<Desc/Clms Page number 1>
Sprengstoffmasse und Verfahren zu ihrer Herstellung
Es ist bekannt, dass zahlreiche anorganische Sprengstoffe ein bedeutend besseres Sprengverhalten auf- weisen, wenn sie ein Leichtmetall als Sensibilisator zur Erhöhung ihrer Empfindlichkeit enthalten. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Metalle, wie Magnesium oder Aluminium oder Legierungen dieser Me- talle miteinander oder mit andern Metallen vorgeschlagen. So betrifft z. B. die franz. Patentschrift
Nr. 488. 672 den Zusatz von jeweils einem Metall wie Aluminium, Mangan, Magnesium, Eisen oder Sili- zium als solches oder in Form von Legierungen. Auch die franz. Patentschrift Nr. 796. 861 beschreibt die
Beimischung von solch einem feinverteilten Metall zu dem Oxydationsmittel einer brennbaren Masse, die von der eigentlichen Sprengladung getrennt ist.
Es wurde nun gefunden, dass der Leistungsfaktor der bekannten Sprengstoffmassen auf Basis eines anorganischen Oxydationsmittels mit einem demselben beigemischten Leichtmetall wesentlich verbessert werden kann, wenn man an Stelle eines einzigen Leichtmetalles ein Gemisch von Magnesium und Aluminium verwendet. Die erfindungsgemässe Sprengstoffmasse, die im wesentlichen aus anorganischen Oxydationsmitteln, wie z. B. Ammoniumnitrat, und einer damit vermischten Leichtmetallkomponente als Sensibilisator besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie gleichzeitig Magnesium und Aluminium in Form einer mechanischen Mischung von abgesonderten Teilchen dieser Metalle enthält, wobei die Mengenanteile von Magnesium und Aluminium zwischen 36, 8% Magnesium und 63, 2% Aluminium einerseits und 6 7% Magnesium und 33% Aluminium anderseits liegen.
Gemische von Aluminium und Magnesium sind im Zusammenhang mit Sprengpatronen zwar schon bekannt, jedoch nicht in Form von dem Oxydationsmittel beigemischten Teilchen, vgl. franz. Patentschrift Nr. 850. 185 und deutsche Patentschrift Nr. 904389.
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil zeigt sich in dem bedeutenden Anstieg der Sprengkraft oder des Aushubs des Sprengstoffes im Vergleich zu Explosivstoffen, die im wesentlichen die gleichen Mengen eines der beiden Stabilisatormetalle allein enthalten.
Das als Sensibilisator verwendete Leichtmetallgemisch kann in verschiedenen Mengen angewendet werden. Der Anteil des Leichtmetallsensibilisators kann je nach dem zur Anwendung gelangenden Oxydationsmittel und den allenfalls verwendeten zusätzlichen Bestandteilen im Bereich von 5 bis 75%, vorzugsweise von 20 bis 40%, liegen. Was das Verhältnis der Magnesiumteilchen zu den Aluminiumteilchen anlangt, so erhält man mit Metallgemischen, die etwa 40 bis etwa 55% Magnesium enthalten, optimale Resultate, wobei das Maximum bei oder um 50% Magnesium und 50% Aluminium liegt.
Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile sind insbesondere für Sprengstoffe bedeutsam, die als anorganisches Oxydationsmittel Ammoniumnitrat enthalten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des Ammoniumnitrats in Form einer Lösung vorliegt, insbesondere in wasserfreiem Ammoniak, in wässerigem Ammoniak oder in Wasser. Je nach dem erwünschten Effekt kann entweder das gesamte Ammoniumnitrat als Lösung vorliegen, oder ein Teil desselben in fester oder Teilchenform vorhanden sein, wie dies beispielsweise bei einer Aufschlämmung von Ammoniumnitratteilchen in einer Ammoniumnitratlösung oder bei gealterten ammoniakalischen Ammoniumnitratlösungen der Fall ist.
Die erhöhten Leistungsfaktoren werden zwar bei der erfindungsgemässen Verwendung von Metallgemischen im gesamten Bereich ihres Mengenanteiles von etwa 5 bis etwa 75 Gew.-% der Sprengstoffmasse erzielt, doch wird gewöhnlich das Metall in einer Gesamtmenge von 20 bis etwa 50% der Sprengstoff-
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
tallgemisches einem solchen Wert entsprechen, dass der gesamte, vorher im Oxydationsmittel vorhandene
Sauerstoff nach der Sprengreaktion, stöchiometrisch berechnet, in Form der entsprechenden Magnesium- und Aluminiumoxyde gebunden vorliegt.
Gewünschtenfalls kann der Gehalt an binärem Metallgemisch noch weiter erhöht werden, um dadurch die Bindung des aus Oxydationsmitteln wie Ammoniumnitrat freigemachten Stickstoffes, z. B. an Alumi- nium unter Bildung von Aluminiumnitrid, herbeizuführen.
Die bei den erfindungsgemässen Sprengstoffmassen verwendete Grösse der Metallteilchen ist nicht kri- tisch und kann, je nach der Art des Oxydationsmittels, von feinteiligen, explosionsfähigen Pulvern bis zu grossen Teilchen einer Dicke von etwa 6 mm oder mehr und einer Länge bis zu 10 cm oder mehr vari- ieren. Das Metall kann auch in Form fortlaufender Folien vorliegen. Für die Ausführung der Erfindung geeignete Metallformen sind beispielsweise zermahlene Pulver, zerstäubte Kügelchen, Bandsägemehl, grobe Späne von spanabhebenden Maschinen, Metallspäne, die beim Hobeln, Fräsen, Schleifen od. dgl. von rohen Werkstücken anfallen, Feilspäne und fortlaufende Materialien durchbrochener Art wie Siebe,
Gitter, durchlochte Folien od. dgl.
Als anorganische Oxydationsmittel für die erfindungsgemässen Sprengstoffmassen eignen sich bei- spielsweise Ammoniumnitrat, Nitrate der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle, Ammoniumchlorat,
Chlorate der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle, Ammoniumperchlorat, Perchlorate der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle und andere anorganische, sauerstoffhaltige und nicht sauerstoffhaltige Oxydations- mittel. In diesen Massen können die Oxydationsmittel als solche oder in Kombination miteinander ver- wendet werden.
Bei Herstellung der erfindungsgemässen Sprengstoffmassen wird das Metallgemisch gewöhnlich in ein
Bohrloch eingebracht oder in einem geeigneten Behälter, beispielsweise in einem Kunststoffsack, einge- schlossen, worauf das Oxydationsmittel in einer geeigneten Form zugesetzt wird. Das Oxydationsmittel kann beispielsweise zugesetzt werden 1. als trockenes, festes Salz in Teilchenform, 2. als festes Salz in
Teilchenform, dessen Oberfläche mit einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel befeuchtet wurde, 3. als Aufschlämmung, in der das Salz entweder in einem Lösungsmittel teilweise gelöst oder in einem Ver- dünnungsmittel oder einer flüssigen Trägersubstanz bloss suspendiert ist, oder 4. als flüssige Lösung des Oxydationsmittels in einem geeigneten Lösungsmittel.
So können beispielsweise für die erfindungsgemä- ssen. Massen geeignete Dispersionen (Aufschlämmungen und/oder Lösungen) von Ammoniumnitrat als Oxydationsmittel unter Verwendung irgendeines der folgenden Lösungs- und/oder Verdünnungsmittel herge- stellt werden : Heizöl, Wasser, wasserfreier Ammoniak, wässeriger Ammoniak, Kerosin, Alkohole, Äther od. dgl. Die der Masse zuzusetzende Menge eines solchen Verdünnungsmittels kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Bei Verwendung von kleinen Flüssigkeitsmengen (etwa 3-5 Gew.- 0 des Oxydationsmittels) kann nur die Oberfläche des Salzes befeuchtet werden, während bei höheren Konzentrationen des flüssigen Verdünnungsmittels eine flüssige, frei fliessende Suspension des Oxydationsmittels in dem flüssigen Vehikel erhalten werden kann.
Mit Trägersubstanzen wie wasserfreiem Ammoniak, Wasser, wässerigem Ammoniak od. dgl. erhält man im Hinblick auf das höhere Solvatisierungsniveau der Flüssigkeiten homogene Ammoniumnitratlösungen.
Die erfindungsgemässen Sprengstoffmassen können, wenn sie unter Verwendung von grossen Metallteilchen hergestellt werden, die im wesentlichen zur Gänze auf einem US-Standardsieb Nr. 20 (lichte Maschenweite 0, 85 mm) zurückgehalten werden, mit Hilfe irgendeines der zahlreichen handelsüblichen Initialsätze zur Detonation gebracht werden, z. B. mit geformten Ladungen, Sprenggelatine, 40-bis 600/0igem Dynamit, Primacord (Knallzündschnur) von 8 g je 10 cm Länge, paarweise angeordnete, parallele Stränge von Primacord (1 g je 10 cm Länge), Tetryl od. dgl. Sprengstoffmassen, die feiner verteiltes Metall enthalten, können mit Initialsätzen zur Detonation gebracht werden, die der-Leistung nach einer elektrischen Sprengkapsel Nr. 8 entsprechen.
Die Sprengstoffmassen gemäss der Erfindung, die als Oxydationsmittel Ammoniumnitrat sowie ein ammoniakalisches Lösungsmittel enthalten, können dadurch weiter verbessert werden, dass man die bereits das Metall enthaltenden Massen während mehrerer Stunden, gewöhnlich während mindestens 7 h oder länger altert, bevor man sie zur Detonation bringt. In vielen Fällen kann die Alterung auf 24 h oder mehr ausgedehnt werden, um die günstigsten Wirkungen zu erzielen.
Beispiel l : Trockene Sprengstoffmassen mit den in Tabelle 1 näher angegebenen Zusammensetzungen wurden aus Ammoniumnitratkügelchen der für Düngemittel üblichen Sorte, aus Magnesium in
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
gend beschriebene Versuchsweise eingehalten wurde. Die Wirksamkeit jedes Gemisches wurde an Hand der durch die Detonation jeweils aufgebrochenen Bodenfläche gewertet.
Es wurde eine 11, 3 kg schwere Probe einer gegebenen Masse hergestellt und ohne nachfolgendes Verdichten durch Dämmaterialien in ein in das Kalkgestein gebohrtes vertikales Bohrloch von etwa 2, 7 m Tiefe und etwa 15 cm Durchmesser gegossen. Auf die Mischung wurde obenauf ein 320 g schwerer, handelsüblicher Zusatz-oder Zwischenzünder gelegt. Dieser Zwischenzünder wurde dann an einen elektrischen Sprengkapselzünder Nr. 8 angeschlossen. Der oberhalb der Ladung und des Zünders verbleibende Teil des Loches wurde mit einem Besatzmaterial zugedeckt, wobei der bei der Bohrung des Gesteins anfallende Steinbruch Verwendung fand, ohne jedoch eine Dämmung vorzunehmen. Hierauf wurden die Sprengstoffmassen zur Detonation gebracht und an der Oberfläche die Fläche des aufgebrochenen Gesteins bestimmt.
Die bei diesen Sprengarbeiten erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben :
Tabelle 1
Zusammensetzung der Sprengstoffmasse
EMI3.2
<tb>
<tb> Masse <SEP> NH <SEP> NO <SEP> Mg <SEP> AI <SEP> Harnstoff <SEP> Fläche <SEP> des <SEP> GesteinsNr. <SEP> kg <SEP> % <SEP> kg*% <SEP> kg <SEP> Kgaufbruchesander
<tb> Oberfläche
<tb> m2
<tb> 1 <SEP> 5,39 <SEP> 47,6 <SEP> 4,92 <SEP> 43,4 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,04 <SEP> 9 <SEP> 10,7
<tb> 2 <SEP> 5, <SEP> 56 <SEP> 49, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 81 <SEP> 33, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 94 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 12, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 5, <SEP> 68 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 11 <SEP> 27, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 53 <SEP> 13, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 16, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 5, <SEP> 74 <SEP> 50, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 61 <SEP> 23, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 94 <SEP> 17, <SEP> 2 <SEP> 1,
<SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 24, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 5, <SEP> 82 <SEP> 51, <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 13 <SEP> 18, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 36 <SEP> 20, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 23, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 5, <SEP> 90 <SEP> 52, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 14, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 79 <SEP> 24, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 15, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 5, <SEP> 98 <SEP> 52, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 09 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 23 <SEP> 28, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 6, <SEP> 16 <SEP> 54, <SEP> 4--4, <SEP> 14 <SEP> 36, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 04 <SEP> 9 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
Mit dengleichen Ladungsmengen der Sprengstoffmassen und unter den gleichen Versuchs- und Verfahrensweisen und Verhältnismengen der binären Metallgemische wie in Beispiel 1 wurde eine Reihe von Sprengschüssen durchgeführt. Bei dieser Versuchsreihe bestand jedoch das Oxydationsmittel aus einer ge- sattigten wässerig-ammoniakalischen Ammoniumnitratlosung (69% NH4NO3, 25% NH3, 6% H2O). Ausserdem machte die Lösung stets 60% und das binäre Metallgemisch 40% der gesamten Ladung aus, wobei Aluminium und Magnesium innerhalb dieses festgelegten Mengenanteils variiert wurden.
Das Gemisch wurde hergestellt, indem die groben Metallteilchen in einen Polyäthylensack eingefüllt wurden, der hierauf in das Bohrloch abgesenkt wurde, wonach die Ammoniumnitratlösung in den Sack gegossen wurde. Ein Zünder mit einer geformten Ladung, der mit einer elektrischen Sprengkapsel Nr. 8 versehen war, wurde oben auf das Gemisch aufgelegt und so ausgerichtet, dass die Hauptstosswelle dieses lageorientierten Initialsatzes in der Vertikalachse der Ladung im Bohrloch zentriert war. Das Loch wurde dann mit Gesteinsschutt von der Bohrung als Besatzmaterial bedeckt und hierauf das Gemisch zur Detonation gebracht.
Das Ausmass des bei den vorliegenden Sprengstoffen mit den verschiedenen binären Metallgemischen : rzielten Gesteinsausbruches lag im selben Bereich wie bei den Gemischen von Beispiel 1.
Beispiel 3 : Es wurde eine Grundmasse für die Ladungen hergestellt, welche 72 Gew.-% an wäs-
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1