BR112014021225A2

BR112014021225A2 - agente de detonação modificado

Info

Publication number: BR112014021225A2
Application number: BR112014021225-2A
Authority: BR
Inventors: Jeff Gore; Nathan Paris
Original assignee: Dyno Nobel Asia Pacific Pty Limited
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2020-11-10
Also published as: PL2809632T3; RU2632451C9; SG11201404905QA; WO2013131139A1; AU2013230688B2; CL2014002344A1; EP2809632A4; BR112014021225B1; AU2013230688A1; EP2809632A1; PH12014502006A1; MX367609B; US20200326170A1; CN104159873B; CN104159873A; EP2809632B1; HK1201252A1; AU2013230688C1; US20150033969A1; MX2014010687A

Abstract

AGENTE DE DETONAÇÃO MODIFICADO A presente invenção refere-se, em geral, a uma composição explosiva compreendendo uma emulsão aquosa de: um componente oxidante, um componente combustível de hidrocarboneto contendo emulsificante, e um agente de volume sendo um material residual do tipo combustível em uma forma particulada sólida substancialmente desprovida de superfícies rugosas e arestas vivas. Preferencialmente, a composição é de uma emulsão a base de nitrato de amônio e um agente de volume peletizado. Envolve ainda um método para fornecer uma composição explosiva a um local de explosão usando uma unidade de processamento móvel convencional (MPU), sendo um caminhão tendo compartimentos separados adaptados para manter óleo combustível, grânulo de nitrato de amônio seco e emulsão a base de nitrato de amônio, onde um compartimento, como alternativa, mantém material residual particulado. A presente invenção também se refere a um método de explosão de solo macio e molhado, que compreende injetar em um ou mais orifícios de explosão no solo macio e molhado uma quantidade suficiente da composição e então ativar a composição.

Description

“AGENTE DE DETONAÇÃO MODIFICADO” CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se genericamente aos agentes de detonação e composições explosivas e métodos para produzir, usar e de fornecer tais agentes.

Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma formulação explosiva multicomponente, que utiliza materiais de resíduos, que de outro modo teria sido destinado a um aterro ou incineração em alta temperatura. Em particular, embora não exclusivamente, a presente invenção relaciona-se com a fabricação, utilização e fornecimento de agentes que compreendem várias formas de explosivos em emul- são à base de nitrato de amônio, que foram modificados pela incorporação de mate- rial residual, como um componente do explosivo.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] Uma vez que um material serviu a um propósito ou é um subproduto de um processo industrial, torna-se um material residual. Em geral, há um número de dife- rentes maneiras em que podem ser gerenciados para sua eliminação segura e am- bientalmente sustentável. Uma delas é a separação, reciclagem e eventual reutiliza- ção. Outra maneira é a de fabricar o material a partir de materiais facilmente biode- gradáveis; de modo que quando o material é finalmente eliminado no aterro sanitá- rio, tem uma vida útil mais curta que em comparação com os materiais não biode- gradáveis.

[003] No entanto, existem alguns materiais que não podem ser reciclados ou pre- parados de materiais biodegradáveis. Nesta situação, o material é gerido por incine- ração ou enterrando em aterros onde irá se degradar lentamente. O descarte de ma- terial residual em aterro, em seguida, limita o uso desta terra, por exemplo, com al- guns materiais residuais como plásticos, tendo até 400 anos para se decomporem. A queima do material residual, como plásticos, muitas vezes requer temperaturas ele- vadas, de modo que é difícil e caro de realizar. Mas esse processo também pode liberar poluentes nocivos, muitas vezes em áreas industriais onde a poluição pode já ser um problema.

[004] Uma forma de abordar estas questões é incorporar tais dificuldades em re- ciclar ou degradar os materiais residuais em uma composição explosiva. As condi- ções extremas e altas temperaturas geradas quando dita uma composição explosiva detona atinge o objetivo de descartar o material, de uma maneira análoga à incine- ração em elevada temperatura, mas atinge um resultado útil, e potencialmente a um custo menor.

[005] Esta abordagem foi anteriormente mostrada para ser viável para a adição de partículas de borracha com o nitrato de amônio sólido, como descrito na Patente U.S. No. 5.505.800 (Harries et al). Esta citação é direcionada principalmente para a criação de “explosivos de energia de baixo choque” (LSEE). A borracha pode ser proveniente de trituração de pneus usados. No entanto, as partículas de borracha produzidas têm arestas, que já foi demonstrado que pode levar à cristalização na mistura explosiva quando a borracha é misturada com emulsões à base de nitrato de amônio. A cristalização pode impedir a mistura de detonação ou gerará um resultado fraco.

[006] Outra tentativa para utilizar material residual deste modo, envolve a mistura de materiais residuais energéticos com diferentes composições explosivas, como AN, ANFO, géis de água e emulsões, como descrito na Patente U.S. No. 5.536.897 (Clark et al.). Esta citação refere-se geralmente utilizando o material residual conta- minado por combustível de foguetes. O material residual é então triturado. A presen- ça de combustível de foguete residual nos materiais residuais assegura que o mate- rial residual contribua para o desempenho de detonação do explosivo final. No en- tanto, a ausência de dito material combustível no material residual pode resultar na composição explosiva não detonante.

[007] A presença de material triturado em uma mistura de emulsões pode criar o material com arestas e estas arestas podem conduzir a cristalização de um produto.

A cristalização de um produto pode resultar em desempenho fraco do explosivo com reduzida resistência à água e aumento do risco de gases pós-explosão.

[008] Consequentemente, seria útil proporcionar uma solução que evita ou melho- ra qualquer um dos inconvenientes presentes na técnica anterior, ou que proporcio- na outra alternativa para as abordagens da técnica anterior.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecida uma composição ex- plosiva que compreende uma emulsão aquosa de: um componente oxidante, um emulsificante contendo componente combustível hidrocarboneto, e os materiais resi- duais do tipo de combustível, como um agente de volume, estando na forma particu- lada sólida que carece substancialmente de superfícies rugosas e arestas vivas sufi- cientemente de modo a não promover a cristalização de emulsão.

[010] Outro aspecto da invenção envolve um método de fornecimento de uma composição explosiva para um local da explosão tendo um ou mais orifícios de ex- plosão para a composição, por meio de uma unidade de processamento móvel con- vencional (MPU), dita unidade compreende um caminhão que tem compartimentos separados adaptados para a realização de (a) componente combustível hidrocarbo- neto, como óleo combustível, (b) componente oxidante seco, como grânulos secos de nitrato de amônio, e (c) componente oxidante úmido, como o emulsão baseado em nitrato de amônio, e a unidade tendo meios para misturar dois ou mais dos com- ponentes a partir de compartimentos (a), (b) e (c) em conjunto e injetando a mistura resultante em um orifício de explosão, caracterizado pelo fato de que o comparti- mento (b), como alternativa, contém o agente de volume na forma de material resi- dual particulado, e em que um agente de redução de densidade é acrescentado à mistura dos compartimentos (a), (b) e (c) apenas antes de ser injetada em um orifício de explosão, preferencialmente por uma broca no MPU, e em que a composição es-

tá de acordo com a invenção.

[011] Ainda outro aspecto da invenção refere-se a um método de detonação de solo macio e úmido, o qual compreende injetar em um ou mais orifícios de explosão, no solo macio e molhado uma quantidade suficiente da composição de acordo com a invenção, e, em seguida, ativando a composição.

[012] O componente oxidante da emulsão é geralmente uma solução aquosa ou de fusão que contém um sal de liberação de oxigênio. Preferencialmente, o sal de libertação de oxigênio é escolhido de entre um ou mais de nitrato de amônio, nitrato de sódio, nitrato de cálcio, ou perclorato de amônio, e com mais preferencialmente é o nitrato de amônio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] Modalidades preferenciais da invenção serão agora descritas, apenas a títu- lo de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 é um diagrama esquemático de um caminhão capaz de ser utili- zado para a liberação de detonação de explosivos, de acordo com a presente inven- ção: as Figuras 2a e 2b mostram fotografias (não em escala) de dois produtos (A e B) de componentes de material residual em pellets que podem ser utilizados na invenção; e a Figura 2c mostra outra fotografia (não em escala) de produto B (Figura 2b) de material residual em pellets mostrando a sua aparência lisa, que pode ser utiliza- do na invenção, a Figura 2d mostra uma fotografia (não em escala) de outro produto de ma- terial residual em pellets, para o uso na invenção, e as Figuras 3a e 3b, mostram fotografias (não em escala) de comparação de produtos de materiais residuais que não fazem parte da invenção, que mostra a ru- gosidade e a natureza irregular de suas superfícies, bem como as arestas vivas e cantos presentes.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[014] De acordo com a presente invenção, é fornecida uma composição explosi- va, preferencialmente compreendendo uma emulsão a base de nitrato de amônio (AN) e um material residual como um agente de volume. O material residual está na forma particulada sólida.

[015] O material residual é material residual do tipo de combustível, em geral, sendo os materiais residuais que podem entrar em combustão em elevadas tempe- raturas na presença de um oxidante. Geralmente estes materiais residuais podem ser materiais carboníferos, como materiais residuais plásticos, borracha, papel, ce- ras, e outros semelhantes. Algumas fontes adequadas de material residual incluem pellets de náilon, papelão, polietileno, cera, e os materiais residuais de plástico mis- turado. Preferencialmente, a forma particulada sólida está na forma de pellets ou o material residual. Algumas fontes adequadas de outros materiais residuais incluem o metal facilmente oxidável, como o alumínio.

[016] Materiais residuais plásticos misturados, incluindo uma quantidade substan- cial de plásticos de polietileno e semelhantes, provenientes de plásticos a partir de coletas de materiais residuais domésticos podem ser utilizados. Estes geralmente são finamente picados e moídos a em um pó, e pó derretido ou comprimido juntos, e depois extrudados para formar pellets de plástico de resíduos de superfície lisa, com cantos e arestas arredondados. Outros materiais, como materiais residuais de papel e papelão misturados opcionalmente com materiais residuais de cera, podem ser triturados e compactados em conjunto para formar pellets lisos com bordas arredon- dadas.

[017] O material residual está na forma granular ou particulada, preferencialmente tendo um tamanho médio de partícula de 0,5 a 10 mm, e mais preferencial de cerca de 1 a 4 mm, e mais preferencialmente cerca de 2 a 3 mm de tamanho. Estes pellets podem ser de forma esférica, cilíndrica, forma de cubo, como blocos quadrados ou retangulares, ou de forma irregular, com superfícies lisas e com arestas geralmente arredondadas.

[018] Além disso, é uma característica preferencial de que o material residual gra- nular na forma particulada deve ser de um tamanho semelhante aos grânulos de AN em partículas sólidas que está na composição de detonação. Grânulos de AN são tipicamente entre 1 a 4 mm de tamanho, e assim usando material residual particula- do que tem uma distribuição de tamanho semelhante é vantajosa. O equipamento de carga é capaz de funcionar eficientemente com as partículas granulares, e assim utilizar as partículas de materiais residuais de um tamanho semelhante, o equipa- mento também funciona eficientemente com isso.

[019] É também vantajoso que o material residual tenha uma densidade que não seja muito baixa, como aditivos de muito baixa densidade, como microbalões ou grânulos de estireno são conhecidos por serem adicionados como agentes sensibili- zadores. Preferencialmente, as partículas de materiais residuais podem ter uma densidade de cerca de 0,2 a 1,0 g/cm3, e mais preferencialmente cerca de 0,4 a 0,7 g/cm3. Idealmente, as partículas de material residual próprias não devem afetar substancialmente a sensibilização da emulsão explosiva.

[020] Como descrito abaixo em mais detalhes, estas partículas de material resi- dual devem ter superfícies relativamente lisas e um mínimo de arestas, de modo su- ficientemente que não desestabilizem a emulsão, ou não promovam a cristalização de emulsão. A estabilidade da emulsão pode ser medida utilizando o teste de classi- ficação de haste, como descrito abaixo e, preferencialmente, os pellets do tipo resi- duais que fornecem um resultado do teste de classificação de haste de 6 ou mais elevado quando misturados com uma emulsão AN são ideais para a invenção.

[021] As figuras 2a, 2b, 2c, e 2d mostram fotografias, (não em escala) de amos- tras de alguns pellets que podem ser utilizados na presente invenção. A amostra na

Figura 2a é proveniente de papel e papelão. As amostras das Figuras 2b, 2c e 2d mostram amostras provenientes de materiais residuais plásticos. Nestes exemplos, os materiais residuais de polietileno de alta densidade são o constituinte principal.

Estes exemplos mostram superfícies externas lisas e com arestas e cantos arredon- dados. Em contraste, as amostras mostradas nas fotografias de Figuras 3a e 3b mostram os agentes de volume da técnica anterior, que possuem superfícies áspe- ras, com arestas vivas e cantos, bem como pequenos bigodes afiados, que des- troem a emulsão, se estes devem ser utilizados em uma composição explosiva aná- loga.

[022] O material residual tem a vantagem de ser indesejado, e, também, muitas vezes, ser um material de custo eficaz para utilizar como uma consequência. A sua utilização também permite que os materiais residuais sejam removidos a partir do meio ambiente, ao serem incinerados na explosão. Em alternativa, material de plás- tico fresco pode ser usado como a fonte de alguns (ou todos) de material residual tipo combustível. O termo “material residual” é interpretado de forma ampla nesta invenção, e enquanto é preferencial utilizar os materiais residuais plásticos, recicla- dos de outras aplicações, também é permitido o uso de material fresco, se cumprir os mesmos fins. Pretende-se que os materiais residuais reciclados sejam a fonte primária, devido ao seu baixo custo, mas, às vezes, pode haver escassez de tal ma- terial, ou aumentos de preços temporários, ou aumento inesperado na demanda pa- ra a composição explosiva, e nestas circunstâncias algum material fresco pode ser substituído para o desperdício.

[023] Além disso, outra dificuldade ou dispendioso para dispor de materiais po- dem ser incluídos nos resíduos, especialmente aqueles que podem ser caros para eliminar além de um incinerador de alta temperatura, o que pode ser caro de reali- zar. Empresas de eliminação de materiais residuais podem pagar para ter estes componentes adicionados ao explosivo por incorporação no material residual parti-

culado, melhorando assim a vantagem econômica de produzir o agente explosivo da invenção. Qualquer um destes materiais deve ser incluído se não forem danificar o meio ambiente se pequenas quantidades não ficarem completamente incineradas.

Esta opção é também vantajosa se a detonações de carvão, por exemplo, que está sendo queimado produzir energia elétrica, de modo que tais materiais serão, em se- guida, queimados de qualquer modo. Tais materiais são preferencialmente materiais residuais carboníferos que de outra forma seriam incinerados, mas que em vez disso podem ser incluídos na composição explosiva. Corantes, como corantes de materi- ais residuais orgânicos e os materiais semelhantes podem ser exemplos de tais ma- teriais.

[024] O componente oxidante utilizado na invenção é preferencialmente uma emulsão a base de nitrato de amônio (AN). No entanto, outros oxidantes podem ser utilizados em lugar de, ou em adição a, nitrato de amônio. Estes podem incluir os nitratos de alcalinos terrosos, como nitrato de cálcio, ou nitratos de metal alcalino como nitrato de sódio, e ureia. Alguns outros exemplos podem incluir percloratos de metais alcalinos terrosos ou alcalinos, como, por exemplo, perclorato de amônio, embora estes não sejam muitas vezes utilizados devido às preocupações ambien- tais. Mais preferencialmente, uma solução aquosa de nitrato de amônio é usada so- zinha como oxidante.

[025] O componente de combustível de hidrocarboneto da invenção é geralmente óleo combustível, como óleo mineral ou óleo diesel, como utilizado com detonação de explosivos ANFO convencionais nas indústrias de extração, mineração e constru- ção civil.

[026] O componente de combustível de hidrocarboneto contém emulsificante que é geralmente qualquer um dos emulsificantes utilizados com uma emulsão de deto- nação AN de explosivos de detonação. Pode ser utilizado um único emulsificante ou uma combinação de emulsificantes. Alguns emulsificantes preferenciais podem ser selecionados a partir do grupo de emulsificantes que resultam de reações de con- densação entre PIBSA e aminas ou alcanolaminas. Outro exemplo de um agente emulsificante adequado é o mono-oleato de sorbitano, ou semelhantes. Um emulsifi- cante preferencial pode ser selecionado a partir de pelo menos um derivado de ani- drido poli(isobutileno) succínico ou emulsificante ácido poli(isobutileno) succínico com dietiletanolamina ou outras alcanolaminas. O agente emulsificante constitui, preferencialmente, entre 0,3 a 3,5% em peso da composição total e mais preferenci- almente de 0,5 a 1,5% em peso.

[027] Mais preferencialmente, o material residual é utilizado de tal modo que, quando misturado com os outros componentes de uma emulsão AN, não sensibili- zam a emulsão de modo a permitir uma explosão. Isso funciona como um dispositivo de segurança para evitar o acionamento acidental de uma explosão descontrolada.

[028] Idealmente, a mistura da emulsão de nitrato de amônio e o material residual são então sensibilizados, preferencialmente no momento em que é injetada em um orifício de explosão, por meio da adição de um componente de sensibilização sepa- rado. Este componente de sensibilização pode ser um agente de redução de densi- dade. Um exemplo preferencial de um dito agente de sensibilização adequado é um nitrito de metal alcalino, e um ácido, que quando misturados em conjunto, produzem gás nitrogênio, reduzindo assim a densidade da emulsão explosiva de detonação.

Idealmente, a densidade da emulsão é reduzida para menos de 1,15 g/cm3 e prefe- rencialmente entre 0,80 g/cm 3 e 1,15 g/cm3, por seleção de uma quantidade apro- priada de agente de sensibilização para misturar com a emulsão.

[029] O material residual particulado está na forma de particulado sólido, que tem partículas que não possuem substancialmente superfícies rugosas e arestas vivas.

Esta característica, por conseguinte, não irá promover a cristalização da emulsão. A ausência de arestas vivas/ásperas não proporciona um meio para a ruptura, e, por- tanto, a cristalização das gotículas de emulsão.

[030] Uma quantidade de testes simples pode ser realizada para testar se qual- quer material residual particulado potencialmente adequado funcionará na presente invenção. Idealmente qualquer produto residual pode ser utilizado se é capaz de ser oxidado na explosão resultante, e não irá desestabilizar a emulsão. Preferencialmen- te, ainda, o produto residual não deve fornecer sensibilização para o produto, para permitir que o agente de detonação seja sensibilizado separadamente, no momento em que é bombeado para os orifícios de tiro, por gaseamento da emulsão para re- duzir a sua densidade, por exemplo.

[031] Preferencialmente, os particulados residuais estão na forma de pellets, ide- almente pellets tendo as superfícies e arestas arredondadas e lisas. Estes pellets podem ter um tamanho médio de partícula que é semelhante ao de um grânulo AN, por exemplo, preferencialmente sendo em torno de 2 a 3 mm de diâmetro.

[032] Preferencialmente, a matéria residual compreende de 1% a 50% em peso da composição total, em que todos os componentes são combinados, antes de dis- parar uma explosão. Mais preferencialmente, o material residual compreende de 10% a 40% da composição.

[033] Os agentes de detonação da invenção são particularmente úteis em solo macio molhado. Geralmente uma composição explosiva tem uma boa resistência à água, se houver 60% ou mais de conteúdo de emulsão no explosivo. Portanto, a composição explosiva da presente invenção, em geral, seria adequada para a utili- zação em solo molhado.

[034] Solo macio requer menos energia para o chão para se mover. A energia calculada de ANFO é de 3,7 MJ/kg em comparação com uma das formulações da invenção sendo 2,0 MJ/kg. A potência relativa por peso da formulação é de 0,54 em comparação com o ANFO de 1,0 e a potência bruta relativa em uma densidade de 1,05 g/cc é de 0,69 em comparação com 1,0 para o ANFO. Por conseguinte, a ener- gia do produto é inferior a ANFO ou ainda às misturas de emulsão-ANFO e então é mais adequado para solos macios.

[035] Preferencialmente, as composições da invenção são liberadas ao local onde a detonação deve ocorrer usando um caminhão de unidade de processamento mó- vel convencional (MPU), que está carreando os componentes nas seções normal- mente utilizadas para manter os componentes de agentes explosivos de uma emul- são convencional AN. O material residual é armazenado no e originado a partir do recipiente de armazenamento normalmente reservado para o nitrato de amônio usa- do em adição a seco, isto é, a seção (b). A composição explosiva é liberada a partir de um trado do MPU. O agente de redução de densidade é preferencialmente adici- onado à composição explosiva antes de a composição explosiva sair do trado do trado para os orifícios de explosão.

EXEMPLOS

[036] As bateladas de laboratório da emulsão a base de nitrato de amônio foram fabricadas conforme descrito abaixo. A Tabela 1 lista os ingredientes e pesos utiliza- dos para a fabricação de emulsão. Outras formulações são também incluídas pela presente invenção.

PROCEDIMENTO DE FABRICAÇÃO DE EMULSÃO GERAL

[037] Os ingredientes da fase oxidante foram aquecidos a 75ºC para formar uma solução aquosa. Separadamente, os ingredientes da fase combustível foram mistu- rados enquanto se aquece a 65ºC. A fase oxidante a quente foi depois vertida para a fase de combustível, lentamente, com agitação proporcionada por um misturador “Lightnin’ Labmaster™” ajustado com uma lâmina de agitação de 65 milímetros “Jiffy™” em rotação inicialmente a 600 rpm durante 30 segundos. A emulsão em bru- to foi refinada por agitação a 1000 rpm durante 30 segundos, 1400 rpm durante 30 segundos e 1700 rpm até se atingir a viscosidade indicada. A quantidade de produto preparada em cada uma das amostras foi de 2,0 kg.

[038] Isto representa uma formulação padrão que foi utilizada como a fonte de emulsão para as diferentes misturas. A formulação está apresentada na Tabela 1 abaixo.

[039] O emulsificante foi selecionado a partir do grupo de emulsificantes que re- sultam de reações de condensação entre aminas e PIBSA ou alcanolaminas. O óleo mineral foi usado predominantemente parafínicos com alguns compostos constituin- tes aromáticos e naftênicos. A emulsão foi formada com uma viscosidade de cerca de 25000 cP.

Tabela 1 - Formulação Padrão Emulsão Componente oxidante 94% - Nitrato de amônio 75% - Água 25% Componente de combustível hidrocarboneto 6% - Emulsificante 15% - Óleo Mineral/Óleo combustível 85%

[040] O material residual foi fornecido por “Australian Composite Technology” (“Plasmar “) de Victoria Austrália. Nestes exemplos, o material foi fornecido em duas versões, sob uma forma triturada ou como pellets. O material que foi triturado geral- mente tinha arestas e isto resultou na desestabilização da emulsão a base de nitrato de amônio devido às arestas vivas que interagem com as gotículas da emulsão e causando cristalização. A outra forma, o material peletizado, geralmente não deses- tabilizou a emulsão, embora este também seja dependente do material utilizado.

[041] Quatro materiais foram testados, estes incluíram (1) pellets de náilon, (2) pellets de papelão, (3) pellets que consistem de uma mistura de papelão, polietileno e cera (chamado “Produto A”) e (4) pellets que consistem em plásticos misturados (chamado “Produto B”. Uma fotografia (não em escala) de Produto A é mostrada nos desenhos da Figura 2a, e do Produto b como as Figuras 2b e 2c, onde na Figura 2b uma régua é mostrada, o que indica que as partículas são cerca de 3 mm de diâme- tro. A Figura 2d mostra um pellet alternativo do Produto B da presente invenção.

[042] Deve ser notado o papelão contém algo de fibras ásperas e esta em teoria pode conduzir a uma desestabilização de uma emulsão. No entanto, se o papelão é peletizado, isto reduz a área de superfície de modo suficiente que algumas emul- sões à base de nitrato de amônio podem ser usadas com este. Em particular, as formulações em que a fase de combustível consiste apenas em emulsificantes e óleo mineral sem óleo combustível diesel presente parece ser particularmente ade- quado para esta combinação.

[043] Para manter a capacidade de resistência à água da emulsão, pelo menos, 50% de emulsão deve ser mantida na mistura, embora preferencialmente deve ser de 60% ou mais. Por outro lado, o nível de material residual pode ser entre 1 a 50%, embora, preferencialmente, será entre 10 e 40%.

[044] Uma mistura seca pode ser adicionada à emulsão a base de nitrato de amônio. A mistura seca pode ser constituída por nitrato de amônio ou uma mistura de nitrato de amônio e óleo diesel (ANFO). A adição a seco, se utilizada, compreen- de de 0 a 40%, em peso da composição total. O perfil de detonação pode ser modifi- cado pela adição de ANFO, por exemplo, fornecendo mais elevação ao perfil de de- tonação.

[045] Materiais residuais preferencialmente são peletizados, de modo a proporci- onar uma estrutura compacta desprovida de quaisquer cavidades significativas no material. Como resultado, o material residual não fornece nenhuma sensibilização e não participa na reação explosiva. Além disso, o tamanho do material de, aproxima- damente, 3 mm de tamanho, significa que não é a dissociação entre o oxidante e combustível. Isto foi observado como sendo o caso quando os pellets de produto B foi misturado com o nitrato de amônio, numa proporção de 93% por peso de nitrato de amônio e 7% em peso de pellets. O produto foi demitido em tubos de PVC 223 milímetros de diâmetro e a composição não detonou. Só quando 1,5% do nitrato de amônio foi substituído com o combustível diesel fez detonar o material a baixa ordem a 1.700 m/s.

[046] A sensibilização pode ser fornecida pela adição de um agente redutor de densidade. Tais agentes de redução de densidade podem ser qualquer um dos mui- tos descritos na técnica, como microbalões de vidro ou plástico, ocluídos por ar ou por serem quimicamente gaseificados. Prefere-se que o material seja quimicamente gaseificado usando sais nitritos de metais alcalinos, como nitrito de sódio ou nitrito de potássio. Tipicamente, uma solução de 20 a 30% de nitrito de sódio é adicionada a uma emulsão a base de nitrato de amônio acidificada. Os íons de nitrito são proto- nados e então reagem com os íons de amônio para gerar gás nitrogênio. Geração do gás é normalmente completada dentro de 20 a 60 minutos. A quantidade de solu- ção de nitrito de sódio utilizada determina a densidade final da composição explosi- va. Densidade da composição explosiva final deve ser idealmente sob 1,15 g/cm3 e mais preferencialmente entre 0,8 a 1,15 g/cc para garantir que a composição irá de- tonar.

[047] Abaixo vários exemplos da invenção são mostrados. Estes são apenas exemplos e não limita de forma alguma a invenção.

Exemplo Comparativo 1 (não desta invenção)

[048] No primeiro exemplo, não parte da presente invenção, emulsão TITAN™ 2000 a 70% em peso foi misturada com o ANFO 30% em peso. A mistura foi acidifi- cada com uma solução de ácido acético a 50% e, em seguida, uma solução a 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva em 0,30% em peso da composição explosiva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,32 g/cc até 1,10 g/cc. A composição explosivo foi carregada em tubos de PVC de 102 mm de diâmetro e detonada usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora de #12. Um VOD de 4.000 m/s foi registrado. A estabili- dade da mistura foi determinada tendo uma classificação Haste de 6 após 28 dias.

Exemplo Comparativo 2 (não desta invenção)

[049] No segundo exemplo que não faz parte da presente invenção, emulsão TITAN ™ 2000 a 80% em peso foi misturada com o produto B a 20%, em peso, e nenhuma sensibilização foi adicionada. A mistura tinha uma densidade de 1,17 g/cc e foi carregada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e detonada. O produto não detonou quando iniciado com um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Estes resultados indicam que o Produto B não fornece a sensibilização à emulsão.

[050] Os exemplos a seguir mostram que a sensibilização é necessária.

Exemplo 3

[051] No terceiro exemplo, emulsão TITAN™ a 80% em peso foi misturada com o produto A a 20% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de 50% em peso de ácido acético e, em seguida, uma solução a 25% em peso de nitrito de só- dio foi adicionada à composição explosiva a 0,3% em peso da composição explosiva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,27 g/cc até 1,10 g/cc. A com- posição explosiva foi carregada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e detona- da usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 3.800 m/s foi registrado. A estabilidade da mistura foi determinada tendo uma classificação de haste de 6 depois de 20 dias, e a mistura quebra depois de 28 dias.

Exemplo 4

[052] Em um quarto exemplo, emulsão TITAN™ 2000 a 80% em peso foi mistura- da com o produto B a 20% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de ácido acético a 50% e, em seguida, uma solução de 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva a 0,2% em peso da composição explosiva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,17 g/cc até 1,02 g/cc. A com- posição explosiva foi carregada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e detona- da usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 4.000 m/s foi registrado. A estabilidade da mistura foi determinada tendo uma classificação Haste, de 7 após 28 dias.

Exemplo 5

[053] Em um quinto exemplo, emulsão TITAN ™ 7000 80% em peso foi misturada com o produto B a 20% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de 50% em peso de ácido acético e, em seguida, uma solução a 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva a 0,2% em peso da composição explo- siva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,22 g/cc até 1,03 g/cc. A composição explosiva foi colocada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e de- tonada usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 5.100 m/s foi registrado.

Exemplo 6

[054] Em um sexto exemplo, emulsão TITAN™ 2000 60% em peso foi misturada com o produto B a 10%, em peso, e ANFO 30% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de 50% em peso de ácido acético e, em seguida, uma solução a 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva a 0,2% em peso da composição explosiva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,23 g/cc até 1,12 g/cc. A composição explosiva foi colocada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e detonada usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 4.500 m/s foi registrado.

Exemplo 7

[055] Em um sétimo exemplo, emulsão TITAN™ 2000 60% em peso foi misturada com o produto B a 20% em peso, e ANFO 20% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de ácido acético a 50% e, em seguida, uma solução de 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva de 0,1% em peso da composição explosiva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,18 g/cc até 1,10 g/cc. A composição explosiva foi colocada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e detonada usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 4.200 m/s foi registrado.

Exemplo 8

[056] Em um oitavo exemplo, emulsão TITAN ™ 7000 80% em peso foi misturada com o produto B a 20% em peso. A mistura foi acidificada com uma solução de 50% em peso de ácido acético e, em seguida, uma solução a 25% em peso de nitrito de sódio foi adicionada à composição explosiva a 0,1% em peso da composição explo- siva total. Esta adição reduziu a composição explosiva de 1,22 g/cc até 1,15 g/cc. A composição explosiva foi colocada em tubos de PVC de 152 mm de diâmetro e de- tonada usando um propugnador 400g Pentolite equipado com uma força detonadora #12. Um VOD de 4.900 m/s foi registrado.

TESTE DE CLASSIFICAÇÃO DE HASTE

[057] Vários componentes foram testados quanto à sua estabilidade, como indi- cado na Tabela 2. Este teste envolveu a mistura do agente de volume, ANFO e/ou emulsão e, em seguida, monitorando o nível de cristalização em emulsão, como uma função do tempo. Isto foi conseguido por meio de uma haste de vidro de 10 mm que é mergulhada na mistura em um ângulo de 45 graus a uma profundidade de cerca de 20 mm para cobrir um lado da haste de vidro com a mistura. A haste de vidro é então ligeiramente batida para remover o excesso de agente de volume, grânulos e/ou emulsão. A haste de vidro é mantida na direção de uma fonte de luz com o lado revestido com a emulsão virada para fora e permitindo que a luz passe através da haste de vidro. A emulsão é então friccionada ligeiramente ao longo da haste de vi- dro três vezes e a proporção de cristais é medida como se segue: -8 = sem cristais; 7 = pequena quantidade de cristais; 6 = metade emulsão/metade cristais; 5 = princi- palmente cristais com alguma emulsão; 4 = Todos os cristais sem emulsão. A mistu- ra é continuamente classificada pela proporção da formação de cristais ao longo do tempo em intervalos conhecidos.

Exemplo 9 – Teste de Estabilidade

[058] Um primeiro teste foi realizado, em conformidade com a invenção, utilizando emulsão TITAN™ 2000 80% em peso foi misturada com o produto B 20%, em peso, e gaseificado com uma densidade de 0,99 g/cc, e isso gerou uma classificação de haste de 7 após 28 dias.

[059] Em contraste, os testes com outras substâncias, como o componente resi- dual gerou resultados inferiores para a estabilidade das emulsões. É altamente pre- ferencial que tais emulsões devam ser estáveis durante pelo menos 14 dias, e prefe- rencialmente, permanecem estáveis durante 28 dias. O teste de estabilidade é prefe- rencialmente o teste de Classificação de Haste, aqui descrito, e uma estabilidade adequada será uma emulsão que tem uma classificação de haste de 6 ou superior, durante pelo menos 14 dias.

Os resultados destes testes são apresentados na Tabela 2, abaixo. Composição Densidade Período Classificação de g/cm³ Haste 80% T2000 e 20% Produto B (Fig 2c) 0,99 28 dias 7 (invenção) 80% T2000 e 20% pneus triturados (Fig 1,03 8 horas >4 3a) 10% plástico misturado triturado (Fig 3b), 0,95 1 dia 4 54% T2000 e 36% ANFO – sem gaseifi- cação 5% plástico misturado triturado (Fig 3b), 1,23 1 dia 4 54% T2000 e 36% ANFO - sem gaseifi- cação 10% pellets de HDPE, 54% T2000 e 36% 1,25 28 dias 6 ANFO – sem gaseificação 10% vinil compactado, 54% T2000 e 1,21 5 dias 4 36% ANFO - sem gaseificação TABELA 2 TESTES DE ESTABILIDADE

[060] Pode ser observado a partir das fotografias de microscópio nas Figuras 2b, 2c, 2d, 3a e 3b dos vários materiais residuais testados, que o material, de acordo com a invenção, nas Figuras 2b, 2c e 2d tem superfícies significativamente mais su- aves e arestas, do que com os pneus triturados na Figura 3a ou plásticos misturados na Figura 3b. Os testes de estabilidade na Tabela 2 mostram que a cristalização ocorre e a emulsão é desestabilizada como resultado.

Exemplo 10 - Teste De Detonação

[061] Os testes foram conduzidos no campo, utilizando composições de detona- ção, tendo como agente de volume os pellets de acordo com a Figura 2b e 2d. Um local foi selecionado, onde a superfície natural foi perfurado com orifícios de dose.

[062] Os resultados destes testes são apresentados na Tabela 3, abaixo.

TABELA 3 Amostra Quantidade Profundidade Densidade VOD (kg/orifício) de orifício (m) (g/cm3) (m/s) 2b 250 8 - 10 1,02 – 1,04 3000 2b 230 - 310 7-8 0,98 – 1,06 3800 2d 250 8 0,94 – 0,98 3900

[063] O teste de detonação envolveu carregar vários orifícios da emulsão de acordo com a invenção. Três doses foram testadas com os resultados, como mos- trado na Tabela 3. O produto detonou em alta ordem e em estado estacionário. Não foram observadas fumaças para originar a qualquer um dos locais carregados com a emulsão de detonação, incluindo os agentes de volume de materiais residuais plás- ticos.

LIBERAÇÃO DE COMPOSIÇÃO EXPLOSIVA

[064] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um caminhão usado para a fabricação e liberação de explosivos a granel em orifícios de uma mina. O caminhão (1), o qual também é conhecido como uma unidade de processamento mel (MPU) tem três seções (10, 20, 30). A primeira e menor seção (10) é geralmente de arma- zenamento de óleo combustível, que compreende, tradicionalmente, apenas cerca de 6% do componente ANFO. A segunda seção (20) é normalmente utilizada para armazenamento do nitrato de amônio por adição a seco. A terceira seção (30) é usada para o armazenamento da emulsão a base de nitrato de amônio.

[065] É preferencial que o material residual seja aproximadamente esférico e cer- ca de 2 a 3 mm em tamanho. O tamanho e o formato permitem que o material tenha propriedades de fluxo semelhantes às do nitrato de amônio por adição a seco. Como resultado, o material residual pode ser substituído na segunda seção (20) do cami-

nhão. A falta de finos e a fluidez do material residual permitem que a segunda seção (20) seja utilizada para ambos os materiais (pellets de material residual ou grânulos AN) sem problemas de contaminação significativos. Além disso, a falta de sensibili- dade do material residual significa que, mesmo que existam alguns restos de materi- al residual nesta seção (20), este não fornecerá uma fonte de ignição ou fornecerá o combustível para o grânulo de nitrato de amônio. Portanto, os caminhões MPU po- dem ser usados para qualquer arranjo e facilmente readaptados, para realizar qual- quer conjunto de componentes de detonação.

[066] O caminhão MPU (1) tem um trado (40) que permite a mistura do material residual com a emulsão. Um agente de redução de densidade também pode ser ali- mentado para dentro da mistura para reduzir a densidade da composição explosiva. Se o agente de redução de densidade é um sal nitrito de metal alcalino, então, uma solução de sal pode ser administrada através de um orifício de entrada (não mostra- do) para o braço do trado (42). A composição de explosivo é liberada no trado (40) em um orifício de explosão (não mostrado).

[067] A composição de detonação de acordo com a invenção, e o seu método de liberação de orifícios de é particularmente benéfica na detonação do solo macio, úmido, como superfícies naturais. A invenção é também benéfica quando a mitiga- ção de fumaça é importante, uma vez que as explosões produzirão um mínimo de fumaça, especialmente fumaças NOx nocivas quando a sensibilização de gás de nitrogênio é utilizada na composição.

[068] Na presente especificação, a menos que o contexto indique claramente de outra forma, o termo “compreende” tem o significado não exclusivo da palavra, no sentido de “incluindo, pelo menos”, em vez do significado exclusiva, no sentido de “que consiste apenas em”. O mesmo se aplica com as correspondentes alterações gramaticais para outras formas da palavra, como “compreendem”, “compreende” e assim por diante.

[069] Embora a invenção seja descrita acima com referência às modalidades es- pecíficas, será apreciado por aqueles especialistas na técnica que não se limitam a essas modalidades, mas podem também existir em muitas outras formas.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[070] A invenção pode ser utilizada nas indústrias de detonação usando as com- posições da invenção, incluindo a mineração, pedreiras, e indústrias de construção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição explosiva CARACTERIZADA por compreender uma emulsão aquosa de: - um componente oxidante, - um componente de combustível de hidrocarboneto contendo emulsificante, e - material residual do tipo combustível em uma forma particulada sólida sem superfícies rugosas e arestas vivas suficientemente de modo a não promover a cris- talização da emulsão.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da presença do material residual por si só não promover a sensibilização da emulsão para permitir uma explosão; uma explosão sendo permitida pela adição posterior de um componente de sensibilização à composição.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato do componente de sensibilização ser um agente redutor de densidade.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do agente oxidante ser selecionado a partir de um ou mais dentre nitrato de amônio, nitrato de sódio ou nitrato de cálcio.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato do agente oxidante ser nitrato de amônio.

6. Composição, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato do agente de redução de densidade ser um sal de um nitrito de metal alcalino e um ácido, que geram gás nitrogênio quando combinados.

7. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da composição do material residual do tipo combustível ser selecionada a partir de qualquer um ou mais dentre: material plástico, borracha, papel, papelão, material de cera e material residual de plástico misturado.

8. Composição, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato da densidade da composição ser reduzida para entre 0,80 e 1,15 g/cm3 pela adição do agente redutor de densidade.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do material residual particulado estar na forma de pellets substancialmente sem superfícies rugosas e arestas vivas.

10. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do material residual particulado ter um tamanho médio de partícula de cerca de 2 a 3 mm.

11. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do material residual compreender de 1% a 50% em peso da composição total.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato do material residual compreender de 10 a 40% em peso da composição total.

13. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do material residual do tipo combustível em uma forma particulada sólida ter um valor no teste de classificação de haste, como aqui descrito, de 6 ou superior.

14. Método para fornecer uma composição explosiva à um local da explosão tendo um ou mais orifícios de explosão para receber a composição, CARACTERIZADO por ser por meio de uma unidade de processamento móvel con- vencional (MPU), a dita unidade compreendendo um caminhão tendo compartimen- tos separados adaptados para manter (a) óleo combustível, (b) grânulos de nitrato de amônio secos, e (c) emulsão a base de nitrato de amônio, e a dita unidade tendo meios para misturar dois ou mais dos componentes dos compartimentos (a), (b) e (c) em conjunto e injetar a mistura resultante em um orifício de explosão, em que o compartimento (b), como alternativa, contém o material particulado residual, e um agente de redução de densidade é adicionado à mistura dos comparti-

mentos (a), (b) e (c) apenas antes dela ser injetada em um orifício de explosão por um trado no MPU, e em que a composição é como definida em qualquer uma das reivindica- ções 1 a 12.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura é injetada no orifício de explosão por meio de um trado.

16. Método para detonar solo macio e úmido CARACTERIZADO por com- preender injetar em um ou mais orifícios de explosão no solo macio e úmido uma quantidade suficiente da composição, como definida em qualquer uma das reivindi- cações 1 a 12, e, em seguida, detonar a composição.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição é injetada nos orifícios de explosão por meio de uma unidade de processamento móvel convencional, a dita unidade compreende um caminhão que tem compartimentos separados adaptados para manter (a) óleo combustível, (b) grânulos de nitrato de amônio secos e (c) emulsão a base de nitrato de amônio, e a dita unidade tendo meios para misturar dois ou mais dos componentes dos compar- timentos (a), (b) e (c) em conjunto e injetar a mistura resultante em um orifício de explosão, em que o compartimento (a), como alternativa, contém o material particulado residual, e um agente de redução de densidade é adicionado à mistura dos comparti- mentos (a), (b) e (c) apenas antes de ser injetado em um orifício de explosão por um trado do MPU.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura é injetada no orifício de explosão por meio de um trado.

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