廢礦物油在銨油炸藥中的應(yīng)用?

宋 日

神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司炸藥廠（內(nèi)蒙古鄂爾多斯，010300）

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廢礦物油在銨油炸藥中的應(yīng)用?

宋 日

神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司炸藥廠（內(nèi)蒙古鄂爾多斯，010300）

［摘 要］針對(duì)露天礦大型采礦設(shè)備多，潤(rùn)滑油、液壓油等消耗量大，相應(yīng)產(chǎn)生大量的廢礦物油的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了利用廢礦物油代替部分柴油生產(chǎn)銨油炸藥的配方設(shè)計(jì)、工藝流程、性能參數(shù)，并進(jìn)行了效益分析。為礦山在符合環(huán)保要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)手段參與到處置危險(xiǎn)物的行列、進(jìn)行最大可能的資源循環(huán)利用提供參考。

［關(guān)鍵詞］銨油炸藥；廢礦物油；配方；爆炸性能

［分類號(hào)］ TQ560. 4

引言

我國(guó)是目前世界上工業(yè)炸藥生產(chǎn)量最大的國(guó)家。2015年，盡管受到煤炭、鋼鐵、水泥等行業(yè)產(chǎn)量下滑的影響，但仍然生產(chǎn)了367. 18萬(wàn)噸炸藥，其中多孔粒狀銨油炸藥54. 15萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的14. 68%。銨油炸藥是硝酸銨和燃料油混合而成的一種工業(yè)炸藥，典型配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是：硝酸銨94. 5%、輕柴油5. 5%。利用炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)混裝多孔粒狀銨油炸藥已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外主要大型露天礦山［1-3］。在長(zhǎng)期的工程爆破實(shí)踐中，國(guó)內(nèi)外一直認(rèn)為柴油是現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥最好的燃料油，因其具有來(lái)源豐富、使用方便、黏度適中等特點(diǎn)，易被多孔粒狀硝酸銨所吸附，發(fā)熱值高，易于參加硝酸銨的爆炸反應(yīng)［4］。受傳統(tǒng)觀念的影響，現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥的配方一直沿用多孔粒狀硝酸銨和輕柴油。因此，采用價(jià)格低廉、性能上能夠代替部分柴油的可燃劑，一直是現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)［5］。

廢礦物油主要來(lái)源于露天礦山大型設(shè)備檢修保養(yǎng)過(guò)程中回收的廢機(jī)油、液壓油及齒輪油等，以及少量的油庫(kù)儲(chǔ)油罐底油；這些廢棄資源易造成火災(zāi)隱患和環(huán)境污染，治理需要花費(fèi)大量費(fèi)用，被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，編號(hào)為HW08［6］。神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司炸藥廠建立了廢礦物油儲(chǔ)存的場(chǎng)所、綜合回收利用的設(shè)備與設(shè)施［7］，通過(guò)了環(huán)境保護(hù)主管部門(mén)組織的環(huán)境評(píng)價(jià)驗(yàn)收，辦理了廢礦物油綜合回收利用經(jīng)營(yíng)許可證，采用廢礦物油代替部分柴油，生產(chǎn)銨油炸藥。

本文就如何利用廢礦物油代替部分柴油作可燃劑，生產(chǎn)出其原材料來(lái)源廣泛、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉且工藝簡(jiǎn)單的含廢礦物油的銨油炸藥開(kāi)展研究。

1 配方與工藝的設(shè)計(jì)

1. 1 能量分析

礦物油的主要成分為烷烴、多環(huán)芳烴、烯烴等烴類有機(jī)物。在露天礦山大型設(shè)備的使用過(guò)程中，高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速等機(jī)械摩擦、氧化分解使得礦物油中的各種添加劑失去作用，但其本身的潤(rùn)滑基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)基本沒(méi)有變化。以多孔粒狀硝酸銨為氧化劑，整理現(xiàn)有資料數(shù)據(jù)，分別以0#柴油和礦物油作為還原劑，從能量的角度進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 柴油與礦物油能量貢獻(xiàn)的Qre、qre對(duì)比Tab. 1 Comparison of Qreand qrebetween diesel oil and mineral oil

可燃劑的能量貢獻(xiàn)值Qre和能量因子qre的數(shù)值越大，對(duì)系統(tǒng)總能量的提高越有利［8］。由表1可知，從能量釋放的角度考慮，廢礦物油代替部分柴油從系統(tǒng)總能量來(lái)看是有益的，礦物油是較好的還原劑。

1. 2 配方設(shè)計(jì)

一般地說(shuō)，當(dāng)炸藥配方為零氧平衡或接近于零氧平衡時(shí)，炸藥爆炸反應(yīng)的產(chǎn)物才有可能全部或幾乎全部是H2O、CO2和N2，此時(shí)放出的熱量最大，爆破或作功的效果達(dá)到最佳［9］。廢礦物油與柴油一樣不會(huì)引起多孔粒狀硝酸銨的熱分解加速，且廢礦物油的開(kāi)口閃點(diǎn)較柴油高，因此，組分之間具有良好的相容性，能夠確保使用的安全。

依據(jù)配方設(shè)計(jì)的要求，綜合考慮性能和成本、制備和使用的平衡統(tǒng)一，通過(guò)試驗(yàn)確定銨油炸藥組分，如表2所示。該配方適合露天礦山利用廢礦物油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥。

表2 銨油炸藥的組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Tab. 2 Ingredients of ANFO　%

用簡(jiǎn)化計(jì)算法計(jì)算該配方氧平衡值。氧平衡幾乎為零?？紤]到炸藥在裝入炮孔過(guò)程中會(huì)造成部分油料損失，氧化劑多孔粒狀硝酸銨恰好能將柴油和廢礦物油的混合可燃劑完全氧化，爆炸釋放的能量最大，生成物中的有毒有害氣體最少。

1. 3 工藝設(shè)計(jì)

在氧平衡設(shè)計(jì)中要統(tǒng)籌兼顧安全性、爆炸性能、成本和制備工藝。廢礦物油的運(yùn)動(dòng)黏度較柴油偏大，不利于過(guò)濾清除雜質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥車(chē)燃油輸送。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在廢礦物油中加入部分柴油充分混合，解決了單一廢礦物油配方的過(guò)濾清潔難度大、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。當(dāng)柴油與廢礦物油按照質(zhì)量比為1︰1配制成混合油，其運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)適宜輸送泵輸送，多孔硝酸銨吸油率也符合要求。運(yùn)動(dòng)黏度和吸油率如表3。

表3 不同可燃劑的運(yùn)動(dòng)黏度和吸油率Tab. 3 Kinematic viscosities and oil absorption rates of different combustible agents

運(yùn)動(dòng)黏度是流體單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力與垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的流速變化率的比值，是衡量在一定條件下流體流動(dòng)的度量值，運(yùn)動(dòng)黏度越大，流動(dòng)性越差。表3表明，選擇柴油與廢礦物油質(zhì)量比為1︰1的混合油作為多孔粒狀銨油炸藥的可燃劑，流動(dòng)性較好，吸油率符合＞7%的要求。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

由于廢礦物油與柴油的氧平衡值、能量貢獻(xiàn)值趨于接近，所以可根據(jù)露天礦與銨油炸藥地面制備站所處的地理位置和氣候條件，適當(dāng)調(diào)節(jié)柴油與廢礦物油的混合配制比例。夏季廢礦物油運(yùn)動(dòng)黏度低，可適當(dāng)增大其比例，冬季適當(dāng)降低廢礦物油的添加比例。冬季也可采用將廢礦物油提前放置在有采暖的房屋內(nèi)預(yù)熱，保證柴油與廢礦物油混合油有一個(gè)適合的運(yùn)動(dòng)黏度。一般情況下，柴油與廢礦物油的混合油的最佳質(zhì)量比為1︰1。

2 現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥的制備

2. 1 制備步驟

2. 1. 1 多孔粒狀硝酸銨準(zhǔn)備

使用叉車(chē)將采用噸袋包裝的多孔粒狀硝酸銨由儲(chǔ)存庫(kù)或硝酸銨運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送至上料塔螺旋輸送機(jī)進(jìn)料漏斗，經(jīng)螺旋輸送機(jī)運(yùn)至斗式提升機(jī)，再經(jīng)斗式提升機(jī)把硝酸銨輸送至上料塔儲(chǔ)罐，備用。多孔粒狀硝酸銨上料系統(tǒng)如圖2所示。

2. 1. 2 柴油與廢礦物油的混合油配制

首先將一定量的柴油通過(guò)箱式柴油罐或柴油運(yùn)輸車(chē)泵送至柴油與礦物油配制槽內(nèi)，以備稀釋運(yùn)動(dòng)黏度較大的廢礦物油，同時(shí)有利于廢礦物油中的雜質(zhì)沉降。然后再將等量的回收在桶中的廢礦物油泵送至內(nèi)置在配制槽的第一級(jí)粗過(guò)濾網(wǎng)，濾出破布、塑料布等雜物；經(jīng)過(guò)人工攪拌均勻后，再經(jīng)置于配制槽內(nèi)的第二級(jí)細(xì)過(guò)濾網(wǎng)、第三級(jí)精過(guò)濾網(wǎng)泵送至混合油儲(chǔ)存罐。儲(chǔ)存罐安裝有電動(dòng)攪拌裝置，攪拌均勻后備用。

2. 1. 3 銨油炸藥車(chē)現(xiàn)場(chǎng)制藥

現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥車(chē)在上料塔硝酸銨儲(chǔ)存罐出料口下方，將一定量的多孔硝酸銨加入炸藥車(chē)硝酸銨料倉(cāng)中；在柴油、礦物油混配場(chǎng)地，再將混合油儲(chǔ)存罐內(nèi)已配制好的混合油泵送至現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥車(chē)專供制備炸藥的工藝用油箱體中；加料完畢后，行駛至爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝藥。

2. 2 性能測(cè)試與爆破試驗(yàn)

2. 2. 1 性能測(cè)試

一種新配方炸藥的研制，應(yīng)對(duì)該炸藥的密度、爆速、作功能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)控制，進(jìn)而驗(yàn)證爆炸效果和確定未來(lái)使用的方向，以期滿足爆破條件的要求。在現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥地面站，由于受條件限制，日常主要是對(duì)炸藥的密度、爆速、儲(chǔ)存期3項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，作功能力、猛度2項(xiàng)指標(biāo)由專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，其爆炸性能見(jiàn)表4。

表4 不同可燃劑的銨油炸藥性能及指標(biāo)對(duì)比Tab. 4 Performance comparison of ANFO with different combustible agents

由表4測(cè)試數(shù)據(jù)可見(jiàn)，以柴油和廢礦物油質(zhì)量比1︰1的混合油做可燃劑的銨油炸藥，與柴油作可燃劑所制備的多孔粒狀銨油炸藥在密度、爆速、猛度及作功能力4項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)上沒(méi)有明顯的區(qū)別，只是炸藥儲(chǔ)存有效期略有不同。同時(shí)通過(guò)分析認(rèn)為，在可燃劑柴油中加入廢礦物油黏度稍有提高，有利于較長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存。

2. 2. 2 爆破試驗(yàn)

為驗(yàn)證含廢礦物油的銨油炸藥的爆破效果，1998年7月29日，在黑岱溝露天煤礦爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，分別填裝30 t含廢礦物油和30 t不含廢礦物油的銨油炸藥，分兩片裝藥，同時(shí)起爆。爆破后觀察，從爆堆形狀、巖石塊度、電鏟采狀效率均無(wú)區(qū)別。從投入應(yīng)用至今近16年，在黑岱溝露天煤礦均取得良好的爆破效果。

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

3. 1 經(jīng)濟(jì)效益

1998年7月廢礦物油在銨油炸藥中應(yīng)用獲得成功，該技術(shù)向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局遞交專利申請(qǐng)，并獲發(fā)明專利，專利號(hào)為98124310. X［11］。此項(xiàng)目專利技術(shù)在黑岱溝露天煤礦應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1999年至2015年，16年來(lái)共計(jì)利用廢礦物油7 539 t，節(jié)約成本4 618. 32萬(wàn)元。其中僅2015年使用廢礦物油達(dá)1 020 t，生產(chǎn)銨油炸藥3. 7萬(wàn)噸，節(jié)約成本500多萬(wàn)元，相當(dāng)于2015年該廠職工工資總額的30%，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3. 2 社會(huì)效益

廢礦物油的回收利用，降低了準(zhǔn)能公司2個(gè)露天煤礦資源的消耗，提高了資源利用率，控制了資源成本，同時(shí)也改善了露天工業(yè)場(chǎng)地的衛(wèi)生狀況。廢礦物油的回收利用還改變了傳統(tǒng)的“資源—產(chǎn)品—廢棄物”的流程，實(shí)現(xiàn)了“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，相當(dāng)于增加了資源供給。

用廢礦物油代替柴油生產(chǎn)銨油炸藥，能夠使廢礦物油被清潔利用，最大程度地發(fā)揮廢礦物油的殘值。該技術(shù)是處理廢礦物油最環(huán)保、最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)措施；同時(shí)，大量節(jié)約柴油，對(duì)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排，具有重要意義，也消除了企業(yè)隨意傾倒或非法轉(zhuǎn)移倒賣(mài)給無(wú)廢礦物油經(jīng)營(yíng)資質(zhì)的個(gè)體單位所帶來(lái)的環(huán)保事件風(fēng)險(xiǎn)。隨著工業(yè)化的發(fā)展，廢礦物油的產(chǎn)生將持續(xù)增長(zhǎng)，帶來(lái)的環(huán)境等問(wèn)題日益嚴(yán)重，本項(xiàng)目選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施進(jìn)行無(wú)害化清潔處理，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

1）研制的廢礦物油代替部分柴油制備銨油炸藥的組分配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：多孔粒狀硝酸銨94. 50%，廢礦物油2. 75%，柴油2. 75%。該配方根據(jù)露天礦現(xiàn)場(chǎng)自有條件，在保證混合油運(yùn)動(dòng)黏度不影響泵輸送和多孔硝酸銨吸油率的條件下，可適當(dāng)調(diào)整配方。

2）采用廢礦物油替代部分柴油制備的銨油炸藥，各項(xiàng)爆破性能良好，符合GB17583—1998銨油炸藥標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）該技術(shù)為露天礦山廢礦物油找到一條依法合規(guī)、清潔無(wú)害化處置的有效途徑，具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］ 呂春緒.工業(yè)炸藥理論［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2003. Lü C X. Theory of industrial explosive［M］. Beijing：Ordnance Industry Press，2003.

［2］ 郭占江，馬平.炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)在大型露天煤礦拋擲爆破中的應(yīng)用［J］.工程爆破，2009，15（4）：82-85. GUO Z J，MA P. Application of site mixing and loading system for explosive to casting blast technique in large open pit coal mine［J］. Engineering Blasting，2009，15 （4）：82-85.

［3］ 李玉清，宋日，李淵，等.露天礦高臺(tái)階拋擲爆破炸藥配方設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)制備［J］.爆破器材，2013，42（3）：37-40. LI Y Q，SONG R，LI Y，et al. Design and onsite preparation of explosive used for high step casting blast in openpit mine［J］. Explosive Materials，2013，42（3）：37-40.

［4］ 云慶夏，楊萬(wàn)根，雷化南.國(guó)外礦用工業(yè)炸藥［M］.北京：冶金出版社，1975：29-30.

［5］ 岳中文，于強(qiáng)，李玉清，等.廢食用油在混裝多孔粒狀銨油炸藥中的應(yīng)用［J］.工程爆破，2015，21（4）：2-3. YUE Z W，YU Q，LI Y Q，et al. Application of waste edible oil in mixed porous granular ANFO explosive［J］. Engineering Blasting，2015，21（4）：2-3.

［6］ 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄［Z］. 2008.

［7］ 薛占山.廢油品在銨油類炸藥生產(chǎn)中的綜合效益［J］.露天采礦技術(shù)，2014（10）：82-83. XUE Z S. Comprehensive benefits of waste oil in the production of ammonium oil explosive［J］. Opencast Mining Technology，2014（10）：82-83.

［8］ 陸明.炸藥的分子與配方設(shè)計(jì)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2004：63-65.

［9］ 汪旭光.乳化炸藥［M］. 2版.北京：冶金出版社，2008：184-185.

［10］冶金工業(yè)部長(zhǎng)沙礦冶研究院.多孔粒狀銨油炸藥：GB17583—1998［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999. Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy，Ministry of Metallurgical Industry. Ammonium nitrate fuel oil explosive：GB17583—1998［S］. Beijing：China Standard Press，1999.

［11］宋日.銨油炸藥及其制造工藝：98124310. X［P］. 1998-10-28.

Application of Waste Mineral Oil in ANFO

SONG Ri

Explosive Plant，Shenhua Zhungeer Energy Co.，Ltd.（Inner Mongolia Ordos，010300）

［ABSTRACT］ In open-pit mine，a lot of large mining deceives are used，and a bunch of waste mineral oil has generated after using lubricating oil and hydraulic oil on a massive scale. The waste mineral oil was introduced here to substitute partially diesel in preparation of ANFO. It involved formulation design，technological process，performance parameters，and processes benefit analysis. Besides，in the addition of meeting the environmental requirements，it also provides a reference work for open-pit mine where a large amount of waste mineral oil is handled to utilize the advanced technology and to attain the purpose of resources recycling as possible.

［KEY WORDS］ ANFO；waste mineral oil；formulation；explosion properties

doi：10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2016. 03. 011

收稿日期：?2016-03-03

作者簡(jiǎn)介：宋日（1964 -），男，教授級(jí)高工，從事露天炸藥生產(chǎn)工藝和爆破工程研究。E-mail：shznzycsr@163. com