宋 日

神華準格爾能源有限責任公司炸藥廠（內蒙古鄂爾多斯，010300）

?

廢礦物油在銨油炸藥中的應用?

宋 日

神華準格爾能源有限責任公司炸藥廠（內蒙古鄂爾多斯，010300）

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

［關鍵詞］銨油炸藥；廢礦物油；配方；爆炸性能

［分類號］ TQ560. 4

引言

我國是目前世界上工業(yè)炸藥生產(chǎn)量最大的國家。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. 18萬噸炸藥，其中多孔粒狀銨油炸藥54. 15萬噸，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（質量分數(shù)）是：硝酸銨94. 5%、輕柴油5. 5%。利用炸藥現(xiàn)場混裝技術生產(chǎn)的現(xiàn)場混裝多孔粒狀銨油炸藥已經(jīng)廣泛地應用于國內外主要大型露天礦山［1-3］。在長期的工程爆破實踐中，國內外一直認為柴油是現(xiàn)場混裝銨油炸藥最好的燃料油，因其具有來源豐富、使用方便、黏度適中等特點，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［4］。受傳統(tǒng)觀念的影響，現(xiàn)場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，采用價格低廉、性能上能夠代替部分柴油的可燃劑，一直是現(xiàn)場混裝銨油炸藥生產(chǎn)企業(yè)追求的目標［5］。

廢礦物油主要來源于露天礦山大型設備檢修保養(yǎng)過程中回收的廢機油、液壓油及齒輪油等，以及少量的油庫儲油罐底油；這些廢棄資源易造成火災隱患和環(huán)境污染，治理需要花費大量費用，被列入《國家危險廢物名錄》，編號為HW08［6］。神華準格爾能源有限責任公司炸藥廠建立了廢礦物油儲存的場所、綜合回收利用的設備與設施［7］，通過了環(huán)境保護主管部門組織的環(huán)境評價驗收，辦理了廢礦物油綜合回收利用經(jīng)營許可證，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)出其原材料來源廣泛、無毒無害、價格低廉且工藝簡單的含廢礦物油的銨油炸藥開展研究。

1 配方與工藝的設計

1. 1 能量分析

礦物油的主要成分為烷烴、多環(huán)芳烴、烯烴等烴類有機物。在露天礦山大型設備的使用過程中，高溫、高壓、高轉速等機械摩擦、氧化分解使得礦物油中的各種添加劑失去作用，但其本身的潤滑基礎油的理化性質基本沒有變化。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的Qre、qre對比Tab. 1 Comparison of Qreand qrebetween diesel oil and mineral oil

可燃劑的能量貢獻值Qre和能量因子qre的數(shù)值越大，對系統(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)總能量來看是有益的，礦物油是較好的還原劑。

1. 2 配方設計

一般地說，當炸藥配方為零氧平衡或接近于零氧平衡時，炸藥爆炸反應的產(chǎn)物才有可能全部或幾乎全部是H2O、CO2和N2，此時放出的熱量最大，爆破或作功的效果達到最佳［9］。廢礦物油與柴油一樣不會引起多孔粒狀硝酸銨的熱分解加速，且廢礦物油的開口閃點較柴油高，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)配方設計的要求，綜合考慮性能和成本、制備和使用的平衡統(tǒng)一，通過試驗確定銨油炸藥組分，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)場混裝銨油炸藥。

表2 銨油炸藥的組分（質量分數(shù)）Tab. 2 Ingredients of ANFO　%

用簡化計算法計算該配方氧平衡值。氧平衡幾乎為零?？紤]到炸藥在裝入炮孔過程中會造成部分油料損失，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 工藝設計

在氧平衡設計中要統(tǒng)籌兼顧安全性、爆炸性能、成本和制備工藝。廢礦物油的運動黏度較柴油偏大，不利于過濾清除雜質和現(xiàn)場混裝銨油炸藥車燃油輸送。通過大量的現(xiàn)場試驗，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濾清潔難度大、生產(chǎn)效率低的問題。當柴油與廢礦物油按照質量比為1︰1配制成混合油，其運動黏度系數(shù)適宜輸送泵輸送，多孔硝酸銨吸油率也符合要求。運動黏度和吸油率如表3。

表3 不同可燃劑的運動黏度和吸油率Tab. 3 Kinematic viscosities and oil absorption rates of different combustible agents

運動黏度是流體單位接觸面積上的內摩擦力與垂直于運動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的度量值，運動黏度越大，流動性越差。表3表明，選擇柴油與廢礦物油質量比為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，適當調節(jié)柴油與廢礦物油的混合配制比例。夏季廢礦物油運動黏度低，可適當增大其比例，冬季適當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預熱，保證柴油與廢礦物油混合油有一個適合的運動黏度。一般情況下，柴油與廢礦物油的混合油的最佳質量比為1︰1。

2 現(xiàn)場混裝銨油炸藥的制備

2. 1 制備步驟

2. 1. 1 多孔粒狀硝酸銨準備

使用叉車將采用噸袋包裝的多孔粒狀硝酸銨由儲存庫或硝酸銨運輸車運送至上料塔螺旋輸送機進料漏斗，經(jīng)螺旋輸送機運至斗式提升機，再經(jīng)斗式提升機把硝酸銨輸送至上料塔儲罐，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箱式柴油罐或柴油運輸車泵送至柴油與礦物油配制槽內，以備稀釋運動黏度較大的廢礦物油，同時有利于廢礦物油中的雜質沉降。然后再將等量的回收在桶中的廢礦物油泵送至內置在配制槽的第一級粗過濾網(wǎng)，濾出破布、塑料布等雜物；經(jīng)過人工攪拌均勻后，再經(jīng)置于配制槽內的第二級細過濾網(wǎng)、第三級精過濾網(wǎng)泵送至混合油儲存罐。儲存罐安裝有電動攪拌裝置，攪拌均勻后備用。

2. 1. 3 銨油炸藥車現(xiàn)場制藥

現(xiàn)場混裝銨油炸藥車在上料塔硝酸銨儲存罐出料口下方，將一定量的多孔硝酸銨加入炸藥車硝酸銨料倉中；在柴油、礦物油混配場地，再將混合油儲存罐內已配制好的混合油泵送至現(xiàn)場混裝銨油炸藥車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)場進行裝藥。

2. 2 性能測試與爆破試驗

2. 2. 1 性能測試

一種新配方炸藥的研制，應對該炸藥的密度、爆速、作功能力等關鍵性能指標進行目標控制，進而驗證爆炸效果和確定未來使用的方向，以期滿足爆破條件的要求。在現(xiàn)場混裝銨油炸藥地面站，由于受條件限制，日常主要是對炸藥的密度、爆速、儲存期3項主要技術指標進行測試，作功能力、猛度2項指標由專業(yè)檢測機構檢測，其爆炸性能見表4。

表4 不同可燃劑的銨油炸藥性能及指標對比Tab. 4 Performance comparison of ANFO with different combustible agents

由表4測試數(shù)據(jù)可見，以柴油和廢礦物油質量比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項性能指標參數(shù)上沒有明顯的區(qū)別，只是炸藥儲存有效期略有不同。同時通過分析認為，在可燃劑柴油中加入廢礦物油黏度稍有提高，有利于較長時間的儲存。

2. 2. 2 爆破試驗

為驗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，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，同時起爆。爆破后觀察，從爆堆形狀、巖石塊度、電鏟采狀效率均無區(qū)別。從投入應用至今近16年，在黑岱溝露天煤礦均取得良好的爆破效果。

3 經(jīng)濟效益和社會效益

3. 1 經(jīng)濟效益

1998年7月廢礦物油在銨油炸藥中應用獲得成功，該技術向國家知識產(chǎn)權局遞交專利申請，并獲發(fā)明專利，專利號為98124310. X［11］。此項目專利技術在黑岱溝露天煤礦應用中取得了良好的經(jīng)濟效益。

1999年至2015年，16年來共計利用廢礦物油7 539 t，節(jié)約成本4 618. 32萬元。其中僅2015年使用廢礦物油達1 020 t，生產(chǎn)銨油炸藥3. 7萬噸，節(jié)約成本500多萬元，相當于2015年該廠職工工資總額的30%，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

3. 2 社會效益

廢礦物油的回收利用，降低了準能公司2個露天煤礦資源的消耗，提高了資源利用率，控制了資源成本，同時也改善了露天工業(yè)場地的衛(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，實現(xiàn)了“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟模式，相當于增加了資源供給。

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。該技術是處理廢礦物油最環(huán)保、最經(jīng)濟、最有效的技術措施；同時，大量節(jié)約柴油，對實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排，具有重要意義，也消除了企業(yè)隨意傾倒或非法轉移倒賣給無廢礦物油經(jīng)營資質的個體單位所帶來的環(huán)保事件風險。隨著工業(yè)化的發(fā)展，廢礦物油的產(chǎn)生將持續(xù)增長，帶來的環(huán)境等問題日益嚴重，本項目選擇適當?shù)募夹g措施進行無害化清潔處理，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的協(xié)調發(fā)展。

4 結論

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（質量分數(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)場自有條件，在保證混合油運動黏度不影響泵輸送和多孔硝酸銨吸油率的條件下，可適當調整配方。

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

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

參考文獻

［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)場混裝技術在大型露天煤礦拋擲爆破中的應用［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.露天礦高臺階拋擲爆破炸藥配方設計及現(xiàn)場制備［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，楊萬根，雷化南.國外礦用工業(yè)炸藥［M］.北京：冶金出版社，1975：29-30.

［5］ 岳中文，于強，李玉清，等.廢食用油在混裝多孔粒狀銨油炸藥中的應用［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］ 中華人民共和國環(huán)境保護部，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.國家危險廢物名錄［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，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計［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)部長沙礦冶研究院.多孔粒狀銨油炸藥：GB17583—1998［S］.北京：中國標準出版社，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

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