廢機油在混裝乳化炸藥生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

簡國祚，王世強，俞政洪，李傳增

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廢機油在混裝乳化炸藥生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

簡國祚1,2，王世強2，俞政洪1，李傳增1

（1. 北京奧信化工科技發(fā)展有限責任公司，北京，100040；2.北方礦業(yè)科技服務(wù)（納米比亞）有限公司，斯瓦科普蒙德，納米比亞）

為了順利實現(xiàn)廢機油在現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)中的應(yīng)用，優(yōu)化項目現(xiàn)場炸藥成本結(jié)構(gòu)，從粘度、敏化效果、爆速等方面對廢機油在混裝乳化炸藥中的應(yīng)用進行了基礎(chǔ)研究。結(jié)果表明：以廢機油代替新機油工業(yè)生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的密度為1.36g/cm3，粘度為42 500mPa·s；敏化過程中，廢機油生產(chǎn)的乳膠發(fā)泡均勻，不存在大氣泡、破乳和油水分離現(xiàn)象，敏化0.5h以后密度可以降至1.12g/cm3；廢機油生產(chǎn)的混裝乳化炸藥，炮孔內(nèi)檢測平均爆速為4 245m/s，滿足現(xiàn)場混裝乳化炸藥的國標使用要求。

乳化炸藥；乳膠基質(zhì)；廢機油；爆速；敏化；粘度

納米比亞湖山鈾礦位于納米比亞中西部的納米布沙漠地區(qū)，資源總量28.56×104t，是全球第三大鈾礦[1]。該礦山每年生產(chǎn)各類廢機油1 000t左右，廢機油處理和資源的再次利用是亟待解決的問題。北京奧信化工科技發(fā)展有限責任公司和北方爆破科技有限公司聯(lián)合承接的納米湖山鈾礦爆破服務(wù)一體化項目，建有年產(chǎn)3×104t的混裝乳化炸藥生產(chǎn)線?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥的生產(chǎn)對機油的需求量較大，若將該礦山生產(chǎn)的廢機油加以處理，再運用于乳化炸藥基質(zhì)的生產(chǎn)，不僅能解決廢機油處理和利用的問題，同時還能為企業(yè)降本增效，減少廢機油對環(huán)境的污染破壞。

澳大利亞的Dyno Nobel和南非的AEL、BME等知名公司將廢機油生產(chǎn)的混裝乳化炸藥和重銨油炸藥推廣到了各大礦山項目，并且實現(xiàn)了乳膠基質(zhì)長距離、可靠穩(wěn)定配送。國內(nèi)對于廢機油在現(xiàn)場混裝乳化炸藥的應(yīng)用研究不多，近幾年才開始出現(xiàn)利用地溝油、廢機油作為部分原材料生產(chǎn)乳化炸藥的專利文獻[2-3]。筆者基于納米比亞湖山鈾礦爆破一體化服務(wù)項目，對廢機油在混裝乳化炸藥生產(chǎn)中的應(yīng)用做了基礎(chǔ)研究，旨在獲取穩(wěn)定的廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)，實現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：工業(yè)硝酸銨，AEL Mining Services；硝酸鈉，山東海化華龍硝銨有限公司；亞硝酸鈉，巴斯夫歐洲公司；乳化劑EX9126，成都鍵能科技有限責任公司；柴油，Engen (Namibia) (PTY) Ltd。儀器：NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式粘度計，上海恒平科學儀器有限公司；JJ-1精密定時電動攪拌器，江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠；VOD/DATA爆速儀，MREL GROUP OF COMPANIES LIMITED。

1.2 機油的選擇

本次實驗用的廢機油由納米比亞鯨灣港Engin- eering Services (Pty) Ltd從湖山礦回收處理后提供，新機油來源于比利時的Neste Oil N.V.。表1給出了新機油和回收處理后廢機油的對比參數(shù)，圖1為新機油和回收處理后的廢機油的實物對比圖。

表1 新機油和回收處理后的廢機油參數(shù)對比

Tab.1 The two type engine oil parameters

圖1 新機油和回收處理后的舊機油實物對比圖

由圖1可以看出，新舊機油顏色區(qū)別明顯，新機油在使用過程中混入了水分、灰塵、機械雜質(zhì)和其他雜油，從而導致顏色變黑?；厥仗幚砗蟮膹U機油為亮黑色液體，滴加到白色濾紙上，應(yīng)確保無肉眼明顯可見機械雜質(zhì)。礦山回收用于乳化炸藥生產(chǎn)的廢機油，前期處理時應(yīng)盡可能降低液壓油的含量，去除照明石蠟、煤油、航空煤油、剎車油、防凍劑和防火油等油類成分。這是因為該油類成分中含有耐磨添加劑、腐蝕抑制劑和水包油型乳化劑等一種或多種添加劑，在實際生產(chǎn)應(yīng)用時不利于乳膠基質(zhì)成乳，對乳膠的穩(wěn)定性影響較大[4]。

1.3 乳化炸藥的實驗室制備

水相的制備：將質(zhì)量分數(shù)為75%的工業(yè)硝酸銨、8%的硝酸鈉及17%的水混合加熱溶解，控制溶液的溫度為80～85℃，調(diào)節(jié)水相溶液的pH值和析晶點；油相的制備：將一定比例的廢機油、柴油、乳化劑混合并攪拌均勻，控制溫度在50～55℃。將制備好的水相和油相混合，并啟動電動攪拌器（轉(zhuǎn)速3 000r/min），數(shù)分鐘后形成乳膠基質(zhì)。實驗室制備乳膠基質(zhì)的平均粘度為28 500mPa?s，密度為1.41g/cm3。將制備好的乳膠基質(zhì)滴加0.5%的敏化劑溶液（亞硝酸鈉水溶液），靜置0.5h敏化后形成具有雷管感度的乳化炸藥。

1.4 乳膠基質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)

乳膠基質(zhì)制備技術(shù)原理：將乳化劑、柴油、機油經(jīng)過計量后配制成油相溶液，將硝酸銨、水、硝酸鈉、添加劑經(jīng)過計量后配制成水相溶液；將滿足各項工藝參數(shù)的油相、水相按照配方比例計量泵送，經(jīng)乳化器乳化成符合要求的乳膠基質(zhì)；最后由螺桿泵將乳膠基質(zhì)輸送到基質(zhì)儲罐。采用混裝乳化炸藥車將生產(chǎn)好的乳膠基質(zhì)運送到爆破現(xiàn)場，裝入炮孔進行敏化，最終形成現(xiàn)場混裝乳化炸藥[5]。基于現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝配方和實驗室數(shù)據(jù)，在實際生產(chǎn)線采用廢機油代替新機油生產(chǎn)15t乳膠基質(zhì)，用混裝車將乳膠基質(zhì)運送到特定的爆破區(qū)塊開展相關(guān)實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳膠基質(zhì)的對比

圖2為3種乳膠基質(zhì)的對比。3種乳膠基質(zhì)的密度比較接近，均在（1.36±0.01）g/cm3范圍內(nèi)；粘度受機油、乳化劑、制乳設(shè)備和工藝等諸多因素影響，對比檢測3種基質(zhì)的粘度，分別為37 500mPa?s、42 500mPa?s、100 000mPa?s；采用新機油和廢機油生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)，存在明顯的顏色區(qū)別。圖3為自產(chǎn)乳膠基質(zhì)與AEL乳膠基質(zhì)的對比，兩種乳膠顏色存在略微區(qū)別，以廢機油生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)較AEL的乳膠基質(zhì)顏色稍淺，原因是地面站生產(chǎn)線油相材料采用了一定比例的柴油。若將油相材料中燃料油全部換成廢機油，乳膠基質(zhì)最終的顏色也會加深。

圖2 3種乳膠基質(zhì)對比圖

圖3 自產(chǎn)乳膠基質(zhì)與AEL的乳膠基質(zhì)的對比

2.2 乳膠基質(zhì)的敏化效果測試

以廢機油生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)現(xiàn)場敏化檢測如圖4所示，圖5為以廢機油生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)敏化密度時間曲線。

圖4 廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的敏化檢測示意圖

現(xiàn)場檢查密度的塑料樣杯容積為620mL，樣杯自重25g，從混裝乳化炸藥車輸藥軟管終端取樣。每次稱重前將試樣杯口部的乳膠抹平，記錄重量和時間。現(xiàn)場實際檢測可知，以廢機油生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)，敏化10min乳膠的密度降至1.25g/cm3，敏化0.5h以后密度可以降到1.12g/cm3，滿足現(xiàn)場混裝乳化炸藥密度范圍要求（1.00～1.25g/cm3）。敏化過程中，觀察到乳膠發(fā)泡均勻，不存在大氣泡和破乳分層等現(xiàn)象。乳膠基質(zhì)的敏化密度受生產(chǎn)原材料種類、工藝條件、基質(zhì)溫度、敏化劑濃度、敏化劑計量等諸多因素的影響[6-8]。為了達到較好的敏化效果和炸藥密度，實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中需合理控制各個環(huán)節(jié)，確保各項性能指標參數(shù)達到最佳匹配[9]。

圖5 廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的敏化密度時間曲線

2.3 VOD的檢測

VOD（Velocity of detonation）即爆轟波在炸藥中穩(wěn)定傳播的速度，是衡量炸藥性能的重要指標之一。在約束條件下，大多數(shù)常規(guī)炸藥的爆速介于2 000m/s和7 500m/s之間[10]。采用VOD/DATA爆速儀進行乳化炸藥的爆速測量，其原理[11]為采用線性電阻絲作為探針檢測爆速，將具有線性電阻值的線圈置于炸藥樣品或藥柱中，當炸藥爆轟波傳播并熔斷電阻絲線圈時，線圈阻值隨線圈長度逐漸降低，線圈因阻值降低而引起的不同時刻的電壓值被爆速儀讀寫記錄；爆速儀軟件將記錄的時間電壓曲線自動轉(zhuǎn)換為時間距離曲線，曲線斜率即為爆轟波穩(wěn)定傳播到該段區(qū)間的爆速。圖6為VOD測試的示意圖，在2B018D004爆破區(qū)塊邊緣選取炮孔測量廢機油乳化炸藥的VOD，炮孔直徑為165mm，深度為9m。

圖6 VOD測試區(qū)域指示

圖7~8分別為新舊廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的VOD測試曲線圖。由圖7可以看出，廢機油生產(chǎn)乳化炸藥的平均爆速為4 245m/s，根據(jù)國標要求[12]，現(xiàn)場混裝乳化炸藥的爆速不得低于4 200m/s，本次測試的平均爆速要略高于最低標準值。采用相同的生產(chǎn)工藝條件和配方，廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的爆速較新機油的爆速(4 934m/s)要低，廢機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的質(zhì)量需進一步優(yōu)化提升。

圖7 廢機油生產(chǎn)乳化炸藥的爆速數(shù)據(jù)曲線

圖8 新機油生產(chǎn)乳化炸藥的爆速數(shù)據(jù)曲線

3 結(jié)論

（1）采用新舊廢機油工業(yè)生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)和外購的乳膠基質(zhì)，密度均在（1.36±0.01）g/cm3范圍內(nèi)，但粘度區(qū)別較大。

（2）以廢機油工業(yè)生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)，在敏化過程中，乳膠發(fā)泡均勻，不存在大氣泡和破乳分層現(xiàn)象；敏化0.5h以后密度可以降至1.12g/cm3，滿足現(xiàn)場混裝乳化炸藥的密度范圍要求。

（3）廢機油工業(yè)化生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)，爆孔約束爆速為4 245m/s，大于現(xiàn)場混裝乳化炸藥的最低標準爆速值，該爆速較新機油生產(chǎn)乳膠基質(zhì)的爆速要低，乳膠產(chǎn)品性能還需進一步優(yōu)化提升。

[1] Moolman S. Namibia breaks ground on world’s third-largest uranium deposit[Z]. Mining Weekly website,2015-02-27.

[2] 姚普華,儲國平,等.利用廢機油生產(chǎn)現(xiàn)場混裝乳化炸藥的方法: CN, 104177208 A [P].2014-12-03.

[3] 薛世忠.以地溝油制造乳化炸藥的方法: CN,102603437 A [P].2012-07-25.

[4] RUL. Undesirable oil/detergents/additives for HEF manufac- ture[R]. Namibia: R?ssing Uranium Limited, 2011.

[5] 彭寧,邱朝陽,等.現(xiàn)場混裝乳化炸藥配方對基質(zhì)密度的影響分析[J].礦冶工程,2014,34(1): 12-17.

[6] Dlugogorski, Bogdan Zygmunt. Methods for gassing explosives especially at low temperatures:WO,2008/083436 A1 [P].2011-06-09.

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[9] 李文藝,任流潤,等.化學發(fā)泡條件對乳化炸藥性能的影響[J].爆破器材,2013,42(5): 35-37.

[10] Aruna D.Tete, A.Y.Deshumukh, R.R.Yerpude.Velocity of detonation (VOD) measurement techniques practical approach [J].International Journal of Engineering and Technology, 2013, 2(3): 259-265.

[11] Micro Trap TM Operations Manual-Edition 4.3[Z].MREL Group of Companies Limited, 2014.

[12] GB 28263-2012 民用爆炸物品生產(chǎn)、銷售企業(yè)安全管理規(guī)程[S].北京:工業(yè)和信息化部,2012.

The Application Research of Recycled Engine Oil in Emulsion Manufacture

JIAN Guo-zuo1,2, WANG Shi-qiang2, YU Zheng-hong1, LI Chuan-zeng1

(1. Beijing Auxin Chemical Technology Ltd., Beijing, 100040；2. Beifang Mining Technology Service (Namibia) (Pty) Ltd., Swakopmund, Namibia)

To obtain the recycled engine oil application in emulsion manufacture, and optimize the cost of mixing emulsion explosive, the recycled engine oil emulsion’s viscosity, gassing process, velocity of detonation were researched. The study indicated that the recycled engine oil emulsion’s density and viscosity were 1.36g/cm3and 42 500mPa?s, there was no big bubbles and demulsification phenomenon during the gassing process, and gassing rate met the technical requirement. Recycled engine oil emulsion’s density dropped to 1.12g/cm3within half an hour glassing, the detonation velocity of emulsion explosive made by recycled engine oil was 4 245m/s, which met the application standards.

Emulsion explosive；Emulsion matrix；Recycled engine oil；Detonation velocity；Gassing；Viscosity

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.06.010

1003-1480（2017）06-0037-04

2017-09-18

簡國祚（1989-），男，工程師，主要從事工業(yè)乳化炸藥、雷管方面研究。

企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新項目（批準號：AUXINKY2017****）