以生物復(fù)合油相材料制備膨化硝銨炸藥的研究

洪 進 青

（福建海峽科化股份有限公司，福建 永安 366000）

膨化硝銨炸藥由于具有原料來源廣泛、組成簡單、制造工藝簡潔、成本低、作功能力大及安全性好等優(yōu)點，成為露天礦山及井下無水爆破工程中使用最為廣泛的工業(yè)炸藥品種。膨化硝銨炸藥組分中含有 4%的復(fù)合油相材料作為可燃劑，應(yīng)用各種不同物理混合技術(shù)，將復(fù)合燃料油同膨化硝酸銨顆粒有機地混合，使燃料油均勻涂覆與硝酸銨晶體表面，形成具有硝酸銨—燃料油較大反應(yīng)界面的混合炸藥體系，形成的膨化硝銨炸藥，不僅保持炸藥的零氧平衡，使炸藥發(fā)揮最大威力，而且最大程度降低了爆炸后有毒氣體量[1,2]。

生物質(zhì)能燃料以其綠色環(huán)保、可再生性的特點受到廣泛矚目，生物能源是通過對含高能量的生物質(zhì)進行加工轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)的電力、氣體或燃料等二次能源,既是可再生能源,又是綠色能源,是石化燃料的理想替代品[3]。

本課題擬研究一種工業(yè)炸藥用的生物復(fù)合油（蠟），該生物復(fù)合油（蠟）以廢棄的動植物油脂為主要原料。

1 膨化硝銨炸藥復(fù)合油相的制備

1.1 動植物油脂物理性質(zhì)分析

動植物油脂經(jīng)過高溫烹飪煎炸，飽和脂肪酸越來越多，主要成為棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸，其成份同石化產(chǎn)品（柴油、石蠟）的物理性質(zhì)比較如表1。

表1 動植物油脂所含的油脂成分同石化產(chǎn)品的物理性質(zhì)比較Table 1 Comparison of physical properties of animal and vegetable oil and petrochemical products

由表1可知，廢棄油脂是含有8~24個碳的脂肪酸，其中多數(shù)是含12～22個碳的脂肪酸，這種脂肪酸甘油酯含有較長的烴鏈，因而密度大，粘度高，揮發(fā)性低，反應(yīng)性較差。但其熱值同石化產(chǎn)品相當，若作為混合炸藥還原劑，經(jīng)氧化還原爆炸反應(yīng)后，所做的功應(yīng)同石化產(chǎn)品相當，因此，廢棄油脂具備作為工業(yè)炸藥還原劑、可燃劑的能量基礎(chǔ)。

1.2 膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油相制備

目前，膨化硝銨炸藥油相材料一般用復(fù)合蠟、微晶蠟、石蠟、松香、地蠟、柴油、機油等調(diào)配組成。本課題所研究的地溝毛油與上述的膨化硝銨炸藥通常所用的各種石油燃料具有相近的熱值、較好的鋪展性能及防水性能。通過配方的改善，以其為基礎(chǔ)可調(diào)節(jié)制備出同膨化硝銨炸藥復(fù)合燃料油具有相近的滴熔點、針入度、運動粘度的膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油。

1.2.1 主要原料

地溝毛油（自制）、煎炸老油（一種廢棄固狀食用油脂，過濾除雜，主要成分為棕櫚酸）。

1.2.2 膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油的制備

將按比例稱量的地溝毛油、煎炸老油加熱到熔化,繼續(xù)升溫到120 ℃,在低速下恒溫攪拌60 min,冷卻到常溫制得產(chǎn)品。

1.2.3 結(jié)果與討論

根據(jù)餾程、針入度及運動粘度等參數(shù)確定了調(diào)合組分為地溝毛油、煎炸老油，通過探索試驗,得出初始配方中各種原料的適宜配比范圍為:地溝毛油60%、煎炸老油40%，在確定初始配方的基礎(chǔ)上,分別考察了二組分比例的變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。長期生產(chǎn)經(jīng)驗可知，用于膨化硝銨炸藥的復(fù)合油，不僅應(yīng)考慮其在硝銨表面的鋪展性、防吸濕性、膨化硝銨微孔的吸附性及便于成品油包裝的成型性，更重要的是確保用其制成的膨化硝銨炸藥產(chǎn)品的爆炸性能、裝藥密度、貯存性能及流散性，因此，從表2中三個油品性能指標來看，選擇地溝毛油∶煎炸老油=40∶60為基本配方。

表2 二組分比例對產(chǎn)品物理指標的影響Table 2 Effect of the ratio of two-component product physical indicators

此外，由于表面活性劑在油相中材料中不僅可提高硝銨混合炸藥的爆炸性能，而且具有增強硝銨炸藥的防潮、防結(jié)塊能力，是油相材料十分重要的組分。硝酸銨的極性比較強，應(yīng)選擇離子型的表面活性劑以增強表面活性劑依附硝酸銨的能力。本研究選擇應(yīng)用于膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油的表面活性劑為十八烷胺乙酸鹽C18H37NH3+COO-，其親油基分子結(jié)構(gòu)同生物油相似，具有16~18長碳鏈，同油相相聯(lián)；親水基分子結(jié)構(gòu)同NH4NO3中的NH4+結(jié)構(gòu)相同，同硝酸銨相連，硝酸銨和復(fù)合油相通過表面活性劑能夠更緊密、更牢固地聯(lián)系在一起。這樣，不僅可以增強炸藥的防潮、防結(jié)塊能力，而且可以提高氧化劑—可燃劑反應(yīng)界面，從而提高了膨化硝按炸藥的爆炸性能。本研究的表面活性劑的在油中的添加量為4%左右。

同乳化炸藥生物復(fù)合蠟一樣，采用在配方中添加少量抗氧劑可延緩或抑制油脂氧化過程的進行，從而阻止油脂的酸敗或老化[4]，實際使用經(jīng)常為幾種抗氧劑的復(fù)合，以利用各種助劑之長，配合使用，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，考慮性能及成本間平衡，一般用量不超過0.5%。

因此，綜上研究，確定膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油基本配方為：地溝毛油38.5%、煎炸老油57%、表面活性劑4 %、抗氧劑0.5%?？赏ㄟ^以下的應(yīng)用性研究，進一步調(diào)整、改善配方。

2 膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油的應(yīng)用研究

2.1 膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油的制備工藝

（1）原料組合，按原料組合的百分比—地溝毛油38%、煎炸老油57%、表面活性劑4.5%、抗氧劑0.5%，計量取料，使其配比之和達到100%；

（2）將地溝毛油、煎炸老油組分置于反應(yīng)釜中在 110~120 ℃之間加熱熔化，并在轉(zhuǎn)速 120~400 r/min下攪拌均勻；

（3）將熔化、混合好的地溝毛油、煎炸老油混合液冷卻至110 ℃以下后，加入表面活性劑及抗氧劑，攪拌均勻；

（4）冷卻出料，將攪拌混合的制品冷卻至常溫、凝固，成型包裝，即得膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油。

2.2 膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油的應(yīng)用

將膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油及膨化硝銨炸藥傳統(tǒng)復(fù)合油（柴油60%，復(fù)合蠟40%）制備，分別按如下配方及工藝制備膨化硝銨炸藥：膨化硝酸銨92%，木粉4%，膨化硝銨炸藥復(fù)合油4%。

2.3 膨化硝銨炸藥制備工藝

（1）油相的制備

將膨化硝銨炸藥專用油加熱熔化后，溫度控制在105～115 ℃下保溫待用。

（2）膨化硝酸銨的制備

在質(zhì)量分數(shù)為 85%～91%的硝酸銨溶液中加入質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.15%的膨化劑，在溶液溫度為125~130 ℃、壓力為－0.080～－0.095 MPa下減壓蒸發(fā)結(jié)晶10～15 min，制得水分含量小于0.1%，具有輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)的膨松狀硝銨，即為膨化硝酸銨。

（3）膨化硝銨炸藥的制備

將92%膨化硝酸銨、4%木粉分別同4%的膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油及傳統(tǒng)復(fù)合油與 70~80 ℃下混合均勻，冷卻至45 ℃以下包裝。

2.4 結(jié)果討論

以生物復(fù)合油制得的膨化硝銨炸藥SEM如圖1所示。

圖1 生物復(fù)合油膨化硝銨炸藥SEM圖Fig.1 SEM image of expanded ammonium nitrate explosive prepared from biocomposites oil

通過SEM觀測可以看出，生物復(fù)合油相和膨化硝酸銨能很好的均勻混合，并且炸藥的顆粒較細，使膨化硝銨炸藥混合體系各組分之間具有較大的氧化還原反應(yīng)界面，有利于膨化硝銨炸藥爆轟反應(yīng)的完全。

將生物復(fù)合油及傳統(tǒng)復(fù)合油制備的膨化硝銨炸藥爆炸性能分別測定如表3。

通過二種膨化硝銨炸藥爆炸性能來看，以廢棄動植物油脂制備的膨化硝銨炸藥生物復(fù)合油同柴油、復(fù)合蠟制成的膨化硝銨炸藥都符合《WJ9026-2004膨化硝銨炸藥》標準的要求，可作為膨化硝銨炸藥理想的可燃劑。

表3 生物復(fù)合油及傳統(tǒng)復(fù)合油制備的膨化硝銨炸藥爆炸性能Table 3 Expanded Ammonium Nitrate biocomposites oil and conventional oil produced composite explosive performance

3 結(jié) 論

（1）以地溝毛油38.5%、煎炸老油57%、表面活性劑4 %、抗氧劑0.5%為配方可以制得生物復(fù)合油相材料，采用該油相材料制備的膨化硝銨炸藥具有良好的爆炸性能，符合《WJ9026-2004膨化硝銨炸藥》的要求。

（2）針對膨化硝銨炸藥裝藥密度較低的缺點，生物復(fù)合油以地溝毛油、煎炸老油為主要原料，其密度均在0.9 g/cm3以上，大于柴油（0.85 g/cm3）及復(fù)合蠟（0.85~0.88 g/cm3）所制成的傳統(tǒng)復(fù)合油的密度，因此，一定程度上提高了膨化硝銨炸藥的裝藥密度，改善了膨化硝銨炸藥的體積威力[5]。

（3）生物油相材料的研究和生產(chǎn)能一定程度上環(huán)節(jié)廢棄生物油脂給環(huán)境污染帶來的壓力，具有較好的社會和經(jīng)濟效益。

［1］呂春緒.工業(yè)炸藥理論[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2003.

［2］張啟先.石油和石油化工產(chǎn)品手冊[M].北京：中國石化出版社，2000.

［3］孔永平,鄭冀魯.利用地溝油制備生物柴油技術(shù)的研究[J].化學(xué)工程與設(shè)備，2008（4）：25-28.

［4］蔡新華,錢小君.油脂抗氧化劑的研究進展[J].糧食與食品工業(yè)，2013 20(4)：33-36.

［5］俞樟林.膨化硝銨炸藥密度問題分析及對策[J].煤礦爆破，2011 (4)：32-34.