废机油在混装乳化炸药生产中的应用研究

简国祚，王世强，俞政洪，李传增



废机油在混装乳化炸药生产中的应用研究

简国祚1,2，王世强2，俞政洪1，李传增1

（1. 北京奥信化工科技发展有限责任公司，北京，100040；2.北方矿业科技服务（纳米比亚）有限公司，斯瓦科普蒙德，纳米比亚）

为了顺利实现废机油在现场混装乳化炸药生产中的应用，优化项目现场炸药成本结构，从粘度、敏化效果、爆速等方面对废机油在混装乳化炸药中的应用进行了基础研究。结果表明：以废机油代替新机油工业生产乳胶基质的密度为1.36g/cm3，粘度为42 500mPa·s；敏化过程中，废机油生产的乳胶发泡均匀，不存在大气泡、破乳和油水分离现象，敏化0.5h以后密度可以降至1.12g/cm3；废机油生产的混装乳化炸药，炮孔内检测平均爆速为4 245m/s，满足现场混装乳化炸药的国标使用要求。

乳化炸药；乳胶基质；废机油；爆速；敏化；粘度

纳米比亚湖山铀矿位于纳米比亚中西部的纳米布沙漠地区，资源总量28.56×104t，是全球第三大铀矿[1]。该矿山每年生产各类废机油1 000t左右，废机油处理和资源的再次利用是亟待解决的问题。北京奥信化工科技发展有限责任公司和北方爆破科技有限公司联合承接的纳米湖山铀矿爆破服务一体化项目，建有年产3×104t的混装乳化炸药生产线。现场混装乳化炸药的生产对机油的需求量较大，若将该矿山生产的废机油加以处理，再运用于乳化炸药基质的生产，不仅能解决废机油处理和利用的问题，同时还能为企业降本增效，减少废机油对环境的污染破坏。

澳大利亚的Dyno Nobel和南非的AEL、BME等知名公司将废机油生产的混装乳化炸药和重铵油炸药推广到了各大矿山项目，并且实现了乳胶基质长距离、可靠稳定配送。国内对于废机油在现场混装乳化炸药的应用研究不多，近几年才开始出现利用地沟油、废机油作为部分原材料生产乳化炸药的专利文献[2-3]。笔者基于纳米比亚湖山铀矿爆破一体化服务项目，对废机油在混装乳化炸药生产中的应用做了基础研究，旨在获取稳定的废机油生产乳胶基质，实现连续工业化大批量生产。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：工业硝酸铵，AEL Mining Services；硝酸钠，山东海化华龙硝铵有限公司；亚硝酸钠，巴斯夫欧洲公司；乳化剂EX9126，成都键能科技有限责任公司；柴油，Engen (Namibia) (PTY) Ltd。仪器：NDJ-1型旋转式粘度计，上海恒平科学仪器有限公司；JJ-1精密定时电动搅拌器，江苏省金坛市环宇科学仪器厂；VOD/DATA爆速仪，MREL GROUP OF COMPANIES LIMITED。

1.2 机油的选择

本次实验用的废机油由纳米比亚鲸湾港Engin- eering Services (Pty) Ltd从湖山矿回收处理后提供，新机油来源于比利时的Neste Oil N.V.。表1给出了新机油和回收处理后废机油的对比参数，图1为新机油和回收处理后的废机油的实物对比图。

表1 新机油和回收处理后的废机油参数对比

Tab.1 The two type engine oil parameters

图1 新机油和回收处理后的旧机油实物对比图

由图1可以看出，新旧机油颜色区别明显，新机油在使用过程中混入了水分、灰尘、机械杂质和其他杂油，从而导致颜色变黑。回收处理后的废机油为亮黑色液体，滴加到白色滤纸上，应确保无肉眼明显可见机械杂质。矿山回收用于乳化炸药生产的废机油，前期处理时应尽可能降低液压油的含量，去除照明石蜡、煤油、航空煤油、刹车油、防冻剂和防火油等油类成分。这是因为该油类成分中含有耐磨添加剂、腐蚀抑制剂和水包油型乳化剂等一种或多种添加剂，在实际生产应用时不利于乳胶基质成乳，对乳胶的稳定性影响较大[4]。

1.3 乳化炸药的实验室制备

水相的制备：将质量分数为75%的工业硝酸铵、8%的硝酸钠及17%的水混合加热溶解，控制溶液的温度为80～85℃，调节水相溶液的pH值和析晶点；油相的制备：将一定比例的废机油、柴油、乳化剂混合并搅拌均匀，控制温度在50～55℃。将制备好的水相和油相混合，并启动电动搅拌器（转速3 000r/min），数分钟后形成乳胶基质。实验室制备乳胶基质的平均粘度为28 500mPa•s，密度为1.41g/cm3。将制备好的乳胶基质滴加0.5%的敏化剂溶液（亚硝酸钠水溶液），静置0.5h敏化后形成具有雷管感度的乳化炸药。

1.4 乳胶基质的工业生产

乳胶基质制备技术原理：将乳化剂、柴油、机油经过计量后配制成油相溶液，将硝酸铵、水、硝酸钠、添加剂经过计量后配制成水相溶液；将满足各项工艺参数的油相、水相按照配方比例计量泵送，经乳化器乳化成符合要求的乳胶基质；最后由螺杆泵将乳胶基质输送到基质储罐。采用混装乳化炸药车将生产好的乳胶基质运送到爆破现场，装入炮孔进行敏化，最终形成现场混装乳化炸药[5]。基于现有的生产工艺配方和实验室数据，在实际生产线采用废机油代替新机油生产15t乳胶基质，用混装车将乳胶基质运送到特定的爆破区块开展相关实验。

2 结果与讨论

2.1 乳胶基质的对比

图2为3种乳胶基质的对比。3种乳胶基质的密度比较接近，均在（1.36±0.01）g/cm3范围内；粘度受机油、乳化剂、制乳设备和工艺等诸多因素影响，对比检测3种基质的粘度，分别为37 500mPa•s、42 500mPa•s、100 000mPa•s；采用新机油和废机油生产的乳胶基质，存在明显的颜色区别。图3为自产乳胶基质与AEL乳胶基质的对比，两种乳胶颜色存在略微区别，以废机油生产的乳胶基质较AEL的乳胶基质颜色稍浅，原因是地面站生产线油相材料采用了一定比例的柴油。若将油相材料中燃料油全部换成废机油，乳胶基质最终的颜色也会加深。

图2 3种乳胶基质对比图

图3 自产乳胶基质与AEL的乳胶基质的对比

2.2 乳胶基质的敏化效果测试

以废机油生产的乳胶基质现场敏化检测如图4所示，图5为以废机油生产的乳胶基质敏化密度时间曲线。

图4 废机油生产乳胶基质的敏化检测示意图

现场检查密度的塑料样杯容积为620mL，样杯自重25g，从混装乳化炸药车输药软管终端取样。每次称重前将试样杯口部的乳胶抹平，记录重量和时间。现场实际检测可知，以废机油生产的乳胶基质，敏化10min乳胶的密度降至1.25g/cm3，敏化0.5h以后密度可以降到1.12g/cm3，满足现场混装乳化炸药密度范围要求（1.00～1.25g/cm3）。敏化过程中，观察到乳胶发泡均匀，不存在大气泡和破乳分层等现象。乳胶基质的敏化密度受生产原材料种类、工艺条件、基质温度、敏化剂浓度、敏化剂计量等诸多因素的影响[6-8]。为了达到较好的敏化效果和炸药密度，实际生产应用过程中需合理控制各个环节，确保各项性能指标参数达到最佳匹配[9]。

图5 废机油生产乳胶基质的敏化密度时间曲线

2.3 VOD的检测

VOD（Velocity of detonation）即爆轰波在炸药中稳定传播的速度，是衡量炸药性能的重要指标之一。在约束条件下，大多数常规炸药的爆速介于2 000m/s和7 500m/s之间[10]。采用VOD/DATA爆速仪进行乳化炸药的爆速测量，其原理[11]为采用线性电阻丝作为探针检测爆速，将具有线性电阻值的线圈置于炸药样品或药柱中，当炸药爆轰波传播并熔断电阻丝线圈时，线圈阻值随线圈长度逐渐降低，线圈因阻值降低而引起的不同时刻的电压值被爆速仪读写记录；爆速仪软件将记录的时间电压曲线自动转换为时间距离曲线，曲线斜率即为爆轰波稳定传播到该段区间的爆速。图6为VOD测试的示意图，在2B018D004爆破区块边缘选取炮孔测量废机油乳化炸药的VOD，炮孔直径为165mm，深度为9m。

图6 VOD测试区域指示

图7~8分别为新旧废机油生产乳胶基质的VOD测试曲线图。由图7可以看出，废机油生产乳化炸药的平均爆速为4 245m/s，根据国标要求[12]，现场混装乳化炸药的爆速不得低于4 200m/s，本次测试的平均爆速要略高于最低标准值。采用相同的生产工艺条件和配方，废机油生产乳胶基质的爆速较新机油的爆速(4 934m/s)要低，废机油生产乳胶基质的质量需进一步优化提升。

图7 废机油生产乳化炸药的爆速数据曲线

图8 新机油生产乳化炸药的爆速数据曲线

3 结论

（1）采用新旧废机油工业生产的乳胶基质和外购的乳胶基质，密度均在（1.36±0.01）g/cm3范围内，但粘度区别较大。

（2）以废机油工业生产的乳胶基质，在敏化过程中，乳胶发泡均匀，不存在大气泡和破乳分层现象；敏化0.5h以后密度可以降至1.12g/cm3，满足现场混装乳化炸药的密度范围要求。

（3）废机油工业化生产的乳胶基质，爆孔约束爆速为4 245m/s，大于现场混装乳化炸药的最低标准爆速值，该爆速较新机油生产乳胶基质的爆速要低，乳胶产品性能还需进一步优化提升。

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

[2] 姚普华,储国平,等.利用废机油生产现场混装乳化炸药的方法: CN, 104177208 A [P].2014-12-03.

[3] 薛世忠.以地沟油制造乳化炸药的方法: CN,102603437 A [P].2012-07-25.

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

[5] 彭宁,邱朝阳,等.现场混装乳化炸药配方对基质密度的影响分析[J].矿冶工程,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.

[7] Pumeza Melane. Kinetics reactions of ammonium nitrate- sodium nitrite reaction and ammonium nitrate emulsion explosives[D].South Africa: University of Cape Town,2010.

[8] 王尹军,李进军,等.乳化炸药密度对其压力减敏的影响[J].爆炸与冲击,2007,29(5): 529-534.

[9] 李文艺,任流润,等.化学发泡条件对乳化炸药性能的影响[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 民用爆炸物品生产、销售企业安全管理规程[S].北京:工业和信息化部,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

简国祚（1989-），男，工程师，主要从事工业乳化炸药、雷管方面研究。

企业研发创新项目（批准号：AUXINKY2017****）