CN105683133A

CN105683133A - 制备anfo和重anfo的炸药组合物的方法

Info

Publication number: CN105683133A
Application number: CN201580001591.7A
Authority: CN
Inventors: H·L·鲁伊斯·瓦尔; K·G·马斯洛·伦纳
Original assignee: Exsa SA
Current assignee: Exsa SA
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2016-06-15
Also published as: PH12016500267A1; DOP2016000068A; EP3020694A1; WO2016018163A1; AU2015297054A1; MY174275A; CL2016000169A1; MX2016000998A; CR20160138A; EP3020694A4; AP2016009107A0; CA2920866A1

Abstract

本发明涉及制备包含硝酸铵和燃料的炸药组合物(也被称为ANFO(硝酸铵/燃油))和包含散装乳液和ANFO的炸药组合物(也被称为重ANFO)的方法。特别是，本发明包含两种使用高密度硝酸铵来开发这些炸药组合物的方法。

Description

制备ANFO和重ANFO的炸药组合物的方法

技术领域

背景技术

ANFO(铵油炸药)型炸药(硝酸铵/燃油)是硝酸铵与燃料的混合物，在工业和采矿中用作爆破剂。通常，ANFO型炸药由94％的硝酸铵和6％的燃料组成，并且具有0.8～0.9kg/L的堆积密度。用于ANFO型炸药的硝酸铵颗粒是多孔、球状，这是因为颗粒的微孔结构中包封的气穴提供了较大量的对引爆高度敏感的起爆点，也称为热点。这些点由于机械作用被绝热地压缩并且将起爆能传递经过负载。通过硝酸铵颗粒来吸收燃料以产生自由流动的颗粒混合物，其可以被引爆。其他添加剂也可以添加到该混合物中以改性该ANFO型炸药的性能，例如瓜尔胶和聚异丁烯可以增强耐水性。

该ANFO型炸药的爆炸速度为2500～3500m/s，这是因为其体积密度和火焰温度低于其他工业炸药。这些材料对引爆的敏感性小于其他类型的炸药，例如乳液和甘油炸药；因此，ANFO型炸药的操作具有低风险性。ANFO性能取决于使用的硝酸铵颗粒的品质和其与燃料混合的效率。

重ANFO型炸药由散装乳液和ANFO的混合物组成。将这种乳液用作涂布材料在ANFO颗粒周围产生耐水性隔膜，消除了其低耐水性的问题。该防水层也改善了ANFO的其他特性，提高了它的密度、爆炸速度，对起爆的敏感性和冲击波强度。重ANFO通常在搅拌车中制备，其中，首先制备ANFO，然后与乳液混合。在重ANFO制备中使用的散装乳液可以充气或不充气。该重ANFO体系实现了散装乳液ANFO相关的巨大灵活性。这种关系或比率可以根据爆炸的具体要求进行优化。

如上所述，该ANFO和重ANFO型炸药通常要求多孔的硝酸铵颗粒。不过，本发明提出了两种使用工业级或化肥级的高密度硝酸铵作为ANFO生产方法中的多孔硝酸铵的替代品来制备重ANFO的方法。第一种包括对高密度硝酸铵进行热处理以改性其晶体结构，从而获得密度的降低和燃料吸收容量的增加。因此，使得能够使用经热处理的硝酸铵来生产ANFO和重ANFO。第二种为使用高密度硝酸铵制备ANFO，改性炸药组合物，从而使用与常规的ANFO型炸药相比较少的燃料。然后使用加气的散装乳液以及ANFO型炸药组合物得到重ANFO。

关于第一种方法，在美国专利5,240,524中有先例，其目的是降低硝酸铵的密度，通过用气化剂处理来增加其孔隙空间。所述发明使用作为硝酸铵的溶剂的液体介质和气化剂(如硝酸钠)，以渗透裂纹或颗粒中预先存在的裂缝，并且引起化学反应而形成气态产品，其增加裂纹的尺寸并且向外排出液体。不过，本申请为完全不同于美国专利5,240,524提出的方法的处理硝酸铵的方法，因为其通过传导加热颗粒而仅包括硝酸铵晶体结构的变化，而没有化学反应或使用液体介质或气化剂。因此，孔隙空间的特征也不同，因为第一种情况增大了裂纹和裂缝的尺寸，而在本发明中产生了硝酸铵分子的重组。

另一种用于降低硝酸铵密度的方法记载在美国专利5,540,793中，其包括使用胶囊化微球来生产硝酸铵的方法，这降低了产品的密度。本发明延伸到由降低密度的硝酸铵制备的ANFO和重ANFO型炸药组合物。该方法不同于本发明，因为其添加了如微球等物理试剂并且必须在生产硝酸铵的过程中进行。此外，硝酸铵颗粒的密度可以达到比本发明更低的值，在0.54至0.67kg/L之间。

同样，文献US5,409,556包括通过添加膨胀的谷物(如玉米、大米或小麦)至组合物的至多10％来制备具有降低的密度的重ANFO型炸药组合物。该组合物可以使用多孔或高密度硝酸铵制备。所述发明不同于本发明，在于其必须添加如膨胀谷物等原料，并且该重ANFO型炸药组合物的密度降低，而非硝酸铵的密度降低。

此外，文献US4,853,050是已知的，其涉及制备包含颗粒硝酸铵的炸药组合物的方法(其中，其耐水性通过沥青涂层而改善)以及使用具有改善特性的硝酸铵来制备这种ANFO/炸药乳液混合物的方法。在该发明中提出的对硝酸铵的处理目的是改善耐水性，并不改变硝酸铵的晶体结构。这与本发明相反，其导致处理过的硝酸铵的密度增大。

另外，文献US4,084,995涉及制备基于硝酸铵和硝酸钙的颗粒状炸药组合物，其用包含燃料和水的液相在混合这些盐的温度下加热，然后在机械搅拌下冷却。所得炸药组合物显示出提高的对起爆剂的敏感性和较低的临界直径，这些特性取决于由接受的处理所导致的混合物的物理状态，而非化学组成。然而，对硝酸铵的处理的目的不同于本发明，因为其并不打算改性其晶体结构，而是将硝酸铵和硝酸钙合并以获得具有特定物理状态的混合物。

关于第二种提出的方法，在美国专利2006/0243362中有先例，其中，Houston等使用与本文对于高密度硝酸铵提出的特征相似的硝酸铵制备水凝胶型炸药组合物。然而，使用这种原料的体系和根据该专利进行测试的唯一一种完全不同于本发明提出的基于充气乳液和ANFO的重ANFO。

而且，在现有技术中，已知美国专利5,458,707使用乳液充气型炸药组合物来生产重ANFO。然而，该发明目的在于修改基于PIBSA的可充气乳液的组成，包含正磷酸酯和助乳化剂以防止在重ANFO的制备中与多孔硝酸铵相互作用时的乳液降解。然而，本发明没有改变该可充气乳液的性质，因为其使用高密度硝酸铵或经热处理的硝酸铵代替多孔硝酸铵。

发明内容

本发明包括两种使用高密度硝酸铵制备重ANFO的方法。

第一种方法包括通过下述方式对高密度硝酸铵进行热处理：将高密度硝酸铵装入容器；使高密度硝酸铵进入处于室温的加热装置；在所述加热装置中加热高密度硝酸铵；在低于60℃的温度下从加热装置中取出处理过的硝酸铵，以及筛分处理过的硝酸铵，从而得到经热处理的硝酸铵。

经热处理的硝酸铵用于通过下述方式在低于30℃的温度下制备ANFO：将其装入容器；将燃料装入单独的容器；将经热处理的硝酸铵投入混合室中，同时将燃料投入该室中；以及混合经热处理的硝酸铵和燃料，得到ANFO。

该经热处理的硝酸铵也用于通过下述方式制备重ANFO：从料斗投入混合室中，并且将燃料注入经热处理的硝酸铵的进料管中，得到ANFO；将充气或未充气的散装乳液装入料斗；将散装乳液投入ANFO的室；以及混合散装乳液和ANFO，得到重ANFO。

本发明中第二种提出的方法为使用具有0.95kg/L～1.00kg/L密度的高密度硝酸铵通过下述方式制备重ANFO：将高密度硝酸铵装入料斗，将高密度硝酸铵投入混合室中，并且以2∶98～6∶94的燃料：高密度硝酸铵的比例将燃料注入硝酸铵的进料管中；将散装乳液装入料斗，并且对所述散装乳液充气；以20∶80～70∶30的充气散装乳液：ANFO比率将所述充气乳液投入ANFO的混合室中；混合两种成分得到重ANFO。

附图说明

图1显示了用于高密度硝酸铵热处理的工艺和其相关部件。

图2显示了生产ANFO的工艺和其相关部件。

图3显示了用于生产重ANFO的工艺和其相关部件。

具体实施方式

本发明的第一实施方式为改变高密度硝酸铵(优选工业级或化肥级)的晶体结构、在颗粒中产生孔隙的方法。结果，硝酸铵的密度降低，同时保持了该颗粒的最佳硬度特性并且其燃料吸收容量也增加。提出了图1中所示的对高密度硝酸铵(优选工业级或化肥级)进行热处理的方法。

第一步为将高密度硝酸铵(1.f)(其通常具有表1和2中所列的性质)装入容器(1a)。然后，将该硝酸铵筛分(1b)以除去细粉。进行该步骤以避免由于硝酸铵颗粒尺寸的波动引起的加热过程效率的降低。如果其具有少于5％的细粉，那么在进入热装置(1c)之前不需要过筛。

表1工业级硝酸铵和化肥级硝酸铵的差异

在下一步中，高密度硝酸铵(1.g)在室温下进入加热装置(1c)。该加热过程是通过装置的壁与高密度硝酸铵颗粒之间的传导的间接热传递。该热处理的目的是提高颗粒的温度以使硝酸铵的晶体结构产生变化，避免影响其含水量。

晶体结构中寻求的变化由于硝酸铵从IV相至III相的相变而发生；并且伴随着由于分子重排而引起的体积增加和密度降低。硝酸铵晶体结构的这些变化是已知的并且由于温度循环所致通常发生在原料的储存期间。然而，伴随相变的物理性质的改性被认为是不受欢迎的，因为其影响硝酸铵期望的性质，降低硬度、流动性，并导致结壳。总之，这些变化导致对起爆和引爆的敏感性的降低。

本发明提出应用由高密度硝酸铵的相变引起的物理变化。因此，在提出的方法中，在加热装置(1.c.)中高密度硝酸铵的处理温度和时间以及当其离开加热装置(1.h.)时硝酸铵的温度是关键变量。此相变开始的温度为32.3℃并且持续到51℃，然后产生阻止转变至III相的桥，直接从IV相变为II相，其可能影响孔的产生和显著降低硝酸铵的硬度。因此，加热装置(1c)的温度应在50℃～150℃波动；并且当其离开加热装置(1.h)时硝酸铵的温度应不超过60℃，并且应优选为40～60℃。高密度硝酸铵的处理时间与当其离开加热装置(1.h)时处理过的硝酸铵的温度直接相关。通常，该处理时间可以在1～10分钟变化，并且应优选为3～4分钟。

可能影响热处理效率的其他变量涉及高密度硝酸铵颗粒的特征，密度和燃料吸收容量的变化在初始具有较大硬度、较少多孔空间或裂纹并且存在无机添加剂的那些颗粒中较不明显。另一方面，具有较小硬度的高密度硝酸铵颗粒会更受该处理的影响，由于颗粒的脆性而导致细粉产生增多，并且在制备ANFO和重ANFO的过程中产生问题。优选的是，高密度硝酸铵应具有0.95～1.00kg/L的堆积密度，小于或等于4％的燃料吸收容量和0.4～0.6kg/颗粒的硬度。而且，热处理和用于制备ANFO和重ANFO的方法都应当产生最少的摩擦和可能的损伤以避免细粉的产生，这是由于经热处理的硝酸铵颗粒更脆弱。

下一步为对加热装置(1c)的出口进行筛分(1d)以除去在前一阶段中产生的细粉。获得的产品为经热处理的硝酸铵(1.i)，其具有0.80～0.90kg/L的堆积密度，5％～8％的燃料吸收容量，以及0.2～0.5kg/颗粒的硬度。需要该筛分步骤(1.d)来消除潜在的与硝酸铵小颗粒有关的问题，以供随后用于生产ANFO和重ANFO。

表2高密度硝酸铵、多孔硝酸铵和经热处理的硝酸铵的性质

参数	单位	高密度硝酸铵	多孔硝酸铵	经热处理的硝酸铵
					堆积密度	kg/L	0.95-100	0.72-0.82	0.80-0.90
油吸收容量	％	≤4	7-14	5-8
					硬度	Kg/颗粒	0.4-0.6	0.35-0.55	0.2-0.5

经热处理的硝酸铵(1.i)可以用于在ANFO和重ANFO型炸药中的生产中代替多孔硝酸铵。为了制备ANFO，经热处理的硝酸铵必须处于低于30℃的温度，优选在室温与30℃之间。随着密度降低更多和油吸收增加，本发明的经热处理的硝酸铵在ANFO和重ANFO的加工中显示出更好的结果。

根据图2所示的流程图进行ANFO的生产工艺。该工艺包括以95∶5或94∶6的比率、优选以比率94∶6混合(2.c)热处理硝酸铵(2.e)和燃料(2.f)。用于ANFO生产工艺的燃料(2-f)可以是生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油、渣油等。

根据图3所示的流程图进行重ANFO的生产工艺，优选在采矿作业中的搅拌车中进行。该工艺的第一步为将经热处理的硝酸铵(3.g)装入料斗(3.b)。然后将装在料斗(3.a)中的燃料(3.f)注入经热处理的硝酸铵的供给管中，得到ANFO(3.i)。该混合物以98∶2～94∶6的比率制备，优选97∶3。用于重ANFO的加工工艺的燃料(3f)可以为生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油、渣油等。然后，将装在料斗(3.c)中的散装乳液(3.h)充气，然后与ANFO(3.i)混合，得到重ANFO(3.j)。散装乳液(3.h)与ANFO(3.i)的混合比率优选下述情况：20∶80，30∶70，40∶60，50∶50，60∶40和70∶30。用于该制备的散装乳液可以充气或不充气。最终产品(3.j)在采矿作业中装入钻头(3-e)。

本发明的第二实施方式为使用高密度硝酸铵(优选工业级或化肥级)作为用于生产重ANFO生产的ANFO的制备中的多孔硝酸铵的替代品。为了达到此目的，该ANFO型炸药组合物被改性为与常规的ANFO型炸药相比使用较少的燃料，并且为了开发重ANFO，对散装乳液充气。

如图3所示进行重ANFO的开发。该方法优选在位于不同采矿单元的搅拌车中进行。该方法包括将高密度硝酸铵(3.g)投入料斗(3b)，该高密度硝酸铵具有0.95～1.00千克每升(kg/L)的堆积密度和小于或等于4％的燃料吸收容量。在该制备中使用的高密度硝酸铵优选具有表1和2中所述的特征。

将料斗(3.a)中的燃料(3.f)注入高密度硝酸铵的进料管中，得到ANFO(3.i)。该混合物的比率可以为98∶2～94∶6，优选97∶3。硝酸铵和燃料的比例基于硝酸铵的吸收容量、燃料密度确定，要达到高氧平衡。用于生产重ANFO的燃料(3.g)可以包括生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油和渣油。

料斗(3.c)中的散装乳液(3h)必须充气。在该过程中，气化剂与氧化剂盐相在合适的pH条件下进行化学反应而产生通过乳液的氮气气泡的微细分散体。使用的气化剂通常包括各种产生气体的材料，其在本领域中是已知的。优选的是，该气化剂是亚硝酸盐，特别是碱金属亚硝酸盐，更尤其是亚硝酸钠。这些组合物的化学充气通过亚硝酸盐与铵离子之间产生氮气的反应实现。该气化剂可以与第二化学化合物混合，其用作催化剂以提高反应发生时的速率，例如硫氰酸钠或硫脲和其他。使用如亚硝酸盐等气化剂的化学充气反应可以例如通过降低充气溶液的pH而加速。优选的是，该pH应降低至1～5的值，更尤其是2～4。降低氧化溶液的pH的合适的酸包括硫酸、硝酸、醋酸和本领域中已知的其他酸。

然后，将充气的散装乳液(3.h)与ANFO(3.i)混合，得到重ANFO(3.j)。充气散装乳液(3.h)与ANFO(3.j)的混合比率可以为如下情况：20∶80，30∶70，40∶60，50∶50，60∶40和70∶30。并且优选为60∶40～70∶30。最终产品(3.j)用于在采矿作业中装入钻头(3-e)。

Claims

1.一种热处理高密度硝酸铵的方法，其特征在于，该方法包括：

a)将高密度硝酸盐装入容器中；

b)使所述高密度硝酸铵进入加热装置，其中，所述硝酸铵在入口处于室温；

c)在所述加热装置中加热所述高密度硝酸铵；

d)从加热装置中取出处理过的硝酸铵，其中，出口温度不超过60℃；和

e)筛分所述硝酸铵，以得到经热处理的硝酸铵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度硝酸盐为化肥级或工业级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度硝酸铵具有0.95～1.00kg/L的堆积密度，少于4％的燃料吸收容量和0.4～0.6kg/颗粒的硬度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度硝酸铵在进入所述加热装置之前进行筛分。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热装置的温度为50℃～150℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热装置的出口处硝酸铵的温度为40～60℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热装置中的处理时间为1～10分钟。

8.一种制备铵油炸药的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.将经热处理的硝酸铵装入容器，其中，经热处理的硝酸铵的温度低于30℃；

b.将燃料装入单独的容器；

c.将经热处理的硝酸铵投入混合室中，同时将燃料投入该混合室中；和

d.混合经热处理的硝酸铵和燃料，得到铵油炸药。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述经热处理的硝酸铵具有0.80～0.90kg/L的堆积密度，5～8％的燃料吸收容量和0.2～0.5kg/颗粒的硬度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述燃料为生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油或渣油。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述经热处理的硝酸铵相对于燃料的混合比率为95:5～94:6。

12.一种制备重铵油炸药的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.将经热处理的硝酸铵装入料斗；

b.将经热处理的硝酸铵投入混合室中，将燃料投入所述经热处理的硝酸铵的供给管中，得到铵油炸药；

c.将散装乳液装入料斗，其中，所述散装乳液可以加气或充气；

d.将所述散装乳液投入所述铵油炸药的混合室中；和

e.混合所述散装乳液和所述铵油炸药，得到重铵油炸药。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述经热处理的硝酸铵具有0.80～0.90kg/L的堆积密度，5％～8％的燃料吸收容量和0.2～0.5kg/颗粒的硬度。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料为生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油或渣油。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，燃料相对于所述经热处理的硝酸铵的混合比率为2:98～6:94。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，散装乳液相对于铵油炸药的混合比率为20:80-70:30。

17.一种制备重铵油炸药的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.将高密度硝酸铵装入料斗；

b.将高密度硝酸铵投入混合室中，将燃料投入经热处理的硝酸铵的供给管中，得到铵油炸药；

c.将散装乳液装入料斗，其中，所述散装乳液是充气的；

d.将充气的散装乳液投入所述铵油炸药的混合室中；和

e.混合所述散装乳液和所述铵油炸药，得到重铵油炸药。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述高密度硝酸铵具有0.95～1.00kg/L的堆积密度和少于4％的燃料吸收容量。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述燃料为生物燃料、生物柴油、柴油、矿物油或渣油。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述燃料相对于所述高密度硝酸铵的混合比率为2:98～6:94，或3:97。

根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述散装乳液相对于充气的铵油炸药的混合比率为20:80～70:30。