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La présente invention concerne des explosifs formés de charbon et d'oxygène liquide dans lesquels on utilise un charbon absorbant spécialement préparé.
Des mélanges d'agents oxydants fortement volatils tels que l'oxygène liquide, l'air liquide ou l'ozone liquide, avec une substance combus- tible, telle que du charbon finement divisé, ont déjà été proposés comme explosifs . On utilise ordinairement ce type d'explosif en formant des cartouches du charbon finement divisé, et en les trempant dans de l'oxygène liquide ou dans d'autres agents oxydants volatils, après quoi on utilise les cartouches saturées dans des opérations aux explosifs, très peu de temps après leur fabrication. Non seulement ce type d'explosif est puissant, mais encore il présente certains avantages par rapport à d'autres types d'explosifs.
Etant donné que leurs éléments constitutifs sont mélangés au lieu où on doit les utiliser et étant donné que ces éléments ne sont pas susceptibles d'exploser seuls, le transport d'un mélange explositf ne présente plus aucun danger. En outre,si la charge préparée ne détone pas pour une raison quelconque, on la rend inoffensive en faisant ultérieurement évaporer l'agent oxydant volatil. Toutefois, l'utilisation d'explosifs de ce type étant dangereuse dans le passé parce que le mélange de charbon et d'oxygène liquide, dans la plupart des cas, détone facilement sous l'effet d'un choc ou d'une friction.
En conséquence, il existe un grand danger d'une explosion prématurée qui serait provoqués par la chute de roches ou autres corps étrangers sur le mélange explosif pendant qu'il est descendu dans les trous de forage ou par des chocs d'une autre nature accidentellement impartis au mélange.
On a tenté de désensibiliser les explosifs à l'oxygène liquide en diluant le charbon absorbant avec des absorbants inertes. Pour la même raison, on a tenté de rendre le charbon absorbant "ignifuge" par revêtement ou imprégnation avec divers produits chimiques. Ces essais, pour désensibiliser ou ignifuger le charbon, étaient coûteux et, en outre, ils n'étaient pas entièrement efficaces.
L'invention vise des explosifs du type oxygène liquide-charbon qui, sans addition de désensibilisants ou.d'agents d'ignifugation sont moins susceptibles de détoner sous l'effet d'un choc ou d'une friction que les explosifs à l'oxygène liquide connus antérieurement.
Le charbon utilisé dans les explosifs de l'invention est préparé par calcination par détente dans une atmosphère gazeuse contenant une quantité limitée et réglée d'oxygène d'une matière de charge bitumineuse finement divisée qui est normalement solide aux températures ordinaires et qui peut se dilater par chauffage jusqu'à un état plastique, calcination qui est suivie de la séparation à partir des produits gazeux de la matière particulaire solide et, enfin, d'un chauffage des particules distinctes pour réduire la teneur en matières volatiles à une valeur inférieure à une quantité limitée. On détermine ensuite l'absorption par le charbon absorbant dur et granulaire résultant de l'oxygène liquide ou d'un autre agent oxydant volatil équivalent.
On peut définir la "calcination par détente" (première phase de réaction) comme étant un procédé dans lequel des particules finement divisées d'une matière bitumineuse appropriée sont soumises à un taux d'échauffement très rapide, qu'on estime dépasser 1093 0 (température à la surface des particules) par seconde, dans un réacteur maintenu à une température de 677 C ou plus, suffisante toutefois pour l'inflammation des particules.
Cet échauffement rapide des particules est exécuté en présence d'air ou d' un autre gaz conteant de l'oxygène (ou gaz oxydant), l'oxygène étant pré-
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sent en une quantité telle qu'au moins 10% de la matière combustible volatile dégagée ne soient pas brûlés. La quantité d'air ou d'oxygène présente est suffisante pour que le procédé soit autogène tout en permettant la dilatation des particules bitumineuses individuelles à une cadence rapide, mais elle est insuffisante pour permettre une combustion supérieure à un minimum des particules individuelles dilatées dans la première phase.
En général, on a constaté que des températures plus élevées peuvent être tolérées quand on utilise des dimensions plus grandes pour les particules de la charge.
Dans un mode de mise en oeuvre de la présente invention, on-traite en trois phases une matière solide bitumineuse finement divisée,qui est nor- malement solide aux températures ordinaires et qui peut se dilater lors d'un chauffage jusqu'à l'état plastique. Dans la première phase, on calcine la matière de charge par détente dans une atmosphère gazeuse contenant de l'oxygène en une quantité telle qu'au moins 10% de la matière combustible volatile dégagée ne soient pas consumés.
Dans la seconde phase du procédé, les particules dilatées résultantes sont séparées des produits sous forme de gaz et de vapeurs à une température qui n'est pas inférieure à celle à laquelle la quasi totalité des produits sous forme de vapeur provenant du premier étage reste à l'état de vapeur. Cette température varie avec le genre de la matière de charge utilisée et elle doit être assez élevée pour réduire au minimum la condensation des vapeurs sur les particules dilatées.
Dans la troisième phase, les particules dilatées séparées reçoivent un autre traitement par la chaleur qui réduit leur teneur en matières volatiles à moins de 5%. On place ensuite le charbon ou coke résultants durs et granulaires dans une cartouche ou autre enceinte appropriées et on les sature avec de l'oxygène liquide ou un agent oxydant volatil similaire équivalent tel que l'air liquide ou l'ozone liquide, puis on fait exploser le mélange à l'aide de détonateurs appropriés.
La densité apparente à l'état non comprimé du charbon absorbant dur et granulaire préparé dans le procédé conforme à l'invention atteint une valeur comprise entre environ 0,160 et 0,320 kg/dm3. La demanderesse a constaté que le type de charbon désiré est produit dans les meilleures conditions quand la température de calcination par détente dans la première phase est maintenue à une valeur qui n'est pas inférieure à 677 C, ni supérieure à 1093 C, de préférence entre 732 et 899 C, la température variant avec la dimension de la charge et le type de la matière bitumineuse utilisée.
L'utilisation d'une température trop basse donne un produit insuffisamment dilaté.L'utilisation d'une température trop élevée donne un retrait ou un effondrement des particules qui sont nuisibles et le produit a en conséquence une desnité apparente trop élevée.
Pour régler la température au cours du traitement par la chaleur de la première phase, on règle l'admission d'oxygène. On a constaté que la quantité requise d'oxygène dans la matière de départ bitumineuse comprise entre environ 124 et 249 dm3/kg quand on utilise de l'air non chauffé comme source d'oxygène. Des quantités moindres d'oxygène peuvent, bien entendu, être utilisées si on préchauffe la charge ou l'air ou l'oxygène d'admission, ou bien si la source d'oxygène est de l'oxygène relativement pur ou de l'air enrichi en oxygène, etc. En tout cas, la quantité d'oxygène doit être telle qu'au moins 10% de la matière volatile combustible dégagée ne soient pas brûlés.
Cette matière volatile non brûlée est séparée en grande partie des particules dilatées dans le séparateur de seconde phase d'où elle est envoyée en un lieu d'utilisation quelconque tel qu'unechambre de
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combustion. En limitant ainsi la combustion de la matière combustible volatile dégagée dans la première phase, on peut maintenir les températures du réacteur suffisamment basses (1093 C ou moins) pour éviter le retrait ou l'effondrement précités des particules bitumineuses.
Les particules dilatées obtenues dans la première phase contiennent trop de matière volatile pour constituer un absorbant sûr pour les explosifs à l'oxygène liquide. Toutefois, on remédie à cet inconvénient dans la troisième phase en chauffant encore pour réduire la teneur en matière volatile des particules à moins de 5% en poids. Le procédé de la troisième phase de la présente invention a pour effet de donner des rendements et des qualités sensiblement plus élevés que ceux qu'on pourrait obtenir avec, par exemple, un procédé en une seule phase dans lequel on chercherait à obtenir en une seule phase la dilatation et la teneur limitée en matière volatile.
Le procédé de production de charbon absorbant permet une dilatation contrôlée des particules dans la première phase et le chauffage réglé dans la troisième phase pour obtenir la teneur désirée en produits volatils.
Bien qu'il soit préférable que la source de chaleur utilisée dans chacune des phases soit constituée par les particules elles-mêmes, on peut envisager que l'apport d'une partie notable de chaleur soit effectué par une certaine source extérieure ou par du combustible auxiliaire. Les taux d'échauffement les plus rapides sont, bien entendu, assurés par l'utilisation des particules elles-mêmes comme source de chaleur.
La matière brute qui est utilisée pour la production du charbon absorbant peut être une matière bitumineuse finement divisée qui est normalement solide aux températures ordinaires et qui peut se dilater lorsqu' on la chauffe jusqu'à plasticité. Par cette dernière expression, on entend l'aptitude de la matière à se ramollir quand on la chauffe en la faisant passer par l'état plastique et à gonfler quand la matière volatile de chaque particule est chassée à une vitesse suffisamment élevée. Des exemples de ces matières comprennent à la fois des charbons bitumineux faiblement volatils et fortement volatils, du coke de brais de goudron de houille brut et du goudron de houille renforcé avec l'un quelconque des noirs thermiques ou des noirs de carbone.
En tout cas, le traitement de la matière brute choisie ne doit pas comporter un chauffage à une température ou pendant un temps assez importants pour donner une structure carbonée fixée de manière permanente.Toute matière première soumise à de telles conditions de température ne se dilate pas de façon satisfaisante quand on chauffe jusqu'à plasticité dans les conditions décrites ici.
La matière brute précitée utilisée pour préparer le charbon absorbant ne doit pas avoir une teneur trop élevée en cendres car les impuretés minérales en trop grande quantité peuvent donner un charbon dont les caractéristiques détonantes sont défavorables. En général, on peut dire que l'on ne doit pas utiliser de matière brute qui donnerait un charbon absorbant ayant une teneur en cendres supérieure à 8% en poids.
Lors de la préparation de la matière bitumineuse décrite ci-avant, pour l'opération de calcination par détente de la prémière phase, la matière doit être broyée de manière appropriée sous forme de particules finement divisées. Cette opération demande l'utilisation d'un broyeur à cylindre annulaire "Raymond", d'un broyeur à boulets annulaire "Babcock et Wilcox" ou d'un autre appareil approprié de pulvérisation-qui puisse réduire la matière en particules dont 95% ont une dimension d'environ -100 mailles et dont 75 à 95% environ ont une dimension de-200 mailles.
On a constaté que cette dernière dimension de particules de la charge est préférée en ce qui concerne
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la production à partir de la houille d'un charbon absorbant dont les particules ont une dimension comprise entre 5 et 140 microns avec très peu de produit en dehors de cette gamme. La demanderesse envisagé également, dans certaines circonstances, le broyage et le classement (soit par un procédé à sec, soit par un procédé au mouillé) de la charge bitumineuse?'
Le charbon absorbant dont le procédé de fabrication est décrit dans la présente invention doit avoir des dimensions particulaires telles qu'au moins environ 70% des particules aient une dimension de-200 mailles.
Des limites moins étendues en ce qui concerne la dimension des particules peuvent être appropriées pour certains travaux aux explosifs. Par exemple, on obtient un explosif dont le pouvoir brisant est plus élevé quand le charbon absorbant est en particules de plus petites dimensions. Toutefois, quand on utilise cette plus petite dimension particulaire, il peut être nécessaire de régler les autres caractéristiques physiques des particules de manière à maintenir une résistance suffisante aux chocs faibles pour assurer la sécurité.
Une autre exigence que doivent satisfaire le charbon ou le coke absorbants de la présente invention est qu'ils doivent avoir une densité apparente comprise entre 0,160 et 0,320 kg/dm3. On détermine les densités apparentes en laissant le produit tomber librement dans un cylindre gradué et en mesurant le volume qui se dépose sans être tassé d'un poids donné du produit.
Dans les exemples suivants, ondécrit diverses matières bitumineuses qu'on peut broyer au préalable en particules de dimensions appropriées ayant une teneur réglée en humidité, après quoi on traite la matière finement broyée dans un appareil du type illustré sur le dessin ou similaire à celui-ci. Le charbon ou le coke absorbants obtenus sont alors saturés en oxygène et on les fait exploser dans des conditions réglées qui permettent de mesurer les diverses caractéristiques d'explosion.
On va donner une explication des termes utilisés pour caractériser les explosifs conformes à l'invention ou le charbon utilisé pour leur fabrication.
La" teneur en matières volatiles Il de la houille et du charbon absorbant, compte non tenu de l'eau, est déterminée par un essai A.S.T.M.
N D271-48.
La " vitesse de détonation" est déterminée par la mesure de l'intervalle de temps qui s'écoule entre la rupture de deux fils de cuivre séparés par une distance connue. On mesure cet intervalle de temps avec un chronomètre "Hewlett Packard type 522". Les fils qui doivent être rompus sont des fils de cuivre n 30 enfilés dans une cartouche de 1,20m de long, une distance de 0,90 m séparant les deux fils. On introduit un morceau de fil d'amorçage dans l'extrémité de la cartouche, de manière que sa distance à partir du fil de départ soit d'environ 101 mm. Cette distance entre le fil d'amorçage et le fil de cuivre est nécessaire pour que le fil de cuivre soit brisé par l'explosif"au charbon et à l'oxygène et non le fil d'amor- çage.
La " résistance aux chocs à faible vitesse "désigne la résistance de la composition d'explositf à la détonation sous l'effet d'un choc accidentel, et on la détermine conformément aux procédés décrits dans la revue "U.S. Bureau of Mines Bulletin, 472, pages 20-27 ". La composition explosive de la présente invention possède une résistance aux chocs à faible vitesse de 193,600 kilogrammètres ou plus. En d'autres termes, il faut un choc de cette force pour faire détoner accidentellement la composition.
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La " combustion dans un espace semi-confiné "indique ce qu'on peut attendre si la composition explosive vient à être enflammée après avoir été chargée dans le trou de forage.On obture un tube de 3,17 cm de diamètre à chacune de ses extrémités et on assure dans l'un des obturateurs divers degrés de détente de pression en y perçant des trous de divers diamètres. On enflamme alors un mélange explosif placé dans le tube avec une fusée à combustion lente et on note la réussite ou l'échec de la détonation.
Plus l'orifice nécessaire pour que la combustion détermine une explosion est petit, plus l'explosif est sûr.
L' " absorption et la rétention de l'oxygène " désigne l'aptitude de l'absorbant constitué par le charbon à absorber et à retenir de l'oxygène liquide qu'on détermine en immergeant un échantillon de 56 gr du charbon contenu dans un sac en coton ignifuge dans l'oxygène liquide. Après 10 minutes, on enlève le sac et son contenu et on pèse immédiatement pour déterminer le rapport initial oxygène: charbon. On déclenche un chronomètre et on laisse le sac sur la balance pour déterminer le temps nécessaire pour que l'évaporation ramène le rapport oxygène: charbon à 2,0.
La valeur obtenue sert d'indice des temps de rétention qu'on peut prévoir dans des travaux aux explosifs dans lesquels les cartouches et les procédés de remplissage utilisés ont pour effet de donner des temps de rétention plus longs. Un temps de rétention long est désirable étant donné qu'il laisse plus de temps pour préparer des charges explosives avant leur explosion.
EXEMPLE 1.-
On broie un échantillon de houille bitumineuse ayant une teneur en matières volatiles de 16,75% et une teneur en cendres de 4,3% de manière que 75% aient une dimension de -200 mailles. On préchauffe un réacteur de première phase jusqu'à une température de 747 C en brûlant les gaz fournis par une pompe à gaz 23 à des brûleurs auxiliaires du réacteur. On envoie ensuite un courant de houille dans ce réacteur et on effectue le traitement comme décrit dans le mode de réalisation préféré précité.
La vitesse de charge est de 53 kg/heure. La température maximum pendant la première phase est de 877 Co La température minimum dans la seconde phase est de 429 C et la température maximum dans la troisième phase est de 1312 C. On obtient un charbon absorbant dur et granulaire avec un rendement de 53,7%, sur la base du poids sec de la charge envoyée dans la première phase. La teneur en cendres du charbon est de 5,8%, la teneur en matières volatiles est de 1,18% et la densité apparente est de 0,213 kg/dm3o Des essais d'absorption de l'oxygène montrent que le rapport initial oxygène: carbone est égal à 4,1 et que le temps de rétention de l'oxygène est de 11,8 minutes.
Des essais sur les explosifs préparés par immersion de ce charbon dans l'oxygène montrent que la résistance aux chocs à vitesse faible est supérieure à 202,60 kgm. Dans des essais exécutés en espace semi-confiné, la détonation ne se produit pas quand on utilise un orifice de 6,35 mm de diamètreo La vitesse de détonation de l'explosif est de 4803 m/seconde.
EXEMPLE 2.
On broie un échantillon de houille bitumineuse ayant une teneur en matières volatiles de 37% et une teneur en cendres de 3% de manière que 49% aient une dimension de-200 mailles et on le traite de manière similaire au traitement de l'exemple 1. La température du réacteur de première phase est de 793 C. Toutefois, au lieu de passer dans le réacteur vertical de troisième phase, les particules provenant d'un cyclone sont calcinées dans un four "Bartlett-Snow" pour réduire leur teneur en matières volatiles. Pendant les premières 3,7 heures de la calcination, la température est portée graduellement à 443 C. On poursuit ensuite la calcination pendant 2 heures à une
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température de 443 à 543 C.
La densité apparente du produit est égale à 0,235 kg/dm3, la teneur en produits volatils est de 3,6% et la teneur en cendres est de 7,6%. Les essais relatifs à l'absorption d'oxygène montrent que le rapport initial oxygène; charbon est de 3,1 et que le temps de rétention de l'oxygène est de 11,6 minutes. Des essais exécutés avec l'explosif préparé par immersion du charbon dans l'oxygène liquide montrent que l'explosif a une résistance aux chocs à faible vitesse de plus de 159 kgm.
La combustion dans un espace semi-confiné ne détermine pas la détonation de l'explosif avec un orifice de 6,35 mm, de diamètre. La vitesse de détonation de l'explosif est de 4266 mètres/seconde.
On constate que les explosifs préparés conformément à la présente invention par le procédé décrit dans les exemples 1 et 2 sont extrêmement efficaces et que leur sécurité est inhabituelle malgré l'absence de traitement d'ignifugation du charbon absorbant. En outre, le procédé conforme à l'invention permettant'de préparer un explosif à l'oxygène liquide rend possible la production d'un explosif ayant une grande souplesse d'utilisation.
En réglant la charge bitumineuse et les conditions de la réaction, il est possible de préparer un explosif possédant un facteur de sécurité moyen ou important conjointement avec une vitesse de détonation élevée ou moyenne, selon les exigences des travaux aux explosifs envisagés.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé pour produire un explosif à l'oxygène liquide qui consiste à préparer un charbon absorbant granulaire dur par un procédé en trois phases à partir de particules bitumineuses finement divisées normalement solides aux températures ordinaires et pouvant se dilater lors d'un chauffage jusqu'à un état de plasticité, ce procédé consistant; dans une première phase, à calciner par détente les particules dans une atmosphère gazeuse contenant de l'oxygène en une quantité telle qu'au moins 10% de la matière combustible volatile dégagée restent non brûlés; dans une seconde phase, à séparer le produit solide de la première phase, des produits gazeux et vaporeux, à une température qui n'est pas inférieure à celle à laquelle la quasi-totalité des produits vaporeux reste à l'état vaporeux;
enfin, dans la troisième phase, à chauffer la produit solide de la seconde phase pour réduire sa teneur en matières volatiles à moins de 5% en poids ; puis à déterminer ensuite l'absorption de l'oxygène liquide par le charbon absorbant résultant.
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The present invention relates to explosives formed from carbon and liquid oxygen in which a specially prepared absorbent carbon is used.
Mixtures of highly volatile oxidizing agents such as liquid oxygen, liquid air or liquid ozone, with a combustible substance, such as finely divided coal, have already been proposed as explosives. This type of explosive is commonly used by forming cartridges from finely divided carbon, and quenching them in liquid oxygen or other volatile oxidizing agents, after which the saturated cartridges are used in highly explosive operations. shortly after their manufacture. Not only is this type of explosive powerful, it also has certain advantages over other types of explosives.
Since their constituent elements are mixed in the place where they are to be used and since these elements are not liable to explode on their own, the transport of an explosive mixture no longer presents any danger. Further, if the prepared charge does not detonate for some reason, it is rendered harmless by subsequently evaporating the volatile oxidizing agent. However, the use of explosives of this type has been dangerous in the past because the mixture of coal and liquid oxygen, in most cases, readily detonates with shock or friction.
As a result, there is a great danger of a premature explosion which would be caused by falling rocks or other foreign objects on the explosive mixture while it is lowered into the boreholes or by accidental impacts of another nature. imparted to the mixture.
An attempt has been made to desensitize explosives to liquid oxygen by diluting the absorbent carbon with inert absorbents. For the same reason, attempts have been made to make absorbent charcoal "fire retardant" by coating or impregnating with various chemicals. These attempts to desensitize or flame retard the charcoal were expensive and, moreover, were not entirely effective.
The invention relates to explosives of the liquid oxygen-carbon type which, without the addition of desensitizers or flame retardants, are less likely to detonate under the effect of shock or friction than explosives with previously known liquid oxygen.
The carbon used in the explosives of the invention is prepared by expansion calcination in a gaseous atmosphere containing a limited and controlled amount of oxygen of a finely divided bituminous filler material which is normally solid at ordinary temperatures and which can expand. by heating to a plastic state, calcination which is followed by separation from the gaseous products of the solid particulate matter and, finally, by heating the discrete particles to reduce the volatile content to less than one limited quantity. The absorption by the hard, granular absorbent carbon resulting from liquid oxygen or other equivalent volatile oxidizing agent is then determined.
"Relaxation calcination" (first reaction phase) can be defined as a process in which finely divided particles of a suitable bituminous material are subjected to a very rapid rate of heating, which is estimated to exceed 1093 0 ( particle surface temperature) per second, in a reactor maintained at a temperature of 677 C or higher, however sufficient for ignition of the particles.
This rapid heating of the particles is carried out in the presence of air or another gas containing oxygen (or oxidizing gas), the oxygen being pre-
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Sent in such an amount that at least 10% of the volatile combustible material evolved is not burnt. The amount of air or oxygen present is sufficient for the process to be autogenous while allowing the expansion of the individual bituminous particles at a rapid rate, but it is insufficient to allow combustion greater than a minimum of the individual particles expanded in the mixture. first phase.
In general, it has been found that higher temperatures can be tolerated when using larger sizes for the filler particles.
In one embodiment of the present invention, a finely divided bituminous solid is processed in three phases, which is normally solid at ordinary temperatures and which can expand upon heating to the state. plastic. In the first phase, the feed material is calcined by expansion in a gaseous atmosphere containing oxygen in an amount such that at least 10% of the volatile combustible material evolved is not consumed.
In the second phase of the process, the resulting expanded particles are separated from the gas and vapor products at a temperature not lower than that at which substantially all of the vapor products from the first stage remain at the state of vapor. This temperature varies with the kind of filler used and should be high enough to minimize condensation of vapors on the expanded particles.
In the third phase, the separated expanded particles receive a further heat treatment which reduces their volatile content to less than 5%. The resulting hard, granular coal or coke is then placed in a cartridge or other suitable enclosure and saturated with liquid oxygen or an equivalent volatile oxidizing agent such as liquid air or liquid ozone, followed by detonate the mixture using suitable detonators.
The bulk density in the uncompressed state of the hard granular absorbent carbon prepared in the process according to the invention reaches a value between approximately 0.160 and 0.320 kg / dm3. The Applicant has found that the desired type of charcoal is produced under the best conditions when the calcination temperature by expansion in the first phase is maintained at a value which is not less than 677 C, nor greater than 1093 C, preferably between 732 and 899 C, the temperature varying with the size of the load and the type of bituminous material used.
Using too low a temperature results in insufficiently expanded product. Using too high a temperature results in shrinkage or collapse of particles which are harmful and the product therefore has too high an apparent density.
To control the temperature during the heat treatment of the first phase, the oxygen supply is adjusted. The required amount of oxygen in the bituminous starting material has been found to range from about 124 to 249 dm3 / kg when using unheated air as the source of oxygen. Lesser amounts of oxygen can, of course, be used if the feed or air or inlet oxygen is preheated, or if the source of oxygen is relatively pure oxygen or air. enriched with oxygen, etc. In any case, the quantity of oxygen must be such that at least 10% of the volatile combustible material given off is not burnt.
This unburned volatile material is largely separated from the expanded particles in the second phase separator from where it is sent to some place of use such as a chamber.
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combustion. By thus limiting the combustion of the volatile combustible material given off in the first phase, the reactor temperatures can be kept sufficiently low (1093 C or less) to avoid the aforementioned shrinkage or collapse of the bituminous particles.
The expanded particles obtained in the first phase contain too much volatile material to be a safe absorbent for liquid oxygen explosives. However, this drawback is overcome in the third phase by further heating to reduce the volatile content of the particles to less than 5% by weight. The third phase process of the present invention has the effect of giving significantly higher yields and qualities than could be obtained with, for example, a single phase process in which one would seek to obtain in a single phase. expansion phase and limited volatile content.
The absorbent carbon production process allows controlled expansion of the particles in the first phase and controlled heating in the third phase to achieve the desired volatile content.
Although it is preferable that the heat source used in each of the phases is constituted by the particles themselves, it can be envisaged that the input of a significant part of heat is effected by some external source or by fuel. auxiliary. The fastest heating rates are, of course, provided by the use of the particles themselves as a heat source.
The raw material which is used for the production of the sorbent carbon can be a finely divided bituminous material which is normally solid at ordinary temperatures and which can expand when heated to plasticity. By the latter term is meant the ability of the material to soften when heated by causing it to pass through the plastic state and to swell when the volatile material of each particle is driven off at a sufficiently high rate. Examples of such materials include both low volatile and high volatile bituminous coals, raw coal tar pitch coke, and coal tar reinforced with any thermal blacks or carbon blacks.
In any case, the treatment of the chosen raw material should not involve heating to a temperature or for a time long enough to give a permanently fixed carbon structure. Any raw material subjected to such temperature conditions does not expand satisfactorily when heated to plasticity under the conditions described here.
The aforementioned raw material used to prepare the absorbent charcoal should not have too high an ash content because the mineral impurities in too great an amount can give a charcoal whose detonating characteristics are unfavorable. In general, it can be said that one should not use a raw material which would give an absorbent carbon having an ash content greater than 8% by weight.
In preparing the bituminous material described above for the first stage stress relieving operation, the material should be suitably ground into finely divided particles. This operation requires the use of a "Raymond" ring cylinder mill, "Babcock and Wilcox" ring ball mill or other suitable spraying apparatus - which can reduce the material to particles of which 95% has been removed. a dimension of about -100 stitches and of which about 75 to 95% have a dimension of -200 stitches.
It has been found that this latter particle size of the filler is preferred with regard to
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the production from coal of an absorbent carbon whose particles have a size between 5 and 140 microns with very little product outside this range. The Applicant also envisages, in certain circumstances, the grinding and classification (either by a dry process or by a wet process) of the bituminous filler?
The absorbent carbon whose manufacturing process is described in the present invention should have particle sizes such that at least about 70% of the particles have a size of -200 mesh.
Less extensive limits on particle size may be appropriate for some explosives work. For example, an explosive is obtained whose breaking power is higher when the absorbent carbon is in particles of smaller dimensions. However, when using this smaller particle size, it may be necessary to adjust the other physical characteristics of the particles so as to maintain sufficient low impact resistance to ensure safety.
Another requirement that the absorbent coal or coke of the present invention must meet is that it must have a bulk density of between 0.160 and 0.320 kg / dm3. Bulk densities are determined by letting the product fall freely into a graduated cylinder and measuring the volume that settles without being tamped with a given weight of the product.
In the following examples, various bituminous materials are described which can be pre-ground into particles of suitable size having a controlled moisture content, after which the finely ground material is treated in an apparatus of the type shown in the drawing or similar to this. this. The carbon or the absorbent coke obtained are then saturated with oxygen and they are detonated under controlled conditions which make it possible to measure the various explosion characteristics.
An explanation will be given of the terms used to characterize the explosives according to the invention or the carbon used for their manufacture.
The "volatile matter II content of hard coal and sorbent carbon, excluding water, is determined by an A.S.T.M.
N D271-48.
The "rate of detonation" is determined by measuring the time interval between the breaking of two copper wires separated by a known distance. This time interval is measured with a "Hewlett Packard type 522" chronometer. The wires which must be broken are copper wires n 30 threaded into a cartridge 1.20 m long, a distance of 0.90 m separating the two wires. A piece of starter wire is inserted into the end of the cartridge so that its distance from the starting wire is about 101 mm. This distance between the fuse wire and the copper wire is necessary so that the copper wire is broken by the "carbon and oxygen" explosive and not the fuse wire.
"Low velocity impact resistance" refers to the resistance of the explosive composition to detonation by accidental impact, and is determined according to the methods described in "US Bureau of Mines Bulletin, 472. , pages 20-27 ". The explosive composition of the present invention has a low speed impact resistance of 193,600 kilogrammeters or more. In other words, it takes a shock of this force to accidentally detonate the composition.
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"Combustion in a semi-confined space" indicates what to expect if the explosive composition is ignited after being charged in the borehole. A tube 3.17 cm in diameter is sealed at each of its holes. ends and various degrees of pressure relief are provided in one of the shutters by drilling holes of various diameters. An explosive mixture placed in the tube is then ignited with a slow combustion rocket and the success or failure of the detonation is noted.
The smaller the orifice required for combustion to determine an explosion, the safer the explosive.
"Oxygen absorption and retention" refers to the ability of the carbon absorbent to absorb and retain liquid oxygen, which is determined by immersing a 56g sample of the carbon contained in a cotton bag flame retardant in liquid oxygen. After 10 minutes, the bag and its contents are removed and immediately weighed to determine the initial oxygen: carbon ratio. A stopwatch is started and the bag is left on the scale to determine the time it takes for the evaporation to return the oxygen: carbon ratio to 2.0.
The value obtained serves as an index of the retention times that can be expected in explosives work in which the cartridges and the filling processes used have the effect of giving longer retention times. A long retention time is desirable since it allows more time to prepare explosive charges before they explode.
EXAMPLE 1.-
A sample of bituminous coal having a volatile content of 16.75% and an ash content of 4.3% is ground so that 75% has a size of -200 mesh. A first phase reactor is preheated to a temperature of 747 ° C. by burning the gases supplied by a gas pump 23 to auxiliary burners of the reactor. A stream of coal is then sent to this reactor and the treatment is carried out as described in the aforementioned preferred embodiment.
The charging speed is 53 kg / hour. The maximum temperature during the first phase is 877 Co The minimum temperature in the second phase is 429 C and the maximum temperature in the third phase is 1312 C. A hard and granular absorbent carbon is obtained with a yield of 53.7 %, based on the dry weight of the load sent in the first phase. The ash content of the coal is 5.8%, the volatile content is 1.18% and the bulk density is 0.213 kg / dm3o Oxygen absorption tests show that the initial oxygen ratio: carbon equals 4.1 and the oxygen retention time is 11.8 minutes.
Tests on explosives prepared by immersion of this carbon in oxygen show that the impact resistance at low speed is greater than 202.60 kgm. In tests carried out in semi-confined space, detonation does not occur when using a 6.35 mm diameter orifice o The detonation speed of the explosive is 4803 m / second.
EXAMPLE 2.
A sample of bituminous coal having a volatile content of 37% and an ash content of 3% was ground so that 49% had a size of -200 mesh and treated similarly to the treatment of Example 1. The temperature of the first phase reactor is 793 C. However, instead of passing through the vertical third phase reactor, the particles from a cyclone are calcined in a "Bartlett-Snow" furnace to reduce their material content. volatile. During the first 3.7 hours of calcination, the temperature is gradually increased to 443 C. The calcination is then continued for 2 hours at a
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temperature from 443 to 543 C.
The bulk density of the product is 0.235 kg / dm3, the volatile product content is 3.6%, and the ash content is 7.6%. Tests relating to oxygen uptake show that the initial oxygen ratio; carbon is 3.1 and the oxygen retention time is 11.6 minutes. Tests carried out with the explosive prepared by immersing the coal in liquid oxygen show that the explosive has a low speed impact resistance of more than 159 kgm.
Combustion in a semi-confined space does not determine the detonation of the explosive with a 6.35 mm diameter orifice. The detonation speed of the explosive is 4266 meters / second.
It is found that the explosives prepared in accordance with the present invention by the process described in Examples 1 and 2 are extremely effective and that their safety is unusual despite the absence of fireproofing treatment of the absorbent carbon. Furthermore, the process according to the invention for preparing an explosive with liquid oxygen makes possible the production of an explosive having great flexibility of use.
By adjusting the bituminous charge and the reaction conditions, it is possible to prepare an explosive having a medium or high safety factor together with a high or medium detonation speed, depending on the requirements of the intended explosives work.
CLAIMS.
1. A process for producing a liquid oxygen explosive which comprises preparing a hard granular absorbent carbon by a three-phase process from finely divided bituminous particles normally solid at ordinary temperatures and which can expand upon heating to 'in a state of plasticity, this process consisting; in a first phase, in calcining by expansion the particles in a gaseous atmosphere containing oxygen in an amount such that at least 10% of the volatile combustible material released remains unburned; in a second phase, in separating the solid product of the first phase, from the gaseous and vaporous products, at a temperature which is not lower than that at which substantially all of the vaporous products remain in the vaporous state;
finally, in the third phase, heating the solid product of the second phase to reduce its volatile matter content to less than 5% by weight; then subsequently determining the absorption of liquid oxygen by the resulting absorbent carbon.