CN101351422A - 重硝酸铵燃料油和定制的膨化聚合物密度控制剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种炸药组合物，其包括重ANFO和密度低于该重ANFO的膨化聚合物微球。膨化聚合物微球的尺寸取决于或基于该组合物的重ANFO部分中使用的硝酸铵颗粒的尺寸。在一种实施方案中，用于该组合物的膨化聚合物微球的尺寸为主硝酸铵颗粒筛目尺寸的下限的至少70％。在另一种实施方案中，膨化聚合物微球的尺寸为与硝酸铵颗粒平均筛目尺寸相关的尺寸的至少70％。

Description

重硝酸铵燃料油和定制的膨化聚合物密度控制剂
技术领域
本发明涉及炸药，特别是涉及包括重硝酸铵燃料油(ammonium nitratefuel oil)即重ANFO的炸药组合物。
背景技术
重ANFO包括硝酸铵-燃料油(ANFO)和油包水乳化炸药。在许多情况下，将密度降低剂(density reducing material)添加到重ANFO中，以使重ANFO和密度降低剂的混合物具有低于重ANFO的密度。因为重ANFO的密度过大而不能可靠地引爆，所以需要密度降低剂。添加到重ANFO中以调节密度的物质已有木屑、锯末、蔗渣、聚苯乙烯泡沫等。在许多情况下，重ANFO和密度降低剂的混合物仍没有可靠地引爆。
发明内容
本发明涉及包括重ANFO和膨化聚合物微球的炸药组合物，所述重ANFO和膨化聚合物微球的混合物具有低于重ANFO的密度。组合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸取决于重ANFO中使用的硝酸铵颗粒的一种或多种尺寸。在一种实施方案中，利用主颗粒尺寸确定组合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸。在具体实施方案中，聚合物微球的尺寸为主颗粒筛目尺寸限定的尺寸范围内的尺寸的至少70％且不大于200％。例如，如果在重ANFO中以12目限定的颗粒为主，则筛网将颗粒尺寸限定为大于1.70mm且小于2.00mm。如果采用该范围的下限(1.70mm)，则组合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸为1.19-3.40mm。在另一种实施方案中，利用平均颗粒尺寸确定膨化聚合物微球的尺寸。认为使用在所述尺寸范围内的膨化聚合物微球通过避免起动敏感度(run-up sensitivity)和空隙敏感度(gap sensitivity)问题提供更可靠的炸药组合物。
本发明还涉及炸药组合物的制造方法，其中ANFO和油包水乳化炸药首先相互混合以形成重ANFO。随后，将膨化聚合物微球添加到重ANFO中。在一种实施方案中，膨化聚合物微球的尺寸取决于重ANFO中的主颗粒尺寸或平均颗粒尺寸。在另一种实施方案中，在末端混合器(end-to-endmixer)中进行ANFO、油包水乳液和膨化聚合物微球的混合。
具体实施方式
炸药组合物包括硝酸铵燃料油(“ANFO”)、油包水乳化炸药和膨化聚合物微球。ANFO和油包水乳化炸药的混合形成抗水的重ANFO。聚合物微球的尺寸以一定的方式与硝酸铵颗粒的尺寸相关，以产生可靠性提高的炸药组合物。
组合物的ANFO组分包括硝酸铵颗粒和燃料油。硝酸铵颗粒占ANFO组分的约90-98重量％，燃料油占ANFO组分的约2-10重量％。在优选实施方案中，硝酸铵颗粒占ANFO组分的约94重量％，燃料油占ANFO组分的约6重量％。通常，燃料油为No.2燃料油。然而，还可使用本领域技术人员已知的No.1燃料油、矿物油、其它油和油的组合。
组合物的油包水乳化炸药组分包括：(a)不连续水相，其包括一种或多种无机氧化剂盐的水溶液的分散液滴；(b)与水不混溶的连续有机相，所述液滴分散遍布在所述连续有机相中；及(c)一种或多种乳化剂，形成遍布所述连续有机相的氧化剂盐溶液液滴乳液。适宜的无机氧化剂盐包括硝酸铵、硝酸钙、硝酸钠和它们的组合。本领域技术人员已知的其它氧化剂盐也是可行的。用于与水不混溶的连续有机相的适宜的有机燃料包括燃料油、矿物油、蜡和它们的组合。本领域技术人员已知的其它有机燃料也是可行的。适宜的乳化剂包括单油酸酯、三硬脂山梨坦、倍半油酸山梨坦、聚异丁烯磺酸、烷醇酰胺的聚异丁烯琥珀酰酐(PiBSA)衍生物和本领域技术人员已知的其它乳化剂。
油包水乳化炸药的密度大于1.25g/cc，优选大于1.37g/cc，更优选为1.40-1.55g/cc。为提高组合物的抗水性，油包水乳化炸药的粘度为22000-60000cP(Brookfield粘度计#7转子，20rpm，49℃)。通过适当地选择乳化炸药的组成成分达到所述粘度，用于混合所述组分的设备是本领域已知的。
混合ANFO和油包水乳化炸药产生的重ANFO具有大于1.26g/cc的密度。优选地，重ANFO具有大于约1.40g/cc的密度。通常，ANFO占重ANFO的约32-50重量％，油包水乳液占重ANFO的约50-68重量％。
使用组合物的膨化聚合物微球组分降低ANFO和油包水乳化炸药的混合物(即重ANFO)的密度，以使包括ANFO、油包水乳化炸药和膨化聚合物微球的组合物具有低于重ANFO的密度。聚合物微球的密度为0.008-0.080g/cc。优选地，聚合物微球的密度为0.010-0.016g/cc。将膨化聚合物微球添加到重ANFO中使所得重ANFO和膨化聚合物微球的混合物的密度根据膨化聚合物微球的添加量降至0.80-1.20g/cc。
适宜的膨化聚合物微球包括膨化聚苯乙烯微球。然而，还可使用膨化聚氨酯微球、本领域技术人员已知的其它膨化聚合物制品和这些微球的组合。通常，膨化聚合物微球的形状基本上为圆形或球形。
组合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸与ANFO中硝酸铵颗粒的尺寸有关。为了细化，用于ANFO的硝酸铵颗粒的最大直径通常为0.9-3.00mm，还可就筛目或筛孔尺寸表述为-6～+20目。有时还使用小至0.5mm的颗粒。通常，颗粒基本上为球形。这种颗粒的最大直径为颗粒的直径。此外，用于ANFO的硝酸铵颗粒通常具有筛目尺寸范围。例如，第一百分率的颗粒的筛目尺寸可为10，第二百分率的颗粒的筛目尺寸可为12。用于组合物的膨化聚合物微球的尺寸取决于颗粒的一种或多种尺寸。
在组合物的ANFO组分中存在具有两种或更多种筛目尺寸的颗粒并且具有两种或更多种筛目尺寸中一种筛目尺寸的颗粒为主时，膨化聚合物微球的直径为主颗粒尺寸的至少70％且不大于200％。例如，如果颗粒的20％为10目，35％为12目，45％为14目，则主筛目尺寸为14目。在该实例中，以14目限定的颗粒为主。14目限定的颗粒大于1.40mm且小于1.70mm。为方便起见，利用筛目尺寸范围的下限确定所用膨化聚合物微球的合适尺寸。在该实例中，下限为1.40mm。因此，使用0.98-2.80mm的膨化聚合物微球。优选地，组合物中使用的所有膨化聚合物微球具有大致相同的直径。应当理解的是，可利用主颗粒筛目尺寸范围的上限或者主颗粒筛目尺寸上下限之间的任何其它尺寸确定膨化聚合物微球的尺寸。
或者，确定平均颗粒筛目尺寸并且使用尺寸为平均颗粒尺寸的至少70％且不大于200％的膨化聚合物微球。例如，如果颗粒的70％为10目，30％为16目，则平均筛目尺寸为11.8目。11.8目约为12目。12目限定的颗粒大于1.70mm且小于2.00mm。12目限定的尺寸范围的下限为1.7mm。因此，使用1.19-3.40mm的膨化聚合物微球。优选地，用于组合物的所有膨化聚合物微球具有大致相同的直径。应当理解的是，可利用插值确定随后用于确定膨化聚合物微球的70％-200％尺寸范围的尺寸(mm)，来代替把平均颗粒尺寸四舍五入。
如下完成炸药组合物的制造：提供混合容器和(a)将ANFO添加到容器中，随后将油包水(oil-in-water)乳化炸药添加到容器中；(b)将油包水乳化炸药添加到容器中之后将ANFO添加到容器中；或(c)将ANFO和油包水乳化炸药同时添加到容器中。在容器中混合ANFO和油包水乳化炸药，从而形成重ANFO。所得重ANFO的密度大于约1.25g/cc，优选大于约1.40g/cc。在ANFO和油包水乳化炸药充分混合之后，将足够量的膨化聚合物微球添加到重ANFO中，从而制成具有所需密度(0.80-1.20g/cc)的炸药组合物。优选地，在美国专利No.4506990(在此引入其全文)和未决美国专利申请No.11/162689(在此引入其全文)所披露的类型的混合器中进行炸药组合物的混合。还可在螺旋钻中实现炸药混合物的混合。然而，认为仅能够在长度超过3.5-4.0m的螺旋钻中实现组合物的充分混合。
本申请所述的本发明的实施方案旨在描述实施本发明的最佳方式，以使本领域技术人员能够应用本发明。

Claims (16)

1.一种炸药组合物，包括：
重ANFO和膨化聚合物微球，所述重ANFO包括：硝酸铵颗粒和燃料油；及油包水乳化炸药；
其中所述硝酸铵颗粒具有尺寸范围，所述膨化聚合物微球的尺寸与所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸相关。
2.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸与所述硝酸铵颗粒的主颗粒尺寸相关。
3.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸为主颗粒筛目尺寸范围内的尺寸的至少70％。
4.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸不大于主颗粒筛目尺寸范围内的尺寸的约200％。
5.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸与所述硝酸铵颗粒的平均颗粒尺寸相关。
6.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸为所述硝酸铵颗粒的平均颗粒尺寸的至少70％。
7.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述膨化聚合物微球的微球尺寸不大于所述硝酸铵颗粒的平均尺寸的约200％。
8.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述硝酸铵颗粒为肥料级硝酸铵(“FGAN”)和商品级硝酸铵(“CGAN”)中的一种。
9.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸为0.50-3.00mm。
10.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸为0.90-2.50mm。
11.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述油包水乳化炸药的粘度大于22000cp。
12.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述油包水乳化炸药的密度大于约1.25g/cc。
13.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述油包水乳化炸药的密度大于约1.37g/cc。
14.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述油包水乳化炸药的密度大于约1.40g/cc。
15.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述油包水乳化炸药的密度为1.40-1.55g/cc。
16.根据权利要求1的炸药组合物，其中：
所述炸药组合物在12.25″爆破孔中的引爆速度为1600-3500m/s。
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