液氧、液氧炸藥與液氧爆破
液態(tài)氧
氣態(tài)氧由液態(tài)氧經(jīng)氣化而成,液態(tài)氧呈淺藍(lán)色,沸點(diǎn)為-183℃;冷卻到-218.8℃成為藍(lán)色固態(tài)。在空氣中氧的濃度達(dá)到一定比例時可促進(jìn)燃燒 (助燃)而不能自燃。城市煤氣(65%)和氧混合,燃燒時火焰溫度可達(dá)2730℃。液態(tài)氧與有機(jī)物和易于氧化。液氧(常用縮寫LOX或LO2表示)是液態(tài)的氧氣。
基本特性
氣態(tài)氧由液態(tài)氧經(jīng)汽化而成,液態(tài)氧化學(xué)符號為O2,呈淺藍(lán)色,沸點(diǎn)為-183℃;冷卻到-218.8℃成為雪花狀的淡藍(lán)色固體,液氧的密度(在沸點(diǎn)時)為1.14g/m3。
工業(yè)上有重要應(yīng)用
液氧為淺藍(lán)色液體,并具有強(qiáng)順磁性。它的主要物理性質(zhì)如下:通常氣壓(101.325 kPa)下密度1.141 g/cm³,凝固點(diǎn)50.5 K(-222.65 °C),沸點(diǎn)90.188 K(-182.96 °C)。
液氧具有廣泛的工業(yè)和醫(yī)學(xué)用途。工業(yè)上制造液氧的方法是對液態(tài)空氣進(jìn)行分餾。液氧的總膨脹比高達(dá)860:1,因為這個優(yōu)點(diǎn)它在現(xiàn)代被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和軍事方面。
由于它的低溫特性,液氧會使其接觸的物質(zhì)變得非常脆。液氧也是非常強(qiáng)的氧化劑:有機(jī)物在液氧中劇烈燃燒。一些物質(zhì)若被長時間浸入液氧可能會發(fā)生爆炸,包括瀝青。
在航天工業(yè)中,液氧是一種重要的氧化劑,通常與液氫或煤油(二者作為還原劑)搭配使用。一些最早期的彈道導(dǎo)彈采用液氧作為氧化劑,如V2(液氧-酒精)和R-7(液氧-煤油)。在作為推進(jìn)劑時,液氧能為發(fā)動機(jī)提供很高的比沖;另外,相對于另一種常見的推進(jìn)劑組合四氧化二氮-偏二甲肼,液氧的幾種搭配形式清潔環(huán)保(肼類物質(zhì)有劇毒)。
早期的洲際彈道導(dǎo)彈也曾采用液氧,但這種配置很快被放棄了,因為液氧難于貯存,必須在發(fā)射前注入導(dǎo)彈燃料箱。這導(dǎo)致導(dǎo)彈的反應(yīng)速度降低,并容易被敵方發(fā)現(xiàn)。美國采用了固體火箭發(fā)動機(jī)來代替使用液氧的液體發(fā)動機(jī),而蘇聯(lián)則在其液體導(dǎo)彈中使用了有毒但可貯存的肼類燃料。但由于液氧及其搭配推進(jìn)劑的清潔高效,現(xiàn)在的運(yùn)載火箭仍然大量使用液氧作為氧化劑,包括航天飛機(jī)的主發(fā)動機(jī)和阿麗亞娜5號的第一級主發(fā)動機(jī)。
在露天爆破中可以采用液氧炸藥,但這種做法正逐漸被淘汰,因為液氧炸藥存在相當(dāng)?shù)奈kU性,容易引發(fā)事故。
有害因素
火災(zāi)危險性
液氧是不可燃的,但它能強(qiáng)烈地助燃,火災(zāi)危險性為乙類。
它和燃料接觸通常也不能自然,如果兩種液體碰在一起,液氧將引起液體燃料的冷卻并凝固。凝固的燃料和液氧的混合物對撞擊是敏感的,在加壓情況下常常轉(zhuǎn)為爆炸。有兩種類型的燃燒反應(yīng),這取決于氧和燃料的混合比和點(diǎn)火情況:一種是燃料和液氧在混合時沒有發(fā)生著火,但是這種混合物當(dāng)點(diǎn)火或受到機(jī)械撞擊時能發(fā)生爆轟;另一種液氧與燃料互相接觸之前或接觸時燃燒已經(jīng)開始,著火或燃燒并伴隨有反復(fù)的爆炸。燃燒反應(yīng)的強(qiáng)度取決于燃料的性能。
爆炸危險性
所有可燃物質(zhì)(包括氣、液、固)和液氧混合時就呈現(xiàn)爆炸危險性,這種混合物常常由于靜電、機(jī)械撞擊、電火花和其它類似的作用,特別是當(dāng)混合物被凝固時經(jīng)常能發(fā)生爆炸。
當(dāng)液氧積存在封閉系統(tǒng)中,而又不能保溫,則可能發(fā)生壓力破壞,當(dāng)溫度升高到-118.4℃而又不增加壓力,則液氧不能維持液體狀態(tài),若泄壓不及時,也會導(dǎo)致物理爆炸。液氧積存在兩個閥門之間,可導(dǎo)致管路的猛烈破壞。如果氧氣不泄出或壓力不適當(dāng)排除,當(dāng)冷凍失效時,將導(dǎo)致貯箱的破壞,真空夾套貯箱中的真空失效。如果系統(tǒng)不能受額外負(fù)載,則會引起蒸發(fā)加速和排空系統(tǒng)破壞。
人員凍傷
液氧的沸點(diǎn)極低,為-183℃,當(dāng)液氧發(fā)生“跑、冒、滴、漏”事故時,一旦液氧噴濺到的人的皮膚上將引起嚴(yán)重的凍傷事故。
氧中毒
空氣中氧氣約占21%。常壓下,當(dāng)氧的濃度超過40%時,有可能引發(fā)氧中毒,吸入40%~60%的氧濃度的混合氣體時,會出現(xiàn)胸骨后不適感、輕咳,進(jìn)而胸悶,胸骨后燒灼感和呼吸困難,咳嗽加??;嚴(yán)重時發(fā)生水腫,甚至出現(xiàn)呼吸窘迫綜合癥。吸入氧濃度80%以上時,出現(xiàn)面部肌肉抽搐、昏迷、呼吸衰竭而死亡。人如果長期處于氧分壓60kpa~100kpa(相當(dāng)于氧濃度40%)的環(huán)境下,可發(fā)生眼損害,嚴(yán)重者可失明。
液氧爆破
液氧炸藥
有一種不姓硝的炸藥,也能像硝族炸藥那樣,在瞬間把自己的身軀變大幾萬倍,由于它的這種本領(lǐng),成為人們開山筑路的好朋友.它的名字叫液氧炸藥。
液氧炸藥是礦山炸藥的一類,1895年由德國人C.林德發(fā)明。它是由液態(tài)氧和固態(tài)可燃性吸收劑組成的爆炸混合物。一般是把能吸取液氧的可燃物(如炭黑、紙粕、木屑等)包裹成圓柱體,僅在使用前浸入液氧里,使可燃物的孔隙中吸滿液氧,立即移置到需要爆炸的地方,用雷管起爆。
液氧炸藥的主要成份,就是人們天天要呼吸的氧氣,不過化學(xué)家通過降溫和壓縮使它變成了液態(tài)。它呈現(xiàn)美麗的藍(lán)色,極易蒸發(fā),1 千克液態(tài)氧,在瞬間就可以變成800 升氧氣,人們利用它助燃和迅速膨大的性格。通常把液氧跟其他物體混和一起,一旦點(diǎn)燃便跟有機(jī)物迅速燃燒,溫度突然升高,體積猛脹,引起劇烈爆炸。
液氧炸藥爆炸的原理跟普通炸藥相同,放出大量的熱,氣體達(dá)到高溫,體積突然膨脹而引起爆炸。
液氧炸藥有很大優(yōu)點(diǎn),首先是使用安全,因為其他任何炸藥因故未能引爆的話,是要人去排除故障的,這常是一件危險的事, 而液氧炸藥就沒有這個問題,它極易揮發(fā),如果未引爆的話,15 分鐘內(nèi)氧氣就會逃之夭夭,這樣靠近它就無任何危險了。加上液氧成本低,吸附物可用煤粉、木屑等便宜物,做成炸藥體積小、威力大。還有值得一提的優(yōu)點(diǎn)是爆炸后產(chǎn)生的氣體基本上是無毒的二氧化碳,這樣就很少有污染,而“硝”字號炸藥,爆炸及放出的是有毒的一氧化氮、二氧化氮。
事物總是一分為二的,液氧炸藥也有它的不足之處。其一、它只能應(yīng)用于露天作業(yè)和筑路造橋、爆破建筑等,而不能用于坑道和礦井等作業(yè)爆破,因為液氧炸藥爆破時氧氣四溢,會引起礦井中坑氣、煤塵爆炸從而引起事故;其二、液氧炸藥必須隨裝隨用, 一般制成后一小時內(nèi)就要用掉, 不然液氧揮發(fā)就會失去效力。
后來,由于液態(tài)氧在常溫下?lián)]發(fā)很快,這種炸藥的壽命很短,一般為15~20分鐘。因此,必須在使用前臨時浸制。二次大戰(zhàn)前,由于硝酸鹽短缺,這種炸藥曾被廣泛使用。后來有了合成氨,硝酸鹽可以廉價大量供應(yīng)了,使用液氧炸藥就不多了,到了20世紀(jì)60年代末已基本上停止使用。
液氧炸藥不能用來做炸彈、子彈、炮彈等, 可以說是一種“和平”炸藥了。
液氧爆破
現(xiàn)在一般說液氧爆破,并不是用液氧炸藥來爆破,而是用液氧來取代二氧化碳?xì)怏w來進(jìn)行爆破。有關(guān)專利上說:
該方法包括開孔,在目標(biāo)巖石上開設(shè)至少一個鉆孔;組裝液氧爆破裝置,根據(jù)所述鉆孔的口徑大小組裝所述液氧爆破裝置;將完成組裝的所述液氧爆破裝置放入所述鉆孔中;對所述鉆孔內(nèi)的所述液氧爆破裝置進(jìn)行填塞,同時向所述液氧爆破裝置內(nèi)灌裝液氧;檢查電起爆裝置,在所述電起爆裝置滿足點(diǎn)火的條件下進(jìn)行點(diǎn)火起爆。該方法利用點(diǎn)燃液氧后產(chǎn)生的膨脹氣體對巖石進(jìn)行破碎,不僅能夠降低對環(huán)境的污染,還能夠避免劇烈爆炸帶來的破壞,有效的降低對周圍環(huán)境的損害。
跟二氧化碳?xì)怏w爆破比,這種方法是液氧隨裝隨用,不能長期存放,成本也比二氧化碳便宜,在引爆裝置上有人說沒有二氧化碳那么麻煩。