液混式膨化硝铵炸药生产安全性研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 液混式膨化硝铵炸药生产安全性研究。 陆 明 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 张汉平甘德淮何威江志华 广东省力拓民爆器材厂 广东韶关，5 1 2 1 4 6 【摘要]文章研究了液混式膨化硝铵炸药生产工艺的安全性。将8 6 ％一9 4 ％的氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油 相于1 0 0 1 2 5 。C 在液态状态下进行混合，得到悬浮状混合分散体系，再采用连续真空喷雾干燥工艺，脱除体系中的 水分，制得了高性能粉状膨化硝铵炸药。该文讨论了液混式膨化硝铵炸药产品的组分相容性、机械感度、热感度和 静电感度，分析了液混式工艺生产过程中的安全性，这对指导膨化硝铵炸药生产线的技术改造和安全生产，具有重 要的现实意义。 [ 关键词]硝镀炸药制备工艺液液混合安全性 [ 分类号] T I Y 2 3 5 ．2 1 1 引言 液混式膨化硝铵炸药生产工艺及设备，采用先 混合后膨化的制备工艺，以及零氧平衡原则设计炸 药配方u 旬J ，其制备原理 1 将氧化剂硝酸铵与可 燃剂复合油相，在输送管道中利用自身的湍流、混合 器和泵送混合的作用，进行液态准分子状态的混合， 较好地解决了混合安全问题，混合均匀性比在固体 状态下有所提高，所得炸药的爆炸性能也明显提高， 同时具有一定的抗水性能； 2 氧化剂硝酸铵与可 燃剂复合油相形成的水包油型分散体系溶液，采用 真空干燥工艺去水，以降低干燥能耗，提高干燥效 率，制得了高性能膨化硝铵炸药。 液混式膨化硝铵炸药生产工艺，在中试研制工 作完成后，建成了年产2 万吨的粉状工业炸药生产 线，通过了国家行业管理部门的设计和生产定型，取 得了各方面都满意的效果。 与现有工艺相比，液混式膨化硝铵炸药生产工 艺及设备的特点是炸药爆炸性能明显提高，且炸药 具有一定的抗水性能，浸水后的殉爆距离大于4 c m ； 采用连续真空干燥工艺，具有除水彻底，动力消耗小 的特点，炸药中的水分含量接近零；制造方法简单， 连续在一个工房内完成生产过程，工房面积小，生产 人员少，易于自动化和连续化生产；炸药感度适中， 生产过程无强烈的冲击和摩擦现象；存药量满足新 规范1 ．5 t 的要求。炸药配方中外加膨化剂0 ．1 2 ％ 一0 ．1 8 ％，密度调节添加剂0 ．6 ％一1 ．4 ％。 液混式岩石膨化硝铵炸药配方和主要性能指标 见表l 。 液混式膨化硝铵炸药工艺的安全性尤其重要， 表l 液混式膨化硝铵炸药的主要性能指标 炸药配方 ／％ 水分／％ 药卷密度 ／ g c m 。1 爆速 ／ m 8 “ 猛度／m m 殉爆距离 ／e r a 作功能力 ／m L 摩擦感度 ／％ 撞击感度 ，％ 炸药爆炸后 有毒气体含量 ／ L l 【g “ 硝酸铵9 2 ．0 。 一 复合油相4 ．0 。 木粉4 ．0 ≤0 ．5 0 O ．8 0 _ 1 ．0 0 ≥3 ．2 1 0 3 ≥1 2 ．0 硝酸铵9 4 ．5 。 复合油相5 ．5 ≤O ．3 0 0 ．8 8 _ O ．9 3 3 ．8 0 ．2 1 0 3 1 4 ．5 _ 1 6 ．5 ≥4 6 96 - 9 ， 2 9 83 1 8 3 4 03 1 8 3 5 0 1 2 1 2 ≤8 0 使用保证期 1 8 0 ／d ‘ 00 0O ≤8 0≤8 0 1 8 01 8 0 为此本文就炸药的生产过程和产品的相关安全性问 题进行研究m 引，这对指导安全生产具有重要的现 实意义。 2 液混式膨化硝铵炸药新工艺的生产安全性 收稿日期2 0 0 9 - 0 5 - 0 4 作者简介陆明 1 9 6 3 一 ，男，教授，主要研究方向为含能材料及精细化工。E - m a l l ．1 u m i “g m a i l ．n j u 艟．e d u ．∞ s 笱 ∞ ∞ ∽旷 撕 瑚 以 m 一 娟 烈 盯 - x ∞ m o “ 万方数据 2 0 0 9 年8 月液混式膨化硝铵炸药生产安全性研究 陆 明等 1 3 2 ．1 新工艺产品的安全性 与岩石膨化硝铵炸药相比，Ⅱ号岩石膨化硝铵 炸药采用氧化剂硝酸铵与可燃剂复合油相在液态分 子状态先混合，然后进行真空干燥，从而提高其起爆 感度和爆炸性能。但Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药的生产 安全性如何 虽爆炸性能提高，但无生产安全保证， 则此种炸药生产工艺的研究将失去意义。为此，对 与生产过程有密切联系的机械感度、热感度和静电 感度进行了测定，以考察液混式膨化硝铵炸药的产 品和生产过程安全性。 2 ．1 ．1 组分相容性 另外，硝酸铵、木粉、复合油相材料之间的相容 性，人们早已做过研究。膨化剂与硝酸铵、木粉、复 合油相之问相容性情况，是Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药 安全性的重要方面，应进行研究。 采用D S C 仪，对专用表面活性剂 膨化剂 和木 粉 质量比l 1 ，膨化剂和硝酸铵 质量比1 1 ， 特别是膨化剂和复合油相 质量比1 1 四种物质 的三种混合物在2 5 4 0 0 。C 范围内的热分解情况进 行测定。 测定结果表明，几种混合物的D S C 曲线没有明 显的变化，没有剧烈的分解峰出现。这说明膨化剂 与这些工业炸药常用组分是相容的。从理论上讲， 它们之间也应该相容，因为膨化剂表面活性剂分子 结构中主要含有N 比 ，．- 一- - C H 2 ，弋O O 一等 基团。 2 ．1 ．2 机械感度 测定的条件是 撞击感度锤重1 0 k g ，落高2 5 c m ，药量5 0 r a g ，温 度2 5 ℃。 摩擦感度摆角9 6 0 ，表压4 ．9 M P a ，药量3 0 m g ， 温度2 5 ℃。 测得的撞击感度和摩擦感度的结果如下 1 配方为硝酸铵复合油相 9 4 ．5 5 ．5 的 Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药撞击感度0 2 5 发均未燃 烧或爆炸，下同 ；摩擦感度0 。 2 配方为硝酸铵复合油相木粉 9 2 ．0 4 ．0 4 ．0 的岩石膨化硝铵炸药撞击感度0 ；摩擦感 度0 。 从以上结果可知，Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药的产 品是比较安全的。用先混合，后真空干燥膨化生产 的产品也是比较安全的。 2 ．1 ．3 热感度 试验依据W J1 9 8 9 ．标准中的热感度测定法进 行。称取1 9 炸药，分为4 份，将4 份炸药分别放入 铁板上的4 个圆坑内，将铁板加热至 2 0 0 5 ℃并 恒温，同时开始记录时间，观察在2 0 r a i n 内样品是否 出现燃烧或爆炸。每个样品进行3 次试验。3 次都 不出现燃烧或爆炸为合格。 液混式工艺生产的岩石膨化硝铵炸药，3 次试 验均未出现燃烧或爆炸现象，因此，炸药对热作用不 敏感。这是因为液混式工艺生产的岩石膨化硝铵炸 药的配方中不含任何强氧化剂，油相材料中没有易 挥发性成分的原故。 2 ．1 ．4 静电积累和静电火花感度 试验依据起爆药实验 中静电积累的测定法 进行。将一定量的药剂沿规定材料制成的滑槽，以 一定的角度下滑，此时因摩擦而产生静电，测定药剂 落入接药盒时的静电电位，相对比较药剂的静电积 累。试验条件本试验采用的滑槽分别由不锈钢板、 铝板、涂虫胶漆的中性包装纸板和防静电胶板制成； 滑槽的角度为4 5 0 1 。；药量为1 0 9 ；相对湿度6 5 ％ 和5 0 ％。每个样品平行进行4 次静电电位 最大 值 测定，以4 次结果的算术平均值为该样品的静 电积累测定结果，见表2 。将测定结果与粉状乳化 炸药和2 号岩石铵梯炸药静电积累的文献值进行比 较可见，液混式工艺生产的岩石膨化硝铵炸药的静 电积累与粉状乳化炸药相当，小于2 号岩石铵梯炸 药。因此，产生静电火花的可能性也就小得多。 表2 岩石膨化硝铵炸药静电积累测定 炸药样品 相对湿度表面积累电位／m V ／％铝槽不锈钢槽导电橡胶板纸板 依据W J l 8 6 9 进行静电火花感度测定。使炸药 试样受到一定能量的尖端放电的电火花作用，观察 试样是否引爆。试验条件电容为 1 0 0 0 0 5 0 0 p F ， 间隙为0 ．1 2l l l n l ．针电极极性为负极，充电电压为 2 0 k V ，样品量为3 0 m g 。以上述条件即2 J 的放电能 量对炸药样品进行静电火花感度测试，共测2 5 发， 未出现冒烟、燃烧和爆炸现象。而，I N T1 0 0 ％发火 率的最小电火花能量为0 ．3 7 4 J 。 从以上两个试验的结果说明，液混式工艺生产 的岩石膨化硝铵炸药的静电积累和静电火花感度均 较小。因此不易发生由静电而引起的安全事故。 研究进一步表明，由于组分相同，且油相材料不 万方数据 1 4 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 使用柴油等挥发性组分，液混式新工艺生产的膨化 硝铵炸药的火焰感度、爆发点，均好于原有工艺生产 的岩石膨化硝铵炸药。 3 新工艺生产过程中的安全性 3 ．1 硝酸铵溶解过程中的安全性 ’ 硝酸铵溶化选用了2 个8 0 0 0 L 不锈钢溶化罐， 每罐硝铵溶液处理量可达1 0 t ，硝酸铵溶液的浓度不 大于9 3 ％，硝酸铵溶液的温度不大于1 3 0 0 C ，硝酸铵 溶液的工房与膨化结晶工序用隔墙隔开。 3 ．2 硝酸铵溶液和油相材料的混合过程中的安全 性 硝酸铵溶液的浓度不大于9 3 ％，硝酸铵溶液的 温度不大于1 3 0 0 C 。复合油相材料的熔化温度为8 0 一9 0 ℃。最终在输送管道中的硝酸铵溶液和油相材 料的混合物的温度为1 2 5 ℃左右。混合除采用输送 过程中的湍流状态进行自身的互混，还串联安装小 型搅拌混合器或静态混合器进行主动式混合。膨化 剂中含有亲水性表面活性剂，在输送过程中不可能 形成油包水乳胶，而导致堵管断流，使局部温度过高 产生危险。 选用的小型搅拌混合器，转速不超过7 2 0 r ／m i n ，最大线速度不超过1 0m ／s ，螺杆泵输送的是 水包油硝酸铵溶液和油相材料的混合物，管道输送 压力不大于2 k g ／c m 2 ，输送距离短，物料在管道内的 停留时间不超过1 0 s ，一般情况下不存在堵料现象。 3 ．3 膨化结晶过程中的安全性 硝酸铵溶液和油相材料混合物的膨化结晶干燥 过程，随着水分的蒸发，硝酸铵和油相材料固化析 出。水分的蒸发需要吸收热量，整个体系的温度降 低，从膨化结晶机出料口出料的Ⅱ号岩石膨化硝铵 炸药，其物料温度不超过1 0 0 0 C 。油相材料不使用 柴油，选用不易挥发的机械油、石蜡和粉状工业炸药 专用酯，膨化结晶机内油相即使有少许挥发，也很快 被高真空吸走后被水冷却吸收。 3 ．4 出料、碎化和输送过程中的安全性 出料采用带有冷却水的螺旋进行输送。加入木 粉时也可采用低速混合设备 1 0 0 2 0 0r ／m i n ，进 行边混合边碎化，碎化后的细度可达到9 0 ％过8 0 目筛。炸药输送过程中，边输送边冷却，最终的半成 品温度不超过6 0 ℃。 4 结论 1 液混式膨化硝铵炸药生产技术，利用表面 活性剂降低体系的界面张力，采用氧化剂水相与可 燃剂复合油相液态混合、连续真空干燥制粉的技术 途径，提高了混合均匀性，提高了膨化硝铵炸药的装 药密度，炸药含水量更低，爆炸性能优良，质量稳定 可靠。 2 炸药产品的组分相容性、机械感度、热感 度、静电感度、殉爆距离和生产过程安全的分析测试 表明炸药感度适中，生产过程存药量小，工序简单； 关键设备设有超压、断流等安全保护技术设施，生产 过程和炸药产品安全可靠。 参考文献 [ 1 ] M ．L ua n dC ．L n ．Ac o m p u t e rm o d e lf o rf o r m u l a t i o no f A N F Oe x p l o s i v e s ，S C i ．T e c h ．E n e r g e t i cM a t e r i a l s ，2 0 0 7 ， 6 8 4 ，1 1 7 1 1 9 ． [ 2 ] M i n gL u ，Q 妇L i u ．An o v e lm a t h e m a t i c a lm o d e lo ff o r m u l a t i o nd e s i g no fe m u l s i o ne x p l o s i v e ．J o u r n a lo ft h eI r a n i a n C h e m i c a lR e s e a r c h 。2 0 0 8 ，1 ，3 3 4 0 ． [ 3 ]陆明．高性能粉状硝铵炸药研究[ J ] ．爆破器材， 2 0 0 7 ，3 6 6 9 1 1 ． [ 4 ] 倪欧琪．粉状乳化炸药安全性能研究[ J ] ．爆破器材， 1 9 9 7 ，2 6 6 1 6 1 8 ． [ 5 ]陆明，刘祖亮，吕春绪．膨化硝铵炸药连续生产工艺与 安全性研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 7 ，3 6 2 9 一1 2 ． [ 6 ]陆明，吕春绪．低爆速膨化硝铵炸药及其安全性研究 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 ， 2 1 - 4 ． S t u d yo nt h eP r o d u c t i v eS a f e t yo fE x p a n d e dA m m o n i aN i t r a t eE x p l o s i v ew i t l IL i q u i dM i x i n g L UM i n g S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 Z H A N GH a n p i n g ，G A ND e h u a i ，H EW e i ，J I A N GZ h i h u a G u a n g d o n gL h u oE x p l o s i v eM a t e r i a lP l a n t G u a n g d o n gS h a o g u a n ，5 1 2 1 4 6 [ A B 趼R A c T ] T h es a f e t yo ft h ep r o d u c t i v et e c h n o l o g yo fe x p a n d e da m m o n i an i t r a t ee x p l o s i v ew i t hl i q l l i dm i xw a ss t u d i e d ．8 6 ％- 9 4 ％a m m o m an i t r a t eo x i d i z e ri sm i x e dw i t hc o m b u s t i b l e sf u e lo i lp h a s eo nt h ec o n d i t i o no fl i q u i ds t a t ea t1 0 0 1 2 5 0 c ，t oo b t a i ns u s p e n d e dd i s p e r s i o ns y s t e m ，a n dt h e nt h ew a t e ri ns y s t e mi sr e m o v e db yt h es u s p e n d e dd i s p e r s i o ns y s t e r n i nv a c u u m ．t op r o d u c et h eh i s hp e r f o r m a n c ee x p a n d e da i ／l m o n i an i t r a t ee x p l o s i v e ．’1 1 l ec o m p a t i b i l i t y ，m e c h a n i c a ls e m i t i v i t y ，h e a ts e n s i t i v i t y ，a n de l e c t r o s t a t i cs e n s i t i v i t yo fe x p a n d e da m m o n i an i t r a t ee x p l o s i v ew i t hl i q u i dm i x i n g 蚍d i s c u s s e d i nt h i sp a p e r 。a n dt h es g e t yo ft h el i q u i dm i x i n gt e c h n o l o g yi sa l s oa n a l y z e d ，w h i c hm a yp m d d ea g o o dr e f e r e n c ef o rt h e t e c h n i c a li m p r o v e m e n ta n ds a f ep r o d u c t i o no fe x p a n d e da n l m o n i an i t r a t ee x p l o s i v e ． [ K E YW O R D S ] a m m o n i an i t r a t ee x p l o s i v e ，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，l i q u i d - l i q u i dm i x i n g ，s a f e t y 万方数据