农用硝酸铵防爆剂试验研究.pdf
.4 8 .爆破器材E 1 p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .1 0 0 1 { ;3 5 2 .2 0 1 3 .0 2 .0 1 3 农用硝酸铵防爆剂试验研究 殷海权 郑州海鸿精细化工技术咨询有限公司 河南郑州,4 5 0 0 0 6 [ 摘要]根据高塔喷雾造粒连续生产和防爆剂共晶钝化原理,采用动态连续法工艺,批量试生产出含有4 %和 8 %s G Y F 型水溶性防爆剂的农用防爆硝酸铵和农用防爆硝基复合肥;考核和检测了防爆剂在1 7 5 ~1 7 8 c | C 熔融态 硝酸铵中共晶钝化时的工艺安全性和热相容性。文中还探讨了s c Y F 型防爆剂质量分数为1 .o %一5 .0 %时与产 品颗粒强度、爆轰感度的变化规律;测试结果证实,试制品农用防爆硝铵和防爆硝基复合肥的主要物化性能和抗爆 性能均达到预定技术指标或行业标准要求。 [ 关键词]农用硝酸铵 防爆剂抗爆性能颗粒强度氮含量热分解温度 [ 分类号] T Q 4 4 1 .1 2 0 6 5 7 引言 硝酸铵 A N 是最广泛使用的农用化肥,在工业 炸药中亦占主要地位刮。近年来,研究人员进行了 大量研究工作H “,旨在不降低肥效的前提下,降低 硝酸铵的爆炸性,使其继续为农业服务。中国工程 院汪旭光院士等研究人员也开展了有关改性硝酸铵 爆轰安全性、热稳定性等方面的大量工作,认为提高 硝酸铵的热稳定性可降低其爆炸性⋯1 | 。在前人研 究的基础上,作者经多年精心设计和反复科学试验, 筛选出了2 种新型防爆剂 撰名s G Y .F 和S G Y .S , 并已於2 0 1 2 年获得两项国家发明专利2 。3 f 。在防 爆剂中,添加长链脂肪胺阳离子表面活性剂作抗硬 化剂,选用高热容阻燃剂和熄爆剂,并加入与硝酸铵 生成保护性薄膜的隔爆剂。 硝酸铵用防爆剂的生命力,在于连续批量生产 出抗爆性能合格的农用防爆硝酸铵。太原化工股份 有限公司合成氨分公司 简称太化 ,在高塔生产硝 酸铵的大生产线上,试验加入笔者研制、合作生产 的S G Y F 型防爆剂,使硝酸铵改性,制出批量农用 防爆硝酸铵 代号F A N .T .1 和农用防爆复合肥 代 号F A N .T .2 2 种防爆产品。 通过此项应用试验,试图考核该防爆剂批量生 产农用防爆硝酸铵的安全性以及工艺可行性,并同 时考察该防爆剂钝化硝酸铵的抗爆效果。 1 主要工艺参数 硝酸铵熔融态温度1 7 5 1 7 8 ℃;硝酸铵流量 约1 5 ∥h ;喷咀转速4 5 6 r /m i n ;真空压力0 .0 7 2 ~ o .0 7 8 M P a ;冷却条件自然冷却;产品包装温度≤ 4 4 ℃;S G Y F 型防爆剂添加浓度防爆硝铵中添加4 %,防爆复合肥中添加8 %。 2 批量生产农用防爆硝酸铵和农用防爆复合肥的 制备工艺 根据高塔喷雾造粒连续生产和防爆剂共晶钝化 原理,在高塔硝酸铵大生产线上,采用动态连续法生 产工艺,直接计量易水溶性固体粉状s G Y F 型防爆 剂,连续将其加入造粒喷头前的熔融态硝酸铵母液 2 4 混合槽中 生产时熔融态硝酸铵母液浓度约为 9 9 .2 %~9 9 .6 % ,混合后,经2 ”混合槽底部倒淋人 旋转喷头 喷头转速为4 5 6r /m i n ,以每小时约1 5 t 造粒量,制得粒状防爆硝铵制品 制品标识号为 F A N T 一1 和农用防爆复合肥 代号F A N T - 2 ;防爆 制品经塔下皮带进入冷却床,再进入定量包装机, 单包采用编织袋包装;在现场采集工厂常规分析用 小样和检测抗爆性能用大样后,制品现场堆垛贮存, 作贮存性能检测或观察用。 3 农用防爆硝铵制品性能检测 3 .1 物理性能 按c B 2 9 4 5 8 9 标准检测防爆硝铵和防爆复合 肥主要物理性能,检测结果参见表1 。 表l 数据表明,2 个制品的主要物理性能 水 分、颗粒强度 均达到G B 2 9 4 5 8 9 国标和设计技术 指标。 3 .2 热安定性 在S G Y F 型防爆剂的热分解动力学检测中,西 ,收稿日期2 0 1 2 一1 1 一1 3 作者简介殷海权 1 9 3 7 一 ,男,研究员,主要从事硝酸铵、炸药和有关含能材料研究。E m a i l s w a “9 0 0 s e2 0 0 7 1 6 3 .c o m 万方数据 2 0 1 3 年4 月 农用硝酸铵防爆剂试验研究殷海权4 9 表1防爆硝铵和防爆复合肥主要物理 性能检测 T a b .1 P h y s i c a lp r o p e n i e s0 ft h ee x p l o s i o n p r o o ff o r a m m o n i u mn i t r a t ea n dc o m p o s i t ef e n i l i z e r 性能参数 外观 游离水质量 分数/% 颗粒强度/ N 氮质量 分数/% 含S G Y F 型含S G Y .F 型 防爆剂的防爆防爆剂的防爆技术指标或 硝铵复合肥设计要求指标 F A N T 一1 F A N T - 2 白错泽白错泽 白色粒状 颗粒颗粒 “⋯4 ⋯、 O .5O .6≤1 .O 1 0 .7 3 0 .4 防是犁零量 4 .o 分数/% ⋯ 制品包装 7 4 7 9 温度/℃ 塔下 1 4 .6 3 1 .5 8 .0 7 3 塔下 北大学化工学院采用美国T A 公司s D 卜Q 6 0 0 型差 热扫描量热一热重分析联合仪 亦称D s c T G A 法 进行测试,其热分解温度参见表2 。 表2 数据表明,s G Y F 防爆剂的热安定性良好, 其热分解温度为2 5 9 .3 2 ℃,远高于硝酸铵的热分解 温度,故生产过程安全。 3 .3 电镜照片 在改性后的农用防爆硝酸铵 F A N T 一1 和防爆 复合肥 F A N T 一2 晶形变化的研究中,由2 1 3 所采 用捷克T V T 扫描电镜仪,按照Q /A H 0 2 6 8 2 0 0 3 标 准,分析检测了改性后农用防爆硝酸铵 F A N .T .1 和防爆复合肥 F A N T - 2 的扫描电镜照片,并与未 改性硝酸铵 A N 晶粒的电镜照片进行对比后发现, 改性后的农用防爆硝酸铵 F A N T .1 和防爆复合肥 F A N T 一2 颗粒表面出现与未改性硝酸铵 A N 形 貌不同的晶粒。 图1 和图2 为未改性硝酸铵 A N 和含防爆剂 的改性硝酸铵电镜照片。 图1未改性硝酸铵电镜照片 F i g .1 S E Mp i c t u r eo fn o t n l o d j f i P da n l n l o n i u mn i t r a t e T 、_ } 、~l _ 、、n 1 ’。u 』l ⋯1\。、【,.’r mTtut r 1一。L●、J、[1’一Il ’r一’u_●-、⋯_ ’tL r 。 图2 含防爆剂的改性硝酸铵电镜照片 F i g .2 S E Mp i c t u I ℃o fm o d i 6 e d 帅m o n i u mn i 缸a t ec o n t a i n i n g e x p l o s i o n p m o fa g e n t 3 .4 抗爆性能 在抗爆性能研究中,采用兵器行业标准 可叮9 0 5 0 2 0 0 6 “农用硝酸铵抗爆性能试验方法及判 定”,检测了二种改性硝铵制品的抗爆性能。农用 防爆硝酸铵 F A N T - 1 试验结果表明3 发试验 稳定,试验后钢质样品管均未爆裂、保持完整,验证 板均无任何爆炸伤痕和击穿现象,故判定该试样具 备抗爆性能。 袁2S G Y .F 型防爆剂及其制品防爆硝铵的热分解实验 T a b .2R e s u l t so ft h e 瑚a ld e c o m p o s i t i o nf o rt h eS G Y - Fe x p l o s i o n - p r o o f a g e n ta n di t sp r o d u c tf o ra m m o n i u mn i t r a t e 0求O求叭On 要m 要 加 ㈣恻舢恻舢⋯ 鲫豺甜7;时特≤ 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第2 期 防爆复合肥 F A N T 一2 试验结果则表明3 发 试验稳定,试验后钢质样品管均未爆裂、保持完整, 验证板均无任何爆炸伤痕和击穿现象,故判定该试 样也具备抗爆性能。 图3 和图4 为钢质样品管和验证板照片。 图3试验后样品管和验证板照片 F i g .3 P h o t oo ft u b eo ft h es a n l p l ea n dw i t n e s s p I a t ea f t e rt h et e s l 图4 试验店验址扳』【{ 片 F i g .4 P h o t oo fw i t n e s sp l a t e 出e r t h et e s t 4 讨论 通过此工业性试验实施及试验结果证实,采用 S G Y F 型农用硝酸铵防爆剂,利用现有生产设备和 工艺条件,可在高塔生产硝酸铵的大生产线上,安全 生产出粒状农用防爆硝铵和粒状防爆复合肥2 种制 品。在上述研究基础上,对S G Y F 防爆剂添加浓 度、s G Y F 的热行为和A N 的相容性、农用防爆A N F A N 与可燃剂的热相容性进行了探索性研究。 4 .1 S G Y F 防爆剂质量分数的影响 在A N 中加入不同质量分数 伽。 防爆剂后,得 到防爆A N F A N 不同的颗粒强度 P ,发现所制成 的铵油炸药具有明显不同的爆轰感度,其结果参见 表3 。 对表3 数据进行回归分析,可分别求出训。与 P 、加。与,的关系方程 P A 耽o 1 , C 跳o 2 式 1 和式 2 中P 为颗粒强度;,为爆轰感度; 表3防爆剂质量分数对颗粒强度 P 和爆轰感度 , 影响 T a b .3E £f .e c to ft h ec o n t e n to ft h ee x p l o s i o n - p I .0 0 fa g e n to np a r t i c l es t r e n g t h P a n d d e t o n a t i o ns e n s i t i v i t y , 叫。为质量分数。 用最小二乘法求得常数A 、日、C 、D A 5 ,曰 2 ,C 1 0 0 ,D 一2 0 ; 则关系方程为 P 5 2 叫o 3 , 1 0 0 2 0 训o 4 由式 3 、式 4 可绘制出如图5 和图6 所示的 关系曲线。 1 5 1 3 1 1 9 7 5 3 图5s G Y - F 质量分数‰与颗粒强度P 关系曲线 F i g .5 T h ec o n t e n to fS G Y F z 口o 一p a r t i c l e s t r e n 群h P r e l a t i o nc u r v e 图6 s G Y F 质量分数‰与爆轰感度,关系曲线 F 培.6 T h ec o n t e n to fS G Y F 埘o 一d e t o n a t i o n s e n s i t i v i t y , r e l a t i o nc u n r e 随着防爆剂添加量的增加,颗粒强度也随之增 万方数据 2 0 1 3 年4 月 农用硝酸铵防爆剂试验研究殷海权5 1 加,相应降低了爆轰感度。 4 .2S G Y - F 的热行为和A N 的相容性探讨 在温度呈线性增加的条件下,采用D S c ~T G A 法研究s G Y - F 及其混合物的热分解动力学,根据表 4 实验数据制得热谱图 图7 。检测单位西北大 学。 从表4 和图7 中可以看到,s G Y .F 的热分解温 度超过3 0 0 ℃,远高于高塔生产A N 时A N 熔融态温 度 1 7 0 ℃ ,故s G Y .F 在生产使用时不会分解,加 工过程安全;同时可以看出,在s G Y F 中加入A N 后,防爆A N 的热分解温度高于A N 5 5 ℃,说明该系 统是可相容的。 表4S G Y F 及其混合物的热分解实验 T a b .4T h er e s u l t so ft h e m a ld e c o m D o s i t i o nf o rt h e S G Y Fa n di t sp m d u c t f 印 ≥ ≮ 嫱 图7S G Y F 及其混合物的热谱图 F i g .7 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft r a c e sf o r S G Y Fa n di t sc o m p o u n d s 4 .3 农用防爆A N F A N 与可燃剂的热相容性 依标准G J B 5 8 9 1 .1 6 2 0 0 6 ,在1 0 0 ℃、4 0 h 条件 下,测得防爆A N F A N 与2 。铵油炸药主要组分可 燃剂木粉、柴油的产气量,以此来判定它们的热相容 性,结果参见表5 。 从表5 中可以看到,F A N 与柴油净增气体量为 o .2 9 m L ,远低于相容标准值 o .5m L ,故F A N 与柴油相容;同样,F A N 与木粉净增气体量为0 .1 5 m L ,也远低于相容标准值 3 0 0 ℃ 远高于高塔生产A N 时熔融态A N 的温 度 1 7 0 ℃ ,故s G Y .F 防爆剂在生产使用时不会分 解,加工过程安全;试验测试结果证实在S G Y F 防 爆剂中加入A N 后,防爆硝铵 F A N 的热分解温度 高于A N5 5 ℃,说明该系统是可相容的。 3 研究表明伴随加入4 %和8 %水溶性防爆剂 和熔融态硝铵共晶后,制品颗粒强度得到了提高。 由于制品颗粒强度明显提高,阻止了爆轰波在硝酸 铵中传递,降低了可燃剂柴油在氧化剂硝酸铵中渗 透水平,因而大大降低了铵油炸药的爆轰感度,故制 品农用防爆硝铵和防爆硝基复合肥的抗爆性能达到 预定技术指标或行业标准要求。 参考文献 [ 1 ] 殷海权,王国良,贡桂红,等.工业炸药的现状及其发 展方向[ J ] .火炸药,1 9 9 6 1 2 l 一2 5 . Y i nH a i q u a n ,W a n gG u o I i a n g , G o n gG u i h o n g , e ta I . P r e s e n tc o n d i t i o n sa n dd e v e l o p m e n t a ld i r e c t i o n so fi n d u s 一 访a 1e x p l o s j v e s[ J] . E x p l o s i v e s P m p e l l a n t s ,l9 9 6 1 2 1 2 5 . [ 2 ] Y i nH a i q u a n ,w a l l gG u o l i a n g ,G o n gG u i h o n g ,e ta 1 . N o n T N Ta m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e [ J ] . c A ,1 9 9 3 , 1 1 9 1 2 0 7 1 4 h . [ 3 ] 殷海权,王国良,杜凤沛,等.无梯岩石铵脲炸药研究 [ J ] .含能材料,1 9 9 4 ,1 2 4 1 2 1 9 . Y i nH a i q u a n ,W a n gG u o l i a n g ,D uF e n g p e i ,e ta 1 .R e s e a r c hf o rr o c ku r e aa m m o n i u md y n a m i t ew i t h o u tT N T [ J ] .C h i n e s eJ o u r n a lo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ,1 9 9 4 ,1 2 4 1 2 1 9 . [ 4 ] 殷海权,孙莉霞,胡荣祖,等.A N Y 一1 炸药的热行为和 相容性[ c ] //第十届火炸药安定性相关化学问题,瑞 典1 9 9 5 . 万方数据 .5 2 .爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Y i nH a i q u a n ,S u nL i x i a ,H uR o n g z u ,e ta 1 .T h et h e 珊a l b e h a v i o u ra n dc o m p a t i b i l i t yo ft h ee x p l o s i v eo fA N Y 1 [ c ] //T h e1 0 t hc h e m i s t r yp r o b l e m s r e l a t e ds t a b i l i t yo f p o w d e ra n de x p l o s i f ,S w e d e n 19 9 5 . 西安近代化学研究所,陕西兴化化学股份有限公司. 农用防爆硝酸铵中国,2 0 0 4 1 0 0 4 2 7 3 3 .8 [ P ] .2 0 0 8 0 2 1 3 . X i ’a nM o d e mC h e m i s t I yR e s e a r c hI n s t i t u t e ,S h a a n x iX i n g H u aC h e m i s t r yC 0 1 .,L t d .A g r i c u l t u r a le x p l o s i o n p r o o fa m m o n i u mn i t m t e c N ,2 0 0 4 1 0 0 4 2 7 3 3 .8 [ P ] .2 0 8 _ 0 2 一1 3 . 闫勇勇,马忠亮,李永祥,等.农用硝酸铵的爆炸控制 技术研究[ J ] .爆破器材,2 0 0 4 ,3 3 增刊 2 6 - 2 8 . Y a nY o n g y o n g ,M az h o n d i a n g ,z h a n gY o n 黟i a n g ,e ta 1 . R e s e a r c hf o rt h ec o n t m lo fe x p l o s i o no ft h ea g r i c u l t u r a l a m m o n i u mn i t r a t e [ J ] . E x p l o s i v eM a t e r i a l s ,2 0 0 4 ,3 3 S u p p . 2 6 2 8 . 汪旭光,沈立晋.非爆炸且不可还原农用硝酸铵的热 稳定性[ J ] .中国工程科学,2 0 0 4 ,6 1 1 5 3 5 7 . W a n gX u g u a n g ,S h e n 埘i n .T h e n n a ls t a b i l i t y o fn o n e x p l o s i o na n di r r e s t o r a b l ef e r t i l i z e 卜铲a d ea m m o n i u mn i t r a t e [ J ] .E n g i n e e r i n gS c i e n c e ,2 0 0 4 ,6 1 1 5 3 5 7 . 唐双凌,刘祖亮,周新利,等.改性硝酸铵爆轰安全性 研究[ J ] .应用化学,2 0 0 4 ,2 1 1 6 4 石9 . T a n gS h u a n g l i n g ,L i uZ u l i a n g ,Z h o uX i n l i ,e ta 1 .R e s e a r c h f o rt h es e c u r i t vo fd e t o n a t i o no ft h em o d m e da m m o n i u m n i t m t e [ J ] .c h i n e s eJ o u m a lo fA p p l i e dc h e m i s t r y ,2 0 0 4 , 2 1 1 6 4 _ 6 9 . 唐双凌,刘祖亮,朱广军,等.添加剂对硝酸铵爆轰安 全性和热稳定性的影响[ J ] .化肥工业,2 0 0 3 ,3 0 4 2 8 3 2 T a n gS h u a n d i n g ,L i uz u l i a n g ,z h uG u a n 舀u n ,e ta 1 .E f 亿c t o ft h ea d d i t i v ef o rt h es e c u r i t yo fd e t o n a t i o na n dt h et h e r - m a ls t a b m t vo ft h ea m m o n i u mn i t m t e [ J ] ,T h eC h e m i c a l F e n i l i z e rI n d u s t r y [ J ] .化肥工业,2 0 0 3 ,3 0 4 2 8 - 3 2 . [ 1 0 ]钱新明,傅智敏,张文明,等.硝酸铵和过氯酸铵的绝 热分解研究[ J ] .含能材料,2 0 0 l ,9 4 1 5 6 - 1 6 0 . Q i a r IX i n m i n g ,F uZ h i m i n,Z h a n gW e n m i n g , e ta 1 . S t u d yo nt h et h e m a ld e c o m p o s i t i o no fa m m o n i u mn i t m t e a n dA m m o n i u mP e r c h l o r a t eb vA c c e l e r a t i n gr a t ec a l o r i m e t e r [ J ] .c h i n e s eJ o u m a lo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ,2 0 0 1 , 9 4 1 5 6 1 6 0 . [ 1 1 ] 王国利,李建军,汪旭光,等.采用加速度量热法评价 工业炸药热安全性的研究[ J ] .爆破器材,1 9 9 7 ,2 6 6 l 一5 . W a n gG u o l i ,“J i a n j u n ,W a “gX u g u a n g ,e ta 1 .S t u d yo n t h et h e n n a ls a f b t ye v a l u a t i o no fi n d u s t r i a le x p l o s i v eb y a c c e l e r a t i n gm t ec a l o r i m e t r y [ J ] .E x p l o s i v eM a t e r i a l s , 1 9 9 7 ,2 6 6 1 5 . [ 1 2 ] 殷海权,山西同德化工股份有限公司.硝酸铵用防爆 剂中国,2 0 0 8 1 0 0 0 0 6 5 4 .9 [ P ] .2 0 1 2 J D 7 J D 4 . Y i nH a i q u a n ,s h a n x iT o n g d eC h e m i s t r yc 0 1 .,L t d .E x p l o s i o n p m o fa m m o n i u mn i t r a t e C N ,2 0 0 8 1 0 0 0 0 6 5 4 .9 [ P ] .2 0 1 2 旬7 舭. [ 1 3 ] 殷海权.含水溶性防爆剂的松散性农用防爆硝酸铵 及其制备方法中国,2 0 0 9 1 0 1 7 7 9 5 0 .4 [ P ] .2 0 1 2 旬5 2 3 . Y i nH a i q u a n .W a t e rs o l u b l ee x p l o s i o n p m o fa m m o n i u m n i t r a t ea n di t sp r e p a m t i o n C N ,2 0 0 9 1 0 1 7 7 9 5 0 .4 [ P ] . 2 1 2 m 5 .2 3 . T e s tR e s e a r c ho fE x p l o s i o n - p r o o fA g e n tf o rA g r i c u l t u r a IA m m o n i u mN i t r a t e Y I NH a i q u a n z h e n g z h o uS w a n g o o s eF i n eC h e m i c a lT 色c h n o l o g yC o n s u l t i n gC o .,L t d . H e ’n a nZ h e n g z h o u ,4 5 0 0 6 [ A B s T R A c T ] B a s e do nt h ec o n t i n u o u sp m d u c t i o np r o c e s so ft h et o w e rs p r a yg r a n u l a t i o na n dt h ee u t e c t i cp a s s i V a t i o nt l l e o r y ,ab a t c ho ft h ef e r t m z e r - 铲a d ee x p l o s i o n p m o fa m m o n i u mn i t r a t ea n da g r i c u l t u r a le x p l o s i o n p m o fn i t mc o m p o u n df e n i l i z e r ,w h i c hc o n t a i n4 %a n d8 %w a t e rs o l u b l ee x p l o s i o n p r o o fa g e n to ft y p eS G Y F ,w a 8p r o d u c eb yt h ec o n t i n u o u sp m c e s s . T h et e c h n o l o g ys a f b t ya n dt h e m a lc o m p a t i b i l i t yo ft h ee x p l o s i o n p r o o fa g e n tw e r et e s t e dd u r i n gt h ee u t e c t i cp a s s i V a t i o no f a m m o n i u mn i t r a t ew i t ht h em o l t e ns t a t ea t1 7 5 ~1 7 8 ℃.T h ec h a n g el a w so ft h ep m d u c tp a r t i c l es t r e n 昏ha n dd e t o n a t i o n s e n s i t i v i t yi na d d i t i o n1 .0 %~5 .0 %S G Y Fe x p l o s i o n p m o fw e r ea I s od i s c u s s e di nt h i sp a p e r .T h et e s tr e s u l t sc o n n 瑚e d t h a ti t sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n da n t i k n o c kp e r f b m l a n c ec o n f b 珊t ot h ep r e d e t e m i n e dt e c h n i e a li n d i c a t o r sa n dt h e t m d es t a n d a r d s . [ K E Yw 0 R D s ] a g r i c u l t u r a la m m o n i u mn i t r a t e ,e x p l o s i o n p f o o fa g e n t ,a n t i k n o c kp e I f o m l a n e e ,p a r t i c l es t r e n g t h ,n i t r o g e n c o n t e n t ,t h e 珊a Jd e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r e 万方数据