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Sprengstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
Im allgemeinen werden Sprengungen so durchgeführt, dass in Bohrlöcher herkömmliche Sprengstoffe, beispielsweise Nitroglycerin, Trinitrotoluol oder andere hochbrisante Sprengstoffe eingebracht und zur Detonation gebracht werden. Es ist auch bekannt, oxydierende Salze, wie beispielsweise Ammoniumnitrat für solche Zwecke zu verwenden. Diese Salze werden manchmal unmittelbar in kristalliner Form, aber auch als Gemisch der Kristalle mit Öl verwendet. Aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 867, 172 ist es auch bekanntgeworden, einen wässerigen Brei solcher oxydierender Salze zu verwenden. Es ist auch bereits bekannt, dass relativ unempfindliche körnige oxydierende Salze, wie beispielsweise Ammoniumnitrat, durch Vermischung mit fein verteilten.
Metallen äusserst geringer Teilchengrösse empfindlich gemacht werden können, doch sind im allgemeinen diese Mischungen viel zu empfindlich, um in der Sprengtechnik unter Einhaltung der erforderlichen Sicherheitsvorschriften mit Erfolg verwendet werden zu können, da man das relativ unempfindliche oxydierende Salz durch Metallteilchen extrem kleiner Abmessungen, beispielsweise Teilchen, insbesondere Aluminiumwolle oder Aluminiumflitter, in einer Grö-
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ladungen deshalb als unverlässlich und in manchen Anwendungsfällen geradezu als gefährlich, weil das fein verteilte Metall unabsichtlich detonierte und damit die gesamte sensibilisierte Sprengladung vorzeitig zur Explosion brachte.
Es sind deshalb Sprengstoffe erwünscht, welche unter Verwendung relativ unempfindlicher oxydierender Salze zusammen mit Metallen unter solchen Umständen hergestellt werden können, dass die so hergestellten Sprengladungen zu Beginn genügend zufriedenstellende Sicherheitsgrenzen besitzen.
Die Erfindung bezweckt nun die Handhabungssicherheit eines Sprengstoffes, welcher als Hauptbestandteil ein anorganisches oxydierendes Salz, vorzugsweise Ammonnitrat, und ein Leichtmetall enthält, wobei das anorganische, oxydierende Salz mindestens zum Teil in einem Lösungsmittel gelöst vorliegt, zu verbessern und ein solcher Sprengstoff ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel mindestens einen wesentlichen Teil des oxydierenden Salzes gelöst enthält und vorzugsweise von Wasser, wasserfreiem Ammoniak oder wasserhaltigem Ammoniak, mit vorzugsweise weniger als 150/0 Wasser, insbesondere weniger als 7% Wasser, gebildet ist und dass das Leichtmetall in Form von Teilchen vorliegt, deren Grösse so gewählt ist, dass im wesentlichen die gesamten,
vorzugsweise alle Leichtmetallteilchen von einem Sieb mit 0, 8 mm Maschenweite zurückgehalten werden, wobei der Sprengstoff gegebenenfalls weitere Metalle, wie beispielsweise Zink, Eisen oder Kalzium, oder Nichtmetalle, wie beispielsweise Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor, enthält. Erfindungsgemässe Sprengstoffe besitzen in Anbetracht der Grösse der Leichtmetallteilchen und in Anbetracht des Umstandes, dass das oxydierende Salz im wesentlichen zur Gänze gelöst ist, eine hohe Handhabungssicherheit, können jedoch ohne weiteres durch Initialzündung gezündet werden und besitzen dennoch überraschenderweise einen unerwartet hohen Leistungsfaktor bzw. ein grosses Erdbewegungsvermögen, die die entsprechenden Eigenschaften bekannter Sprengstoffe auf Basis von Ammoniumnitrat übersteigt.
Der Leistungsfaktor erfindungsgemässer Brennstoffe nimmt mit der Zeit zu, so dass in äusserst vorteilhafter Weise die Möglichkeit besteht, dass der Sprengstoff'direkt aus seinen Bestandteilen im Bohrloch od. dgl. Sprengraum, in welchem er gezündet werden soll, hergestellt wird, wobei beispielsweise das Leichtmetall in das Bohrloch bzw. in die Sprengkammer eingebracht und hierauf eine Lösung des oxydierenden Salzes zugegeben wird, worauf gegebenen-
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falls der Sprengstoff vor seiner Zündung, beispielsweise im Rahmen einer Autoreaktion, innerhalb 1 - 5 h oder mehr, gewünschtenfalls 24 h oder mehr, gealtert wird.
Erfindungsgemässe Sprengstoffe enthalten in vorteilhafter Weise als Leichtmetall Magnesium, Aluminium oder eine Legierung mit einem dieser Metalle als Grundbestandteil, wobei zweckmässig die Leichtmetallteilchen unregelmässig geformt sind, wie dies beispielsweise bei Drehspänen, Rohrspänen, Folien, Litzen, Schwamm u. dgl. der Fall ist.
Bei erfindungsgemässen Sprengstoffen können die Leichtmetallteilchen einen Durchmesser bis zu etwa 6 mm oder mehr und eine Länge bis zu 15 cm oder mehr besitzen und auch bei solcher Grösse der Leichtmetallteilchen ist der Leistungsfaktor erfindungsgemässer Sprengstoffe der bekannten auf Ammoniumnitratbasis überlegen ; Leichtmetallteilchen dieser Grösse besitzen infolge ihrer im Vergleich zum Volumen geringen Oberfläche verringerte Reaktionsfähigkeit und finden mit Vorteil dann Verwendung, wenn grosse Hohlräume mit einer Sprengladung ausgefüllt werden sollen, da in solchen Fällen besondere Vorkehrungen dafür getroffen werden müssen, dass die Sprengladung nicht vorzeitig detoniert.
Das vorzugsweise als anorganisches oxydierendes Salz verwendete Ammoniumnitrat, wird vorzugsweise in Form von Lösungen mit grossem spezifischen Gewicht verwendet, wobei, wie bereits erwähnt, Wasser, flüssiger Ammoniak oder Wasser enthaltender Ammoniak, aber auch andere ammoniakalische Lösungsmittel verwendet werden können. Wasserfreier flüssiger Ammoniak ist für erfindungsgemässe Sprengstoffe besonders als Lösungsmittel geeignet, da damit Lösungen mit einem hohen Gehalt an Ammoniumnitrat, u. zw. Lösungen mit einem Gehalt von 75 bis 80% Ammoniumnitrat hergestellt werden können.
Vorzugsweise werden ammoniakalische Ammoniumnitratlösungen, in welchen sowohl flüssiger Ammoniak als auch Wasser als Lösungsmittel anwesend ist, eingesetzt, da diese im Handel leicht erhältlich sind, und einen geringen Ammoniakdampfdruck besitzen und ohne besondere Massnahmen, wie Druckanwendung, gehandhabt werden können. Von solchen handelsüblichen Lösungen von Ammoniumnitrat in wasserhaltigem Ammoniak sind insbesondere jene für erfindungsgemässe Sprengstoffe besonders geeignet, deren spezifisches Gewicht grösser als 1 ist, die unter Verwendung von 5 bis 7% Wasser enthaltendem flüssigemAmmoniak hergestellt wurden und die etwa 20 - 35 Gew. -0/0, bezogen auf Ammoniumnitrat, und Wasser in Mengen von weniger als 15 Gew. -0/0, bezogen auf Ammoniumnitrat, enthalten.
Beispiele für solche Lösungen sind :
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<tb>
<tb> Bezeichnung <SEP> der <SEP> flüssiges <SEP> NH, <SEP> NH <SEP> NOs <SEP> HO <SEP>
<tb> Lösung
<tb> A <SEP> 23, <SEP> 8 <SEP> 69,8 <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP>
<tb> B <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 69, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb> C <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 64, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb> D <SEP> 34, <SEP> 0 <SEP> 60, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Einige dieser Mischungen sind im Handel als flüssige Düngemittel erhältlich. Andere im Handel erhältliche Lösungen von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak können bis zu 15% Wasser enthalten.
Bei Herstellung der Lösungen von Ammoniumnitrat, beispielsweise Wasser oder wasserhaltigen Ammoniak, kann vom technischen Ammoniumnitrat, beispielsweise von für Düngezwecke bestimmtem Ammoniumnitrat ausgegangen werden und hiebei stören die in einem solchen Ammoniumnitrat häufig in einer Menge bis zu 3% angewendeten andern Bestandteile, wie beispielsweise Füllstoffe, Konditionierungsmittel, Wachse u. dgl., in keiner Weise.
In den Sprengstoffen gemäss der Erfindung werden die Leichtmetalle als Wärmeträger bzw. Brennstoffe verwendet. Derartige Metalle sind beispielsweise Magnesium, Magnesiumlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium-Aluminium-Legierungen. Zu den für den vorliegenden Verwendungzweck brauchbaren Metallen zählen beispielsweise im wesentlichen reines Magnesium und Magnesiumlegierungen ZK10, ZK60, AZ41 und AZ11 nach ASTM-Code, die 1% Mangan enthalten. Andere Magnesium-Aluminium-Legierungen mit einem Gehalt von 33 Aluminium und Aluminium-Magnesium-Legie- rungen mit einem Gehalt von 30% Magnesium sind ebenfalls für den vorliegenden Zweck verwendbar.
Selbstverständlich ist auch im wesentlichen reines Aluminium geeignet, doch scheint Aluminium nicht ganz so wirksam zu sein als im wesentlichen reines Magnesium. Im allgemeinen sind Metalle mit relativ niedrigem Atomgewicht, wie beispielsweise jene der Gruppen I, II und III des periodischen Systems
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der Elemente solche Leichtmetall, welche in den erfindungsgemässen Sprengstoffen und im Verfahren zu deren Herstellung Verwendung finden können.
Im allgemeinen wird der Wärmeträger in einer etwa zwischen 4 und etwa 65 Gew. -0/0, bezogen auf die ammoniakalische Lösung des Ammoniumnitrats, liegenden Menge, vorzugsweise in Mengen zwischen etwa 15 bis etwa 45 Gew. -0/0 verwendet. Die tatsächlich verwendete Menge des Wärmeträgers hängt von den stöchiometrischen Beziehungen zwischen dem verwendeten Leichtmetall und der theoretisch bei De- tonationen in Freiheit gesetzten Menge an Sauerstoff und Stickstoff ab, wie später noch im einzelnen be- schrieben wird. Es wurde auch festgestellt, dass eine allgemeine Beziehung besteht zwischen der Menge des Wärmeträgers und bei der Detonation des Sprengstoffes auftretenden Sprengwirkung.
Höhere %-Sätze an Metall ergeben bessere Sprengwirkung, wobei das Optimum der Sprengwirkung im Bereich von 25 bis
55 Gew.-Tb, bezogen auf Ammoniumnitrat-Lösung, liegt ; d. h., das Optimum liegt etwa um 1/2 höher als die obere theoretische Grenze. welche durch den zugrunde liegenden Reaktionsmechanismus gegeben ist. In den höheren Bereichen, d. h. bei 55 bis 65% wurde bereits unvollständige Verdampfung des Metalls festgestellt, wobei dann der Überschuss abbrennt, nachdem die Hauptexplosionsreaktion abgeschlossen war.
In jenen Fällen, in denen keine maximale Sprengwirkung erforderlich ist, werden durch Mengen von
4 bis 10% Wärmeträger Sprengwirkungen erzielt, welche grösser sind als die mit herkömmlichen Ammo- niumnitrat-Sprengstoffen, beispielsweise mit mit Heizöl vermischtem körnigem Ammoniumnitrat, er- zielt werden können.
Es wurde gefunden, dass die wirksamsten Wärmeträger jene sind, welche eine Mischung von Alumi- nium und Magnesium oder von Legierungen dieser Metalle enthalten. Gemischte Träger, welche etwa
50 Gel.-% Aluminium und 50 Gel.-% Magnesium enthalten, liefern ausgezeichnete Ergebnisse. Dies ist in Übereinstimmung sowohl mit auf den zugrunde liegenden Reaktionen basierenden Berechnungen und mit den in Beispiel 11 im einzelnen beschriebenen experimentellen Ergebnissen.
Sowohl die Teilchengrösse als auch die Gestalt der Teilchen des Wärmeträgers bzw. Brennstoffes sind wichtig. Im allgemeinen muss es vermieden werden. Leichtmetallstaub bzw. fein verteilte Pulver u. dgl. zu verwenden, da diese bei den zur Verwendung gelangenden Sprengmethoden nicht die gewünschte
Sprengwirkung liefern und da diese selbst empfindlich und deshalb gefährlich sind. Magnesiumstaubbei- spielsweise ist äusserst explosiv und die Verwendung eines solchen Staubes im Rahmen des erfindungsge- mässen Sprengstoffes ist als gefährlich zu bezeichnen. Es ist somit vor allem Ziel der Erfindung, einen
Sprengstoff zu schaffen, der anfänglich im wesentlichen unempfindlich ist, jedoch innerhalb eines Zeitraumes von mehreren Stunden im Laufe einer Selbstumwandlung (Autoreaktion) in einen äusserst zündfreudigen Sprengstoff übergeht.
Es ist eine allgemeine Regel, dass Sprengstoffe gemäss der Erfindung, unmittelbar nachdem sie an das Bohrloch eingebracht worden sind, mit normalen Zündvorrichtungen nur schwer zur Detonation gebracht werden können. Diese Erkenntnis steht im Gegensatz zu jenen Beobachtungen, welche an bekannten Sprengstoffen, insbesondere solchen Sprengstoffen, welche durch Verwendung von Metallen extrem kleiner Teilchengrösse zum Zwecke der Sensibilisierung metallisiert wurden, gemacht wurden.
Dementsprechend wird die Teilchengrösse des Wärmeträgers gemäss der Erfindung vorzugsweise mit 20 Maschen oder gröber gewählt. Besonders geeignet sind solche Leichtmetallteilchen, deren Gestalt gut definiert ist, wie dies beispielsweise bei Feilspänen, Bohrspänen, Hobelspänen, Drehspänen, Sägespänen, Schleifspänen, Folien, Litzen, Nadeln, Stäbchen, porösen Körpern, Röhrchen, Wolle u. dgl. der Fall ist. Die Teilchen können beispielsweise Abmessungen von 0. 6 cm Durchmesser und 10 - 15 cm Länge aufweisen. Späne von gegossenen aluminium-und magnesiumhaitigen Materialien, welche von Natur aus porös sind, scheinen bessere Ergebnisse zu liefern als Späne von gezogenem Material. Sowohl feste als auch perforierte Metallfolien liefern gute Ergebnisse.
Es können aber auch Späne aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen verarbeitenden Betrieben verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass Wärmeträger in Form von Röhrchen, Röllchen, Zylindern, gekräuselten Spänen oder andern, vorwiegend kreisförmige oder zylindrische Form besitzende Teilchen maximale Explosionswirkung bewirken. In der Praxis hat sich gezeigt, dass es wünschenswert ist, im allgemeinen kreisförmig umrandete Metallkörper in zufälliger Verteilung in zylindrische, vorzugsweise durchlochte Metallbehälter einzubringen. Derartige Behälter, welche im wesentlichen selbsttragende Teilchen des Wärmeträgers enthalten, werden damit zum vervollständigten Wärmeträger, der mit der flüssigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung vermischt wird. Vorzugsweise wird der Behälter aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen, wie bereits oben angegeben, hergestellt.
Es ist wünschenswert, dass die Teilchengrösse des Wärmeträgers genügend gross ist, so dass dieser selbst
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trägt, wenn die anfänglich erhaltene explosive Mischung in das Bohrloch eingebracht wird. Die zufällige
Orientierung des groben Metalls im Bohrloch vermindert jede nennenswerte Packung oder jedes Zusam- menbacken, wie dies bei äusserst feinverteilten Metallteilchen zu beobachten ist. Im allgemeinen ist der
Durchmesser der vorzugsweise verwendeten Metallteilchen genügend gross, so dass praktisch alle Teilchen lauf einem genormten Sieb mit 20 Maschen zurückbleiben.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass einige
Leichtmetalldrähte, Stäbchen od. dgl., welche Längsabmessungen von einigen Zoll besitzen können, ebenfalls brauchbare Metallteilchen darstellen, obzwar der Durchmesser dieser Teilchen klein genug sein kann, um diese durch ein 20-Maschen-Sieb hindurchzuzwängen. Es ist somit augenscheinlich, dass solche
Wärmeträger durchaus verwendbar sind, da wegen der Gestalt derselben diese im wesentlichen selbsttragend sind, wenn sie in zufälliger Orientierung in ein Bohrloch eingebracht werden ; das auch dann, wenn einzelne Teilchen in vertikaler Lage durch ein Standardsieb mit feineren Sieböffnungen als einem
20-Maschen-Sieb entspricht, hindurchgezwängt werden können. Zufällig orientierte schwammähnliche
Metallmassen nehmen die zugeführte Ammoniumnitratlösung in sich auf, wodurch sich die Lösung in der
Metallcharge gut verteilt.
Dadurch wird es ermöglicht, die gewünschte exotherme Reaktion unter kon- trollierten Bedingungen allmählich und glatt unter Bildung des gewünschten empfindlichen Sprengstoffes ablaufen zu lassen. Bei der Herstellung des unempfindlichen Ausgangssprengstoffes ist es selbstverständ- lich am wirtschaftlichsten, die ammoniakalische Ammoniumnitratlösung mit dem Leichtmetallwärme- träger oder-Brennstoff am Ort seiner Verwendung zu vermischen. Die im Handel erhältlichen Ammo- niumnitratlösungen sind leicht zu transportieren und besitzen eine gute Sicherheitsgrenze, welche über der zahlreicher, üblicher hochbrisanter Sprengstoffe liegt. Auch das Metall wird zweckmässig als solches an den Ort seines Verbrauches transportiert, wo die Vermischung der beiden Bestandteile leicht vorge- nommen werden kann.
Das Vermischen kann über Tag vorgenommen werden, da die erhaltene Mischung anfänglich unempfindlich ist. Das Vermischen kann aber auch am Grund des zu behandelnden Bohrloches vorgenommen werden. In manchen Fällen kann zunächst der metallene Wärmeträger an den Grund des
Bohrloches gebracht und die ammoniakalische Ammoniumnitratlösung darüber gegossen werden. Es kann auch umgekehrt vorgegangen werden. Welchen Weg man tatsächlich einschlägt, hängt von der Art der durchzuführenden Sprengung ab, wie im folgenden noch an Hand der Zeichnungen beschrieben wird.
In den Zeichnungen sind eine Anzahl von Situationen, wie sie im Bergbau, bei Ölsonden, in Stein- brüchen angebrachten Bohrlöchern anzutreffen sind, dargestellt und erläutern die Methode zur Füllung der
Bohrlöcher, wie sie durch Verwendung erfindungsgemässer Sprengstoffe ermöglicht werden, u. zw. zeigen im Querschnitt die Fig. 1 ein Bohrloch mit felsigen Wänden, Fig. 2 ein Bohrloch mit durchlässigem Ge- stein, Fig. 3 ein Bohrloch mit relativ undurchlässigem Gestein und Grundwasserfüllung und Fig. 4 eben- falls ein Bohrloch mit aus undurchlässigem Gestein bestehenden Seitenwänden, wobei-die Art der Be- schickung der Bohrlöcher mit Sprengstoff schematisch dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Bohrloch 11, dessen Seitenwände felsig und relativ undurchlässig sind und in dem eine Wasserdämmung : 12 gewünscht wird oder in das Wasser von einer oberhalb oder unterhalb der Schussstelle gelegenen Stelle eindringt. Ein rohrförmiger Polyäthylenschlauch 13, der das Metall 14 in selbsttragender Form, beispielsweise in Form perforierter Kanister enthält, wird in das Bohrloch 11 bis auf den Grund abgesenkt. Das untere Ende des Schlauches 13 ist durch einen Knoten 15 verschlossen. Die explosive Ausgangsmischung 16 wird dann von der Bohrlochöffnung aus in den Schlauch 13 gegossen und bewegt sich nach unten und vermischt sich schliesslich mit dem am Grund des Schlauches 13 befindlichen
Metall 14. Ein Zünder 17 wird sodann in Berührung mit der Mischung 16 gebracht.
Der hydrostatische
Druck des Wassers 12 wirkt oberhalb der Ladung und nach genügend langem Altern wird der Zünder 17 über die Drähte 18 gezündet.
Fig. 2 zeigt schematisch den Querschnitt eines Bohrloches 21, in dem durchlässiges Gestein 22 im
Bereich des Schussortes liegt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird auf dem Grund des Bohrloches 21 ein das Metall
24 enthaltender und am Ende bei 25 durch einen Knoten geschlossener Polyäthylensack 23, herabgelas- sen. Die Ausgangsmischung 26 wird in den Schlauch 23 gegossen, fliesst nach unten und verteilt sich im
Metall 24. Wenn das Metall 24 lose in den perforierten Kanistern, wie gezeigt, verteilt ist, verteilt sich die Mischung in den Kanistern vollständig. Der Zünder 27 wird in die gezeigte Stellung gebracht. Hierauf wird eine Sand- oder Felsschicht 28 über die Masse geschichtet, welche das Metall 24 und die Ausgangs- mischung 26 enthält.
Die Masse wird in geeigneter Weise altern oder härten gelassen, nachdem die
Schicht 28 an Ort und Stelle gebracht wurde und anschliessend wird die Masse mit Hilfe des Zünders 27 über die elektrische Zündleitung 29 gezündet. In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung verhindert der Sack 23 das Austreten der Mischung 26 in den porösen oder durchlässigen Fels 22.
Fig. 3 zeigt einen weiteren Querschnitt durch ein Bohrloch 31, dessen Seitenwand 32 aus relativ un-
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durchlässigem Gestein besteht. Das Anbringen der Ladung ist auch dann sehr einfach, wenn man annimmt, dass im Bohrloch Wasser 33 vorhanden ist, da das spezifische Gewicht der explosiven Ausgangsmischung 34 über dem spezifischen Gewicht des Wassers liegt. Es muss jedoch dafür Sorge getragen werden, dass die
Grenzfläche zwischen dem Wasser 33 und der Ausgangsmischung 34 durch Turbulenz nicht zu stark gestört wird. Das Anbringen der Ladung erfolgt einfach dadurch, dass in das Bohrloch 31 zunächst das Metall 35 hineinfallen gelassen wird. Das Metall 35 setzt sich am Grunde des Bohrloches 3 in einer sich selbst ab- stützenden Weise ab.
Hierauf wird durch ein bis auf den Grund des Bohrloches 31 reichendes Rohr 36 die unempfindliche explosive Mischung 34 gegossen und wegen des Unterschiedes der spezifischen Gewichte der Mischung 34 und des Wassers 33 verdrängt die Mischung 34 das Wasser und vermischt sich mit dem Metall und steigt gleichzeitig im Bohrloch 31 hoch. Der Zünder 37 wird abgesenkt, bis er mit der Mi- schung 34 in Berührung kommt und wird von Tag aus über die Zündschnüre 38 gezündet, wobei der
Sprengstoff nach einer passend gewählten Alterungszeit detoniert.
Fig. 4 zeigt schematisch den Querschnitt durch ein Bohrloch 41 in einer Anordnung zur Durchführung von Sprengungen, bei der kein undurchlässiges Futter benötigt wird. In diesem Falle war es erwünscht, ) oberhalb des Sprengstoffes einen Stopfen 42 aus feuchtem Sand anzuordnen. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind hier die Seitenwände 43 im wesentlichen undurchlässig, so dass die Ausgangsmischung 44 nicht in die
Schichten abströmt. Das Metall 45, beispielsweise in perforierten Kanistern eingeschlossen, wird in das
Bohrloch41 hinabfallen gelassen. Enthält das Bohrloch 41 Wasser 46, so kann die Mischung 44 in das Bohr- loch 41 auf die im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebene. Art und Weise eingebracht werden.
Wur- ) de das Wasser 46 als Teil des Stopfens 42 eingebracht, ist es nicht erforderlich, das Anbringen der La- dung in Übereinstimmung mit Fig. 3 vorzunehmen und die Ausgangsmischung 44 wird einfach in das Loch
41 eingegossen, wo sie sich mit dem Metall 45 vermischt. Der Zünder 37 wird in Berührung mit der
Hauptmasse der Mischung 44 gebracht und der feuchte Sand oder gebrochene Fels 42 wird aufgegeben.
Wie in Fig. 3 bewirkt der Unterschied im spezifischen Gewicht die Trennung der explosiven Mischung 44 vom Wasser 46. Die Zündung des Zünders 47 über die Zündleitung 48 bewirkt das Detonieren des Spreng- stoffes nach geeigneter Härtung.
Nicht gezeigt, jedoch aus den Zeichnungen leicht verständlich ist das
Anbringen der Sprengladung in einem trockenen, undurchlässigen Bohrloch, was einfach dadurch erfolgt, dass das sich selbst abstützende Metall in das Bohrloch hinein fallengelassen wird und die Ausgangsmi- schung dann in das Bohrloch gegossen wird. Das Metall und die ammoniakalische Ammoniumnitratlösung werden sodann altern bzw. härten gelassen und ein Zünder wird sodann in das Bohrloch und in Berührung mit der gehärteten explosiven Mischung gebracht. Der Zünder wird gezündet und dieser bewirkt die Zün- dung der explosiven Masse. Der Zünder wird über Zündleitungen gezündet und es kann über der Spreng- ladung ein Versatz angebracht werden.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird der Sprengstoff ge- mäss der Erfindung und das erfindungsgemässe Verfahren zu seiner Herstellung näher beschrieben.
Vergleichsbeispiel A : Eine Sprengladung mit einem Gesamtgewicht von 6,8 kg, welche 94 Gew. -0/0 körniges Ammoniumnitrat von Düngemittelqualität und 6 Gew.-% Heizöl enthielt, wurde in ein 1, 8 ru tiefes Bohrloch eingebracht und mit 1, 35 m Sand gestopft. Der Boden war in einer Tiefe von 30,4 cm ge- froren und die Stärke der Schneedecke betrug 45, 7 cm. Die Sprengladung wurde 1 h im Bohrloch stehen gelassen und dann elektrisch gezündet. Die Sprengung war erfolgreich.
Ergebnis : Keine Kraterbildung. Es konnte einige Bodenbewegung festgestellt werden, jedoch wurde die Frostdecke nicht aufgebrochen. Der Bohrlochversatz wurde ausgeworfen.
Vergleichsbeispiel B : Unter genau denselben Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel A angegeben, wurde eine Sprengladung im Gesamtgewicht von 6, 8 kg, welche 80 Gew. -% körniges Ammoniumnitrat von Düngemittelqualität und 20 Gel.-% einer Lösung von 69, 8 Teilen Ammoniumnitrat in 23, 8 Teilen flüssigem Ammoniak und 6, 4 Teilen Wasser enthielt, gezündet.
Ergebnisse : Es konnte keine Kraterbildung, jedoch grössere Bodenbewegung als im Vergleichsbeispiel A festgestellt werden. Die Bodenbewegung zeigte sich in Bildung von Rissen über einen Kreis von 4, 55 m
Durchmesser. Die Frostdecke wurde nicht aufgebrochen. Der Bohrlochversatz wurde ausgeblasen.
Beispiel l : Unter genau den gleichen Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel A wurde eine
Sprengladung mit einem Gesamtgewicht von 6, 8 kg, welche a) 85 Gew.-feiner ammoniakalischen Am- moniumnitratlösung, die aus 69, 8 Gew.-% Ammoniumnitrat, 23, 8 Gew.-% flüssigem Ammoniak und 6, 4% Wasser erhalten wurde, b) 7, 5 Gew.- Magnesiumspäne und c) 7,5 Gew. -% Aluminiurnspäne ent- enthielt, 5 h lang ausreagieren gelassen und dann mit Erfolg gezündet.
Ergebnisse : Es konnte eine ausgezeichnete Sprengwirkung erzielt werden und es bildete sich ein
Sprengtrichter von 4, 2 m Durchmesser.
Beispiel 2-4 : In genau derselben Weise wie im Vergleichsbeispiel A angegeben, wurde unter
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Verwendung der in Beispiel 1 angegebenen Lösung in flüssigem Ammoniak verschiedene Sprengladungen hergestellt und nach Ablauf der Selbstumwandlung während 5 h gezündet.
Beispiel 2: 70 Gew. -0/0 einer Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak, 15 Gew. -0/0
Magnesiumspäne und 15 Gew. Aluminiumspäne.
Ergebnisse : Ausgezeichnete Sprengwirkung wurde beobachtet und der entstandene Sprengtrichter hat- te 4, 5 m Durchmesser. Der Sprengtrichter war etwas tiefer als der Sprengtrichter des Beispieles 1.
Beispiel 3 : 55 Gew. -0/0 einer Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak, 22, 5% Ma- gnesiumspäne und 22. 50/0 Aluminiumspäne.
Ergebnisse : Ausgezeichnete Sprengwirkung. Der Durchmesser des Sprengtrichters betrug 4, 57 m. Das
Erdreich wurde in ausgezeichneter Weise aufgebrochen und der entstandene Krater war sehr tief. Bei die- ser Sprengung wurde wesentlich mehr Erdreich bewegt als in jedem der Beispiele 1 oder 2.
Beispiel 4 : 40 Gew.-% einer Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak, 30% Magne- siumspäne, 30% Aluminiumspäne.
Ergebnisse : Ausgezeichnete Sprengwirkung mit hoher Perkussion. Im Augenblick der Sprengung war eine Stichflamme zu beobachten. Diese Versuchssprengung führte zu keiner grösseren Bewegung von Erd- reich als sie in Beispiel 3 festzustellen war. Der Sprengtrichter mit 4, 5 m Durchmesser war jedoch etwa gleich tief.
Vergleichsbeispiel C : Dem vergleichenden Beispiel A entsprechend wurde eine Sprengladung mit einem Gewicht von 2, 5 kg in ein 1, 8 m tiefes Loch eingebracht und mit einer Schicht von 1. 5 m Sand überschichtet. Die Versuchsladung enthielt 70 Gew. -0/0 körniges Ammoniumnitrat von Düngemittelquali- tät und 30 Gew.-% der in Beispiel 1 angegebenen Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak.
Die Sprengladung wurde elektrisch gezündet, nachdem die Sprengladung 1 h lang altern gelassen wurde.
Ergebnisse: Die Zündung der Sprengladung erfolgte zufriedenstellend. Es konnte jedoch keine Erdbewegung und kein Aufreissen der Erdoberfläche festgestellt werden.
Vergleichsbeispiel D : Es wurde mit einer a) 85 Gew.-% Ammoniumnitrat von Düngemittelqualität b) 2, 5 Gew.-% Magnesiumspäne und 2,5 Gew.-% Aluminiumspäne, welche in einen Aluminiumkanister eingefüllt waren, und c) 10 Gew. -0/0 einer Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak, wie in Beispiel 1 angegeben (der grösste Teil des Ammoniumnitrates blieb körnig) enthaltenden Mischung, wie im vergleichenden Beispiel C eine Versuchssprengung durchgeführt.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt. Es war jedoch keine Kraterbildung zu beobachten. Geringe Bodenbewegung wurde beobachtet.
In der im vergleichenden Beispiel C angegebenen Weise wurden folgende Mischungen hergestellt und geprüft, indem Sprengladungen von einem Gewicht von 2, 5 kg mit 1, 5 ni Sand überschichtet und 5 h gealtert wurden.
Beispiel 5 : Es wurde eine Mischung aus 90 Gel.-% einer Lösung von Ammoniumnitrat gemäss Beispiel 1 und 10 Gew.-% gemischter Magnesium- und Aluminiumspäne (je 5 Teile) in einem zylindri- schen Aluminiumkanister hergestellt.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt und es bildete sich ein kleiner Sprengtrichter (l, 65 m Durchmesser); gleichzeitig war um den Krater Erdbewegung zu beobachten.
Beispiel 6 : Es wurde eine 85 Gen.-% ammoniakalisches Ammoniumnitrat enthaltende Lösung gemäss Beispiel 1 und 15 Gew.-% gemischter Metallspäne (je 7 1/2 Teile Magnesium und Aluminiumspäne) enthaltende Mischung in einem Aluminiumbehälter hergestellt.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt und es bildete sich ein kleiner Sprengtrich- ter (1, 65 m Durchmesser) ; gleichzeitig war um den Krater Erdbewegung zu beobachten.
Beispiel 7 : Es wurde eine Mischung hergestellt, welche 80 Gew.-% Ammoniakalische Ammoniumnitratlösung gemäss Beispiel 1 und 20 Gew.-% gemischte Metallspäne (je 10 Teile Magnesium und Aluminiumspäne) in einem Aluminiumbehälter enthielt.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt und es bildete sich ein Sprengtrichter mit 2, 4 m Durchmesser, wobei um den Trichter herum Erdbewegung zu beobachten war.
Beispiel 8 : Es wurde eine Mischung hergestellt, welche 72 Gew. -0/0 einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung gemäss Beispiel 1 und 28 Gel. -% gemischter Metallspäne (je 14 Teile Magnesium und Aluminiumspäne) in einem Aluminiumbehälter enthielten.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt und es bildete sich ein Sprengtrichter von 3, 41 m Durchmesser, wobei um den Sprengtrichter herum Erdbewegungen zu beobachten waren.
Beispiel 9 : Es wurde eine Mischung hergestellt, welche 72 Gew. -0/0 ammoniakalische Ammoniumnitratlösung gemäss Beispiel 1 und 28 Gew.-% Sägespäne aus Magnesium in einem Aluminiumbehälter enthielt.
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Ergebnisse : Die Sprengung wurde erfolgreich durchgeführt und es bildete sich ein Krater von mehr als 3, 4 m Durchmesser, wobei um den Krater herum Erdbewegungen zu beobachten waren.
Beispiel 10 : Es wurde eine Mischung hergestellt, welche 60 Grew.-% einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung gemäss Beispiel 1 und 25 Gew.-glo Magnesiumspäne und 15 Gew. -0/0 Aluminiumspäne in einem Aluminiumbehälter enthielt.
Ergebnisse : Die Sprengung wurde mit Erfolg durchgeführt und es bildete sich ein Sprengtrichter von etwa 3, 66 m Durchmesser, wobei um den Sprengtrichter herum Erdbewegungen zu beobachten waren.
Beispiel 11 : Bestimmung des optimalen Verhältnisses von Magnesium und Aluminium in gemischten Wärmeträgern.
Um experimentell das wirksamste Verhältnis von Magnesium und Aluminium in einem gemischten Wärmeträger aus Leichtmetall zu bestimmen, wurden in der folgenden Versuchsserie folgende Prüfladungen hergestellt und gezündet.
Die Bezugsladung enthielt a) 72 Gew. -0/0 einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung mit 25
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flüssigem Ammoniak,Metall. Es wurden Spägespäne von Aluminium und Magnesium verwendet. Bei jedem Versuch wurde die
Prüfladung 24 h stehen gelassen, um die Selbstumwandlung bzw. die spontane Reaktion, welche zur Bil- dung eines empfindlichen Sprengstoffes führt, ablaufen zu lassen. Die Prüfladungen wurden dann gezün- det und die erzielte Sprengwirkung durch die Abweichung des genormten Barographen festgestellt.
Die Ergebnisse dieser 15 voneinander unabhängigen Versuche sind in der Fig. 5 dargestellt.
Bei diesen Ergebnissen ist die von der Sprengwirkung der Zündeinheit stammende Sprengwirkung in der Fig. 5 in strichlierten Linien gezeichnet. Es wird bemerkt, dass nur eine geringe Sprengwirkung erzielt wird.
Aus der Fig. 5 geht weiter hervor, dass der vorzugsweise Bereich, in dem die gemischten Metalle verwendet werden, für das untersuchte System zwischen etwa 5 und etwa 24 Teilen Aluminium und etwa
23 und etwa 4 Teilen Magnesium liegt. Optimale Sprengwirkung konnte im Bereich zwischen 12 und 14
Teilen Aluminium und 16 und 14 Teilen Magnesium erhalten werden. Diese experimentellen Ergebnisse sind in Übereinstimmung mit den aus stöchiometrischen Beziehungen errechneten Verhältnissen, wie aus der Beschreibung später noch hervorgeht.
Beispiel 12 : Wärmeprofilmessung der exothermen Wirkung der Selbstreaktion von ursprünglich nicht empfindlichem Sprengstoff, welcher bei Ablauf einer gewissen Zeit bei der Temperatur der Umgebung einen empfindlichen Sprengstoff als Reaktionsprodukt liefert :
Um das Mass der exothermen Wirkung zu bestimmen, welche sich aus der autogenen Reaktion ergibt, welche in der ursprünglich nicht empfindlichen Sprengstoffmischung nach Ablauf einer bestimmten Zeit eintritt, wurde eine lange Reihe von thermischen Profilen vorbereitet. In Fig. 6 sind derartige thermische Profile schematisch dargestellt.
Bei Ausführung dieser Versuchsreihe wurde der Temperaturanstieg über die Temperatur der Umgebung bei Ablauf einer bestimmten Zeit mittels Wärmeregistriergeräten gemessen. Es wurde auch die Rolle, die das Wasser u. a. ionisierende Medien hiebei spielen, festgestellt.
Die Ladung mit der Nummer A wurde aus 72 Gew. -0/0 einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung, welche aus 69, 8 Teilen Ammoniumnitrat, 23, 8 Teilen flüssigen Ammoniaks und 6,4 Teilen Wasser hergestellt wurde, und 28 Gew. -0/0 Mischmetall bereitet. Es wurden gleiche Teile (je 14'o) von Metallspänen von Magnesium und Aluminium, welche beim Zerkleinern mittels einer Bandsäge gewonnen wurden, verwendet. Man ersieht, dass die Temperatur der Prüfladung exotherm von der Temperatur der Umgebung, welche etwa -70C betrug, auf ein Maximum von etwa 57, 50C gesteigert wurde, bei welch letzterer Temperatur sich die Ladung verfestigte, wodurch angezeigt wurde, dass das gewünschte empfindliche, explosive Reaktionsprodukt sich gebildet hatte. Hierauf sank die Temperatur des Systems allmählich ab.
Die Prüfladung B enthielt 720/0 der flüssigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung der Ladung A, zusammen mit je 14 Gew.-'% von groben Frässspänen von Magnesium- und Aluminiumstangen, welche Abmessungen von ungefähr 0, 31 x 0,63 x 0, 63 cm aufwiesen. Das Maximum an exothermer Wirkung wurde bei 60 C nach einem Ablauf von ungefähr 4 1/2 h beobachtet. Es wurde die Rolle, welche die groben Metallteilchen bei der Verlängerung der Selbstreaktionsperiode spielen bestätigt ; diese Mischmetallteilchen der Ladung waren im wesentlichen gröber als die Mischmetalle der Prüfladung A.
Die ursprünglich hergestellte Prüfladung C war mit der Prüfladung B identisch. Da aber die exotherme Wirkung bei einem Zeitablauf von 6 1/2 h merkbar nachgelassen hatte, wurde eine kleine Menge Wasser zugegeben. 1 1/2 h später wurde wieder die exotherme Reaktion bemerkt und es wurde festge-
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stellt, dass wesentliche Wärmemengen frei wurden, wobei ein neues exothermes Maximum bei ungefähr 58, 50C auftrat, wonach die Reaktion auslief. Aus diesen Angaben kann man entnehmen, dass die Reaktion eine lonenreaktion ist, und dass das vorliegende Wasser chemisch gebunden wird, u. zw. wahrscheinlich in der später beschriebenen Weise.
Beispiel 13 : Bestimmung der optimalen Metallmenge für ammoniakalische Ammoniumnitratlösungen :
Um für ein gegebenes System einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung die optimale erforderliche Metallmenge festzustellen, wurden die Prozentanteile der Mischmetalladung variiert. Bei jeder der Prüfladungen enthielt die Grundladung eine ammoniakalische Ammoniumnitratlösung, welche aus 23,8 Teilen flüssigen Ammoniaks, 69,8 Teilen Ammoniumnitrat und 6,4 Teilen Wasser gebildet wurde. Es wurde ein Mischmetallsystem verwendet, welches aus Aluminium - und Magnesiumspänen hergestellt
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. sium zu Aluminium betrug entsprechend den allgemeinen Ergebnissen aus Beispiel 11, 1, 35 - 1, 00.
Man überliess die Prüfladungen der Autoreaktion, worauf sie gezündet wurden, wobei der sich erge- bende Leistungsfaktor durch die Ablenkung der Nadel eines Barographen in der in Beispiel 11 beschriebe- nen Weise gemessen wurde.
Die in Fig. 7 der Zeichnung angegebenen Daten zeigen, dass für dieses ammoniakalische Ammonium- nitratsystem die maximalen Leistungsfaktoren dann erhalten wurden, wenn 50-55 Gew.-% der ursprüng-
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Beispiel 14 : Gemäss den Angaben der Beispiele 1 - 10 wurde eine Prüfladung mit einem Gewicht von 2, 5 kg dadurch gebildet, dass man 1, 35 kg Ammoniumnitrat in Körnchenform und von Düngemittelqualität in 0, 45 kg flüssigem, wasserfreiem Ammoniak auflöste. Die entstandene ammoniakalische Ammoniumnitratlösung wurde mit 0, 63 kg eines Metallgemisches vermischt, welches aus Magnesiumdrehspänen und Aluminiumspänen im Verhältnis von 50 : 50 bestand.
Ein l, 8 m tiefes Bohrloch wurde am Prüfgelände vorbereitet und mit einer Sandschicht von 1, 5 m gedämmt. 40 min nachdem die ursprüngliche Mischung in das Bohrloch eingebracht worden war, bemerkte man eine exotherme Wirkung. 3 h später schritt die Reaktion bereits kräftig vorwärts und die Ladung verfestigte sich ungefähr 4 1/2 h nachdem sie in das Bohrloch eingebracht worden war. 48 h nach der Verfestigung wurde die Prüfladung mittels einer geformten Ladung elektrisch gezündet. Die dabei auftretende Detonation bildete einen Krater, welcher einen Durchmesser von ungefähr 0,9 bis l, 5 m aufwies.
Beispiel 15 : Die Ammoniumnitratlösung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 14 beschrieben, hergestellt. Es wurden 3 Gel.-% Wasser berechnet auf die Gesamtladung zugegeben und der aus dem Metallgemisch bestehende Träger wurde gemäss Beispiel 14 zugemischt. Nach der Alterung verfestigte sich die Lösung in 3 1/2 h und man wartete noch weitere 48 h, bevor die Ladung gezündet wurde. Die Zündung war erfolgreich und es bildete sich ein Krater mit einem Durchmesser von ungefähr 1,8 m.
Beispiel 16 : Es wurde wie in Beispiel 14 beschrieben, eine Prüfladung mit einem Gewicht von 2, 5 kg dadurch hergestellt, dass man 1, 5 kg Ammoniumnitratkörnchen von Düngemittelqualität in 0, 45 kg flüssigem Ammoniak zusammen mit 53, 8 g Wasser auflöste. Mit der ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung wurden 0, 675 kg grober Aluminiumdrehspäne im Bohrloch vermischt. 6 h später wurde eine gewisse exotherme Wirkung beobachtet und innerhalb von 7 h nach der Vermischung im Bohrloch verfestigte sich die Ladung. Sie wurde 48 h später gemäss der in Beispiel 14 angegebenen Weise gezündet. Es bildete sich ein Krater mit einem Durchmesser zwischen l, 05 m und l, 5 m, wobei sich eine gute Detonations-und Zertrümmerungswirkung einstellte.
Beispiel 17: 1, 58 kg einer fast gesättigten Lösung von Ammoniumnitrat in Wasser, welche durch Auflösen von Ammoniumnitrat in Wasser hergestellt wurde, wurden mit 0, 68 kg Magnesiumspänen, wel- che bei der Bearbeitung mittels einer Bandsäge gewonnen wurden, vermischt und es wurde die so hergestellte Mischung in ein Bohrloch eingebracht. Das Maximum an exothermer Wirkung trat schon nach einer kürzeren Zeitspanne auf, als dies bei den Beispielen 14 - 16 der Fall war. Die Ladung wurde 48 h später mit Erfolg gezündet, wobei sich ein Krater mit einem Durchmesser von ungefähr 1. 8 m bildete.
Bisher sah man Explosionen von Ammoniumnitrat aus verhältnismässig langsame Detonationsreaktionen an, deren Wirkung in erster Linie auf dem während der Reaktion freiwerdenden Gasvolumen beruht. In scharfem Gegensatz dazu stellen die Prüfladungen gemäss der vorliegenden Erfindung, wie sie in den obigen Beispielen beschrieben worden sind, Ladungen dar, welche eine rasche und scharfe Reaktion aufweisen, welche von einer hohen Schlagkraft und Brisanz und von intensiven Stosswellen begleitet wird.
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Die Feststellung der genauen Detonationsgeschwindigkeit bei explosiv verlaufenden Reaktionen ist ver- hältnismässig schwierig. Es konnte jedoch festgestellt werden, dass die Reaktionen, welche sich bei der
Detonation des erfindungsgemässen Sprengstoffes abspielen, wesentlich rascher verlaufen als diejenigen, welche bei der Explosion von Ammoniumnitrat auftraten.
Der bei der Detonation des erfindungsgemässen Sprengstoffes auftretende verbesserte Leistungsfaktor scheint sich in erster Linie von der intensiven Wärmeentwicklung abzuleiten und erst in zweiter Linie von dem ursprünglichen Freiwerden von mehr Gasen. Die Wirkung der extrem hohen auftretenden Wärme wirkt sich natürlich in dem Sinne aus, dass das zur Verfügung stehende Gasvolumen entsprechend der nor- malen Volumsvergrösserung mit der Temperatur äusserst stark vergrössert wird.
Dies wirkt sich in einer grösseren Leistung des Sprengstoffes aus und es wurde festgestellt, dass beispielsweise bei Felssprengungen, welche bei der Gewinnung von Taconiterz mittels des erfindungsgemässen Sprengstoffes durchgeführt wur- den, die Sprengleistung ungefähr 35 t pro 0, 45 kg der ursprünglichen nicht empfindlichen Sprengstoffla- dung betrug während die Sprengwirkung von trockenen, halbflüssigen Ammoniumnitratlösungen 20 t pro
0, 45 kg betrug.
Aus den obigen Beispielen ergibt sich der unerwartet hohe Leistungsfaktor des erfindungsgemässen
Sprengstoffes. Es wurden weitere Beobachtungen gemacht, aus welchen man gewisse Schlüsse auf die sich hiebei abspielenden Komplexreaktionen ziehen kann.
Zuerst spielt sich in der ursprünglich nicht empfindlichen Explosivstoffzusammensetzung eine Auto- reaktion ab, wie dies aus der starken exothermen Wirkung, die bei Durchführung des Beispieles 12 festgestellt wurde, ersichtlich ist. Es scheint, dass bei Anwesenheit von Magnesium in Anwesenheit von Wasser sich folgende Reaktion abspielt :
Mg + HO = MgO + H + 145, 76 Kcal
Weiters scheint beispielsweise das Magnesium mit dem Ammoniumnitrat unter Bildung von Magne- siumnitraten zu reagieren, wobei das anwesende Wasser vielleicht als Hexahydrat des dabei entstehenden
Salzes oder als das Dihydrat, beispielsweise gemäss den folgenden Reaktionsformeln aufgenommen wird :
Mg + 2NHNO3 + 2H2 = Mg (NOs) z + 2NH"OH + 385, 1 Kcal
Mg + 2NHNO, + 2H20 = Mg (NO . 2H2O + 2 NH3 + Hz + 379, 2 Kcal
Diese Ansicht wird durch die oben angegebenen Daten unterstützt, aus welchen hervorgeht, dass bei
Abklingen der exothermen Reaktion diese durch Zusatz einer geringen Menge von Wasser zu der Ladung wieder in Gang gesetzt werden kann. Nach Vollendung der Autoreaktion, üblicherweise innerhalb eines
Zeitraumes von 24 h, liegt das fertige Reaktionsprodukt im wesentlichen in fester Form vor. Gewöhnlich nach 5 h ist eine genügende exotherme Wirkung eingetreten, so dass das sich ergebende Reaktionsprodukt mit Erfolg zur Detonation gebracht werden kann.
Eine genaue Untersuchung ergibt, dass obwohl eine gro- sse Menge der elementaren metallischen Wärmeträger oder Brennstoffe noch als solche vorliegen, ein sehr wesentlicher Teil in ein Metallsalz oder in eine Gruppe von Metallsalzen umgewandelt worden ist. Ein derartiges Reaktionsprodukt wurde aus dem Bohrloch entnommen, bei der Temperatur der Umgebung eini- ge Tage stehen gelassen, wieder in das Bohrloch zurückgebracht und mittels Formladungen als vollkom- men trockener, körniger Sprengstoff gezündet.
Wenn das ursprüngliche Gemisch in das Bohrloch eingebracht wird, kann es gewöhnlich weder durch die üblichen Zündsätze noch wie dies vorzugsweise durchgeführt wird, durch Formladungen zur Detona- tion gebracht werden. Es zeigt sich häufig eine Zeitverzögerung bis zu einer oder mehreren Stunden, be- vor eine spürbare exotherme Wirkung beobachtet wird. Die Reaktionsgeschwindigkeit und damit auch die freiwerdende Wärmemenge kann in geeigneter Weise durch Auswahl der Teilchengrösse und Form der me- tallischen Träger und durch Regelung der Wassermenge eingestellt werden, welche in der ursprünglichen nicht empfindlichen Explosivstoffzusammensetzung vorhanden ist. Durch Verkleinerung der Teilchengrö- sse und Erhöhung der Wassermenge wird die Reaktionsgeschwindigkeit grösser.
Es wurde festgestellt, dass die Autoreaktion auf einen genügenden Heftigkeitsgrad eingestellt werden kann, so dass das Material aus dem Bohrloch geworfen werden kann. Durch Versuche wurden die praktischen Grenzen wie sie in dieser
Beschreibung angegeben sind, für die Kontrolle dieser Faktoren festgestellt.
Im allgemeinen ist die Autoreaktion innerhalb von 24 h vollendet, obwohl man es gewöhnlich vor- zieht, das Reaktionsprodukt zur Detonation zu bringen, während die exotherme Wirkung des Systems ein
Maximum erreicht hat, oder nahe diesem Maximum liegt (s. Beispiel 12).
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Nach einer beträchtlichen Wärmeentwicklung, welche aus der gegenseitigen Wirkung der Sprengstoffkomponenten resultiert, wird der empfindlich gewordene Sprengstoff beispielsweise mit einer Formladung (Munroe Jet) zur Detonation gebracht. Die bei Experimenten erhaltenen Ergebnisse weisen auf die Verdampfung von Magnesium hin, wobei der gesamte vorhandene und bei der Reaktion frei gemachte i Sauerstoff verbraucht wird. Dies geht mit einer ungeheuren Wärmentwicklung vor sich, wobei das Magnesium in erster Linie in Magnesiumoxyd übergeführt wird. Der hellfarbige Magnesiumoxyddampf wurde bei kleinen Versuchssprengungen sorgfältig beobachtet. Es wurde kein Restmagnesium festgestellt, u. zw. auch dann nicht, wenn der theoretische Höchstgehalt an Wärmeträger vorliegt.
Es dient somit das Magnesium, welches nicht bereits im Produkt der Autoreaktion inbegriffen ist, als Brennstoff, welcher eine intensive Hitze erzeugt und die Temperatur des Aluminiums, welches einen höheren Entzündungspunkt als das Magnesium aufweist, bis zum Siedepunkt bzw. Verdampfungspunkt erhöht, wodurch wahrscheinlich die folgende Reaktion eingeleitet wird.
2A1 + Nz = 2A1N + 262, 8 Kcal pro mol Diese Reaktion tritt bei Temperaturen im Bereiche von ungefähr 1800 C bis 19500C auf und es wird hiebei eine ungeheuer grosse Wärmemenge frei. Die freiwerdende Wärmemenge gleicht alle Stickstoffverluste aus und übertrifft sie um ein Mehrfaches. Der Wärmeüberschuss zusammen mit seiner Wirkung auf das Volumen des bei der Detonation freiwerdenden Gases ist zum grossen Teil verantwortlich für den ungewöhnlich hohen Leistungsfaktor, welcher bei den erfindungsgemässen Sprengstoffen gegeben ist.
Verschiedene Beobachtungen weisen darauf hin, dass während der Reaktion nicht Aluminiumoxyd, sondern vielmehr Aluminiumnitrid gebildet wird, wodurch wieder die Bildung von giftigen Stickstoffoxyden vermieden wird, welche bisher bei der Verwendung der üblichen Ammoniumnitratsprengstoffe wegen ihres Zurückbleiben auf den Resten der Sprengungen einen wesentlichen Nachteil und gewisse Risken hinsicht - lich der Sicherheit darstellten.
Bei Explosionen, welche mit den üblichen Ammoniumnitratsprengstoffen durchgeführt werden, tritt oft ein Ammoniakrest auf, welcher durch den deutlichen Geruch nach Ammoniak feststellbar ist. Bei den Sprengstoffen gemäss der vorliegenden Erfindung hingegen tritt bei einer Detonation kein auf einen Ammoniakrest hinweisender Ammoniakgeruch auf, sondern es wird vielmehr das Ammoniak bei den während der Detonationsreaktion auftretenden hohen Temperaturen vollständig in Stickstoff und Wasserstoff umgewandelt.
Gewisse Beobachtungen weisen auch darauf hin, dass während der Explosionsreaktion beträchtliche Mengen Wasserstoff frei werden und dass diese eine wesentliche Rolle für die überlegene Leistung des erfindungsgemässen Sprengstoffes spielen. So wurde beispielsweise bei Prüfsprengungen nach der Detonation eine charakteristische blaue Flamme festgestellt, u. zw. in den Sprüngen und Spalten im Felsen, welche durch die Sprengung entstanden sind und in welchen offenbar der zutretende Sauerstoff mit dem zurückgebliebenen Wasserstoff in Form von Zweitexplosionen reagierte.
Der überaus hohe Leistungsfaktor der erfindungsgemässen Sprengstoffe hat es ermöglicht, viele Sprengungen mit sehr geringen Sprengstoffmengen im Vergleich mit dem üblichen Ammoniumnitratsprengstoff durchzuführen.
Bei Sprengung von hartem Felsgestein ist es bei Verwendung des erfindungsgemässen Sprengstoffes möglich, dieselbe Felsmenge mit nur einem einzigen Bohrloch zu sprengen, für deren Sprengung bisher bei der Verwendung von üblichen Ammoniumnitratsprengstoffen 3 - 4 Bohrlöcher und Ladungen erforderlich waren.
So wurde beispielsweise bei Sprengungen in der Columbia-Mine in Minnesota die Wirtschaftlichkeit der Verwendung von mit Metall sensitivierten Ammoniumnitratlösungen gemäss der vorliegenden Erfindung mit dem üblichen gekörnten Ammoniumnitratsprengstoff, bei welchem Öl als Sensitivierungsmittel verwendet wurde, verglichen. Bei Durchführung des zuletzt genannten Verfahrens wurden 2300 m3 Taconiterz gesprengt, wobei man 7 Bohrlöcher und 630 kg Ammoniumnitrat und Öl benötigte. Bei Verwendung des erfindungsgemässen Sprengstoffes zur Sprengung von 2300m Taconit wurden lediglich 3 Bohrlöcher und eine Menge von 160 kg Sprengstoff benötigt.
Der Vergleich der gesamten Baukosten zeigt, dass bei Verwendung des erfindungsgemässen Sprengstoffes eine Einsparung von 56, 5% und eine Verbesserung des Leistungsfaktors von 0, 20 kg Explosivstoff pro etwa 0, 71 m gesprengten Gesteins auf 0, 05 kg Sprengstoff möglich ist.
Als Ergebnis der Arbeiten mit Ammoniumnitrataufschlämmungen, welche ferngezündet wurden, gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2, 867, 172 mit den angefeuchteten Ladungen von körnigem Ammoniumnitrat vermischt mit fein verteiltem Metall und mit den erfindungsgemässen Sprengstoffen auf der Basis von
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