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Sprengstoff in Form einer wässerigen Aufschlämmung
Die Erfindung betrifft Sprengstoffe in Form von verdickten wässerigen Suspensionen, die als Haupt- bestandteilAmmoniumnitrat und ausserdem oxydierbare Stoffe, Wasser und ein in Wasser dispergierbares Harz oder sonstiges Schutzkolloid enthalten.
Die Herstellung von Sprengstoffen aus Ammoniumnitrat und verschiedenen oxydierbaren Stoffen oder Brennstoffen ist bekannt ; vgl. z. B. brit. Patentschrift Nr. 449,909. In geeigneten Mengenverhältnissen angewendet, liefern verschiedene oxydierbare Stoffe in Kombination mit Ammoniumnitrat hohe Explosionstemperaturen, und in vielen Fällen haben solche Sprengstoffe eine hohe Empfindlichkeit. Man hat auch schon Metallpulver als Brennstoffe zusammen mit Ammoniumnitrat angewendet, um infolge der ungewöhnlich grossen Wärmemenge, die bei der Bildung von Metalloxyden entsteht, hohe Explosionstemperaturen zu erreichen.
In diesem Sinne sind Aluminium und Magnesium besonders empfohlen und in der Technik auch für diesen Zweck verwendet worden ; vgL USA-Patentschrift Nr. 2,499, 321. Es ist auch schon bekannt, dass eine Kombination von etwa 20 bis 64 Gew. 40 metallischen Aluminiums mit Wasser als Brennstoff wirkt und sehr hohe Oxydationstemperaturen liefert. Dies ist in der USA-Patentschrift Nr. 3, 034, 874 beschrieben.
Bekannt ist ferner, dass der Zusatz von Wasser zu gewissen Sprengstoffen auf der Basis von Ammoniumnitrat günstige Ergebnisse liefert, indem dadurch bei der Sprengung eine mehr schiebende als zertrümmernde Wirkung erzielt wird. Dies ist von besonderem Vorteil bei Sprengstoffen, die für die Gewinnung von Natursteinen und für den Abbau im Tagebau bestimmt sind. Diese Wirkung ist in der USAPatentschrift Nr. 2, 463, 709 beschrieben.
Wenn man jedoch im Verhältnis zum Ammoniumnitrat grosse Mengen an Wasser verwendet, wird die Empfindlichkeit des Sprengstoffes sehr gering, so dass es schwierig wird, eine sich selbst unterhaltende Detonation zu erzeugen. Deshalb setzt man den Sprengstoffen gewöhnlich noch einen Hochbrisanzsprengstoff, wie Nitroglycerin, Trinitrotoluol oder Nitrostärke, zu. So beschreibt z. B. die USAPatentschrift Nr. 1, 386, 478 einen Sprengstoff, der 14 Gew. 40 Ammoniumnitrat, 15 Gew. 40 Wasser und 65 Gew. 40 Nitrostärke enthält.
Neuerdings sind Sprengstoffe in die Praxis eingeführt worden, die hauptsächlich Ammoniumnitrat, einen pulverförmigen festen Stoff, wie Aluminiumpulfer, Wasser und Hilfssensibilisatoren, wie Trinitrotoluol, Nitroglycerin oder andere Hochbrisanzsprengstoffe, enthalten. Gewöhnlich werden die Bestandteile dieser Sprengstoffzusammensetzungen durch ein wasserlösliches Harz oder sonstiges Schutzkolloid gegen das Absetzen aus der Suspension stabilisiert.
Sprengstoffe dieser Art sind in den USA-Patentschriften Nr. 3, 124, 495, Nr. 2, 860, 041 und Nr. 3,153, 606 beschrieben. Mit Sprengstoffen dieser Art ist in Anbetracht ihrer geringen Kosten, ihrer durch das Schutzkolloid bedingten Wasserbeständigkeit, ihrer hohen Dichte und der Leichtigkeit ihrer Handhabung ein bedeutender technischer Fortschritt erzielt worden.
Die Lagerung dieser Sprengstoffe bietet jedoch gewisse Schwierigkeiten. Das Wasser in dem Spreng-
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stoffgemisch neigt nämlich dazu, mit den Metallteilchen unter Entwicklung von Wasserstoff zu reagieren, wobei sich gleichzeitig die Oberflächenbeschaffenheit der Metallpulverteilchen ändert. Wenn solche Sprengstoffe gelagert werden, werden sie zu unzuverlässig und gefährlich für die Verwendung.
Man hat vorgeschlagen, derartige Sprengstoffe durch Pufferung des PH-Wertes zu stabilisieren ; je- doch wird das Zusammenmischen der Sprengstoffbestandteile an Ort und Stelle heute immer noch als die sicherste Methode angesehen, und dabei wird das Metallpulver oft als allerletzter Bestandteil zugemischt.
Phosphate, die zur Pufferung des pH-Wertes verwendet werden können, vermindern die Empfindlichkeit des Sprengstoffgemisches, so dass man weitere Mengen an Sensibilisatoren zusetzen muss. Der Zusatz von Ammoniak zur Steuerung des pH-Wertes beeinträchtigt zwar nicht die Empfindlichkeit des Sprengstoffes, hat jedoch wegen der Flüchtigkeit des Ammoniaks keine bleibende Wirkung.
Es wurde nun gefunden, dass Sprengstoffe auf der Basis von Ammoniumnitrat, die Metallteilchen in Suspension enthalten, in ihrer Zusammensetzung so abgeändert werden können, dass sie bei der Lagerung kein Gas entwickeln und ausserdem keinen Hochbrisanzsprengstoff als Sensibilisator zu enthalten brauchen.
Die neuen Sprengstoffe in Form wässeriger Aufschlämmungen bestehen a) zu mindestens 15 Gew. -0/0 aus Wasser in Form einer gesättigten wässerigen Ammoniumnitratlösung, b) zu mindestens 25 Gew.-- aus festem, in der wässerigen Phase suspendiertem Ammoniumnitrat mit der Massgabe, dass die Gesamtmenge an gelöstem und suspendiertem Ammoniumnitrat mindestens 40 Gew.
-0/0 des Sprengstoffes beträgt,
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oder brennbaren kohlenstoffhaltigen Stoffen, d) zu mindestens 1 Gew.-o aus Hexamethylentetramin in einer zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Sprengstoffes ausreichenden Menge, wobei das Hexamethylentetramin zur Gänze in der wässerigen Phase in Lösung ist, und e) zu einem geringeren Anteil aus einem in Wasser dispergierbaren Verdickungsmittel in einer zum Stabilisieren des Sprengstoffes gegen das Absetzen der suspendierten Feststoffe ausreichenden Menge.
Vorzugsweise enthalten die Sprengstoffe ausserdem etwa 5 bis 20 Gew. -0/0 Metallnitrat, z. B. Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder Calciumnitrat, als Hilfsoxydationsmittel.
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zen wird, das dann zur Herstellung des Sprengstoffes verwendet wird. Diese Sprengstoffe sind feuchte Massen mit niedrigem Wassergehalt. Demgegenüber sind die erfindungsgemässen Sprengstoffe Aufschlämmungen mit hohem Wassergehalt, die durch einfaches Vermischen der Bestandteile miteinander erhalten und leicht an den Verbrauchsort gepumpt werden können.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 3,307, 986 sind Sprengstoffmassen bekannt, die grosse Mengen eines Alkalimetallnitrats und vorzugsweise eine organische Flüssigkeit, z. B. Formamid, sowie eine gewisse Menge an Diver's Flüssigkeit (Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak) enthalten.
Im Gegensatz zu diesen Zusammensetzungen, die zum unmittelbaren Gebrauch bestimmt sind, erweisen sich die erfindungsgemässen Sprengstoffmassen, die im gegebenen Falle nur kleine Mengen von Nitraten und im übrigen weder eine organische Flüssigkeit noch Ammoniak enthalten, als sehr lagerungsbeständig.
Die in der deutschen Auslegeschrift 1111079 beschriebenen Sprengstoffe auf Basis von Ammoniumnitrat enthalten neben wesentlichen Mengen eines hochbrisanten Sprengstoffes wie Nitroglycerin ausserdem ein Alkylamin wie Dodecylamin und stellen Gelatinedynamite dar. Demgegenüber besitzen die erfindungsgemässen Sprengstoffe, die kein Alkylamin enthalten, auch ohne Vorhandensein von hochbrisanten Sprengstoffen bei ihrem Einsatz in Form einer wässerigen Aufschlämmung eine ausreichende Empfindlichkeit.
Die neuen Sprengstoffe haben also in verschiedenen Hinsichten eine ungewöhnliche Beschaffenheit.
Einerseits haben sie einen recht hohen Wassergehalt ; anderseits ist ihr Gehalt an pulverförmigem Brennstoff wesentlich geringer, als es bei andem gelatinösen Sprengstoffen der Fall ist, und sie enthalten keinen Hochbrisanzsprengstoff als Hilfssensibilisator.
Wenn die Sprengstoffe Aluminiumpulver enthalten, haben sie eine ausreichende Empfindlichkeit, und sie entwickeln bei der Lagerung kein Gas. Die günstigen Wirkungen in bezug auf die Empfindlich-
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keit und die Haltbarkeit sind offenbar auf das Hexamethylentetramin zurückzuführen. Diese Verbindung kann daher ihrer Funktion nach als kombinierter Sensibilisator und Inhibitor bezeichnet werden.
Als Aluminiumpulver verwendet man vorzugsweise die für Anstrichfarben bestimmten Aluminiumschuppen. Diese Art von feinteiligem Aluminium erfährt eine Behandlung, um die Oberfläche der Teilchen durch Öl benetzbar zu machen, damit das Pulver sich leicht in trocknenden Ölen und sonstigen, als Träger für Anstrichfarben verwendeten organischen Flüssigkeiten dispergieren lässt.
Zu dieser Oberflächenbehandlung der für Anstrichfarben bestimmten Aluminiumschuppen verwendet man gewöhnlich Stearinsäure, andere Fettsäuren oder Glyceridöle. Die verbesserten Eigenschaften der neuen Sprengstoffe sind anscheinend mindestens zum Teil auf die Kombination des durch Öl benetzbaren, wasserabweisenden Aluminiumpulvers mit dem Hexamethylentetramin zurückzuführen.
Beispiel1 :EswerdenverschiedeneSprengstoffehergestellt,die24Gew.-%Wasser,10Gew.-% Natriumnitrat als Hilfsoxydationsmittel, 0,5 Gew. Co für Anstrichfarben bestimmtes Aluminiumpulver als festen Brennstoff und 0,8 Gew.-o Guarharz als in Wasser dispergierbares Verdickungsmittel enthalten. Der Gehalt dieser Sprengstoffe an Hexamethylentetramin wird von 2 bis 8 Gew.-b variiert, und der Rest der Sprengstoffe besteht aus Ammoniumnitrat.
Aus jedem der Sprengstoffe werden Sprengladungen hergestellt und in unbehindertem Zustande, mit Ausnahme eines leichten wasserdichten Behälters, unter Verwendung von 30 g Pentaerythrit-tetranitrat je Sprengladung als lnitialzünder praktisch erprobt. Die Durchmesser der Sprengladungen variieren zwischen 2,5 und 20, 3 cm. Von jeder Sprengstoffprobe werden je vier Ladungen gleichen Durchmessers geprüft. Wenn eine dieser vier untereinander gleichen Proben nicht detoniert, wird dies als Anzeichen für ein unzuverlässiges Verhalten. gewertet, und die Proben dieses Durchmessers werden als Versager verzeichnet. Der kleinste Ladungsdurchmesser, bei dem kein Versagen eintritt, ist für jede Sprengstoffzusammensetzung in der nachstehenden Tabelle angegeben.
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<tb>
<tb>
HexamethylenNH4NOs'tetramin, <SEP> Durchmesser <SEP> der <SEP> kleinsten
<tb> Sprengstoff <SEP> Gew.- <SEP> Gew.- <SEP> detonierbaren <SEP> Ladung
<tb> A <SEP> 62,7 <SEP> 2 <SEP> Versagen <SEP> sämtlich
<tb> B <SEP> 62,7 <SEP> 2 <SEP> Versagen <SEP> sämtlich
<tb> C <SEP> 60, <SEP> 7 <SEP> 4 <SEP> 20, <SEP> 3 <SEP> eih <SEP>
<tb> D <SEP> 60,7 <SEP> 4 <SEP> 15, <SEP> 2 <SEP> cm <SEP>
<tb> E <SEP> 58,7 <SEP> 6 <SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> cm <SEP>
<tb> F <SEP> 58,7 <SEP> 6 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP> cm <SEP>
<tb> G <SEP> 56,7 <SEP> 8 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP> cm <SEP>
<tb> 56, <SEP> 7 <SEP> 8, <SEP> 9 <SEP> cm <SEP>
<tb>
Beispiel 2 : Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit 1 Gew.- Aluminiumschuppen (Sorte für Anstrichfarben) als festem Brennstoff.
Die Ergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle.
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<tb>
<tb>
HexamethylenNH4NO3, <SEP> tetramin, <SEP> Durchmesser <SEP> der <SEP> kleinsten
<tb> Sprengstoff <SEP> Gew.-% <SEP> Gew.-% <SEP> detonierbaren <SEP> Ladung
<tb> I <SEP> 64,2 <SEP> 0 <SEP> Versagen <SEP> sämtlich
<tb> J <SEP> 62,2 <SEP> 2 <SEP> 20, <SEP> 3 <SEP> cm
<tb> K <SEP> 60,2 <SEP> 4 <SEP> 6, <SEP> 4cm
<tb> L <SEP> 60,2 <SEP> 4 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> cm
<tb> M <SEP> 58, <SEP> 2 <SEP> 6 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> cm
<tb> N <SEP> 58,2 <SEP> 6 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> cm <SEP>
<tb> 0 <SEP> 56, <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 18cm <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> 3 <SEP> :
Wasser,
<tb> Gew.-% <SEP> 23 <SEP> 23 <SEP> 23 <SEP> 23 <SEP> 23,6 <SEP> 24
<tb> Guarharz,
<tb> Gew.-% <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Ammoniumnitrat,
<tb> Gew.-% <SEP> 42 <SEP> 42 <SEP> 42 <SEP> 42 <SEP> 63,4 <SEP> 44
<tb> Natriumnitrat,
<tb> Gew. <SEP> -'10 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 5 <SEP> 10
<tb> Hexamethylentetramin,
<tb> Gew.-% <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> Granuliertes <SEP> AI,
<tb> Gew.-% <SEP> 15,4 <SEP> 15 <SEP> 15,6 <SEP> 15, <SEP> 2-14
<tb> Al-Schuppen
<tb> (Sorte <SEP> für <SEP> Anstrichfarben),
<tb> Gew.-% <SEP> 1 <SEP> 1,4 <SEP> 0,8 <SEP> 1,2 <SEP> 3
<tb>
* In diesem Falle wurde das Aluminiumpulver durch
2 Gew.-% Schwefelpulver ersetzt.
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<tb>
<tb> Wasser, <SEP> Gew.-% <SEP> 24 <SEP> 20
<tb> Guarharz, <SEP> Gew.-% <SEP> 0,5 <SEP> 0,9
<tb> NHNO <SEP> Gew.-% <SEP> 44 <SEP> 48
<tb> NaNOg, <SEP> Gew.- <SEP> 12 <SEP> 12
<tb> Hexamethylentetramin, <SEP> Gew.-% <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> Granuliertes <SEP> AI, <SEP> Gew.-lo-7
<tb> Al-Pulver, <SEP> Gew.-% <SEP> 10 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Perlitpulver, <SEP> Gew.-% <SEP> 6 <SEP> 6
<tb>
Für die Herstellung der Sprengstoffe gemäss der Erfindung ist es empfehlenswert, zunächst das Hexamethylentetramin in Wasser zu lösen, dann das Ammoniumnitrat und die übrigen wasserlöslichen Stoffe zuzusetzen, hierauf das Verdickungsmittel zuzugeben, und schliesslich die unlöslichen Feststoffe hinzuzufügen.
Die obigen Beispiele 1 bis 3 erläutern den Einfluss verschiedener Konzentrationen an Hexamethylentetramin im Vergleich zu der Wirkung von Aluminiumpulver.
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Ammoniumnitrat, etwa 5 bis 20 Gew.-o Metallnitrat als Hilfsoxydationsmittel, etwa 2 bis 15 Gew.-o Kohlepulver, etwa 4 bis 10 Gel. do Hexamethylentetramin, etwa 15 bis 25 Gew.-o Wasser und eine zur Stabilisierung der Aufschlämmung ausreichende Menge an einem in Wasser dispergierbaren Verdickungsmittel. Diese Sprengstoffe sind preiswert, leicht und sicher zu handhaben und für allgemeine
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Sprengzwecke empfindlich und stark genug.
Beispiel 5 erläutert einen Sprengstoff mit hoher Sprengkraft. Sprengstoffe dieser Art enthalten etwa 40 bis 55 Gew.-lo Ammoniumnitrat, bis etwa 20 Gew.-lo Metallnitrat, etwa 2 bis 10 Gew.-lo Hexa- methylentetramin, etwa 10 bis 20 Gew.-o feinteiliges festes Aluminium, wobei nicht mehr als 2 Gew.-o Teilchengrössen von weniger als 0, 3 mm aufweisen, etwa 16 bis 25 Gel. do Wasser und eine zur Stabilisierung der Suspension gegen das Absetzen der Feststoffe ausreichende Menge an einem wasserlöslichen Verdickungsmittel
Beispiel 6 erläutert einen Sprengstoff von niedriger Dichte für die seismische Erforschung von Lagerstätten.
Sprengstoffe dieser Art sind empfindliche Sprengstoffe von verminderter Sprengkraft und enthalten Wasser in Mengen von etwa 20 bis 25 Gew.-% Ammoniumnitrat in Mengen von etwa 40 bis
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feinteiligeskieselsäurehaltigen Stoff, der eine geringere Schüttdichte aufweist als festes Ammoniumnitrat" in Mengen von etwa 3 bis 10 Gew.-%, und ein in Wasser dispergierbares Verdickungsmittel in einer zur Stabilisie- rung der Aufschlämmung ausreichenden Menge. Obwohl diese Sprengstoffe von niedriger Dichte eine erheblich geringere Sprengkraft aufweisen, gewährleistet doch das Hexamethylentetramin eine ausreichende Empfindlichkeit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sprengstoff in Form einer wässerigen Aufschlämmung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass er a) zu mindestens 15 Gew.-% aus Wasser in Form einer gesättigten wässerigen Ammoniumnitratlösung, b) zu mindestens 25 Gew.-lo aus festem, in der wässerigen Phase suspendiertem Ammoniumnitrat, mit der Massgabe, dass die Gesamtmenge an gelöstem und suspendiertem Ammoniumnitrat mindestens 40 Gew.-% des Sprengstoffes beträgt,
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brennbaren kohlenstoffhaltigen Stoffen, d) zu mindestens 1 Gew.-lo aus Hexamethylentetramin in einer zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Sprengstoffes ausreichenden Menge, wobei das Hexamethylentetramin zur Gänze in der wässerigen Phase in Lösung ist, und e)
zu einem geringeren Anteil aus einem in Wasser dispergierbaren Verdickungsmittel in einer zum Stabilisieren des Sprengstoffes gegen das Absetzen der suspendierten Feststoffe ausreichenden Menge besteht, und der Sprengstoff gegebenenfalls zusätzlich noch Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder Calciumnitrat in Mengen von etwa 5 bis 20 Gew.-lo enthält.
2. SprengstoffnachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass der feinteilige feste Brennstoff durch Öl benetzbares, wasserabweisendes Aluminiumpulver ist.
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Brennstoff feinteiliges festes Aluminium in Mengen von etwa 10 bis 20 Gew.-lo, mit der Massgabe, dass nicht mehr als 2 Gew.-o aus Teilchen mit Grössen unter 0, 3 mm bestehen, und Hexamethylentetramin in Mengen von etwa 2 bis 10 Gew.-lo enthält.
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gen von etwa 20 bis 25 Gew.-o, Ammoniumnitrat in Mengen von etwa 40 bis 50 Gew.-io, als festen Brennstoff feinteiliges Aluminium in Mengen von etwa 5 bis 15 Gew.-lo, Hexamethylentetramin in Mengen von etwa 2 bis 10 Gew.-lo, einen porösen, kieselsäurehaltigen Stoff,
dessen Schüttdichte geringer ist als diejenige des Ammoniumnitrats, in Mengen von etwa 3 bis 10 Gel. do und Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder Calciumnitrat in Mengen von etwa 10 bis 15 Gew.-lo enthält.