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Ammoniumnitratsprengstoffe hoher Sensibilität
Die Erfindung betrifft einen Ammoniumnitratsprengstoff hoher Sensibilität, der aus Ammoniumnitrat und nicht explosiven festen und flüssigen Kohlenstoffträgern besteht.
Ammoniumnitrat ist heute ein Hauptbestandteil der meisten gewerblichen Sprengstoffe. Es zerfällt bei seiner explosiven Zersetzung ausschliesslich in gasförmige Produkte, die für die Arbeitsleistung eines
Sprengstoffes von grösster Bedeutung sind. Da das Ammoniumnitrat mehr Sauerstoff enthält, als zu seiner eigenen Verbrennung notwendig ist, wird durch Beimengen meist kohlenstoffhaltiger Substanzen, die bei der explosiven Umsetzung mitverbrennen, die Sprengkraft des Ammoniumnitrats noch erhöht. So sind
Sprengstoffe bekannt, bei denen dem Ammoniumnitrat beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder Harze,'Pe- troleum oder Naphthalin, Anthracen und Phenantren oder Ammonsalze der Oxalsäure und Amine zugesetzt sind. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dem Ammoniumnitrat Gemische von nicht explosiven festen und flüssigen Kohlenstoffträgern, z. B.
Holzmehl und Petroleum, zuzusetzen. Seit Einführung des Ammoniumnitrats in die Sprengstoffindustrie ist bekannt, dass Sprengstoffe, die nur Ammoniumnitrat und selbst nicht explosive Kohlenstoffträger enthalten, eines sehr starken Initialimpulses zur Einleitung und Fortpflanzung ihrer Explosion bedürfen. Normale Bergbausprengkapseln sind zu schwach, um die Detonation solcher Sprengstoffgemische einzuleiten. Üblicherweise werden dem Ammoniumnitrat oder seinen Gemischen mit nicht explosiven Kohlenstoffträgern solche Sprengstoffe oder Sprengstoffgemische beigemengt, die auf Zündung durch Bergbausprengkapseln ansprechen. Der Anteil dieser sensibleren Sprengstoffe bzw.
Sprengstoffgemische, die meist explosive organische Nitrokörper oder Salpetersäureester enthalten, wird dabei so hoch gewählt, dass das gesamte Ammoniumnitrat bzw. seine Mischungen mit nicht explosiven, kohlenstoffhaltigen Substanzen zur Umsetzung gebracht wird. Andere Verfahren, um die trägen Gemische von Ammoniumnitrat mit kohlenstoffhaltigen, nicht explosiven Materialien zur Explosion zu bringen, beruhen darauf, dass grössere Mengen von sensiblen Sprengstoffen oder Sprengstoffgemischen in Bohrungen oder sonstigen Höhlungen der Sprengkörper aus trägen Ammoniumnitratsprengstoffen untergebracht werden.
Bei Zündung durch eine Sprengkapsel wird dann die Explosion vom sensibleren Sprengstoff durch seinen innigen Kontakt mit der restlichen Sprengladung auf die träge Ammoniumnitratmischung übertragen. Ein anderes gebräuchliches Verfahren, um die wenig detonationsfähigen Ammoniumnitratsprengstoffe zur Explosion zu zwingen, besteht darin, dass diese zusammen mit andern sensibleren Sprengstofftypen, die durch Bergbausprengkapseln initiiert werden können, abwechselnd in das Bohrloch bzw. in die Sprengkammer eingebracht werden. Um auf diese Weise eine vollkommene Umsetzung der trägen Ammoniumnitratsprengstoffe zu erreichen, muss der Anteil der. sensiblen Sprengstoffe wenigstens 30% der gesamten Sprengstoffladung betragen.
Die einwandfreie Explosion der trägen Ammoniumnitratgemische mit nicht explosiven Kohlenstoffträgern tritt ausserdem nur dann ein, wenn die Sprengstoffladung einen genügenden Durchmesser von mindestens 15 cm oder mehr besitzt und ein genügend starker Einschluss gegeben ist.
Sprengstoffe, die nur aus Ammoniumnitrat und nicht explosiven Kohlenstoffträgern bestehen, haben gegenüber den sensibleren Sprengstoffgemischen, die meist explosive organische Nitrokörper und - oder Salpetersäureester enthalten, manche Vorteile. Sie sind einfacher in der Herstellung, die Rohstoffe sind billiger und sie sind gefahrloser in der Handhabung, da sie gegen Flammenzündung und mechanische Ein-
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wirkungen unempfindlicher sind. Aus diesen Gesichtspunkten heraus ist deshalb schon versucht worden, Gemische von Ammoniumnitrat mit nicht explosiven, verbrennbaren Substanzen zu entwickeln, die durch eine normale Bergbausprengkapsel initiiert werden können und auch bei kleinen Durchmessern der Sprengstoffsäule und geringem Einschluss die Detonation weiterleiten.
Es sind schon Sprengstoffe beschrieben worden, die aus Ammoniumnitrat, pflanzlichem, kohlenstoffhaltigem Zellmaterial und Aluminium bestehen, von dem mindestens ein Teil die Feinheit von Aluminiumbronze besitzt. Solche Mischungen können gegenüber Zündung durch handelsübliche Sprengkapseln empfindlich sein. Die Detonation soll in diesem Fall in befriedigender Weise selbst dann erfolgen, wenn der Durchmesser der Behälter, in denen der Sprengstoff verpackt ist, nur 50 mm oder weniger beträgt.
Der gleiche Sprengstoff ohne Aluminiumzusatz bzw. ohne Anteil an Aluminiumbronze ist nur bei einem Patronendurchmesser von mehr als 127 mm durch eine kräftige Zündladung, z. B. einem NitroglycerinSprengstoff zur Explosion zu bringen. Ähnliche Mischungen mit Aluminiumpulver als sensibilisierenden Bestandteil in Ammoniumnitratsprengstoffen sind ebenfalls bekannt.
Es wurde nun gefunden, dass es unter gewissen Voraussetzungen möglich ist, sensible Ammoniumnitratsprengstoffe herzustellen, die bei Patronendurchmessern bis herab zu 30 mm, freiliegend ohne Einschluss, durchnormale Bergbausprengkapseln initiiert werden können, eine für die Sprengpraxis ausreichende Sprengstoffdichte zwischen 0, 80 g/cm und 1, 00 g/cm aufweisenund ausser Ammoniumnitrat nur kohlenstoffhaltige Substanzen enthalten, die selbst keine explosiven Eigenschaften besitzen und nicht durch verbrennbare Metallpulver sensibilisiert sind.
Der erfindungsgemässe Ammoniumnitratsprengstoff hoher Sensibilität, bestehend aus Ammoniumnitrat und nicht explosiven festen und flüssigen Kohlenstoffträgern, ist gekennzeichnet durch ein Ammoniumnitrat mit einer Teilchengrösse von unter 1 mm und einem Gehalt von bis zu 150/0eines Gemisches von fe-
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Als feste, nicht explosive Bestandteile können getrocknete, pflanzliche, kohlenstoffhaltige Materialien, wie Holzmehl, Torf, Korkmehl od. ähnl., aber auch synthetisch erzeugte, kohlenstoffhaltige Stoffe, z. B. Kondensationsprodukte von Harnstoff mit Formaldehyd verwendet werden. Massgebend für ihre Wirksamkeit in Ammoniumnitratsprengstoffen, die keine explosiven Bestandteile enthalten, aber trotzdem gegenüber Sprengkapselzündung empfindlich sind, ist, dass sie, wie angegeben, ein Schüttgewicht von 0, 1 bis 0, 3 g/cnr* besitzen. Hat der feste Kohlenstoffträger ein höheres Schüttgewicht als angegeben, so wird die Empfindlichkeit der gemäss unserer Erfindung hergestellten Ammoniumnitratsprengstoffe verringert und ihre Fähigkeit die Detonation fortzuleiten, vermindert.
Die flüssige, nicht explosive Komponente des Kohlenstoffträgers soll aus Kohlenwasserstoffen bestehen, die auch beider niedrigsten in der Sprengpraxis vorkommenden Temperatur ihre flüssige Konsistenz behalten, wie z. B. Erdöl, Benzin, Dieselöl, Schmieröle, Paraffinöl u. ähnl. Substanzen.
Der Anteil des getrockneten, festen, nicht explosiven Kohlenstoffträgers soll zwischen 2 und 7 Gew. -0/0 des gesamten Sprengstoffgemisches betragen.
Die Menge des flüssigen, nicht explosiven Kohlenstoffträgers muss mindestens 10 Gew. -0/0 und höchstens 100 Grew.-% des verwendeten Anteils von festen, nicht explosiven, kohlenstoffhaltigen Materialien betragen. Werden diese Grenzen unter- oder überschritten, so vermindert sich die Sensibilität der Sprengstoffmischung. Sie kann dann durch normale Bergbausprengkapseln nicht mehr zur Explosion gebracht werden, wenn die Sprengstoffladung bei kleinem Durchmesser ohne äusseren Einschluss initiiert wird.
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auf das Ammoniumnitrat so bemessen sein, dass bei der rechnerischen Ermittlung der Zersetzungsgleichung ein Sauerstoffüberschuss von mindestens 4 und höchstens 12% der zur vollkommenen Verbrennung der Sprengstoffbestandteile benötigten Menge entsteht.
Bei geringerem oder höherem, rechnerisch ermitteltem Sauerstoffüberschuss verlieren die gemäss der Erfindung hergestellten Ammoniumnitratsprengstoffe ihre Fähigkeit, bei kl einem Patronendurchmesser ohne festen Einschluss durch eine handelsübliche Bergbausprengkapsel ini- tiiert zu werden und die Detonation fortzuleiten.
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keine besonderen Anforderungen gestellt. Die mit Aluminiumpulver sensibilisierten Sprengstoffgemische sind nur dann durch normale Bergbausprengkapseln zu zünden, wenn die Teilchengrösse des Ammoniumnitrats derartig ist, dass nicht weniger als 600/0 durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0, 066 mm hindurchgeht.
Die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellten sensiblen Ammoniumnitratsprengstoffe
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verlieren ihre Empfindlichkeit gegenüber Sprengkapselzündung nur dann, wenn die Korngrösse des verwen- deten Ammoniumnitrat etwa 1 mm überschreitet. Verwendet werden kann somit Ammoniumnitrat, des- sen Korngrösse so eingestellt ist, dass im wesentlichen die ganze Menge desselben durch ein DIN-Sieb
Nr. 6 mit 1 mm lichter Maschenweite hindurchgeht.
Die grosse Empfindlichkeitder gemäss der Erfindung hergestellten Ammoniumnitratsprengstoffe gegen- über dem Initialimpuls einer normalen Sprengkapsel und ihre Eigenschaft, auch noch bei kleinem La- dungsdurchmesser ohne jeglichen festen Einschluss die Detonation weiterzuleiten, scheint darauf zu be- ruhen, dass flüssige, nicht explosive Kohlenstoffträger auf der Oberfläche der festen Sprengstoffbestand- teile in für die Sensibilisierung besonders günstige Schicht aufgebracht werden. Durch den festen, nicht explosiven Kohlenstoffträger wird gleichzeitig eine Auflockerung des gesamten Sprengstoffgemisches erreicht, die bekanntermassen ebenfalls günstig auf die Detonationsempfindlichkeit pulverförmiger Spreng- stoffe wirkt.
In dem beiliegenden Diagramm, das den gesamten Explosionsbereich von Gemischen aus Ammoniumnitrat mit nicht explosiven kohlenstoffhaltigen, festen oder flüssigen Materialien bzw. deren Mischungen enthält, ist derjenige Ausschnitt eingetragen, der gemäss der Erfindung eine hohe Empfindlichkeit gegen Sprengkapselzündung aufweist. Unter dem gesamten explosiven Bereich von Ammoniumnitratgemischen mit nicht explosiven, kohlenstoffhaltigen Materialien verstehen wir diejenigen Zusammensetzungen, die im Trauzl'schen Bleiblock bei Zündung durch eine Bergbausprengkapsel noch eine Ausbauchung ergeben.
In der folgenden Tabelle haben wird neun Sprengstoffgemische zusammengestellt, von denen die Beispiele Nr. 1-6 gemäss der Erfindung hergestellt wurden. Danach besitzen die festen Kohlenstoffträger ein Schüttgewicht zwischen 0, 10 und 0, 30 g/cm3 und ihr Anteil liegt zwischen 2 und 7 Gew.-% der Sprengstoffmischung. Die flüssigen Komponenten sind Kohlenwasserstoffe. Sie sind nicht mit grösseren Anteilen als 100 Gew.-% bzw. kleineren Anteilen als 10 Grew.-%, bezogen auf den festen Kohlenstoffträger, im Sprengstoffgemisch beteiligt. Die theoretisch berechnete Sauerstoffbilanz der Sprengstoffe liegt zwischen 4 und 12 Gew.-% Sauerstoffüberschuss.
Die Korngrösse des Ammoniumnitrat ist so eingestellt, dass im wesentlichen die gesamte Menge durch ein DIN-Sieb Nr. 6mit1mm lichter Maschenweite hindurchgeht und 25 Gew.-% durch ein DIN-Sieb Nr. 12 mit 0, 5 mm lichter Maschenweite zurückgehalten werden. Alle diese Sprengstoffgemische sind so empfindlich, dass bei Zündung durch eine normale Bergbausprengkapsel eine aus ihnen gebildete Sprengstoffsäule aus vier koaxial aneinanderliegenden Patronen in Papierumhül- lung, freiliegend ohne Einschluss, bei dem in der Tabelle angegebenen Durchmesser detoniert. Die Bleizylinderstauchung nach Hess ist bei diesen Sprengstoffgemischen mit zirka 10 mm erstaunlich hoch und die Detonationsgeschwindigkeit solcher Sprengstoffgemische liegt bei etwa 2000 m/sec.
Bei den Beispielen Nr. 7-9, die hinsichtlich ihrer Zusammensetzung den vorgenannten Sprengstoffgemischen sehr ähnlich sind, wird in keinem Falle Empfindlichkeit gegen Initiierung durch normale Bergbausprengkapseln festgestellt. Im Beispiel Nr. 7 liegt der gesamte Anteil an kohlenstoffhaltigen Materialien zu hoch, so dass sich für das Gemisch ein rechnerisch ermittelter Sauerstoffüberschuss von nur 3 Gew.-% ergibt. Beispiel Nr. 8 wurde mit einem festen Kohlenstoffträger, Pflanzenmehl, gefertigt, welcher ein grosses Schüttgewicht von 0, 58 g/cm3 aufweist. Das in Beispiel Nr. 9 verwendete Ammoniumnitrat hatte eine Korngrösse von > l mm.
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Nr. <SEP> Sprengstoffzusammensetzung <SEP> Sprengstoffdichte <SEP> Mindestdurchmesser <SEP> für <SEP> Bleizylinderstauchung <SEP> Detonationsgeschwindigkeit
<tb> % <SEP> g/cm3 <SEP> volle <SEP> Detonationsfähigkeit <SEP> nach <SEP> Hess <SEP> m/sec
<tb> mm <SEP> mm
<tb> 1 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 95, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 89 <SEP> 30 <SEP> 11,0 <SEP> 2200
<tb> Holzmehl <SEP> 4,0
<tb> Dieselöl <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 2 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 95.
<SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> 40 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 2050 <SEP>
<tb> Formaldehyd/
<tb> Harnstoffkondensat <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Zylinderöl <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 93, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 92 <SEP> 40 <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP> 2000
<tb> Korkmehl <SEP> 5, <SEP> 0
<tb> Paraffinöl <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 4 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 92, <SEP> 5 <SEP> 0,85 <SEP> 32 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 2000
<tb> Holzmehl <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Maschinenöl. <SEP> leicht <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 5 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 96, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 98 <SEP> 40 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 2100
<tb> Korkmehl <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ligroin <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 6 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 92, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 87 <SEP> 40 <SEP> 10.
<SEP> 6 <SEP> 2050
<tb> Holzmehl <SEP> 6,0
<tb> Maschinenöl, <SEP> schwer <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 92. <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 88 <SEP> nicht <SEP> detonationsfähig <SEP> keine <SEP> keine
<tb> Holzmehl <SEP> 4,0
<tb> Dieselöl <SEP> 3. <SEP> 5 <SEP>
<tb> 8 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> 92, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 90 <SEP> nicht <SEP> detonationsfähig <SEP> keine <SEP> keine
<tb> Pflanzenmehl <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Maschinenöl, <SEP> leicht <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 9 <SEP> Ammoniumnitrat <SEP> ( > <SEP> 1 <SEP> mm) <SEP> 96, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 96 <SEP> nicht <SEP> detonationsfähig <SEP> keine <SEP> keine
<tb> Korkmehl <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ligroin <SEP> 1, <SEP> 0
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