乳化炸藥不合格品再處理敏化參數(shù)的研究?

李貞億

貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司(貴州貴陽(yáng)，550000)

引言

乳化炸藥不合格品是指乳化炸藥在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用過程中，由于性能達(dá)不到要求、包裝破損等原因，必須回收處理的產(chǎn)品[1]。傳統(tǒng)的乳化炸藥不合格品處理方法有水解法、燒毀法和摻合法等[2]。對(duì)于水解法，水解分離過程需要加熱，可能會(huì)因?yàn)樗膺^程中控制不當(dāng)，加熱過度，發(fā)生干燒的危險(xiǎn)[3]。對(duì)于燒毀法，會(huì)存在鋪設(shè)不合理以及燒毀過程中風(fēng)向、風(fēng)力發(fā)生改變，引起燃燒轉(zhuǎn)爆炸的安全隱患[4]。對(duì)于摻合法，在新鮮的乳膠基質(zhì)中添加適量的不合格品，與正常生產(chǎn)過程中的乳膠基質(zhì)一起混合進(jìn)行再敏化[5]。該方法簡(jiǎn)單，但由于這種乳化炸藥不合格品處理方法是將生產(chǎn)系統(tǒng)外的成品或半成品添加到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，如果含有金屬碎屑、砂石或硝酸銨結(jié)晶，那么在這些雜質(zhì)進(jìn)入到密閉式敏化器或葉片泵裝藥機(jī)時(shí)，可能會(huì)由于摩擦而引起爆炸，存在較大安全隱患。為了加強(qiáng)乳化炸藥廢藥處理環(huán)節(jié)的安全管理，工信部發(fā)出文件明確禁止將廢藥、不合格品和廢舊炸藥在乳化炸藥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)回收使用[6]。

本文中，基于貴州久聯(lián)民用爆破器材發(fā)展股份有限公司的JK型高溫乳化炸藥生產(chǎn)線(金奧博科技有限公司，年產(chǎn)24 000 t)產(chǎn)生的乳化炸藥不合格品為研究對(duì)象，研究尋找安全、合理的乳化炸藥不合格品再處理工藝技術(shù)，確定乳化炸藥不合格品返工處理中敏化工藝參數(shù)，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，解決存在的安全隱患與產(chǎn)品質(zhì)量問題。

1 乳化炸藥不合格品返工處理工藝

1.1 返工處理所需原料及設(shè)備

原料：乳化炸藥不合格品，包括當(dāng)天現(xiàn)場(chǎng)剝離的破損藥卷、工藝環(huán)節(jié)中開機(jī)正常生產(chǎn)的料頭和停產(chǎn)清理系統(tǒng)形成的料尾；2#巖石乳化炸藥乳膠基質(zhì)，高溫車間當(dāng)日生產(chǎn)且未加入發(fā)泡劑的乳膠基質(zhì)，溫度90～100℃，密度1.35～1.45 g/cm3；亞硝酸鈉；硝酸銨；尿素。

設(shè)備：LMH型敏化機(jī)，杭州強(qiáng)力機(jī)械有限公司，產(chǎn)能3～7 t/h；LRD型裝藥機(jī)，杭州強(qiáng)力機(jī)械有限公司，規(guī)格?50～?200 mm。

1.2 乳化炸藥不合格品返工處理流程

為了避免處理乳化炸藥不合格品引發(fā)事故，嚴(yán)格按照《民用爆炸品工程設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(GB50089—2018)設(shè)計(jì)建造不合格品處理工房，安裝安全防護(hù)設(shè)施[7]。乳化炸藥不合格品的處理工藝如下：

1)收集乳化炸藥不合格品，轉(zhuǎn)至不合格品處理工房，對(duì)乳化炸藥不合格品中的雜物進(jìn)行徹底清理；

2)將清理后的不合格品與2#巖石乳化炸藥的乳膠基質(zhì)在LMH型敏化機(jī)中攪拌混合3～5 min；

3)待乳膠基質(zhì)與乳化炸藥不合格品混拌均勻后，按比例加入發(fā)泡劑和促進(jìn)劑，攪拌3～5 min；

4)待發(fā)泡劑和促進(jìn)劑與乳膠基質(zhì)混拌均勻后，取樣檢測(cè)溫度、密度及爆炸性能；

5)檢測(cè)合格的藥體由LRD型裝藥機(jī)裝藥、包裝并抽樣檢驗(yàn)，合格后入庫(kù)。

無論巖石或是煤礦型乳化炸藥不合格品，經(jīng)返工處理后，統(tǒng)一包裝為2#巖石乳化炸藥?70 mm，1.6 kg。

為提高乳化炸藥不合格品處理過程的安全性，不合格品處理工房?jī)?nèi)處理的不合格品，是針對(duì)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的物理狀態(tài)、性能指標(biāo)達(dá)不到要求的乳化炸藥。對(duì)于儲(chǔ)存期內(nèi)變質(zhì)或是超過儲(chǔ)存期變質(zhì)硬化的乳化炸藥不合格品，嚴(yán)格按照民爆物品銷毀處置相關(guān)規(guī)定制度，進(jìn)行銷毀處理。

1.3 敏化工藝

乳化炸藥不合格品返工時(shí)，選擇合適的敏化劑種類，確定合適的敏化劑添加比例及敏化溫度，對(duì)返工后乳化炸藥的各項(xiàng)性能有著非常重要的影響。為了解敏化參數(shù)對(duì)返工后乳化炸藥爆炸性能的影響，依據(jù)企業(yè)制定的《不合格品返工處理規(guī)程》，在處理乳化炸藥不合格品返工過程中，不合格品與乳膠基質(zhì)混合質(zhì)量比為1∶1.0～1∶1.5，不合格品單次返工量不超過220 kg。混合后的乳膠基質(zhì)采用化學(xué)敏化方法處理，返工樣品進(jìn)入敏化機(jī)進(jìn)行敏化時(shí)加入發(fā)泡劑(亞硝酸鈉、硝酸銨、軟水質(zhì)量比為20∶30∶50)和促進(jìn)劑(尿素)。促進(jìn)劑配制方法是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的尿素加水稀釋為40%的尿素。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)泡劑含量

對(duì)不同發(fā)泡劑添加量下的返工后乳化炸藥的密度、爆速、猛度及殉爆距離進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯l(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.14%時(shí)，返工乳化炸藥的爆速、殉爆距離和猛度均未測(cè)出，產(chǎn)品不合格。這是由于在敏化過程中，發(fā)泡劑中的硝酸銨與亞硝酸鈉發(fā)生了如下的反應(yīng)：

當(dāng)發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.14%時(shí)，發(fā)泡劑添加量較少。由反應(yīng)方程式(1)可以看出，發(fā)泡劑在敏化過程中產(chǎn)生的氮?dú)獠蛔?，在返工乳化炸藥中引入的氣泡較少。根據(jù)熱點(diǎn)理論[8]，當(dāng)乳化炸藥引入氣泡較少時(shí)，較少的微小氣泡受到外界起爆能量作用，發(fā)生絕熱壓縮，產(chǎn)生的溫度經(jīng)熱傳遞在基質(zhì)中耗散，不足以激發(fā)乳化炸藥發(fā)生爆炸。從發(fā)泡后乳化炸藥的密度測(cè)量結(jié)果可知，返工后的乳化炸藥密度較高，敏化程度明顯不夠。因此，在雷管起爆作用下不能發(fā)生爆炸。

當(dāng)發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.16%，返工后的乳化炸藥爆速、猛度和殉爆距離均測(cè)得，表明樣品在實(shí)驗(yàn)條件下發(fā)生了爆炸；但是測(cè)得的爆速、殉爆距離及猛度較小，沒有達(dá)到《工業(yè)炸藥通用技術(shù)條件》(GB 28286—2012)[9]對(duì)2#巖石乳化炸藥的要求標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品不合格。當(dāng)發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.20%時(shí)，返工后乳化炸藥爆炸參數(shù)測(cè)量結(jié)果較高，能夠達(dá)到《工業(yè)炸藥通用技術(shù)條件》(GB 28286—2012)對(duì)2#巖石乳化炸藥的要求標(biāo)準(zhǔn)[9]，產(chǎn)品合格。其原因是發(fā)泡劑增加到一定量，在敏化過程中氮?dú)猱a(chǎn)生速率和含量達(dá)到一定量，在乳膠基質(zhì)中引入一定體積和數(shù)量的微小氣泡，在外界起爆能量的強(qiáng)力作用下會(huì)被絕熱壓縮，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⑿馀莶粩啾患訜嵘郎?，在短時(shí)間內(nèi)形成一系列的高溫灼熱點(diǎn)，從而激發(fā)乳化炸藥爆炸。

表1 發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)返工樣品的密度及爆炸參數(shù)的影響Tab.1 Effect of mass fractions of foaming agent on density and detonation parameters of reworking samples

從表1還可以看出，當(dāng)發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.28%以上，返工的乳化炸藥爆炸性能明顯下降，這是由于發(fā)泡劑的添加量過高時(shí)，乳膠基質(zhì)產(chǎn)生的微小氣泡體積和數(shù)量過多，乳化炸藥的密度降低，引起炸藥威力的相應(yīng)下降，從爆破使用的角度考慮，對(duì)爆破效果不利[10]。同時(shí)，發(fā)泡劑的添加量過高時(shí)，在較高的敏化溫度條件下，會(huì)造成藥卷漲冒、破肚，即產(chǎn)生所謂的后效問題[10]。

結(jié)合返工后乳化炸藥的爆炸性能測(cè)試結(jié)果，在敏化過程中，發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20% ～0.26%較為適宜，測(cè)得敏化后樣品的密度為1.13～1.23 g/cm3。

2.2 尿素含量

針對(duì)不同的尿素添加量，對(duì)返工后乳化炸藥的密度及爆炸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯倒ず笕榛ㄋ幍谋?、猛度和殉爆距離隨著尿素添加量的增加先增大后減小。這是由于加入促進(jìn)劑尿素以后，在敏化過程中，亞硝酸鈉除了發(fā)生方程式(1)的反應(yīng)，還發(fā)生的反應(yīng)有：

亞硝酸鈉、硝酸銨和尿素發(fā)生了式(1)～式(4)的化學(xué)反應(yīng)，使得返工乳化炸藥在敏化過程中短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更多的氣體，在乳膠基質(zhì)中形成更多分布均勻的熱點(diǎn)，進(jìn)而提高了返工乳化炸藥的感度和爆炸性能。當(dāng)尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.11%時(shí)，返工后乳化炸藥的爆速、猛度和殉爆距離下降較明顯，且不能達(dá)到2#巖石乳化炸藥的要求標(biāo)準(zhǔn)[9]。這是由于尿素的添加量過高，在較高的敏化溫度條件下，發(fā)泡劑與促進(jìn)劑相互作用，產(chǎn)生更多的氣體，造成藥卷漲冒、破肚、密度下降等后效問題，乳化炸藥的爆炸性能降低。從表2中可以看出，當(dāng)促進(jìn)劑尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.06%～0.10%范圍內(nèi)，乳化炸藥不合格品返工處理后的爆炸參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，測(cè)得敏化后乳化炸藥的密度為1.12～1.20 g/cm3。

2.3 敏化溫度

對(duì)不同敏化溫度下的返工后乳化炸藥的密度及爆炸參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)中發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%，尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%，具體試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)返工樣品的密度及爆炸參數(shù)的影響Tab.2 Effect of on density and detonation parameters of reworking samples

從表3的返工后的乳化炸藥的密度和爆炸參數(shù)測(cè)試結(jié)果可以看出，敏化溫度的高低直接影響了返工處理后乳化炸藥的性能。返工后乳化炸藥的爆炸參數(shù)隨著敏化溫度的增加先增大、后減小。當(dāng)敏化溫度低于44℃時(shí)，返工后乳化炸藥的爆速、猛度和殉爆距離較低，這是由于敏化溫度過低時(shí)，乳膠基質(zhì)的黏度較大，發(fā)泡反應(yīng)速率慢，造成氣泡太小，影響返工后乳化炸藥的爆炸性能。隨著溫度升高，敏化過程中，會(huì)使反應(yīng)方程式(1)～式(4)向右進(jìn)行，同時(shí)乳膠基質(zhì)的黏度降低，有利于氣泡在乳膠基質(zhì)中分散傳播、均勻分布。因而，在一定的敏化溫度范圍內(nèi)，返工后乳化炸藥的爆炸參數(shù)隨著敏化溫度的增加而增大。但當(dāng)敏化溫度高于56℃時(shí)，發(fā)泡敏化后的乳化炸藥密度為1.08 g/cm3，從爆炸參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，其爆炸能力下降，達(dá)不到2#巖石乳化炸藥的標(biāo)準(zhǔn)要求[9]。這是由于發(fā)泡溫度過高，敏化過程產(chǎn)生氣體速度過快，容易形成不穩(wěn)定的大氣泡，造成藥卷漲冒、破肚、密度下降，炸藥的爆炸性能降低。從表3中可以看出，當(dāng)敏化溫度控制在44～54℃范圍內(nèi)，乳化炸藥不合格品返工處理后的爆炸參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，測(cè)得此時(shí)的敏化后乳化炸藥的密度為1.10～1.24 g/cm3。綜合前面試驗(yàn)結(jié)果，混合基質(zhì)敏化后的密度可反映敏化效果是否良好，是產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要工藝參數(shù)。通過統(tǒng)計(jì)可以看出，其范圍在1.10～1.24 g/cm3之間，返工后的乳化炸藥的爆炸參數(shù)都能滿足工業(yè)炸藥的爆炸性能。

3 結(jié)論

根據(jù)企業(yè)乳化炸藥生產(chǎn)點(diǎn)的基本情況，建立了獨(dú)立的乳化炸藥不合格品處理生產(chǎn)線，對(duì)乳化炸藥不合格品進(jìn)行了返工處理。得到了如下的結(jié)論：

1)不合格品返工處理工藝中，敏化溫度、發(fā)泡劑和促進(jìn)劑的添加量會(huì)對(duì)返工后乳化炸藥的密度及爆炸參數(shù)產(chǎn)生重要的影響。隨著敏化劑添加量的增大和敏化溫度的升高，返工后乳化炸藥的爆炸參數(shù)先增加、后降低。根據(jù)爆速、猛度及殉爆距離試驗(yàn)確定敏化工藝參數(shù)如下：敏化溫度控制在44～54℃之間；發(fā)泡劑和促進(jìn)劑尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.20%～0.26%和0.06% ～0.10%。

表3 不同敏化溫度下返工樣品的密度及爆炸參數(shù)Tab.3 Density and detonation parameters of reworking samples at different sensitization temperatures

2)混合基質(zhì)敏化后的密度可反映敏化效果是否良好，是產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要工藝參數(shù)。通過統(tǒng)計(jì)可以看出，其范圍在1.10～1.24 g/cm3之間，返工后的乳化炸藥的爆炸參數(shù)能夠滿足工業(yè)炸藥的爆炸性能。