BR112020010200B1

BR112020010200B1 - Metal mix detonating capsule

Info

Publication number: BR112020010200B1
Application number: BR112020010200-8A
Authority: BR
Inventors: Claudio Nunez Asecio; Chulwon Kim; Sung Kook Kim
Original assignee: Enaex S.A.
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2022-05-03
Also published as: EP3659992A4; ES2886020T3; ZA202001878B; EP3659992B1; AU2018410014B2; EP3659992A1; PE20201324A1; WO2019164027A1; MX2020005672A; AU2018410014A1; AR111294A1; CO2020005323A2; PT3659992T; BR112020010200A2

Abstract

A presente invenção refere-se a uma cápsula detonante de mistura metálica compreendendo: um cilindro externo; um cilindro interno acomodado dentro do cilindro externo; uma mistura metálica de rápida expansão composta por um pó de nitrato de sódio que é um agente oxidante, um pó de óxido férrico que é um agente oxidante, um pó de alumínio que é um agente redutor, um pó lubrificante sólido que é um agente antifricção entre pós, e um pó de preenchimento inorgânico que é um preenchedor de poros entre os pós e é preenchido entre o cilindro externo e o cilindro interno; uma mistura metálica de detonação rápida composta de um pó de nitrato de sódio que é um agente oxidante, um pó de óxido férrico que é um agente oxidante, um pó de óxido de cobre que é um agente oxidante, um pó de alumínio que é um agente redutor e um pó de magnésio que é um agente redutor e é misturado em uma razão de peso maior que a do pó de alumínio e preenchida no cilindro interno; e um meio de geração de faísca elétrica incorporado na mistura metálica de detonação rápida.The present invention relates to a metallic mixture detonating capsule comprising: an outer cylinder; an inner cylinder accommodated within the outer cylinder; a rapidly expanding metallic mixture composed of a sodium nitrate powder which is an oxidizing agent, a ferric oxide powder which is an oxidizing agent, an aluminum powder which is a reducing agent, a solid lubricating powder which is an anti-friction agent between powders, and an inorganic filler powder which is a pore filler between the powders and is filled between the outer cylinder and the inner cylinder; a fast detonating metallic mixture composed of a sodium nitrate powder which is an oxidizing agent, a ferric oxide powder which is an oxidizing agent, a copper oxide powder which is an oxidizing agent, an aluminum powder which is an reducing agent and a magnesium powder which is a reducing agent and is mixed at a weight ratio greater than that of aluminum powder and filled into the inner cylinder; and an electrical spark generating means incorporated into the fast detonating metallic mixture.

Description

TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[01] A presente invenção refere-se a uma cápsula detonante de mistura metálica e, muito particularmente, a uma cápsula detonante de mistura metálica que compreende um sal metálico como agente oxidante e um pó metálico como agente redutor.[01] The present invention relates to a metallic mixture detonating capsule and, very particularly, to a metallic mixture detonating capsule comprising a metallic salt as an oxidizing agent and a metallic powder as a reducing agent.

INFORMATION ABOUT THE INVENTION

[02] A patente coreana no 10-0213577 descreve uma mistura metálica de expansão rápida, que compreende um sal metálico como agente oxidante, um pó metálico, cujo volume aumenta através de uma reação exotérmica, enquanto se oxida por meio do sal metálico, e um promotor de reação, para promover a reação de oxidação do sal metálico e do pó metálico. O sal metálico é composto por um nitrato, que oxida o pó metálico, e por um óxido metálico, que determina a velocidade de oxidação do pó metálico, enquanto o pó metálico se oxida. À medida que a quantidade de óxido metálico adicionado aumenta, a velocidade de oxidação diminui. Os exemplos de sal metálico incluem nitratos, tais como nitrato de ferro, nitrato de cobre, nitrato de bário, nitrato de manganês, nitrato de magnésio, nitrato de potássio, nitrato de sódio e nitrato de cálcio, e óxidos metálicos, tais como trióxido de diferro, tetróxido de triferro, óxido de cobre, dióxido de manganês, trióxido de diníquel e óxido de chumbo. O nitrato tem a função de oxidar o pó metálico, e o óxido metálico tem as funções de oxidar o pó metálico e, também, determinar a velocidade de oxidação do pó metálico. Os exemplos de pó metálico incluem alumínio, manganês, magnésio e outros metais que podem ser utilizados como agentes redutores. O promotor de reação é composto por um promotor de oxidação, que promove a reação de oxidação do sal metálico e do pó metálico, quando a mistura metálica de expansão rápida é efetuada através de uma faísca elétrica ou por meio de um iniciador e um eletrólito de indução de faísca elétrica, que induz e promove a reação de oxidação do sal metálico e do pó metálico, quando a mistura metálica de expansão rápida é efetuada por uma faísca elétrica. Como promotor de oxidação pode-se utilizar sulfato de sódio, sulfato de magnésio, sulfato de ferro, sulfato de manganês, sulfato de níquel, sulfato de cálcio e outros sulfatos metálicos, sozinhos ou em combinações dos mesmos, e como eletrólito de indução de faísca elétrica pode-se utilizar uma solução resultante da dissolução de uma pequena quantidade de borato de amônio e nitrato ou sulfato em glicerina ou álcool, tal como etilenoglicol. A mistura metálica de expansão rápida é inserida em um cartucho (ou uma cápsula) e o eletrodo positivo e o eletrodo negativo, conectados por um cabo de resistência, são enterrados na mistura metálica de expansão rápida. Em seguida, quando uma tensão de corrente contínua (CC) de 3.000 V ou mais é aplicada a ambos os eletrodos, gera-se uma faísca elétrica, a 1.500 °C ou mais, entre os eletrodos, ao fundir o cabo de resistência, de forma que o oxigênio decomposto no sal metálico, entre os eletrodos com choque térmico, combina-se instantaneamente com o pó de metal vaporizado, o que resulta em uma reação de oxidação em cadeia. Como tal, o pó metálico se oxida rapidamente por meio do nitrato, e o pó metálico se oxida com uma ligeira diferença de tempo, devido ao óxido metálico. Quando inicia a reação de oxidação do sal metálico e do pó metálico, gera-se novamente uma temperatura alta de 10.000 °C ou mais e o pó metálico no cartucho se oxida instantaneamente, de forma que o volume do pó metálico, do sal metálico e do produto de reação de oxidação se expande rapidamente. Quando a desintegração de rochas é realizada através do uso de uma mistura metálica de expansão rápida, a rocha sofre rachadura, devido à expansão rápida do volume, e quando a temperatura baixa, a reação de oxidação para imediatamente e ocorre uma contração, o que permite a desintegração segura de rochas, sem vibrações, ruído ou dispersão de fragmentos de rocha. Por consequência, a mistura metálica de expansão rápida pode ser empregada de maneira útil, no desenvolvimento mineiro e em obras civis.[02] Korean Patent No. 10-0213577 describes a rapidly expanding metallic mixture comprising a metallic salt as an oxidizing agent, a metallic powder whose volume increases through an exothermic reaction while oxidizing through the metallic salt, and a reaction promoter, to promote the oxidation reaction of metal salt and metal powder. The metal salt is composed of a nitrate, which oxidizes the metal powder, and a metal oxide, which determines the rate of oxidation of the metal powder, while the metal powder oxidizes. As the amount of added metal oxide increases, the rate of oxidation decreases. Examples of the metal salt include nitrates such as iron nitrate, copper nitrate, barium nitrate, manganese nitrate, magnesium nitrate, potassium nitrate, sodium nitrate and calcium nitrate, and metal oxides such as Diferro, triiron tetroxide, copper oxide, manganese dioxide, dinickel trioxide and lead oxide. The nitrate has the function of oxidizing the metallic powder, and the metallic oxide has the functions of oxidizing the metallic powder and, also, determining the oxidation rate of the metallic powder. Examples of metal powder include aluminum, manganese, magnesium and other metals that can be used as reducing agents. The reaction promoter is composed of an oxidation promoter, which promotes the oxidation reaction of the metallic salt and the metallic powder, when the fast expanding metallic mixture is carried out through an electric spark or through an initiator and an electrolyte of electric spark induction, which induces and promotes the oxidation reaction of metal salt and metal powder, when fast expanding metal mixing is effected by an electric spark. As an oxidation promoter, sodium sulfate, magnesium sulfate, iron sulfate, manganese sulfate, nickel sulfate, calcium sulfate and other metallic sulfates can be used, alone or in combinations thereof, and as a spark-inducing electrolyte. A solution resulting from the dissolution of a small amount of ammonium borate and nitrate or sulfate in glycerin or alcohol, such as ethylene glycol, may be used. The fast-expanding metallic mixture is inserted into a cartridge (or a capsule) and the positive and negative electrodes, connected by a resistance cable, are buried in the fast-expanding metallic mixture. Then, when a direct current (DC) voltage of 3000 V or more is applied to both electrodes, an electrical spark at 1500 °C or more is generated between the electrodes when melting the resistance cable, so that so that the oxygen decomposed in the metallic salt, between the electrodes with thermal shock, instantly combines with the vaporized metal powder, which results in an oxidation chain reaction. As such, metal powder oxidizes rapidly through nitrate, and metal powder oxidizes with a slight time difference due to metal oxide. When the oxidation reaction of metal salt and metal powder starts, a high temperature of 10,000 °C or more is generated again and the metal powder in the cartridge oxidizes instantly, so that the volume of metal powder, metal salt and of the oxidation reaction product expands rapidly. When the disintegration of rocks is carried out through the use of a rapidly expanding metallic mixture, the rock undergoes cracking, due to the rapid expansion of the volume, and when the temperature drops, the oxidation reaction stops immediately and a contraction occurs, which allows the safe disintegration of rocks, without vibrations, noise or scattering of rock fragments. Consequently, the rapidly expanding metallic mixture can be used usefully in mining development and civil works.

[03] No entanto, a invenção da patente coreana no 10-0213577 é problemática, pois é difícil desencadear a reação de oxidação inicial ou iniciar a reação de oxidação, apesar da aplicação de uma faísca elétrica.[03] However, the invention of Korean patent No 10-0213577 is problematic as it is difficult to trigger the initial oxidation reaction or start the oxidation reaction despite the application of an electric spark.

[04] Na mistura metálica de expansão rápida, que é armazenada e transportada ao canteiro, no estado de carga no cartucho, há muitos casos em que é difícil desencadear a reação de oxidação, inclusive quando uma faísca elétrica é aplicada. As razões para isso são descritas a seguir.[04] In the fast expanding metallic mixture, which is stored and transported to the jobsite, in the state of charge in the cartridge, there are many cases in which it is difficult to trigger the oxidation reaction, including when an electric spark is applied. The reasons for this are described below.

[05] Na mistura metálica de expansão rápida, a superfície do pó metálico utilizado como agente redutor se oxida facilmente, quando exposta à umidade ou ao oxigênio do ar. A superfície de pó metálico assim oxidada tem um ponto de fusão muito alto, em comparação com o metal não oxidado. Quando o pó de metal se mistura com um sal de metal, um promotor de reação e similares, e é em seguida inserido no cartucho, o pó de metal se expõe à umidade ou ao oxigênio do ar e sua superfície se oxida e, portanto, a reação de oxidação não se ativa (não se inicia) facilmente em uma aplicação no mundo real.[05] In the fast expanding metallic mixture, the surface of the metallic powder used as a reducing agent is easily oxidized when exposed to moisture or oxygen in the air. The metal powder surface thus oxidized has a very high melting point compared to the unoxidized metal. When metal powder is mixed with a metal salt, a reaction promoter, and the like, and is then inserted into the cartridge, the metal powder is exposed to moisture or oxygen in the air and its surface is oxidized and therefore oxidized. the oxidation reaction does not activate (does not start) easily in a real world application.

[06] Para evitar que o pó metálico se oxide e se degrade, a publicação de requerimento de patente coreana no 10-2003-0037707 descreve um método para acrescentar óleo ou um conservante inorgânico. No entanto, quando um cabo de resistência é utilizado para conectar os eletrodos e uma alta tensão é aplicada aos mesmos, gera-se uma faísca elétrica na trajetória do cabo de resistência, ao fundir o cabo de resistência, devido à grande corrente. Como tal, a faísca elétrica gerada tem uma temperatura alta de 1.500 °C ou mais para fundir os eletrodos e, portanto, os eletrodos desaparecem em um tempo extremamente curto. Entretanto, considerando que o óleo ou conservante inorgânico dificulta a transferência instantânea da alta temperatura da faísca elétrica ao sal metálico e ao pó metálico, o óleo ou conservante inorgânico pode interferir no início de uma reação redox eficiente entre o pó metálico e o metal sal, no percurso de desencadear a reação de oxidação.[06] To prevent metal powder from oxidizing and degrading, Korean patent application publication No. 10-2003-0037707 describes a method of adding oil or an inorganic preservative. However, when a resistance cable is used to connect the electrodes and a high voltage is applied to them, an electric spark is generated in the resistance cable path, when the resistance cable melts, due to the large current. As such, the generated electrical spark has a high temperature of 1500°C or more to melt the electrodes and hence the electrodes disappear in an extremely short time. However, whereas the inorganic oil or preservative hinders the instantaneous transfer of the high temperature electrical spark to the metallic salt and metal powder, the inorganic oil or preservative can interfere with the initiation of an efficient redox reaction between the metallic powder and the metal salt, in the course of triggering the oxidation reaction.

[07] Como constatado em uma variedade de resultados de testes, o sulfato de sódio, o sulfato de magnésio, o sulfato de ferro, o sulfato de manganês, o sulfato de níquel, o sulfato de cálcio e outros sulfatos metálicos, que são utilizados como promotor da oxidação na patente coreana no 10-0213577, dificultam o desencadeamento da reação de oxidação inicial, e o eletrólito de indução de faísca elétrica, que é uma solução resultante da dissolução de uma pequena quantidade de borato de amônio e nitrato ou sulfato em glicerina ou álcool, como o etilenoglicol, interfere na geração da faísca elétrica e encurta o tempo durante o qual a faísca elétrica se mantém.[07] As found in a variety of test results, sodium sulfate, magnesium sulfate, iron sulfate, manganese sulfate, nickel sulfate, calcium sulfate and other metallic sulfates, which are used as oxidation promoter in Korean patent no 10-0213577, make it difficult to trigger the initial oxidation reaction, and the electric spark induction electrolyte, which is a solution resulting from the dissolution of a small amount of ammonium borate and nitrate or sulfate in glycerin or alcohol such as ethylene glycol interferes with the generation of the electrical spark and shortens the time the electrical spark is maintained.

[08] Apesar das vantagens da mistura metálica de expansão rápida, tais como baixo nível de ruído e de vibração e zero dispersão, a baixa probabilidade de desencadear ou iniciar a reação de oxidação da mistura metálica de expansão rápida é considerada uma das principais causas de inibição da aplicação da mistura metálica de expansão rápida à operação de desintegração de rochas. Caso o desencadeamento da reação de oxidação seja baixo, a desintegração de rochas deve ser realizada repetidamente, devendo-se eliminar da rocha os cartuchos com falhas de ignição e instalar em seguida novos cartuchos, reduzindo assim o número de cartuchos da mistura metálica de expansão rápida que podem ser detonados simultaneamente aplicando a mesma quantidade de energia elétrica.[08] Despite the advantages of the fast expanding metallic mixture, such as low noise and vibration and zero dispersion, the low probability of triggering or starting the oxidation reaction of the fast expanding metallic mixture is considered one of the main causes of inhibition of the application of the rapidly expanding metallic mixture to the rock disintegration operation. If the triggering of the oxidation reaction is low, the disintegration of rocks must be carried out repeatedly, removing the cartridges with misfires from the rock and then installing new cartridges, thus reducing the number of cartridges of the rapidly expanding metallic mixture. that can be detonated simultaneously by applying the same amount of electrical energy.

[09] Com a finalidade de resolver o problema relacionado com a baixa probabilidade de desencadear ou iniciar a reação de oxidação da mistura metálica de expansão rápida, a patente coreana número 10-0770316 descreve o uso de uma composição de iniciação. Tipicamente, uma composição de iniciação é um explosivo, utilizado para provocar a combustão na pólvora, e uma mistura de tiocianato de chumbo e clorato de potássio ou dinitroso-resorcinato de chumbo é utilizada como a composição de iniciação, que é acesa por um iniciador elétrico. A composição de iniciação, como uma mistura de tiocianato de chumbo e clorato de potássio ou dinitroso-resorcinato de chumbo, tem uma temperatura de ignição de aproximadamente 8.000 °C no momento do acendimento e, portanto, não tem problemas para acender uma pólvora típica; no entanto, é problemática, porque a temperatura de ignição da mesma é baixa demais para provocar o desencadeamento da reação de oxidação da mistura metálica de expansão rápida, que é composta principalmente por sal metálico e pó metálico, o que faz com que seja impossível desencadear a reação de oxidação. Por esta razão, ainda não foi utilizado na indústria um método para acender uma mistura metálica de expansão rápida, através da utilização da composição de iniciação descrita na patente coreana no 10-0770316.[09] In order to solve the problem related to the low probability of triggering or initiating the oxidation reaction of the fast expanding metallic mixture, Korean patent number 10-0770316 describes the use of an initiating composition. Typically, an initiating composition is an explosive, used to ignite gunpowder, and a mixture of lead thiocyanate and potassium chlorate or lead dinitroso-resorcinate is used as the initiating composition, which is ignited by an electric initiator. . The starter composition, such as a mixture of lead thiocyanate and potassium chlorate or dinitroso-lead resorcinate, has an ignition temperature of approximately 8000°C at the time of firing and therefore has no problem igniting typical gunpowder; however, it is problematic, because its ignition temperature is too low to trigger the oxidation reaction of the fast-expanding metallic mixture, which is mainly composed of metallic salt and metallic powder, which makes it impossible to trigger the oxidation reaction. For this reason, a method for igniting a rapidly expanding metallic mixture using the starter composition described in Korean Patent No. 10-0770316 has not yet been used in the industry.

DISCLOSURE OF THE INVENTION Technical problem

[10] Em consequência, a presente invenção foi realizada, considerando os problemas de uma mistura metálica de expansão rápida convencional, que se encontra na técnica relacionada, e o objetivo da presente invenção é proporcionar uma cápsula detonante de mistura metálica, mediante o uso de uma mistura metálica de expansão rápida, que pode iniciar facilmente a reação de oxidação, ao utilizar uma faísca elétrica.[10] Accordingly, the present invention has been carried out considering the problems of a conventional fast expanding metallic mixture, which is found in the related art, and the object of the present invention is to provide a metallic mixture detonating capsule, through the use of a rapidly expanding metallic mixture, which can easily start the oxidation reaction by using an electric spark.

TECHNICAL SOLUTION OF THE INVENTION

[11] Para atingir o objetivo anterior, a presente invenção proporciona uma cápsula detonante de mistura metálica, que compreende um cartucho externo, um cartucho interno alojado no cartucho externo, uma mistura metálica de expansão rápida inserida entre o cartucho externo e o cartucho interno e que compreende pó de nitrato de sódio, pó de óxido férrico, pó de alumínio, pó lubrificante sólido e pó de preenchimento de vidro, uma mistura metálica de ativação rápida inserida no cartucho interno e que compreende pó de nitrato de sódio, pó de óxido férrico, pó de óxido de cobre, pó de alumínio e pó de magnésio de maior porcentagem em peso que o pó de alumínio, e uma unidade de geração de faíscas elétricas, integrada na mistura metálica de ativação rápida.[11] To achieve the foregoing object, the present invention provides a metallic mixture detonating capsule, which comprises an outer cartridge, an inner cartridge housed in the outer cartridge, a rapidly expanding metallic mixture inserted between the outer cartridge and the inner cartridge and comprising Sodium Nitrate Powder, Ferric Oxide Powder, Aluminum Powder, Solid Lubricant Powder, and Glass Fill Powder, a quick-activating metallic mixture inserted into the inner cartridge and comprising sodium nitrate powder, ferric oxide powder , copper oxide powder, aluminum powder and magnesium powder of a higher percentage by weight than aluminum powder, and an electric spark generation unit, integrated in the quick-activation metallic mixture.

ADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION

[12] Segundo a presente invenção -ao contrário de uma mistura metálica convencional de expansão rápida, na qual somente são providas varetas de eletrodos-, um grupo de materiais no qual uma reação de oxidação do metal ocorre de maneira eficiente e precisa devido a uma faísca elétrica (uma mistura metálica de ativação rápida) é selecionado e em seguida inserido no cartucho interno; após isso o cartucho interno é integrado na mistura metálica de expansão rápida, alojada no cartucho externo, e a mistura metálica de ativação rápida no cartucho interno explode devido a uma faísca elétrica. Como tal, o grande calor gerado deste modo provoca a reação de oxidação em cadeia da mistura metálica de expansão rápida no cartucho externo, de forma que o desencadeamento da reação de oxidação da mistura metálica de expansão rápida pode ser melhorado em grande medida e, além disso, o número de cartuchos que pode ser detonado simultaneamente, aplicando- se a mesma quantidade de energia, pode aumentar no mínimo dez vezes, o que melhora significativamente a eficiência do trabalho no canteiro de desintegração de rochas.[12] According to the present invention -unlike a conventional fast expanding metallic mixture, in which only electrode rods are provided-, a group of materials in which an oxidation reaction of the metal takes place efficiently and precisely due to a electric spark (a quick-activating metallic mixture) is selected and then inserted into the inner cartridge; after that the inner cartridge is integrated into the fast-expanding metallic mixture housed in the outer cartridge, and the fast-activating metallic mixture in the inner cartridge explodes due to an electrical spark. As such, the great heat generated in this way causes the oxidation chain reaction of the fast-expanding metallic mixture in the outer cartridge, so that the triggering of the oxidation reaction of the fast-expanding metallic mixture can be greatly improved, and in addition Furthermore, the number of cartridges that can be detonated simultaneously, applying the same amount of energy, can be increased by at least tenfold, which significantly improves the work efficiency at the rock disintegration site.

DESCRIPTION OF THE FIGURES

[13] A Figura 1 é uma vista em seção transversal, que mostra o cartucho externo, o cartucho interno e a unidade de geração de faísca elétrica de uma cápsula detonante de mistura metálica, de acordo com uma modalidade da presente invenção.[13] Figure 1 is a cross-sectional view showing the outer cartridge, inner cartridge, and electrical spark generating unit of a metal-mixed detonating pod, in accordance with an embodiment of the present invention.

[14] A Figura 2 é uma vista detalhada da parte principal da Figura 1.[14] Figure 2 is a detailed view of the main part of Figure 1.

[15] A Figura 3 é uma vista em seção transversal, que mostra uma mistura metálica de expansão rápida e uma mistura metálica de ativação rápida inseridas respectivamente no cartucho externo e no cartucho interno da cápsula detonante da mistura metálica da Figura 1.[15] Figure 3 is a cross-sectional view showing a rapidly expanding metallic mixture and a rapidly activating metallic mixture inserted respectively into the outer cartridge and the inner cartridge of the detonating cartridge of the metallic mixture of Figure 1.

[16] A Figura 4 é uma vista em seção transversal, que mostra o cartucho externo, o cartucho interno e a unidade de geração de faísca elétrica de uma cápsula detonante de mistura metálica, de acordo com outra modalidade da presente invenção.[16] Figure 4 is a cross-sectional view showing the outer cartridge, inner cartridge, and electrical spark generating unit of a metal-mixed detonating pod, in accordance with another embodiment of the present invention.

[17] E por fim, a Figura 5 é uma vista em seção transversal, que mostra uma mistura metálica de expansão rápida e uma mistura metálica de ativação rápida, respectivamente inseridas no cartucho externo e no cartucho interno da cápsula detonante da mistura metálica da Figura 4.[17] Finally, Figure 5 is a cross-sectional view, which shows a fast-expanding metallic mixture and a fast-activating metallic mixture, respectively, inserted into the external cartridge and the internal cartridge of the detonating capsule of the metallic mixture of Figure 4.

MODE OF CARRYING OUT THE INVENTION

[18] A seguir, será apresentada uma descrição detalhada de uma cápsula detonante de mistura metálica, de acordo com as modalidades da presente invenção, com referência às figuras em anexo.[18] In the following, a detailed description of a metallic mixture detonating capsule, according to the embodiments of the present invention, will be presented, with reference to the accompanying figures.

[19] A presente invenção inclui uma mistura metálica de expansão rápida, que compreende um pó de sal metálico, que serve como agente oxidante, um pó metálico, cujo volume aumenta através de uma reação exotérmica, enquanto é oxidado pelo pó de sal metálico, e pó lubrificante sólido, que é inserido entre os pós para eliminar assim a fricção entre os mesmos, durante a mistura do pó de sal metálico e do pó metálico. Como agente oxidante, o pó de sal metálico é composto, preferentemente, por pó de nitrato de sódio e pó de óxido férrico, que são misturados em uma relação em peso de 1:2 a 2:1, e o pó de sal metálico é utilizado, preferentemente, em uma quantidade de 50% a 90% em peso, com base no peso total da mistura metálica de expansão rápida. O pó metálico é, preferentemente, pó de alumínio, e é utilizado, preferentemente, em uma quantidade de 9% a 45% em peso. O lubrificante sólido é, preferentemente, estearato de zinco, e é utilizado, preferentemente, em uma quantidade de 1% a 5% em peso. A mistura metálica de expansão rápida é capaz de gerar força de expansão rápida e necessária para desintegrar rochas, sob a condição de que o pó de sal metálico e o pó de metal oxidado pelo pó de sal metálico são misturados uniformemente. Para este fim, o pó de sal metálico e o pó de metal são misturados uniformemente, e o pó lubrificante sólido é acrescentado aos mesmos, evitando assim a fricção entre os pós durante o processo de mistura e a geração de faíscas devidas à fricção, de modo que o pó de sal de metal e o pó de metal podem se misturar de maneira muito uniforme, sem risco de ocorrer uma explosão.[19] The present invention includes a rapidly expanding metallic mixture, which comprises a metallic salt powder, which serves as an oxidizing agent, a metallic powder, whose volume increases through an exothermic reaction as it is oxidized by the metallic salt powder, and solid lubricating powder, which is inserted between the powders to thereby eliminate friction between them during mixing of the metal salt powder and the metal powder. As an oxidizing agent, the metal salt powder is preferably composed of sodium nitrate powder and ferric oxide powder, which are mixed in a weight ratio of 1:2 to 2:1, and the metal salt powder is preferably used in an amount of 50% to 90% by weight, based on the total weight of the rapidly expanding metallic mixture. The metal powder is preferably aluminum powder, and is preferably used in an amount of 9% to 45% by weight. The solid lubricant is preferably zinc stearate, and is preferably used in an amount of 1% to 5% by weight. The fast expanding metal mixture is capable of generating the rapid expansion force necessary to disintegrate rocks, under the condition that the metal salt powder and the metal powder oxidized by the metal salt powder are mixed uniformly. For this purpose, the metal salt powder and the metal powder are mixed evenly, and solid lubricating powder is added to them, thus preventing friction between the powders during the mixing process and the generation of sparks due to friction, so so that metal salt powder and metal powder can mix very evenly without risk of explosion.

[20] Inclusive quando a mistura do pó de sal metálico e do pó metálico se combina com o pó lubrificante sólido, é formada uma camada de ar entre os pós e a umidade ou oxigênio do ar oxida o pó metálico. Para evitar os problemas anteriores, a mistura metálica de expansão rápida inclui, além disso, pó de preenchimento inorgânico que pode preencher o espaço entre o pó de sal metálico e o pó metálico. O material de preenchimento inorgânico é, preferentemente, esferas ocas de vidro, e é utilizado em uma quantidade de 1% a 5% em peso, com base na massa da mistura do sal de metal em pó com o pó de metal.[20] Even when the mixture of metal salt powder and metal powder is combined with solid lubricating powder, an air layer is formed between the powders and moisture or oxygen in the air oxidizes the metal powder. To avoid the above problems, the fast expanding metal mixture further includes inorganic filler powder which can fill the space between the metal salt powder and the metal powder. The inorganic filler material is preferably hollow glass spheres, and is used in an amount of 1% to 5% by weight, based on the mass of the powdered metal salt mixture with the metal powder.

[21] O pó lubrificante sólido e o pó de preenchimento inorgânico são componentes que são muito úteis para fabricar a mistura metálica de expansão rápida e para evitar o contato com o ar, mas podem atuar como obstáculos no momento de a faísca elétrica desencadear a reação de oxidação da mistura metálica de expansão rápida. Portanto, a presente invenção não utiliza a mistura metálica de expansão rápida para desencadear a reação de oxidação ao redor dos eletrodos.[21] Solid lubricating powder and inorganic filler powder are components that are very useful to manufacture the fast expanding metallic mixture and to avoid contact with air, but they can act as obstacles when the electrical spark triggers the reaction. oxidation of the rapidly expanding metallic mixture. Therefore, the present invention does not use the rapidly expanding metallic mixture to trigger the oxidation reaction around the electrodes.

[22] Tal como é mostrado nas Figuras 3 e 5, uma cápsula detonante de mistura metálica segundo a presente invenção é configurada para incluir um cartucho externo 1, que constitui uma cobertura externa do mesmo; um cartucho interno 7, que tem um diâmetro e um comprimento menores que os do cartucho externo 1 e está alojado no cartucho externo 1; uma mistura metálica de expansão rápida 21 inserida entre o cartucho externo 1 e o cartucho interno 7 e que compreende pó de nitrato de sódio como agente oxidante, pó de óxido férrico como agente oxidante, pó de alumínio como agente redutor e pó lubrificante sólido para eliminar a fricção no pó de alumínio, e pó de preenchimento inorgânico para preencher uma camada de ar entre os pós; uma mistura metálica de ativação rápida 23 inserida no cartucho interno 7 e que compreende pó de nitrato de sódio como agente oxidante, pó de óxido férrico como agente oxidante, pó de óxido de cobre como agente oxidante, pó de alumínio como agente redutor, e pó de magnésio como agente redutor; e as unidades de geração de faíscas elétricas 11a, 11b, 13 integradas na mistura metálica de ativação rápida 23.[22] As shown in Figures 3 and 5, a metallic mixture detonator capsule according to the present invention is configured to include an external cartridge 1, which constitutes an external cover thereof; an inner cartridge 7, which has a smaller diameter and length than the outer cartridge 1 and is housed in the outer cartridge 1; a rapidly expanding metallic mixture 21 inserted between the outer cartridge 1 and the inner cartridge 7 and comprising sodium nitrate powder as an oxidizing agent, ferric oxide powder as an oxidizing agent, aluminum powder as a reducing agent and solid lubricating powder to eliminate friction in aluminum powder, and inorganic fill powder to fill a layer of air between the powders; a quick-activating metallic mixture 23 inserted into the inner cartridge 7 and comprising sodium nitrate powder as an oxidizing agent, ferric oxide powder as an oxidizing agent, copper oxide powder as an oxidizing agent, aluminum powder as a reducing agent, and powder of magnesium as a reducing agent; and the electric spark generating units 11a, 11b, 13 integrated in the quick-acting metallic mixture 23.

[23] A mistura metálica de expansão rápida 21 e a mistura metálica de ativação rápida 23 diferem em sua composição. A mistura metálica de ativação rápida 23 exclui o lubrificante sólido e o preenchimento inorgânico que são incluídos na mistura metálica de expansão rápida 21 e contém óxido de cobre -que não está incluído na mistura metálica de expansão rápida 21, e tem um conteúdo de oxigênio relativamente baixo, mas libera oxigênio a uma temperatura relativamente baixa- como o agente oxidante, e o pó de magnésio -que não está incluído na mistura metálica de expansão rápida 21 e tem uma força de expansão fraca, devido ao calor relativamente baixo gerado pela oxidação, mas se oxida a uma temperatura relativamente baixa- como o agente redutor. O óxido férrico libera oxigênio a uma temperatura alta, em comparação com o nitrato de sódio, e o óxido de cobre libera oxigênio a uma temperatura baixa, em comparação com o nitrato de sódio. O magnésio se submete rapidamente a uma reação exotérmica com oxigênio, a baixa temperatura, em comparação com o alumínio. Portanto, tal diferença na composição traz uma grande diferença na facilidade de desencadear a reação de oxidação entre a mistura metálica de expansão rápida 21 e a mistura metálica de ativação rápida 23.[23] Fast expanding metallic mixture 21 and fast activating metallic mixture 23 differ in their composition. The fast-expanding metallic mixture 23 excludes the solid lubricant and inorganic filler that are included in the fast-expanding metallic mixture 21 and contains copper oxide - which is not included in the fast-expanding metallic mixture 21, and has a relatively high oxygen content. low, but releases oxygen at a relatively low temperature - like the oxidizing agent, and magnesium powder - which is not included in the fast expanding metallic mixture 21 and has a weak expansion force, due to the relatively low heat generated by the oxidation, but it oxidizes at a relatively low temperature - like the reducing agent. Ferric oxide releases oxygen at a high temperature compared to sodium nitrate, and copper oxide releases oxygen at a low temperature compared to sodium nitrate. Magnesium readily undergoes an exothermic reaction with oxygen at low temperature compared to aluminum. Therefore, such a difference in composition makes a big difference in the ease of triggering the oxidation reaction between the fast expanding metallic mixture 21 and the fast activating metallic mixture 23.

[24] Na cápsula detonante de mistura metálica segundo a presente invenção, a mistura metálica de ativação rápida 23, que exclui o lubrificante sólido e a carga inorgânica, e contém óxido de cobre -que tem um conteúdo de oxigênio relativamente baixo, mas libera oxigênio a uma temperatura relativamente baixa- como agente oxidante e o pó de magnésio -que tem uma força de expansão fraca, devido ao calor relativamente baixo gerado pela oxidação, mas se oxida a uma temperatura relativamente baixa- como agente redutor, é inserida no cartucho interno 7 e, portanto, é colocada ao redor das unidades de geração de faísca elétrica 11a, 11b, 13, de modo que a reação de oxidação dispara muito rapidamente, sem falhas, devido à faísca elétrica.[24] In the metallic mixture detonator capsule of the present invention, the quick-activating metallic mixture 23, which excludes the solid lubricant and inorganic filler, and contains copper oxide - which has a relatively low oxygen content, but releases oxygen at a relatively low temperature- as an oxidizing agent and the magnesium powder -which has a weak expansion force, due to the relatively low heat generated by the oxidation, but oxidizes at a relatively low temperature- as a reducing agent, is inserted into the inner cartridge 7 and is therefore placed around the electric spark generating units 11a, 11b, 13 so that the oxidation reaction fires very quickly without failure due to the electric spark.

[25] Por outro lado, somente o pó de alumínio, que tem um alto calor gerado pela oxidação e, portanto, uma força de expansão muito grande, mas que se oxida a uma temperatura relativamente alta, está contido em uma grande quantidade como agente redutor no cartucho externo 1, incrementando assim ao máximo a força de expansão da cápsula detonante da mistura metálica.[25] On the other hand, only aluminum powder, which has a high heat generated by oxidation and therefore a very large expansion force, but which oxidizes at a relatively high temperature, is contained in a large amount as an agent. reducer in the external cartridge 1, thus maximizing the expansion force of the detonating capsule of the metallic mixture.

[26] Na mistura metálica de ativação rápida, que compreende pó de nitrato de sódio, pó de óxido férrico, pó de óxido de cobre, pó de alumínio e pó de magnésio, 10% a 27% em peso de pó de nitrato de sódio, 15% a 30% em peso de pó de óxido férrico, 10% a 28% em peso de pó de óxido de cobre, 5% a 14,99% em peso de pó de alumínio e 15% a 28% em peso de pó de magnésio são misturados com base no seu peso total. Nesse momento, a relação em peso do pó de magnésio para o pó total é sempre maior que a relação em peso do pó de alumínio para o pó total. Quando a relação em peso de pó de alumínio é maior que a relação em peso de pó de magnésio, a capacidade de ativação oxidativa reduz consideravelmente.[26] In the quick-activating metallic mixture, which comprises sodium nitrate powder, ferric oxide powder, copper oxide powder, aluminum powder and magnesium powder, 10% to 27% by weight of sodium nitrate powder , 15% to 30% by weight of ferric oxide powder, 10% to 28% by weight of copper oxide powder, 5% to 14.99% by weight of aluminum powder and 15% to 28% by weight of Magnesium powders are mixed based on their total weight. At that time, the weight ratio of magnesium powder to total powder is always greater than the weight ratio of aluminum powder to total powder. When the weight ratio of aluminum powder is greater than the weight ratio of magnesium powder, the capacity for oxidative activation is reduced considerably.

[27] A mistura metálica de expansão rápida pode compreender, além disso, um agente impermeabilizante, em uma pequena quantidade (menos de 2% com base na massa total da mesma). O agente impermeabilizante é, preferentemente, óleo.[27] The fast expanding metallic mixture may further comprise a waterproofing agent in a small amount (less than 2% based on the total mass thereof). The waterproofing agent is preferably oil.

[28] Tal como é mostrado na Figura 1, quando o cartucho externo 1 é curto, somente uma extremidade do mesmo se une ao cartucho interno 7 e a extremidade restante do mesmo é selada com uma tampa inferior do cartucho externo 5.[28] As shown in Figure 1, when the outer cartridge 1 is short, only one end of it joins the inner cartridge 7 and the remaining end of the same is sealed with a bottom cap of the outer cartridge 5.

[29] Tal como é mostrado na Figura 2, para unir o cartucho interno 7 ao interior do cartucho externo 1, a porção central de uma tampa superior do cartucho externo 3 é desenhada como uma forma vazia, e o cartucho interno 7 e a tampa superior do cartucho interno 19 são unidos à porção central da tampa superior do cartucho externo 3. Os eletrodos 11a, 11b fixados pelos suportes de eletrodos 15 são providos no cartucho interno 7 e na tampa superior do cartucho interno 19. Os eletrodos 11a, 11b estão conectados a um dispositivo de geração de alta tensão de CC (não mostrado) por meio de cabos condutores 21a, 21b, que passam através da tampa superior do cartucho interno 19. O interior da tampa superior do cartucho interno 19 está selado pelos porta-eletrodos 15, fabricados de borracha ou silicone, e os cabos condutores superiores 21a, 21b da tampa superior do cartucho interno 19 estão envolvidos por um selador de cabo condutor 17, fabricado de borracha ou silicone, para bloquear completamente a entrada de ar ou umidade no cartucho interno. A extremidade inferior do cartucho interno 7 está selada pela tampa inferior do cartucho interno 9a. A porção unida entre a tampa inferior do cartucho externo 5 e o cartucho externo 1, a porção unida entre a tampa superior do cartucho externo 3 e o cartucho externo 1, a porção unida entre a tampa superior do cartucho externo 3 e a tampa superior do cartucho interno 19, e a porção unida entre a tampa superior do cartucho interno 19 e o cartucho interno 7 estão completamente seladas por um adesivo.[29] As shown in Figure 2, to join the inner cartridge 7 to the interior of the outer cartridge 1, the central portion of a top cap of the outer cartridge 3 is designed as a hollow shape, and the inner cartridge 7 and the cap top of the inner cartridge 19 are joined to the central portion of the top cover of the outer cartridge 3. The electrodes 11a, 11b secured by the electrode holders 15 are provided on the inner cartridge 7 and on the top cap of the inner cartridge 19. The electrodes 11a, 11b are connected to a DC high voltage generating device (not shown) by conducting cables 21a, 21b, which pass through the top cover of the inner cartridge 19. The inside of the top cover of the inner cartridge 19 is sealed by the electrode holders 15, made of rubber or silicone, and the upper conductor cables 21a, 21b of the upper cover of the inner cartridge 19 are surrounded by a conductor cable sealer 17, made of rubber or silicone, to completely block the the entry of air or moisture into the internal cartridge. The lower end of the inner cartridge 7 is sealed by the lower cover of the inner cartridge 9a. The portion joined between the lower cap of the outer cartridge 5 and the outer cartridge 1, the portion joined between the upper cap of the outer cartridge 3 and the outer cartridge 1, the portion joined between the upper cap of the outer cartridge 3 and the upper cap of the inner cartridge 19, and the portion joined between the top cover of inner cartridge 19 and inner cartridge 7 are completely sealed by an adhesive.

[30] A tampa superior do cartucho interno 19 se injeta e o selador do cabo condutor 17 e os porta-eletrodos 15 se moldam no estado em que os cabos condutores 21a, 21b e os eletrodos 11a, 11b são inseridos na tampa superior do cartucho interno 19, de forma que a tampa superior do cartucho interno 19, os cabos condutores 21a, 21b, o selador de cabos condutores 17, os porta-eletrodos 15 e os eletrodos 11a, 11b estão formados de maneira integral. O cartucho interno se une à tampa superior do cartucho interno 19 no estado em que o cartucho interno 7 é preenchido com a mistura metálica de ativação rápida 23. Neste procedimento, os eletrodos 11a, 11b se integram na mistura metálica de ativação rápida 23. Deste modo, a estanqueidade do cartucho interno 7 pode estar completamente garantida.[30] The top cover of the inner cartridge 19 is injected and the lead wire sealer 17 and electrode holders 15 are molded into the state where the lead leads 21a, 21b and electrodes 11a, 11b are inserted into the top cover of the cartridge 19, so that the top cover of the inner cartridge 19, the lead wires 21a, 21b, the lead wire sealer 17, the electrode holders 15 and the electrodes 11a, 11b are integrally formed. The inner cartridge is joined to the top cover of the inner cartridge 19 in the state that the inner cartridge 7 is filled with the quick-activating metallic mixture 23. In this procedure, the electrodes 11a, 11b are integrated into the quick-activating metallic mixture 23. In this way, the tightness of the internal cartridge 7 can be completely guaranteed.

[31] Um cabo de resistência 13 para conectar o eletrodo positivo 11a e o eletrodo negativo 11b está conectado às extremidades inferiores dos eletrodos 11a, 11b, e o dispositivo de geração de alta tensão de CC funciona para aplicar uma alta tensão de 3 kV ou mais aos eletrodos 11a, 11b e, portanto, é produzida uma faísca elétrica entre os dois eletrodos ao fundir o cabo de resistência.[31] A resistance cable 13 for connecting positive electrode 11a and negative electrode 11b is connected to the lower ends of electrodes 11a, 11b, and the DC high voltage generating device operates to apply a high voltage of 3 kV or more to electrodes 11a, 11b and therefore an electrical spark is produced between the two electrodes when melting the resistor cable.

[32] Tal como é mostrado nas Figuras 4 e 5, quando o cartucho externo 1 é longo, cada uma de suas extremidades é provida de um cartucho interno 7 e a mistura metálica de ativação rápida 23 e os eletrodos 11a, 11b são proporcionados a cada cartucho interno 7 para causar simultaneamente explosões em ambas as extremidades do cartucho externo 1. Além disso, a tampa inferior do cartucho interno 9b foi desenhada de forma que vai ficando mais estreita na ponta do mesmo, de modo que o cartucho interno 7 pode ser facilmente inserido na mistura metálica de expansão rápida 21, no cartucho externo 1.[32] As shown in Figures 4 and 5, when the outer cartridge 1 is long, each of its ends is provided with an inner cartridge 7 and the quick-activating metallic mixture 23 and electrodes 11a, 11b are provided to each inner cartridge 7 to simultaneously cause explosions at both ends of the outer cartridge 1. Furthermore, the lower cap of the inner cartridge 9b is designed so that it becomes narrower at the tip of the same, so that the inner cartridge 7 can be easily inserted into the fast expanding metallic mixture 21, in the external cartridge 1.

[33] Tal como foi descrito anteriormente, na cápsula detonante da mistura metálica, de acordo com a presente invenção, o cartucho externo 1 é preenchido com a mistura metálica de expansão rápida 21, e a mistura metálica de ativação rápida 23 -que facilita o desencadeamento da reação de oxidação- está contida no cartucho interno pequeno 7, e o cartucho interno está integrado na porção central do cartucho externo, e as unidades de geração de faíscas elétricas 11a, 11b, 13 são providas no cartucho interno 7, para assim realizar, com rapidez e precisão, uma reação de explosão.[33] As described above, in the metallic mixture detonating capsule, according to the present invention, the outer cartridge 1 is filled with the fast-expanding metallic mixture 21, and the fast-activating metallic mixture 23 - which facilitates the triggering the oxidation reaction - is contained in the small inner cartridge 7, and the inner cartridge is integrated into the central portion of the outer cartridge, and the electric spark generating units 11a, 11b, 13 are provided in the inner cartridge 7, to do so. , quickly and accurately, an explosion reaction.

[34] A cápsula detonante da mistura metálica, de acordo com a presente invenção, está configurada de modo que a mistura metálica de ativação rápida 23 no cartucho interno 7 acende usando uma faísca elétrica e, portanto, explode; consequentemente, a mistura metálica de expansão rápida 21 no cartucho externo 1 acende mediante a explosão da mistura metálica de ativação rápida 23, incrementando notavelmente a taxa de sucesso da reação da cápsula detonante da mistura metálica, ao utilizar a mistura metálica de expansão rápida. Além disso, o número de cartuchos que podem ser detonados simultaneamente, aplicando a mesma quantidade de energia, pode aumentar no mínimo dez vezes, o que melhora significativamente a eficiência do trabalho no canteiro.[34] The metallic mixture detonator capsule according to the present invention is configured so that the quick-activating metallic mixture 23 in the inner cartridge 7 ignites using an electric spark and therefore explodes; consequently, the fast-expanding metallic mixture 21 in the external cartridge 1 ignites upon the explosion of the fast-activating metallic mixture 23, notably increasing the success rate of the reaction of the detonating capsule of the metallic mixture, when using the fast-expanding metallic mixture. In addition, the number of cartridges that can be detonated simultaneously, applying the same amount of energy, can be increased by at least ten times, which significantly improves the efficiency of work on the jobsite.

INDUSTRIAL APPLICATION

[35] A cápsula detonante de mistura metálica segundo a presente invenção é capaz de aumentar ao máximo os efeitos de baixo nível de ruído e de vibração, que é um requisito das invenções convencionais para a aplicação no mundo real (engenharia civil, desenvolvimento mineiro, etc.), e de eliminar por completo a taxa de falha da explosão, para garantir a estabilidade, permitindo assim uma construção segura e podendo, ainda, aumentar a eficiência do trabalho no mínimo dez vezes, o que por fim gera benefícios financeiros.[35] The metal-mixed detonating capsule according to the present invention is capable of maximizing the effects of low noise and vibration, which is a requirement of conventional inventions for real-world application (civil engineering, mining development, etc.), and to completely eliminate the explosion failure rate, to ensure stability, thus allowing safe construction and being able to increase work efficiency by at least ten times, which ultimately generates financial benefits.

Claims

1. Metal mixture detonating capsule, which uses a rapidly expanding metallic mixture, CHARACTERIZED in that it comprises: an external cartridge; an inner cartridge, housed in the outer cartridge; a fast expanding metallic mixture, inserted between the outer cartridge and the inner cartridge and comprising sodium nitrate powder as an oxidizing agent, ferric oxide powder as an oxidizing agent, aluminum powder as a reducing agent, solid lubricant powder to eliminate friction in aluminum powder, and inorganic filler powder to fill a layer of air between the powders; a quick-activating metallic mixture, inserted into the inner cartridge and comprising sodium nitrate powder as an oxidizing agent, ferric oxide powder as an oxidizing agent, copper oxide powder as an oxidizing agent, aluminum powder as a reducing agent and magnesium powder of a higher percentage by weight than aluminum powder as a reducing agent, and an electric spark generation unit, integrated in the quick-activated metallic mixture.

2. Metal mixture detonating capsule according to claim 1, CHARACTERIZED in that the solid lubricant is zinc stearate.

3. Metal mixture detonating capsule according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the inorganic filling powder is a glass sphere.

4. Metal mixture detonating capsule according to claim 1, CHARACTERIZED in that the rapid activation metallic mixture comprises 10% to 27% by weight of sodium nitrate powder, 15% to 30% by weight of oxide powder ferric oxide, 10% to 28% by weight of copper oxide powder, 5% to 14.99% by weight of aluminum powder, and 15% to 28% by weight of magnesium powder, mixed based on the total weight of the same.