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2 0 0 9 年8 月蜡纸筒对有毒气体含量影响的探讨张贵良等 蜡纸筒对有毒气体含量影响的探讨‘ 张贵良 云南安宁化工厂 云南昆明，6 5 0 3 0 1 [ 摘要] 作为炸药包装材料的蜡纸筒，在炸药使用过程中，部分或全部与炸药爆炸产物进行反应，影响爆轰产物 的组成。文中主要探讨蜡纸筒对粉状炸药爆炸后有毒气体含量的影响。 [ 关键词] 粉状炸药 有毒气体含量蜡纸筒包装材料 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 T D 2 3 5 ．3 5 l 引言 工业炸药以价格低廉、使用方便及能量较高为 特点，除用于军事目的外，大量应用于采矿、采石、公 路、机场、港口建设、水利、电力工程、城市改造及其 它工程。 然而工业炸药不良的爆炸反应会生成一定量的 一氧化碳和氧化氮，在含硫矿床中进行爆破作业，还 可能出现硫化氢和二氧化硫。上述4 种气体都是有 毒气体，凡炸药爆炸以后含有上述4 种中的一种或 一种以上的气体叫做炮烟。人吸入炮烟后，轻则中 毒，重则死亡。此外，大量有毒气体散布于空气中， 也会造成环境污染。据我国部分冶金矿山爆破事故 统计，炮烟中毒的死亡事故占整个爆破事故的 2 8 ．3 ％【1 1 。 在煤矿许用型炸药中，有毒气体含量是作为配 方鉴定的必检项目，生产过程中每3 年需强制送检 及不定期进行现场抽检。由于关系到炸药厂的生产 许可证，已受到了高度重视，但仍有送检不合格，即 有毒气体含量超标的现象存在。 在其它品种的工业炸药中，有毒气体含量的控 制通常是在配方设计时，根据组成炸药的原料，通过 调整比例，把配方设计为零氧平衡或接近于零氧平 衡。而在炸药配方设计中，作为包装材料的蜡纸筒， 氧平衡值并不计入炸药中，但在炸药有毒气体测试 及使用过程中，蜡纸筒将与炸药的爆炸产物进行反 应，影响爆轰产物的组成。 2 蜡纸筒在炸药中的应用 炸药在使用过程中根据用途的不同，分为散装 包装和药卷包装两种。散装包装主要在工程大爆破 和硐室爆破中使用；药卷包装主要用于硐室中打掘 进和部分大直径炮孔的爆破工程。散装包装材料主 要由塑料袋与纤维袋组成，药卷包装材料则由包装 用纸、石蜡和塑料薄膜等组成。 虽然以美国K P 机和德国宝利卡自动装药机为 代表的塑膜包装在乳化炸药的生产中得到了广泛应 用，并在市场上占有了一席之地，而对于粉状炸药， 由于用户更倾向于使用蜡纸筒包装，因此蜡纸筒包 装的粉状炸药仍占据着绝对的市场。 炸药生产中常用的蜡纸筒是由4 0 一5 0 ∥c m 2 的 灰纸或7 0 一8 0 9 ／e r a 2 的牛皮纸，用石蜡作粘合剂，经 由机器卷制而成。蜡纸筒的质量受到纸的类型、石 蜡的型号、粘合时的蜡温、封口时沾蜡的蜡温、浸蜡 深度等因素影响，蜡温低、浸蜡深度深时蜡纸筒中含 蜡量提高，相应蜡纸筒质量增加。 3 蜡纸筒对炸药氧平衡的影响 炸药通常都是由氧化剂 或助燃元素 和可燃 剂 或可燃元素 组成。炸药的爆炸过程实质上就 是氧化剂与可燃剂进行急剧的化学反应，生成二氧 化碳、水、一氧化碳等新产物的氧化还原过程。氧平 衡是衡量炸药或物质中所含的氧化剂，用以完全氧 化炸药或物质本身所含的可燃剂后多余还是不足的 热化学参数。 炸药的包装材料蜡纸筒在炸药配方设计时 是作为额外物质，其氧平衡值并不计入炸药中，因此 也不考虑其对炸药爆炸后有毒气体含量的影响。以 不同的氧平衡值，设计一组炸药配方，并就蜡纸筒对 炸药氧平衡的影响进行分析，见表l 。 由于蜡纸筒是负氧平衡物质且在药卷中所占比 例较高 达到或超过了3 ．o ％ ，极大地影响了炸药 的氧平衡，从表1 可看出计入蜡纸筒氧平衡后的药 卷氧平衡值均向负氧平衡方向移动。 4 蜡纸筒对粉状炸药爆轰参数的影响 收稿日期2 0 0 8 ．1 0 - 2 7 作者简介张贵良 1 9 6 8 一 ，男，高级工程师，主要从事工业炸药、新工艺、新材料等研究和应用。E - m a i l 8 4 8 9 4 5 1 6 3 q q ．c o l n 万方数据 1 6 ．爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第4 期 炸药氧平衡o ／ g g “ 一0 ．0 1 0 8 0 ．0 0 0 8 0 ．0 0 0 50 ．0 0 2 30 ．0 0 8 1 药卷氧平衡∞／ g g 。 一0 ．0 7 8 10 ．1 0 4 7- 0 ．0 6 9 20 ．0 6 5 4- 0 ．0 5 9 8 变化值／ g g “ 一0 ．0 6 7 3 0 ．1 0 3 9 0 ．0 6 9 r 70 ．0 6 7 70 ．0 6 7 9 注①炸药氧平衡是按炸药成分计算的氧平衡；②药卷氧平衡的计算是以D 3 5 m m x 2 0 0 9 药卷中含药卷纸3 9 、石蜡3 9 综合计 算的氧平衡。 4 ．1 爆炸性能 由于炸药的爆炸反应首先从颗粒表面开始，颗 粒越细，反应表面积越大，越有利于爆炸反应进行。 同时各物质的颗粒减小，容易混合均匀，进一步提高 爆轰速度和反应完全程度。所以，设法减小颗粒直 径，增大比表面积会明显提高粉状炸药的爆炸性能。 当然，惰性成分 如食盐 细度应适当控制，否则会 降低爆炸效果。 试验中的5 个配方均采用相同的原材料、相同 的工艺条件、生产方式和相同的包装材料。分别制 取粉状炸药，测试爆轰性能，结果如表2 所示。 表2 各配方炸药爆轰性能 从表2 可看出B 、C 、D 配方炸药的爆轰性能略 高于A 、E 配方。 4 ．2 有毒气体含量 从理论上讲，适当调整炸药的组分配比，使其保 持零氧平衡，在爆炸时是可以不生成一氧化碳和氮 氧化物的。但是，在实际爆破工作中，由于炸药种 类、贮存条件、引爆方式和爆破条件等的不同，炸药 爆炸时总是要生成有毒气体的。当其浓度达到一定 限度时，将会导致人们中毒甚至死亡。对于有瓦斯 和矿尘爆炸危险的矿井来说，这些气体还将对瓦斯 和粉尘爆炸反应起催化作用。表3 为各配方炸药有 毒气体含量测试值。 表3 各配方有毒气体含量 从表3 看出，D 配方炸药的有毒气体含量最低， 为6 4L ／k g ，而A 、E 配方炸药的有毒气体含量则超 过国家标准G B l 8 0 9 8 - 2 0 0 0 规定的8 0L ／k g 。 4 ．3 不同药卷纸对炸药爆炸性能的影响 不同的药卷纸由于其韧性、厚度及其强度的不 同 表4 ，对药卷的束缚力也会有所差别，从表4 可 明显看出，牛皮纸的各项性能均比灰纸高，为此考查 了灰纸和牛皮纸对炸药爆轰性能的影响，结果见表 5 所示，试验采用D 配方混制炸药。 表4 炸药用药卷纸指标参数 袁5 不同药卷纸对炸药爆轰性能的影响 从表5 可看出，用灰纸或牛皮纸包装的炸药其 殉爆距离、爆速值差别不大。 5 原因分析 炸药有毒气体含量的测试是根据国标 G B l 8 0 9 8 - 2 0 0 0 I 业炸药爆炸后有毒气体含量的测 定进行。方法原理用一定量的炸药试样在一定 容积的爆压弹中爆炸，制得爆炸产物，分析产物中一 氧化碳和氮氧化物含量[ 2 】。有毒气体含量是以一 氧化碳计算的，氮的氧化物比一氧化碳的毒性大得 多，在计算有毒气体总量时，氮氧化物折算为一氧化 碳是以每升氮氧化物相当于6 ．5 L 一氧化碳计算的。 众所周知，当炸药为正氧平衡时，爆炸产物中含 有氮氧化物；而炸药为负氧平衡时，则生成一氧化 碳，两者均为有毒气体；只有当炸药为零氧平衡时， 生成产物为二氧化碳、水、氮气等，此时有毒气体含 量最低。由于蜡纸筒的氧平衡并不计人炸药氧平衡 内，但测试时使用原装药卷 直径大于3 5 m m 的应改 装成直径为3 5 r n m ，它包含了作为包装材料的蜡纸 筒；蜡纸筒在炸药爆炸产生的高温高压下气化，然后 部分或全部与炸药爆炸产物进行反应，并在特定的 温度、压力等条件下形成新的化学平衡。由于组成 蜡纸筒的碳、氢元素为负氧平衡物质，它必将消耗炸 万方数据 2 0 0 9 年8 月 蜡纸筒对有毒气体含量影响的探讨张贵良等 药中的部分氧，从而导致有毒气体含量最低点向炸 药正氧平衡方向移动，即当炸药配方为微偏正氧平 衡时，有毒气体含量将最低，如配方D 。 所以，在炸药配方设计时应适当考虑蜡纸筒对 炸药爆炸后有毒气体含量的影响，因炸药在实际使 用过程中，在炮孔壁的夹制、约束等作用下，蜡纸筒 将与炸药爆炸产物反应．从而改变炸药爆炸后有毒 气体生成量。 铵油炸药的爆轰反应机理是混合反应机理与表 面反应机理作用的结果，当爆轰波沿有限尺寸的药 柱传播时，除在爆轰波反应区中有化学反应的放热 过程外，同时还存在着能量的耗散过程。一般凝聚 炸药爆轰波面内压力高达1 0 G P a 的数量级，工业炸 药也具有5G P a 的数量级，具有这样高压力的反应 产物必然要发生径向膨胀，而这种径向膨胀引起了 向反应区内传播的径向稀疏波，结果造成反应区中 能量的向外耗散，外层的炸药反应不完全，产生的能 量不足以维持爆轰波的稳定传播，致使炸药外层的 传播落后于炸药中心的传播[ 3 】。 由表4 可明显看出，处于炸药最外层的蜡纸筒， 无论是灰纸还是牛皮纸，其耐破度与炸药爆压相比 均差1 0 4 1 0 5 的数量级，在炸药爆炸时，被高压爆 轰产物形成的径向膨胀所冲散。 从工业炸药的生产过程来说，粉状炸药的混合 主要是“固一固”混合和“固一液”混合，在炸药体系中 硝酸铵的粒度分级、硝酸铵与木粉的密度差异、油相 材料的加入方式、混合设备的局限等因素决定了炸 药的混合均匀性，最终决定了炸药的爆轰性能。 虽然在实际使用中，蜡纸筒与炸药爆炸产物有 可能进行二次反应，但由于炸药外层的传播落后于 中心的传播，所以蜡纸筒对炸药的爆轰波不作贡献， 仅起到约束炸药的形态、控制炸药密度的作用。当 然在一定范围内，炸药密度高，相应的爆速值高。对 于表2 ，由于各配方炸药的生产条件相同，这时炸药 的爆轰性能主要受炸药氧平衡的控制，由于B 、C 、D 配方较A 、E 配方接近于零氧平衡，这也就是B 、C 、D 配方的炸药爆轰性能略高于A 、E 配方的原因。 6 结论 1 作为炸药包装材料的蜡纸筒对炸药的爆轰 波不作贡献，而对炸药爆炸后有毒气体含量的影响 很大。在生产过程中若控制不当，如增加蜡纸筒质 量，将使炸药爆炸后有毒气体含量增加，在严重情况 下炸药爆炸后有毒气体含量超标。因此炸药生产中 应随时注意检查蜡温、添加石蜡、控制浸蜡深度，以 最终控制蜡纸筒的质量。在石蜡中加入一定量的添 加物以提高石蜡的硬度、滴点和粘度，改善密封强度 和粘结性，加强对炸药的约束作用。另外作为炸药 包装涂覆的防水用蜡，应该选择具有低的透湿性，较 好的韧性和光泽。 2 蜡纸简装炸药的配方可考虑设计为微偏正 氧平衡。由于微偏正氧平衡炸药爆炸后，有毒气体 含量低，既方便用户，又具有良好的社会效益；相应 的油相材料使用量降低，原材料成本下降，又能带来 一定的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 中国力学学会工程爆破专业委员会．爆破工程 下 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ．1 8 2 - 2 3 3 ． [ 2 ]吕春绪，等．膨化硝铵炸药[ M ] ．北京兵器工业出版 社，2 0 0 1 ．4 0 7 - 4 1 5 ． [ 3 ]吕春绪，等．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版 社，2 0 0 3 ．3 2 1 2 8 。3 4 7 3 8 2 ． D i s c u s s i o nO RI n f l u e n c eo fW a x e dP a p e rS h e Uo nt h eA m o u n to fT o x i cG a s e s Z H A N GG u i l i a n g Y u n n a nA r m i n gC h e m i c a lP l a n t Y u n n a nK u n m i n g ，6 5 0 3 0 1 【A B S T R A C T ] W a x e dp a p e rs h e l l ，a sp a c k i n gm a t e r i a l so ft h ee x p l o s i v e ，p 舡t l yo rt o t a l l yp a r t i c i p a t et h ee x p l o s i o n 艘- t i o ni n ‰印p l i c a t i o no fe x p l o s i v e ，t oi m p a c tt h ed e t o n a t i o np r o d u c t s ．1 1 l i 8a r t i c l em a i n l yp r o b e si n t ot h ei n f l u e n c eo fw a x e d p a p e rs h e l lo nt h ea n a o u n to ft o x i cg a s e sa f t e rt h ep o w d e r ye x p l o s i v ee x p l o s i o n ． [ K E YW O R D S ] p o w d e r ye x p l o s i v e ，t h ea n a o u n to ft o x i cg a s e s ，w a x e dp a p e rs h e l l ，p a c k i n gm a t e r i a l s 1 以军方退役弹药为基的工业炸药 N A T OS c i ．S e r ．，1 12 0 0 0 ，3 北大西洋公约组 织，科学丛书 应用退役的枪炮火药和火箭推进剂 制造工业炸药 7 1 6 英文 就退役弹药制造工业炸药，广泛地讨论了铵化 合物的转化、炸药制造的安全性和在环保上可接受 的加工方法。以表格形式提出了由退役弹药制造出 的工业炸药、炸药的设计特性值和炸药的效率。 钟一鹏译自美国化学文摘 V o l 。1 3 4 ，N o ．2 5 2 0 0 1 万方数据