산업의 발달과 불가분의 관계에 있는 국내 화약산업은 1952년 주식회사 한화(전 한국화약주식회사)설립이래 기술과 물량측면에서 꾸준히 발전하여 왔다. 국내 산업용 화약의 사용은 (주)한화가 설립되기 이전에는 화약의 활용이 일부 광산에 투입되는 등 극히 제한적이며 사용량 또한 미량이었다. 일반건설현장에서 화약의 사용은 1960년대 이후에 들어서 그 사용량이 국가경제발전과 함께 괄목할 만한 신장세를 보였다. 산업용화약의 대명사인 폭약의 최근 10여년간 사용량을 살펴보면 1980년 19,000톤에서 82년 25,000년 그이후 몇년간에 걸쳐 소폭 상승하다 90년 30,000톤에 육박하였으며 92년 50,000톤을 상회하여 현재에 이르고 있다. 향후 사용량은 탄광에서의 사용량이 줄고 있는 변수는 있다하나 현 수준에서 큰 변동없이 증감될 것으로 예견된다.
우리가 흔히 말하고 있는 폭약은 1860년 a.nobel이 발명하였으며 ng(nitroglycerine)를 기제로 하는 폭파약의 총칭으로 널리 통용되고 있으며 일반적인 분류에 의한 종류를 살펴보면 처음 nobel이 발명한 액상 ng와 다공질의 규조토 등 불활성인 흡수제와의 혼합물인 kieselgur폭약이 있으며 규조토 대신에 산소공급염류 및 가연물의 혼합물인 흡수제를 사용하면 상호간의 반응에 의해 위력이 증대되는데 ng외에 NaNO3, 목분, CaCO3등을 화합하여 이를 straight폭약이라고 부른다. alkali nitrate외에 NH4NO3(ammonium nitrate) 즉 초안을 함유시켜 암모니아 폭약이라고 한다.
ng에 nc(nitrocelluose)를 가하여 제조되는 폭약을 일반적으로 gelatine(교화)폭약이라고 하는데 특히 NG+NC 성분만인 것을 폭파 gelatine 그 밖에 산소공급염류와 가연성 물질 분말을 가하여 제조되는 것을 gelaine폭약이라 하고 산소공급제로서 질산암모늄을 이용하여 만든 폭약을 암모니아 gelatine폭약이라고 부르며 현재 가장 많이 사용하고 있는 품종이다.
흔히 초안폭약이라 불리는 암모니아 폭약은 질산암모늄을 기제로 하여 제조되며 일반용과 탄광용이 있는데 탄광용은 감열소염제, 소금, 해초 등의 조성을 증가시켜 안전성을 확보하였다.
이들 폭약에 대한 종류별로 현재 국내에서 사용되어지고 있는 현황을 살펴보면 가장 많이 사용하고 있는 품종이다. 암모니아 gelatine폭약으로서 중량비로 국내 총소비량의 약 80%를 점유하고 있으며 주로 암석발파와 석회석광산, 검물발파 등에 이용된다.
다음으로 약10%의 점유율을 나타내는 폭약은 함수폭약으로서 주로 시가지, 탄광, 지하철공사 발파용으로 사용되며 상품명은 kovex로 불리며 주요성분은 입상초안, 입상 NaNO3, MMAN(mono methyl amine nitrate)등이다. AN-FO(ammonium nitrate fuel oil)로 불리는 초유 폭약은 천공구경 60mm이상의 대구경 대량발파에 많이 사용되는데 약 95%의 초안과 5%정도의 경유를 주성분으로 하고 있으며 미국이나 카나다 등지에서는 주로 사용되는 품종이나 국내에서는 지형적인 여건이나 현실적인 여건에 의해 전체 소비량의 약 7%에 그치고 있다. 탄광이나 무른 암석의 발파용으로 많이 사용되고 있는 초안 폭약은 시장점유율 약 2%정도를 나타내고 있다. 턴넬등의 마무리 발파등에 이용되는 finex로 명명되어 불리는 정밀폭약은 gelatine폭약의 ng+nc 성분외에 질산나트륨과 초안, 납석, white carbon 등을 가하여 제조되며 점유율은 1%미만이다.
최근 선진국에서는 EMX(emulsion exposives)라고 불리는 비교적 강도와 순폭도가 낮은 단점이 있음에도 폭약 발파시 안전성이 좋고 소음, 진동이 적다는 이유로 점차 사용량을 증대시키고 있으며 국내에서도 94년 첫선을 보인뒤 지하철 공사현장 등에서 점차 사용폭을 넓혀가고 있으나 아직 괄목할만한 정도의 사용 점유율을 확보하고 있지는 못하고 있다.
폭약의 대표적인 제조방법을 간략히 살펴보면 먼저 NG에 NC와 OILY DNT를 투입, 가온(45-50)하면서 반죽을 하여 pro-gelatinizing을 시키고 여기에 산소공급제, 가연물 등의 기타 원료를 첨가시켜 겔화 되지 않은 나머지 ng를 흡수시켜 본격적인 날화(kneading)를 하게 된다. 날화가 끝난 폭약은 cartriding하여 포장한다.
dynamite와 같은 폭약을 기폭시키는데는 위력은 떨어지나 감도가 예민하여 소량의 에너지에의해 폭발하여 주장약(폭약)을 기폭시키는 기폭화약이 필요하며 기폭화약을 금속관체에 충진하여 상용화 한 것이 소위 우리가 흔히 부르고 있는 뇌관(detonator)이다.
뇌관의 연간 사용량은 70년대 2천여만발/년 수준에서 계속적으로 상승하여 80년대 3천 5백여만발/년까지 증가하였으나 90년대 들어서 현재는 3천여만발/년으로 사용량이 약간 감소추세에 원인이 있으며 뇌관의 발파폭약량 증가에도 그 원인이 있다.
뇌관의 에너지 전달방법에 따라 전기뇌관과 공업뇌관으로 분류되며 전기뇌관은 순발뇌관 즉 i.d(instantaneous detonator)로서 통전 즉시 기폭이 되는 뇌관과 지연식 즉 단발뇌관으로서 일정시간 지연 기폭이 되는 형식이 있으며 단발뇌관에는 다시 m.s(milli second), d.s(deci second), h.s(half second)등 3종류로 분류되어 필요로 하는 지연시간에 맞춰 사용되고 있다.
공업뇌관은 도화선에 의한 점화력으로 뇌관을 기폭시키는 방법으로서 전기에너지를 사용하는 전기뇌관과 구별되며 1988년 중반을 기점으로 전기뇌관과 공업뇌관의 사용비율이 50:50으로 동등하였으며 그 이전에는 공업뇌관이 보다 많은 비중을 차지했고 그 이후론 전기뇌관을 더 많이 사용하여 오다가 현재에 이르러 대부분의 뇌관이 전기뇌관으로 대체되고 있다. 전기뇌관을 선호하게 된 배경은 도화선에 의한 발파는 단발발파 즉 1회에 다량의 폭약발파가 불가능하고 취급시의 불편성을 배재 할 수 없기 때문이다.
뇌관의 개략적인 구성과 제조방법을 살펴보면 금속관체에 상부로부터 점화약 지연제, 기폭약, 첨장약이 차례로 충전되며 전기뇌관의 경우 각선이 연결되어 전기에너지를 전달하게 된다. 여기에서 점화약과 지연제는 보통 산소공급체와 가연물로 만들어지고 기폭화약은 d.d.n.p(diazo-dinitro-phenol)와 l.a(lead azide)등이 사용되며 첨장약으로는 petn(penta erythrite tetra nitrate)과 rdx(cyclotrimethylene tri nitramine) 등이 사용된다.
각각의 성분은 혼화 또는 합성되어 건조과정을 거쳐 사분(sieving)하여 적당량씩 분배되고 1차로 첨장약을 금속관체 하부로부터 계량, 압착하고 기폭약, 지연계, 점화약 순으로 상부까지 계량, 압착 충진된다. 전기식 뇌관은 점화약이 결합된 가선이 연결되어져 상자에 포장된다.
최근에 이르러서는 기존 전기뇌관에 비하여 제어능력과 안전성이 보다 향상된 비전기식 뇌관 시스템의 일종인 shock tube를 개발활용하는 단계에 이르렀으며 일부 선진국에서는 점차로 이의 사용점유율을 증대하고 있고 국내에서도 개발완료되어 시판단계에 있다.
shock tube는 inomer resin을 이용하여 만든 원통에 고폭화약인 hmx와 알루미늄분말을 원통내부에 도장시킨것으로 이렇게 제조된 원통을 뇌관과 연결시켜 원통의 폭발에너지에 의해 뇌관이 기폭하게 된다. shock tube모선의 최초 기폭에너지는 뇌관이나 고전압 불꽃등의 에너지를 활용한다.
shock tube에 의한 기폭방법은 가격면에서 고가라는 단점이 있으나 상기 열거된 장점때문에 국내에서도 시장점유율이 증가할 것으로 전망된다. 그 밖에 개발되었던 특수뇌관으로는 마그네트나 전자뇌관등이 있으나 효율성면에서 실용화되지 못하고 있으며 몇년전부터 레이저를 이용한 레이저뇌관이 선진국과 국내에서 개발중에 있으나 이또한 가격과 효율면에서 실용화 단계에는 미치지 못하고 있다.
이글은 "생활 화학과 첨단 화학의 세계" 강의 내용중에서 발췌한 것입니다
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