中低溫敏化工藝技術(shù)JK型巖石乳化炸藥爆炸有毒氣體探討

江利民　孫永江　蔡航清　高立國

摘? ?要：工業(yè)炸藥爆炸后有毒氣體的含量，對工程作業(yè)人員和環(huán)境有很大的危害，文章分析對比JK型巖石乳化炸藥調(diào)整配方后有毒氣體組分的含量和成分的變化，探討如何優(yōu)化生產(chǎn)工藝，有助于指導(dǎo)該類乳化炸藥的生產(chǎn)和朝著減少有毒氣體的環(huán)境友好型產(chǎn)品方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥;有毒氣體;氧平衡

工業(yè)炸藥爆炸后會(huì)產(chǎn)生各種氣體。工業(yè)炸藥爆炸是一個(gè)復(fù)雜的高溫高壓化學(xué)反應(yīng)過程。炸藥根據(jù)組分變化和爆炸環(huán)境不同，爆炸產(chǎn)物會(huì)出現(xiàn)變化，巖石乳化炸藥爆炸后生成大量的氮氧化物、碳氧化物等其他氣體，有H2O，CO2，CO，N2，NO，NO2等。炸藥爆炸后的有毒氣體與炸藥的化學(xué)組成、氧平衡、藥卷物理特性、爆炸條件（溫度、濕度）以及放炮技術(shù)（裝藥長度、爆孔堵塞）有關(guān)，但是主要取決于炸藥的自身組分、氧平衡和爆炸反應(yīng)的完全性。炸藥的氧平衡是指炸藥中的氧完全氧化自身所含的可燃元素以后，單位質(zhì)量炸藥多余或者不足的氧量。氧平衡與炸藥的爆速、爆壓、爆熱、作功能力等密切相關(guān)，是炸藥的一個(gè)重要參數(shù)。理論上炸藥零氧平衡最好，但是混合炸藥真正的零氧平衡幾乎不可能做到，只能接近零氧平衡。

炸藥爆炸后的有毒氣體主要為CO和氮氧化物NO，NO2等，對人體危害大。CO經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，和血液形成血紅蛋白，影響組織細(xì)胞產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象，引起窒息和中毒。NO常溫下為黃棕色氣體，溫度越高，顏色越深。NO2是呈紅褐色有特殊氣味的有毒氣體。氮氧化物對人體危害最大的就是急性肺水腫，NO2的毒性是CO的615倍。炸藥爆炸后有毒氣體是造成井下死亡事故的原因之一，需要引起放炮作業(yè)人員的高度重視，要嚴(yán)格按照爆破安全操作規(guī)程，做好排風(fēng)通風(fēng)工作。作為炸藥生產(chǎn)廠家，需要在炸藥配方上深入研究，最大量減少炸藥爆炸后產(chǎn)生的有毒氣體含量，生產(chǎn)出環(huán)境友好型產(chǎn)品以滿足市場的需求。

乳化炸藥目前廣泛應(yīng)用于各工程爆破領(lǐng)域中。JK型乳化炸藥目前在國內(nèi)應(yīng)用占有主導(dǎo)地位，其工藝條件安全可靠，炸藥爆炸性能及使用情況良好。但對于其爆破后產(chǎn)生的有毒氣體，目前行業(yè)并沒有系統(tǒng)的研究。GB 18095—2000《乳化炸藥》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定炸藥爆炸后有毒氣體質(zhì)量濃度需≤80 L/kg。JK型巖石乳化炸藥爆炸后有毒氣體質(zhì)量濃度≤50 L/kg。

工業(yè)炸藥的爆轟化學(xué)方程式是計(jì)算炸藥爆炸時(shí)的爆速、爆壓、爆溫、爆容和爆熱的基礎(chǔ)和依據(jù)，確定爆炸產(chǎn)物的成分和含量，在理論和實(shí)際工作中具有很大的意義。要確定爆炸變化方程式是困難和復(fù)雜的，有理論計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)確定法兩種，乳化炸藥爆炸方程式可寫成下式：152NH4NO3+C25H52—38NO2+133N2+330H2O+25CO2。然而，這是零氧狀態(tài)下的理論方程式。乳化炸藥屬于硝銨類工業(yè)炸藥，正氧平衡會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，氮氧化物毒性大，負(fù)氧平衡嚴(yán)重就會(huì)產(chǎn)生大量的NO，所以乳化炸藥的配方設(shè)計(jì)一般都是微偏負(fù)氧設(shè)計(jì)，以此來控制好爆炸后有毒氣體的總含量，尤其是需要減少氮氧化物的產(chǎn)生。

1? ? 試驗(yàn)對比

文章通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整JK型巖石乳化炸藥的水油相比例，調(diào)整其體系氧平衡大小來對比分析其有毒氣體NO和CO的相對量大小。試驗(yàn)在爆炸試驗(yàn)塔中進(jìn)行，爆炸試驗(yàn)塔為直徑5 m、高5 m的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯鋼板，設(shè)計(jì)有開口425 mm的機(jī)械抽風(fēng)孔，設(shè)計(jì)藥量為1 kg TNT當(dāng)量。采用NO和CO氣體檢測儀來檢測氣體含量。具體試驗(yàn)步驟如下。

（1）用同一罐配置好的水相和油相，除調(diào)整水油比例之外，保持其他生產(chǎn)工藝不變，生產(chǎn)乳化炸藥Φ32×300型號(hào)炸藥。（2）冷卻2 h后取藥卷做試驗(yàn)，藥卷重量精確到300.00 g。（3）連接好起爆網(wǎng)路后把藥卷放入爆炸試驗(yàn)塔內(nèi)同一起爆位置。（4）起爆后開啟機(jī)械抽風(fēng)10 min（因?yàn)槭窍喈?dāng)量的對比，采用模擬巷道爆破需抽風(fēng)后方可進(jìn)入人員操作的情況），所以開啟抽風(fēng)后才檢測，非總含量的檢測。（5）檢測人員帶好防毒面具進(jìn)入爆炸試驗(yàn)塔后立刻關(guān)閉防爆門，進(jìn)行NO和CO含量的檢測工作。（6）充分抽風(fēng)后，經(jīng)檢測塔內(nèi)CO和NO為0后方起爆下一組。每次配方做兩次試驗(yàn)取平均值，試驗(yàn)結(jié)果對比如表1所示。

2? ? 結(jié)果分析

（1）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，3組配方設(shè)計(jì)乳化炸藥爆炸后均產(chǎn)生了一定量的有毒氣體CO和NO，未完全氧化生產(chǎn)CO2和NO2，其中CO的含量要遠(yuǎn)大于NO，所以可以分析出JK型乳化炸藥為負(fù)氧平衡設(shè)計(jì)組分體系。第二組和第三組對比來看，隨著配方中油相比例的增加，還原劑比例增加，爆炸后CO含量不斷增加，NO含量變化不大，符合負(fù)氧平衡炸藥反應(yīng)有毒氣體產(chǎn)生機(jī)理。第二組和第一組對比分析，隨著還原劑比例減少，乳化炸藥氧平衡向零氧平衡和正氧平衡靠近，爆炸后產(chǎn)生的NO含量逐漸增加，符合乳化炸藥爆炸后有毒氣體產(chǎn)生的規(guī)律。

（2）試驗(yàn)結(jié)果3組數(shù)據(jù)對比，當(dāng)配方設(shè)計(jì)還原劑比例不斷增加，爆炸產(chǎn)生的NO氣體在減少到一定值后，保持不變。但是仍然有一定量的NO氣體存在。進(jìn)行工藝分析，JK型巖石乳化炸藥爆炸后有毒氣體NO應(yīng)有部分來源于敏化體系中。中國萬寶工程有限公司乳化炸藥敏化機(jī)理采用亞硝酸鈉化學(xué)發(fā)泡靜態(tài)敏化。亞硝酸鈉和游離NH4+發(fā)生反應(yīng)，生成N2，NH3，NO，NO2等多種氣體，同時(shí)亞硝酸鈉在促進(jìn)劑的作用下發(fā)生水解反應(yīng)，生成NO和NO2。通過這些氣體來敏化乳膠基質(zhì)，使其有良好的雷管感度。

3? ? 結(jié)語

（1）JK型乳化炸藥配方設(shè)計(jì)應(yīng)為微負(fù)氧平衡，有毒氣體含量CO量高于NO量，配方設(shè)計(jì)較為合理。減少油相比例，往零氧平衡方向靠近，可使爆炸產(chǎn)生的有毒氣體總量和CO含量減少，同時(shí)可以降低炸藥單位制造成本，但是有毒氣體氮氧化物會(huì)增加，試驗(yàn)中檢測的NO量是增加的，炸藥的穩(wěn)定性和儲(chǔ)存性隨著復(fù)合油相比例減少也會(huì)有所降低。所以不建議輕易減少工藝配方中復(fù)合油相的比例來降低生產(chǎn)成本，不僅降低產(chǎn)品的質(zhì)量而且增加了爆炸后有毒氣體的毒性。通過爆炸后有毒氣體對比和產(chǎn)品各項(xiàng)庫存性能檢測結(jié)果分析，該廠使用的復(fù)合油相水油比例93.5∶6.5較為合理。乳化炸藥產(chǎn)品性能好，儲(chǔ)存期質(zhì)量穩(wěn)定，爆炸后有毒氣體含量最小化。（2）在乳化炸藥生產(chǎn)質(zhì)量管理中可適當(dāng)增加復(fù)合油相的比例來增強(qiáng)乳化炸藥生產(chǎn)中的乳化效果，提高炸藥的穩(wěn)定性和儲(chǔ)存性。但是有毒氣體總量會(huì)有所增加，尤其是有毒氣體CO隨著炸藥體系的負(fù)氧值增大而增加較大，同時(shí)炸藥單位制造成本會(huì)有所增加。這就需要工廠根據(jù)客戶需求和市場使用規(guī)律綜合考慮，通過反復(fù)試驗(yàn)找到適合生產(chǎn)線和原材料的水油相工藝配比。（3）可以通過減少發(fā)泡劑和促進(jìn)劑用量來適當(dāng)減少JK型乳化炸藥爆炸后有毒氣體氮氧類氣體的產(chǎn)生，但是需要生產(chǎn)管理者注意，必須首先考慮敏化的效果問題。敏化后藥卷的藥態(tài)問題，是否適應(yīng)生產(chǎn)線裝藥和包裝設(shè)備，尤其是需要觀察藥卷中的敏化氣泡是否總量和大小合適，檢測藥卷的感度是否合適。在保證藥卷感度和保證生產(chǎn)設(shè)備匹配的條件下，可以適當(dāng)減少發(fā)泡劑和促進(jìn)劑用量來減少爆炸有毒氣體。（4）乳化炸藥生產(chǎn)中各工廠使用的復(fù)合油相不一，其含氮量不一樣。需要生產(chǎn)管理者通過試驗(yàn)來分析找到合適的水油相比例，既保證產(chǎn)品質(zhì)量又朝著爆炸后有毒氣體含量減少的方向努力，生產(chǎn)出爆破效果好、環(huán)境友好型乳化炸藥。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐國財(cái).對乳化炸藥爆轟機(jī)理的認(rèn)識(shí)[J].煤礦安全，2001（1）：28-30.