液混式膨化硝铵炸药生产技术研究.pdf

爆破器材E 。p | m i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第6 期 液混式膨化硝铵炸药生产技术研究。 陆 明①张汉平②甘德淮⑦江志华⑦刘祖亮①吕春绪① ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②广东省力拓民爆器材厂 广东韶关，5 1 2 1 4 6 [ 摘要]文章研究液混式生产工艺制备膨化硝铵炸药。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 0 “ C ，在液态状态下进行混合，得到悬浮状混合分散体系，再采用连续真空干燥工艺，脱除体系中的水分，制 得了高性能膨化硝铵炸药。论文讨论了年产2 万吨液混式膨化硝铵炸药生产线的工艺流程、设备设计和生产过程 控制，这对指导生产线建设和生产过程产品质量控制具有重要的现实意义。 [ 关键词] 硝铵炸药制备工艺液液混合 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 1 引言 为改善膨化硝铵炸药的爆炸性能，提高炸药的 密度和抗水性，同时简化膨化硝铵炸药的生产工艺， 减少生产过程存药量，南京理工大学开展了液混式 膨化硝铵炸药的实验室制备工艺研究⋯，申报了 “高性能粉状铵油炸药及其制法”的发明专利，该发 明专利得到了国家知识产权局的授权，专利号为 Z L 0 3 11 2 6 9 6 ．0 。 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【2 。】。其制备原理一是将氧化剂硝酸铵与 可燃剂复合油相，在输送管道中利用自身的湍流、混 合器和泵送混合共同的作用，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；二是氧化剂硝酸 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。 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 ．5t 的要求。 液混式膨化硝铵炸药配方见表l 。配方中外 加膨化剂0 ．1 2 ％一O ．1 8 ％，密度调节添加剂0 ．6 ％ 一1 ．4 ％。主要性能指标见表2 。 表1 液混式膨化硝铵炸药配方 ％ 表2 液混式膨化硝铵炸药的主要性能指标 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 i l f u m i n g ⅫI i l ．n j u 武．e d l l ．∞ 万方数据 2 0 0 9 年1 2 月液混式膨化硝铵炸药生产技术研究 陆明等 2 液混式膨化硝铵炸药生产工艺流程 将一定量的硝酸铵经过锤破碎机破碎，通过提 升螺旋和分料螺旋分别自动加入两个溶化罐中，配 制成一定浓度的硝酸铵溶液，溶液达到一定温度后 保温待用。同样油相材料按照一定比例熔化配制， 保温待用。 将通过过滤器的硝酸铵溶液和油相材料，分别 通过计量泵打人混合器 或管道、或静态混合器 中，硝酸铵溶液和油相材料的混合物边通过螺杆泵 输送，边混合，最终进入高位膨化结晶机进行膨化干 燥。从膨化结晶机出来的炸药就是Ⅱ号岩石膨化硝 铵炸药。 Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药从膨化结晶机连续出 料，通过上、下两个串联的出料仓来实现生产的连续 进行。Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药经出料装置和冷却输 送螺旋，通过悬吊运输系统直接送入装药工房，进行 装药包装。 岩石膨化硝铵炸药，也可通过定量螺旋，在低速 转动的混合器或螺旋中，加入木粉进行混合，再经凉 药螺旋后，送人装药工房，进行装药包装。 该生产线主要特点即将膨化硝铵炸药生产所必 须的两个主要工序膨化和混药合并为一个工序，且 布置在一个建筑工房内，极大地提高了工作效率和 产品质量，减少了炸药的存药量。对操作繁琐、工艺 精度要求较高的岗位，通过计算机自动控制系统进 行自动操作、控制、调节、监视、记录，提高了产品质 量的稳定性。 3 液混式膨化硝铵炸药生产设备设计 3 ．1 硝酸铵溶化 选用了2 个8 0 0 0L 不锈钢溶化罐，每罐硝铵溶 液处理量可达1 0t ，采用夹套和平板加热相结合，外 壳采用高分子保温材料保温，同时采用电子称量传 感器自动称量，通过计算机控制实现物料进出计量、 阀门自动工作、加热温度受控等。 3 ．2 计量与输送 硝酸铵溶液通过过滤器后，用计量泵打入混合 管道中。油相材料也通过计量泵，打入在输送管道 中串联的小型搅拌混合器或静态混合器进行混合。 硝酸铵溶液和油相材料的混合物通过螺杆泵后，在 输送管道中，边输送，边混合。硝酸铵溶液和油相材 料的输送量进行随动控制。 3 ．3 膨化结晶系统 选用了二台连续膨化硝铵结晶机，处理能力可 达5 ．0 6 ．0t ／h 。膨化硝铵结晶机内进料口位置相 对固定，内部水平转盘低速转动，转速为O ．8 一1 ．1 r ／r a i n ，硝酸铵溶液和油相材料的混合物从进料口喷 入，经过一周卷的膨化固化结晶、干燥，形成固态的 Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药。出料采用螺旋主动输出到 膨化硝铵结晶机外面的小型存料仓内。 真空泵选用了进口水环式真空泵，最大真空度 可达一0 ．0 9 8 M P a ，抽气速率可达7 7 0m 3 ／m i n ，真空 度稳定，噪音较W 5 1 往复式真空泵小，无油烟产 生，虽然一次性投入相对较高，但生产过程中易损件 更换少，维修量小，运行成本低。 3 ．4 碎化与混合系统 Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药从膨化结晶机连续出 料，通过上、下两个串联的出料仓，来实现生产的连 续进行。在低速转动的混合器或螺旋中，通过定量 螺旋，加入木粉进行混合，得到岩石膨化硝铵炸药。 3 ．5 自动控制 采用电子计算机与P L C 控制原理，对动作频繁 的溶化系统和结晶机系统的加水、加硝铵、放料、吸 料结晶、排空、清洗等复杂环节实现智能化控制，达 到自动操作、检测、控制、记录、连动连锁保护目的。 4 液混式膨化硝铵炸药生产工艺过程控制 影响Ⅱ号岩石膨化硝铵生产的五要素硝铵溶 液的浓度、温度、真空度、混合均匀性和表面活性剂。 4 ．1 硝酸铵溶液浓度和温度 硝铵溶液的浓度一般控制在9 0 ％一9 3 ％之间。 浓度过高，在膨化干燥下水分汽化量不够，水分汽化 形成的膨胀力小于硝酸铵间的作用力，因而不能形 成有效膨化所需的“沸腾”状态，且浓度过高，要求 溶化的温度也较高，生产出的炸药温度高，在出料和 碎化过程中，由于较高温度的膨化硝铵具有一定的 热塑性，不易碎化，从而影响产品的爆炸性能。若浓 度低，在连续膨化干燥过程中水分含量相对较大，由 于真空泵的抽气速率是一定的，不利于炸药的干燥， 导致炸药成品的水分大，从而影响产品的爆炸性能 和物理性能，不利于产品的防结块性。和小溶化釜 相比，采用大溶化釜配制硝铵溶液，比采用小溶化釜 配制，减少了配制硝铵溶液造成的水分差异。 在生产中一般将溶解罐中溶液温度控制在1 2 0 1 3 0 0 C 。温度过低，溶液处于一种过饱和状态，溶 液遇到温度较低的附着面，易产生结晶，不利于膨化 干燥。考虑到硝酸铵本身分解特性，当温度高于 l l O ℃时，硝酸铵就会缓慢分解，所以从安全生产角 度考虑，硝酸铵膨化后的温度应低于1 1 0 ℃，而且温 度过高，生产的炸药有一定的热塑性，易形成塑性 体，不易粉碎和输送，影响产品的爆炸性能。另外， 溶化好的硝铵溶液在泵送的过程中，要注意输送管 万方数据 1 6 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6 期 道保温适度，以免在泵送过程中溶液温度升高。 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。 4 ．2 真空度 连续膨化结晶的特点是一定量的硝铵溶液始终 在较高的真空度下 一般在0 ．0 9 0 以上 进行膨化 结晶干燥。连续膨化干燥工艺是连续进料连续膨 化，膨化过程比较短暂、均匀，形成了大量的带有小 毛刺的硝铵炸药小颗粒，提高了Ⅱ号岩石膨化硝铵 炸药的敏感度，炸药殉爆距离一般在6 c m 以上，但 其密度比岩石膨化硝铵炸药高，一般炸药密度在 0 ．8 6 0 ．9 3g ／o r e 3 。 4 ．3 混合均匀性 工业炸药由氧化剂和可燃剂构成，氧化剂和可 燃剂混合均匀，将有利于氧化剂和可燃剂之间的氧 化还原反应的快速进行，同时有利于工业炸药的爆 轰完全和能量水平的提高，所以，应提高氧化剂和可 燃剂混合均匀性。使硝酸铵溶液和油相材料的混合 物在输送过程中处于湍流状态，在输送管道中串联 安装静态混合器、封闭式小型搅拌器和采用螺杆泵 输送悬浮液混合体系混合物来提高混合效果。 4 ．4 表面活性剂 一般加入量在0 ．1 2 ％一0 ．1 8 ％。在生产过程 中，当硝铵溶液温度达到1 0 0 ℃时，加入表面活性 剂，即膨化剂，无论在溶化或吸料过程中，始终要开 动搅拌，让其均匀地分散在硝酸铵溶液中，否则膨化 剂将上浮于溶液表面，膨化干燥过程中影响岩石膨 化硝铵炸药的敏化效果[ 6 】。 4 ．5 产品水分的控制 一般情况下，Ⅱ号岩石膨化硝铵炸药的水分在 0 ．1 0 ％以内。对于用此新工艺生产的岩石膨化硝铵 炸药，影响产品水分的主要因素为木粉自身带人的 水分，木粉水分每提高l ％，产品水分将增加 0 ．0 4 ％。可以将4 ．0 ％以内的木粉水分降至3 ．0 ％ 以内，从而保证炸药产品水分在0 ．1 5 ％以内，保证 产品在贮存过程中始终处于松散状态，只要包装温 度合适，就不至于结块。 5 结论 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。 生产线工艺流程顺畅，设备结构合理，关键设备设有 超压、断流等安全保护技术设施，生产过程安全可 靠。炸药感度适中，生产过程无强烈的冲击和摩擦， 生产过程存药量小，所需工房面积小，在线人员少， 实现自动控制，生产效率高，适于工业化生产。 参考文献 [ 1 ]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 ． [ 2 ]吕春绪，刘祖亮，陆明．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器 工业出版社，2 0 0 3 ．2 8 0 3 1 0 ． [ 3 ] 陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出 版社。2 0 0 2 ．7 6 1 0 3 ． [ 4 ] M i n gL u ，Q 曲L i u ，An o v e l m a t h e m a t i c a lm o d e lo ff o r m u - h 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 ] ．J o u r n a lo ft h eI r a - n i a nC h e m i c a lR e s e a r c h ，2 0 0 8 ，1 ，3 3 4 0 ． [ 5 ] M ．L ua n dC ．L u ，Ac o m p u t e rm o d e lf o rf o r m u l a t i o n0 f A N F Oe x p l o s i v e s [ J ] ．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 ． [ 6 ] 陆明．表面活性剂及其应用技术[ M ] ．北京兵器工业 出版社。2 0 0 7 ． S t u d yo nt 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 a N i t r a t eE x p l o s i v e 、 I ，i t l lL i q u i dM i x i n g L UM i n 9 0 。Z H A N GH a n p i n g 。，G A ND e h u a i 0 ，J I A N GZ h i h u a 口，L I UZ u l i a n g ①，L OC h u n x u ① ①s 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 窑 G u a n g d o n gL i t u oE x p l o s i v eM a _ 【e r i a lP l a n t G u a n g d o n gS h n o g u a n ，5 1 2 1 4 6 [ A B S T R A C T ] T 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 I l i dm i xi ss t u d i e d ．T h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s si s 聃f o l l o w i n g m i x i n g8 6 ％一9 4 ％a m m o n i an i t r a t eo x i d i z e rw 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 I l - 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o e 心e _ o e 时o o 茸o e o 寺o 杈 更正2 ∞9 年第4 期第8 页引言鄂分，第1 4 行。钝化后的金属粉’改为。纯化后的金属粉”。特此更正。 本刊 万方数据