43432-36. SHEN Q Q， ZHANG X M， SHI Y M. Selection of de- mulsifier and demulsification conditions for waste emul- sion explosive [J]. Explosive Materials， 2014，434 32-36. [3] 潘涛，龙玉国. 乳化炸药返工药回收工艺技术[J]. 煤 矿爆破，2006133-34. PAN T，LONG Y G. Techniques on recycling the rejected emulsion explosive [J]. Coal Mine Blasting， 20061 33-34. [4] 殷雅婷. 乳化炸药不合格品的破乳实验及破乳机理研 究[J]. 煤矿爆破，201769-13. YIN Y T. The Study on the demulsification and demulsifi- cation mechanism of emulsion explosives demulsification [J]. Coal Mine Blasting， 20176 9-13. [5] 李仕洪，肖师宇，李建设，等. 乳化炸药不合格品返工 工艺的研究[J]. 爆破器材，2013，42431-34. LI S H， XIAO S Y， LI J S， et al. Research on the re- work process of unqualified emulsion explosives [J]. Ex- plosive Materials， 2013， 42431-34. [6] 工业和信息化部. 民用爆炸物品行业“十二五”发展 规划[EB/ OL]. 工业和信息化部网站， 2011-11-30. [7] 中国兵器工业集团公司. 民用爆炸物品工程设计安全 标准GB500892018 [S]. 北京中国计划出版社， 2018. [8] ARMSTRONGA R W， AMMON H L， ELBAN W L， et al. Investigation of hot spot characteristics in energetic crystals [J]. Thermochimica Acta， 2002， 384303-313. [9] 工业和信息化部. 工业炸药通用技术条件GB28286 2012 [S]. 北京中国标准出版社，2012. [10] 汪旭光. 乳化炸药[M]. 2 版. 北京 冶金工业出版 社，2008. WANG X G. Emulsion explosives[M]. 2nd ed. Beijing Metallurgical Industry Press，2008. 24 爆 破 器 材 第 48 卷第 4 期 万方数据