直接使用硝酸铵溶液生产膨化硝酸铵炸药研究.pdf

2 0 0 9 年6 月直接使用硝酸铵溶液生产膨化硝酸铵炸药研究韩学军等 1 5 直接使用硝酸铵溶液生产膨化硝酸铵炸药研究’ 韩学军刘延义陈静鲁德元 湖北凯龙4 e _ , x - 集团股份有限公司 湖北荆门，4 4 8 0 3 2 [ 摘要]文章根据可直接使用硝酸铵溶液为原料的膨化硝酸铵炸药的生产工艺特点，研究建立了供直接使用的 硝酸铵溶液原料技术标准，提出了适合运输、贮存热硝酸铵溶液的运输车、地面站技术要求。直接使用硝酸铵溶液 为原料生产膨化硝酸铵炸药可节能降耗，降低生产成本，减少三废排放。 [ 关键词]膨化硝酸铵炸药硝酸铵溶液清洁生产循环经济 [ 分类号] r Q 5 6 4 ．4 r Q 4 4 1 ．1 2 l 引言 ～在生产膨化硝酸铵炸药时，一般采取将商品固 体硝酸铵粉碎后加水加温制成9 2 ％左右的溶液，在 表面活性剂的作用下真空结晶得到蓬松的膨化硝酸 铵，膨化硝酸铵冷却到一定程度粉碎后加入油相材 料和木粉等组分，混合均匀制得成品膨化硝酸铵炸 药。商品硝酸铵的生产一般以氨为原料氧化制得稀 硝酸，稀硝酸和氨中和获得硝酸铵溶液，经过蒸发浓 缩控制浓度在9 2 ％左右再减压结晶、定量包装而 得。制造膨化硝酸铵炸药时，若能直接使用商品硝 酸铵生产厂家提供的一定浓度的结晶前硝酸铵溶液 作为生产原料，对硝酸铵生产厂商而言可节约包装 材料，降低结晶包装人工成本及能耗；炸药制造厂商 可以省却原来使用固体硝酸铵作原料的破碎、溶化 工序，减少生产线定员，消除破碎产生的噪音及粉尘 排放，大大降低生产线能耗并减少了由此产生的温 室气体排放，提高清洁生产水平和配料速度。显而 易见，直接使用硝酸铵溶液制造膨化硝酸铵炸药有 百利而无一弊，是一种值得工业炸药界倡导的清洁 生产方式。 2 硝酸铵溶液质量标准研究 2 ．1 商品硝酸铵的质量标准 G B 2 9 4 5 硝酸铵规定了固体硝酸铵的含量、酸 度、总氮含量等项目，结晶状硝酸铵规定酸度甲基橙 指示剂不显红色为合格，颗粒状硝酸铵的规定酸度 为1 0 ％水溶液p H 值≥4 ．0 为合格。 按照C B 2 9 4 5 规定的测定1 0 ％水溶液p H 值方 法，用p H 计对比测定了生产线使用的四川、湖北、 江苏等厂不同批次的产品p H 值，一般都在5 ．3 左 右。 2 ．2 硝酸铵溶液性质及质量、安全影响因素 热的硝酸铵溶液联合国危规号为u N 2 4 2 6 ，规定 含硝酸铵不超过9 3 ％和可燃物 包括以碳计算的有 机物 不超过0 ．2 ％，无其它添加物，含水至少7 ％。 氯离子最大含量不得超过0 ．0 2 ％的热水溶液。与 可燃物 例如木、草、棉花、油、糖等 、强酸和第5 ．1 类其它物质接触能起火和爆炸，并猛烈燃烧。溶液 最高准许运输温度1 4 0 ℃。G B l 2 2 6 8 { 危险货物品名 表将其列为5 ．1 类。 张为鹏等人就压缩机油、硝酸、氯化物等杂质对 硝酸铵溶液热分解特性进行了系统的研究u ’2J ，研 究表明，当温度高于1 7 5 0 C 时，压缩机油、硝酸、氯化 物均可促进硝酸铵分解，反应有气体放出，当温度低 于1 4 0 0 C 时，仅当酸和氯化物同时存在时反应现象 明显。硝酸铵溶液的氯催化分解速率与硝酸铵浓度 的5 次方成正比，与硝酸浓度的平方成正比，分解速 率的倒数与氯离子浓度的倒数呈直线关系。由于在 硝酸铵工业生产中，一些工段的硝酸铵溶液是呈弱 酸性的，因此，混入氯离子是极其危险的。 唐勇对乳化炸药生产中硝酸铵溶液自燃现象进 行了研究【3 j ，认为硝酸铵溶液发生自燃现象的主要 原因是硝酸铵中的金属杂质 如铜、锌、锑等 和油 类物质与高温硝酸铵水溶液发生放热的剧烈分解反 应所致。此处的硝酸铵溶液由固体硝酸铵现场破碎 溶化而得，非由硝酸铵生产厂商直接提供，杂质是在 固体硝酸铵破碎过程中混入。镉、铜、锌、镣、铅、锑 等金属粉末不能落人硝酸铵及其溶液中，以免转化 成不稳定的亚硝酸铵，引起燃烧爆炸的危险。 2 ．3 硝酸铵溶液原料质量对膨化硝酸铵炸药的影 响 收稿日期2 0 0 8 1 0 - 2 8 作者简介韩学军 1 9 6 9 一 。男，高级工程师，主要从事工业炸药制造与安全技术研究。E - m a i l h b k l h x j s o h u ．c o r n 万方数据 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3 期 据中国专利C N l l 6 3 4 1 0 C 介绍，膨化硝酸铵炸 药生产所用的膨化剂主要组分是阳离子型表面活性 剂。阳离子型表面活性剂受介质酸碱度的影响很 大，如果p H 值过高将使其失活，同时溶液中残留的 氨在真空结晶时有发泡作用，可造成p H 值大、膨化 效果好的假象。笔者在实验室对其进行了影响试 验模拟膨化硝酸铵生产的溶液浓度、温度及表面活 性剂含量，将膨化剂加入到工艺温度、浓度下的硝酸 铵溶液内，经过搅拌，膨化剂可基本分散在溶液内， 没有团聚现象。往溶液中加入氨水，膨化剂立即团 聚成不溶物，再往其内加人过量的硝酸，团聚现象消 失。在正常p H 值的硝酸铵溶液内加人长链胺类物 质，现象与加入膨化剂一致，因为在酸性条件下胺可 与N O ，一发生化学键合作用H J 。上述现象的反应机 理如下 R N H 3 X 一 Y O H Y X H 2 0 R N H 2 R N H 2 H N 0 3 n N H ；N 0 3 ’ 在实验室小样试验的基础上，将一1 ．5 m 3 的带 保温夹套的不锈钢反应釜改造为硝酸铵溶液的运输 容器，用其从硝酸铵生产厂运输硝酸铵溶液到生产 线进行试生产并考核运输、保温效果。试生产情况 见表1 。表中密度单位g c m 一，爆速单位m s ～。 表1 硝酸铵溶液生产炸药试验 溶液温度l l O ℃一1 3 0 ℃。 其它参照G B 2 9 4 5 硝酸铵规定执行。 硝酸铵溶液在灌装、运输、贮存过程中应做好防 护，防止外来杂质对硝酸铵溶液的污染。 3 硝酸铵溶液原料系统设计 3 ．1 硝酸铵生产厂灌装系统 系统试用时直接在硝酸铵生产工厂的蒸馏塔底 放料，溶液浓度、p H 值有一定的波动，会影响炸药生 产质量。根据硝酸铵厂的生产能力、商品硝酸铵溶 液的供货量设计一大型贮存罐，专门生产商品硝酸 铵溶液放入贮存罐中。贮存罐内物料浓度、p H 值在 罐装完成后取样分析并调整合适备用。装车及计量 用泵和流量计完成。为节约能源，将放料系统设计 为自流式，装车泵设计在罐顶，灌装完成后管道积料 自动回流到罐内。贮存罐设计有间接蒸汽加热、保 温装置。 3 ．2 运输系统 硝酸铵溶液属于危险货物，其运输过程应遵守 道路危险货物运输管理规定。罐式集装箱运输 车的安全性能优于罐式专用汽车，因此，将硝酸铵溶 液的运载工具设计成保温罐式集装箱。罐式集装箱 设计满足G B l 5 0 钢制压力容器、G B ／T 1 4 1 3 1 9 9 8 集装箱分类、尺寸及额定质量和G B l 8 5 6 4 ．1 道 路运输液体危险货物罐式车辆第一部分金属常压 罐体技术要求要求。内罐材质为不锈钢，罐内带 加热系统，放浪隔板；罐外带有经过阻燃处理的保温 隔热层。罐式集装箱上设计有液位计、温度计、安全 阀、装卸系统等。集装箱出料口设计有远程操作的 紧急切断阀，当出料阀发生故障时可通过关闭该阀 门切断物料外泄。车辆照片见图l 。 经过试验，确定适合膨化用的硝酸铵溶液p H 值控制在5 ．5 左右效果最好。 2 ．4 适合膨化硝酸铵炸药生产直接使用的硝酸铵 溶液质量标准 国内目前尚未制定硝酸铵溶液质量标准。O r i - C aC a n a d aI n c ．商品硝酸铵溶液的主要技术要求有 硝酸铵含量、p H 值、外观、结晶温度、最高运输温度 等，其它项目参照固态硝酸铵标准。 结合硝酸铵溶液、膨化硝酸铵炸药的生产特点， 图I 硝酸铵溶液罐式集装箱运输车 制定的适合膨化硝酸铵炸药生产所用的硝酸铵溶液能防止在运输过程中罐内溶液温度降低产生结 的质量标准如下晶是该罐箱的重要功能，为此，设计了独特的双层保 外观结晶温度以上为澄清透明水样物；温结构。该保温方式在本地的气候条件下，罐内物 硝酸铵含量9 1 ％1 ％；料在无外接热源加热的情况下2 4 h 内温度降低小于 1 0 ％水溶液p H 值4 ．0 5 ．5 ；1 0 ℃，完全满足使用要求。硝酸铵生产工厂距离工 万方数据 2 0 0 9 年6 月直接使用硝酸铵溶液生产膨化硝酸铵炸药研究韩学军等 1 7 业炸药生产厂运输半径不超过3 0 0 k i n ，采用保温罐 式集装箱运输热硝酸铵溶液都可满足使用要求。 3 ．3 炸药生产线硝酸铵溶液地面站系统 为节约能源、避免使用价格昂贵且易产生泄露 的泵，本地面站设计有压缩空气卸料、压缩空气搅 拌、自流式放料等步骤。系统使用的压缩空气要经 过除油、除水净化处理。根据贮存罐内硝酸铵溶液 的含量分析结果，修订配料所需硝酸铵溶液的量，设 置好配料电子秤的参数，开启自动控制阀门，贮存于 罐内的硝酸铵溶液通过保温管道流人生产线配料罐 中，放料结束后管道自动放空并通蒸汽吹扫下料管 道以避免产生堵塞。地面站设备布置见图2 。 图2 硝酸铵溶液地面站设备布置 膨化硝酸铵炸药生产线硝酸铵溶液贮存罐露天 布置，设计有多层加热 冷却 盘管。每层盘管处装 有温度传感器，盘管进汽受温度和液位联合控制，避 免罐内温度失控及盘管干烧导致局部高温。温度传 感器亦控制罐内消防雨淋系统，多点温度超过控制 上限或者上层温度超过警戒温度即自动开启消防雨 淋阀门通水降温，温度降低后自动关闭。本系统还 另外设计有远离罐体的手动消防控制阀，贮存罐在 不同高度设计了2 个放料口，一用一备，即使底层放 料阀出现堵塞也不影响使用。出料阀门前设计有远 程控制紧急切断阀门，出现故障时可以远程切断溶 液外泄。贮存罐顶部设计有防尘通气孔，底部设计 有1 个大口径排污口。贮存罐保温设计与集装箱类 似，保温效果良好。 ， 硝酸铵生产工厂提供的硝酸铵溶液浓度较稳 定，一般也不会出现p H 值过低影响使用的情况。 在溶液p H 值偶尔偏大的情况下，可以方便地利用 鼓泡装置将过量的氨通过罐顶防尘通气孔鼓出。也 可通过布置在罐顶的微量元素添加槽添加稀硝酸调 整溶液p H 值到合格。 4 项目运行情况及社会、经济效益分析 我公司继乳化炸药生产线硝酸铵溶液原料系统 投人使用后，又改进设计建设了膨化硝酸铵炸药生 产线硝酸铵溶液原料系统。两系统投入使用后受到 生产一线员工的大力欢迎，到目前为止已稳定生产 产品数千吨。 同使用固态硝酸铵作原料对比，使用硝酸铵溶 液作为原料，硝酸铵制造厂和炸药生产厂可节约的 费用有固体硝酸铵包装材料及包装人工费4 5 元／t 左右；固体硝酸铵仓贮、搬运费1 5Y r _ ／t 左右；固体硝 酸铵破碎、溶化能源动力消耗5 0 元／t 左右。如果固 体硝酸铵和硝酸铵溶液按照相同的单位运输费用考 虑，减去溶液中含水对运输费的影响，年产1 6 0 0 0 t 的工业炸药生产线直接使用硝酸铵溶液为原料所产 生的直接经济效益在每年1 7 0 万元以上。 5 结束语 硝酸铵生产工厂微调生产配比，生产的硝酸铵 溶液可以直接用于商品炸药生产工厂生产乳化、膨 化硝酸铵炸药，也可以供应现场混装乳化炸药地面 站使用。直接使用硝酸铵溶液生产乳化、膨化硝酸 铵炸药节能环保，是工业炸药界推行清洁生产与发 展循环经济的一种良好途径。 参考文献 [ 1 ] 张为鹏，赵省向，张亦安．硝酸铵溶液的氯催化分解 [ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 1 3 3 - 3 5 ． 【2 ]张为鹏，赵省向，张亦安．杂质对硝酸铵溶液热分解特 性的影响[ J ] ．化肥工业，2 0 0 1 ，2 8 4 1 2 一1 4 ． [ 3 ] 唐勇．乳化炸药生产中硝酸铵溶液自燃现象研究[ J ] ． 工程爆破，1 9 9 6 ，2 3 1 9 2 2 ． [ 4 ] 宋元达．表面活性剂和硝酸铵作用机理的研究[ J ] ．北 京矿冶研究总院学报，1 9 9 9 ，2 2 1 6 ． AS t u d y0 1 1A m m o n i u mN i t r a t eS o l u t i o na SR a wM a t e r i a lU s e df o rP r o d u c i n g E x p a n d e dA NE x p l o s i v eD i r e c t l y 一一 一 H A N X u e j u n ，L I UY a n y l ，C H E NJ i n g ，L U 队y I l 肌 H u b e iK a i l o n gC h e m i c a lG r o u pC o ．，L t d ． H u b e iJ i n g m e n ，4 4 8 0 3 2 [ A B 嘶C T ] A c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o np r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c sdu s i n ga m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n 鹪r a wm a t e r i a ld i r e c t l yt Op r o d u c et h ee x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e si n t h i sp a p e r ．t h et e c h n i c a ls t a n d a r d sf o rt h ed i r e c t 眦da m - m o n i u mn i t r a t es o l u t i o nr a wm a t e r i a l sw e r es t u d l e dt Oe s t a b l i s h ，a n dt e c h n i c a lr e q t l i r e m e n t so ft h et r a n s p o r tt r u c k sa n d g r o u n ds t a t i o n ss u i t a b l ef o rt h et r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g eo fh o ta m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o nW e r es u g g e s t e d ．I tc o u l ds a v eo n o e r g y ，l o w e rc o s ta n dr e d u c et h ed i s c h a r g eo f “t h r e ew a s t e s ”t ou B e a m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o na si n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l sd i - 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