废矿物油在铵油炸药中的应用 .pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１６. ０３. ０１１ 废矿物油在铵油炸药中的应用 ❋ 宋 日 神华准格尔能源有限责任公司炸药厂内蒙古鄂尔多斯，０１０３００ [摘 要] 针对露天矿大型采矿设备多,润滑油、液压油等消耗量大,相应产生大量的废矿物油的特点,详细介绍 了利用废矿物油代替部分柴油生产铵油炸药的配方设计、工艺流程、性能参数,并进行了效益分析 为矿山在符合 环保要求的基础上,通过技术手段参与到处置危险物的行列、进行最大可能的资源循环利用提供参考 [关键词] 铵油炸药；废矿物油；配方；爆炸性能 [分类号] ＴＱ５６０. ４ 引言 我国是目前世界上工业炸药生产量最大的国 家 ２０１５ 年,尽管受到煤炭、钢铁、水泥等行业产量 下滑的影响,但仍然生产了 ３６７. １８ 万吨炸药,其中 多孔 粒 状 铵 油 炸 药 ５４. １５ 万 吨, 占 总 产 量 的 １４. ６８％ 铵油炸药是硝酸铵和燃料油混合而成的 一种工业炸药,典型配方质量分数 是硝酸铵 ９４. ５％、轻柴油 ５. ５％ 利用炸药现场混装技术生 产的现场混装多孔粒状铵油炸药已经广泛地应用于 国内外主要大型露天矿山[１-３] 在长期的工程爆破 实践中,国内外一直认为柴油是现场混装铵油炸药 最好的燃料油,因其具有来源丰富、使用方便、黏度 适中等特点,易被多孔粒状硝酸铵所吸附,发热值 高,易于参加硝酸铵的爆炸反应[４] 受传统观念的 影响,现场混装铵油炸药的配方一直沿用多孔粒状 硝酸铵和轻柴油 因此,采用价格低廉、性能上能够 代替部分柴油的可燃剂,一直是现场混装铵油炸药 生产企业追求的目标[５] 废矿物油主要来源于露天矿山大型设备检修保 养过程中回收的废机油、液压油及齿轮油等,以及少 量的油库储油罐底油；这些废弃资源易造成火灾隐 患和环境污染,治理需要花费大量费用,被列入国 家危险废物名录,编号为 ＨＷ０８[６] 神华准格尔能 源有限责任公司炸药厂建立了废矿物油储存的场 所、综合回收利用的设备与设施[７],通过了环境保 护主管部门组织的环境评价验收,办理了废矿物油 综合回收利用经营许可证,采用废矿物油代替部分 柴油,生产铵油炸药 本文就如何利用废矿物油代替部分柴油作可燃 剂,生产出其原材料来源广泛、无毒无害、价格低廉 且工艺简单的含废矿物油的铵油炸药开展研究 １ 配方与工艺的设计 １. １ 能量分析 矿物油的主要成分为烷烃、多环芳烃、烯烃等烃 类有机物 在露天矿山大型设备的使用过程中,高 温、高压、高转速等机械摩擦、氧化分解使得矿物油 中的各种添加剂失去作用,但其本身的润滑基础油 的理化性质基本没有变化 以多孔粒状硝酸铵为氧 化剂,整理现有资料数据,分别以 ０＃柴油和矿物油 作为还原剂,从能量的角度进行分析,具体数据如表 １ 所示 可燃剂的能量贡献值 Ｑｒｅ和能量因子 ｑｒｅ的数值 越大,对系统总能量的提高越有利[８] 由表１ 可知, 从能量释放的角度考虑,废矿物油代替部分柴油从 表 １ 柴油与矿物油能量贡献的 Ｑｒｅ、ｑｒｅ对比 Ｔａｂ. １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｑｒｅａｎｄ ｑｒｅｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｏｉｌ 名称分子式 摩尔质量/ ｋｇ.ｍｏｌ －１ 氧平衡/ ｇ.ｇ －１ 开口闪点/ ℃ 密度/ ｇ.ｃｍ －３ Ｑｒｅ/ ｋＪ.ｍｏｌ －２ ｑｒｅ/ ｋＪ.ｇ －１.ｍｏｌ－２ 柴油Ｃ１６Ｈ３２２２４. ０－３. ４２５５０. ８４１９７. ４０４２. ３０ 矿物油Ｃ１６Ｈ３６１７０. ５－３. ４６１５００. ８５２１１. ９５４６. １３ .１５.２０１６ 年 ６ 月 废矿物油在铵油炸药中的应用 宋 日 ❋ 收稿日期２０１６-０３-０３ 作者简介宋日１９６４ － ,男,教授级高工,从事露天炸药生产工艺和爆破工程研究 Ｅ-ｍａｉｌｓｈｚｎｚｙｃｓｒ＠１６３. ｃｏｍ 系统总能量来看是有益的,矿物油是较好的还原剂 １. ２ 配方设计 一般地说,当炸药配方为零氧平衡或接近于零 氧平衡时,炸药爆炸反应的产物才有可能全部或几 乎全部是 Ｈ２Ｏ、ＣＯ２和 Ｎ２,此时放出的热量最大,爆 破或作功的效果达到最佳[９] 废矿物油与柴油一 样不会引起多孔粒状硝酸铵的热分解加速,且废矿 物油的开口闪点较柴油高,因此,组分之间具有良好 的相容性,能够确保使用的安全 依据配方设计的要求,综合考虑性能和成本、制 备和使用的平衡统一,通过试验确定铵油炸药组分, 如表 ２ 所示 该配方适合露天矿山利用废矿物油生 产现场混装铵油炸药 表 ２ 铵油炸药的组分质量分数 Ｔａｂ. ２ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ ｏｆ ＡＮＦＯ％ 多孔粒状硝酸铵柴油矿物油 ９４. ５０２. ７５２. ７５ 用简化计算法计算该配方氧平衡值 氧平衡几 乎为零 考虑到炸药在装入炮孔过程中会造成部分 油料损失,氧化剂多孔粒状硝酸铵恰好能将柴油和 废矿物油的混合可燃剂完全氧化,爆炸释放的能量 最大,生成物中的有毒有害气体最少 １. ３ 工艺设计 在氧平衡设计中要统筹兼顾安全性、爆炸性能、 成本和制备工艺 废矿物油的运动黏度较柴油偏 大,不利于过滤清除杂质和现场混装铵油炸药车燃 油输送 通过大量的现场试验,在废矿物油中加入 部分柴油充分混合,解决了单一废矿物油配方的过 滤清洁难度大、生产效率低的问题 当柴油与废矿 物油按照质量比为 １︰１ 配制成混合油,其运动黏度 系数适宜输送泵输送,多孔硝酸铵吸油率也符合要 求 运动黏度和吸油率如表 ３ 表 ３ 不同可燃剂的运动黏度和吸油率 Ｔａｂ. ３ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｏｉｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ ａｇｅｎｔｓ 可燃剂 测试温度/ ℃ 运动黏度 １０６ / ｍ２.ｓ －１ 吸油率/ ％ 柴油４０２. ６ ５. ８９. ６ 废矿物油４０３１. ６ ４１. ２１０. ２ 柴油与废矿物 油的混合油 ４０１２. ０ １７. ７９. ８ 运动黏度是流体单位接触面积上的内摩擦力与 垂直于运动方向上的流速变化率的比值,是衡量在 一定条件下流体流动的度量值,运动黏度越大,流动 性越差 表 ３ 表明,选择柴油与废矿物油质量比为 １︰１ 的混合油作为多孔粒状铵油炸药的可燃剂,流 动性较好,吸油率符合 ７％的要求 生产工艺流程 如图 １ 所示 图 １ 废矿物油制备铵油炸药生产工艺流程 Ｆｉｇ. １ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒｔ ｏｆ ＡＮＦＯ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｏｉｌ 由于废矿物油与柴油的氧平衡值、能量贡献值 趋于接近,所以可根据露天矿与铵油炸药地面制备 站所处的地理位置和气候条件,适当调节柴油与废 矿物油的混合配制比例 夏季废矿物油运动黏度 低,可适当增大其比例,冬季适当降低废矿物油的添 加比例 冬季也可采用将废矿物油提前放置在有采 暖的房屋内预热,保证柴油与废矿物油混合油有一 个适合的运动黏度 一般情况下,柴油与废矿物油 的混合油的最佳质量比为 １︰１ ２ 现场混装铵油炸药的制备 ２. １ 制备步骤 ２. １. １ 多孔粒状硝酸铵准备 使用叉车将采用吨袋包装的多孔粒状硝酸铵由 储存库或硝酸铵运输车运送至上料塔螺旋输送机进 料漏斗,经螺旋输送机运至斗式提升机,再经斗式提 升机把硝酸铵输送至上料塔储罐,备用 多孔粒状 硝酸铵上料系统如图 ２ 所示 ２. １. ２ 柴油与废矿物油的混合油配制 首先将一定量的柴油通过箱式柴油罐或柴油运 输车泵送至柴油与矿物油配制槽内,以备稀释运动 黏度较大的废矿物油,同时有利于废矿物油中的杂 质沉降 然后再将等量的回收在桶中的废矿物油泵 送至内置在配制槽的第一级粗过滤网,滤出破布、塑 料布等杂物；经过人工搅拌均匀后,再经置于配制槽 内的第二级细过滤网、第三级精过滤网泵送至混合 .２５. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ３ 期 图 ２ 多孔粒状硝酸铵上料系统 Ｆｉｇ. ２ Ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｇｒａｎｕｌａｒ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ 油储存罐 储存罐安装有电动搅拌装置,搅拌均匀 后备用 ２. １. ３ 铵油炸药车现场制药 现场混装铵油炸药车在上料塔硝酸铵储存罐出 料口下方,将一定量的多孔硝酸铵加入炸药车硝酸 铵料仓中；在柴油、矿物油混配场地,再将混合油储 存罐内已配制好的混合油泵送至现场混装铵油炸药 车专供制备炸药的工艺用油箱体中；加料完毕后,行 驶至爆破作业现场进行装药 ２. ２ 性能测试与爆破试验 ２. ２. １ 性能测试 一种新配方炸药的研制,应对该炸药的密度、爆 速、作功能力等关键性能指标进行目标控制,进而验 证爆炸效果和确定未来使用的方向,以期满足爆破 条件的要求 在现场混装铵油炸药地面站,由于受 条件限制,日常主要是对炸药的密度、爆速、储存期 ３ 项主要技术指标进行测试,作功能力、猛度 ２ 项指 标由专业检测机构检测,其爆炸性能见表 ４ 由表 ４ 测试数据可见,以柴油和废矿物油质量 比 １︰１ 的混合油做可燃剂的铵油炸药,与柴油作可 燃剂所制备的多孔粒状铵油炸药在密度、爆速、猛度 及作功能力 ４ 项性能指标参数上没有明显的区别, 只是炸药储存有效期略有不同 同时通过分析认 为,在可燃剂柴油中加入废矿物油黏度稍有提高,有 利于较长时间的储存 ２. ２. ２ 爆破试验 为验证含废矿物油的铵油炸药的爆破效果, １９９８ 年 ７ 月 ２９ 日,在黑岱沟露天煤矿爆破作业现 场,分别填装 ３０ ｔ 含废矿物油和 ３０ ｔ 不含废矿物油 的铵油炸药,分两片装药,同时起爆 爆破后观察, 从爆堆形状、岩石块度、电铲采状效率均无区别 从 投入应用至今近 １６ 年,在黑岱沟露天煤矿均取得良 好的爆破效果 ３ 经济效益和社会效益 ３. １ 经济效益 １９９８ 年 ７ 月废矿物油在铵油炸药中应用获得 成功,该技术向国家知识产权局递交专利申请,并获 发明专利,专利号为 ９８１２４３１０. Ｘ[１１] 此项目专利 技术在黑岱沟露天煤矿应用中取得了良好的经济 效益 １９９９ 年至 ２０１５ 年,１６ 年来共计利用废矿物油 ７ ５３９ ｔ,节约成本４ ６１８. ３２ 万元 其中仅２０１５ 年使 用废矿物油达１ ０２０ ｔ,生产铵油炸药３. ７ 万吨,节约 成本 ５００ 多万元,相当于 ２０１５ 年该厂职工工资总额 的 ３０％,创造了可观的经济效益 ３. ２ 社会效益 废矿物油的回收利用,降低了准能公司 ２ 个露 天煤矿资源的消耗,提高了资源利用率,控制了资源 成本,同时也改善了露天工业场地的卫生状况 废 矿物油的回收利用还改变了传统的“资源产品 废弃物”的流程,实现了“资源产品废弃物再 生资源”的循环经济模式,相当于增加了资源供给 表 ４ 不同可燃剂的铵油炸药性能及指标对比 Ｔａｂ. ４ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＡＮＦＯ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ ａｇｅｎｔｓ 组分质量分数密度/ ｇ.ｃｍ －３ 爆速/ ｍ.ｓ －１ 猛度/ ｍｍ作功能力/ ｍＬ炸药有效期/ ｄ 多孔硝酸铵 ９４. ５％；柴油 ５. ５％０. ８６２ ８６２１８. ６２８７３５ 多孔硝酸铵 ９４. ５％； 柴油 ２. ７５％； 废矿物油 ２. ７５％ ０. ８６２ ８３４１８. ２２９６３９ ＧＢ１７５８３１９９８ 标准[１０]０. ８ ０. ９≥２ ８００≥１５≥２７８≥３０ 注爆速测试使用⌀５０ ｍｍ ５ ｍｍ 钢管约束 .３５.２０１６ 年 ６ 月 废矿物油在铵油炸药中的应用 宋 日 用废矿物油代替柴油生产铵油炸药,能够使废 矿物油被清洁利用,最大程度地发挥废矿物油的残 值 该技术是处理废矿物油最环保、最经济、最有效 的技术措施；同时,大量节约柴油,对实现循环经济、 节能减排,具有重要意义,也消除了企业随意倾倒或 非法转移倒卖给无废矿物油经营资质的个体单位所 带来的环保事件风险 随着工业化的发展,废矿物 油的产生将持续增长,带来的环境等问题日益严重, 本项目选择适当的技术措施进行无害化清洁处理, 实现了经济效益、环境效益和社会效益的协调发展 ４ 结论 １研制的废矿物油代替部分柴油制备铵油炸 药的组分配方质量分数 为多孔粒状硝酸铵 ９４. ５０％,废矿物油 ２. ７５％,柴油 ２. ７５％ 该配方根 据露天矿现场自有条件,在保证混合油运动黏度不 影响泵输送和多孔硝酸铵吸油率的条件下,可适当 调整配方 ２采用废矿物油替代部分柴油制备的铵油炸 药,各项爆破性能良好,符合 ＧＢ１７５８３１９９８ 铵油 炸药标准要求 ３该技术为露天矿山废矿物油找到一条依法 合规、清洁无害化处置的有效途径,具有良好的环境 效益、经济效益及社会效益 参 考 文 献 [１] 吕春绪. 工业炸药理论[Ｍ]. 北京兵器工业出版社, ２００３. 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Ｂｅｓｉｄｅｓ, ｉｎ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ, ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｗｏｒｋ ｆｏｒ ｏｐｅｎ-ｐｉｔ ｍｉｎｅ ｗｈｅｒｅ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｏｉｌ ｉｓ ｈａｎｄｌｅｄ ｔｏ ｕｔｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｏ ａｔｔａｉｎ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ＡＮＦＯ； ｗａｓｔｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｏｉｌ； ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ； ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ .４５. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ３ 期