CS267174B1 - Výbušná zmes na báze anorganických nitrátov - Google Patents

Description

2 CS 267 174 B1

Vynález sa týká modifikovaných anorganických nitrátov pre výrobu výbušných zmesí alebovýbušných zmesí samotných, u ktorých je zabezpečená požadovaná citlivost k přenosu detonácie.

Zmesné trhaviny nadobúdajú stále vačší význam ako v civilnej, tak aj vojenskej oblastipoužitia. Najrozšírenejším donorom kyslíka v nich je dusičnan amónny, ale dost používanýmje i dusičnan sodný a dusičnan vápenatý. Tieto trhaviny je možné rozdělit do dvoch hlavnýchskupin: I. zmesi dusičnanu amonného s palivom; IX. zmesi dusičnanu amonného, resp. i dusičnanu sodného alebo vápenatého, vody s přísadouplastifikátora a/alebo emulgátora a výbušnéj zlúčeniny alebo senzibilizátora.

Trhaviny prvej skupiny móžu byt produkované stabilnými technologickými zariadeniami,ale častejšie je ich výroba priamo na mieste použitia (t. j. v mobilných zmiešavacích zaria-deniach alebo priamo vo vrtoch). Dusičnan amónny sa zmiešava s palivom, ktorým móše bytširoká paleta organických zlúčenín - najčastejšie sa však aplikujá parafíny, topné olejealebo nafta. Tieto zmesi majú přibližné nulová kyslíková bilanciu, čo odpovedá obsahu 94 %hmot. dusičnanu amonného a 6 % hmot. nafty alebo topného oleja v trhavině; uvedený obsahpaliva zvýši hodnotu výbuchového tepla z 1 470 kJ a kg pre dusičnan amónny až na 3 738 kJ.kg 1, čomu je proporcionálně zvýšenie pracovněj schopnosti trhaviny oproti samotnémudusičnanu amonnému. Trhaviny tohto typu sá u nás známe pod kódovým označením DňP, v zahraničísá obdobné zmesi označované ANDK (v NDR), ANC (v NSR), Igdanit (v ZSSR), ANFO alebo ANBA(v USA a Velkej Británii). Ked je palivom uholný prach kovový prášok a pod., sá tieto zmesinazývané tiež nitrokarbonitráty a označované kódom NCN.

Trhaviny druhej skupiny sá charakterizované poměrně jednoduchou a nenáročnou technológiouvýroby. U nás sá známe pod označením TPV (trhaviny plastifikované vodou ); v USA a Kanaděsá pre kašovitá konzistenciu nazývané "Slurry Explosives". V sáčasnosti najužívanejšie roz-delenie trhavin uvedeného typu je podlá spósobu senzibilizácie a to na: a) "Slurry Explosives" (SR), ktoré sá senzibilizované aditivom výbušnej povahy (trinitro-toluén, hexogén, nitroestery, dusičnany alkanol- alebo alkylamínov, hydroxialkyl-nitráty a po); b) "Slurry Blasting Agents" (SBA), ktoré neobsahujá aditíva výbušnej povahy a sá senzi-bilizované nevýbušnými zložkami, najčastejšie hliníkovým prachom (napr. sovietskeAkvanaly) a/alebo inou substanciou (topný olej, celulóza, polyvinylchloridový prach,sira, parafín, hexametyléntetramín, polyóly, cukry a iné), respektive prevzdušňujáci-mi přísadami (expandovaný perlit, sklená drt alebo duté perličky, korok, polystyrén,prylovaný dusičnan amonný, zeolit a pod,), alebo substancami, uvolňujácimi plyn(peroxidy, dusitany, uhličitany, 1,5-endometylén-3,7-dinitrózo-l,3,5,7-tetraazacyklo-oktán a iné).

Neměnnost fyzikálnej stability, t. j. zamedzenie separácie zložiek týchto podskupin"Slurry" trhavin pri súčasnom udržaní tekutosti alebo plastičnosti kompozici, je zabezpečenéprídavkom gélotvornej substancie (plastifikátoru) , ako je guar-gura a jej alkylové deriváty,polyvinylalkohol, sodné alebo amónne soli karboxymetylcelulózy, oxyetylcelulóza, polyakrylamida iné.

Najmladším druhom "Slurry" trhavin sá kompozície typu emulzia vody v oleji, kódovooznačované W/0, alebo typu emulzoa oleja vo vodě, kódovo označené O/W. Výroba kompozíciíW/O spočívá vo vnášaní vodných roztokov komponentov trhaviny do hydrofóbnej kvapaliny (topné-ho oleja, nafty a pod.) a pri výrobě kompozici! 0/W sa postupuje opačné. Tieto emulzie sástabilizované dispergantmi, ako sá soli mastných kyselin (najma steárovej, alebo olejovej),estery mastných kyselin (napr. dekaglycerín dekaoleját, dekaglycerín dekastearát), čiastočneesterifikované polyóly mastnými kyselinami (napr. monostearát, monooleját, monopalmitan CS 267 174 B1 3 alebo tristearát sorbitu, mono- alebo digliceridy tuky tvoriacích mastných kyselin), dalejalkylfenylsulfonany, lecitin zo sojových bobov, kopolyméry etylénoxidu s propylénoxidoma iné. Emulzné trhaviny móžu byť senzibilizované nitrozlúčeninami, najčastejšie nitrometánom,alebo inými nitroparafínmi, ale v technickej praxi najzauživanejšia je ich senzibilizáciaprevzdušňovadlami alebo plyn uvolňujúcimi aditívami. Nízkými výrobnými nákladmi, vysokou bezpečnosťou manipulácie i vlastnej výroby a možnosťoumechanizácie trhacích práč sú charakterizované predovšetkým zmesi na báze dusičnanu amonného.

To je hlavným dóvodom, prečo v technickej praxi exploatácia trhavin typu DAP, TFV, W/0 a 0/W výraznépřevláda nad exploatáciou ostatných druhov priemyselných trhavin. Analogický trend možnobadať aj v oblasti trhavin pre vojenské účely (aluminizované vodné gely dusičnanu amonnéhosú napr. laborované do niektorých' druhov leteckých bómb, trinitrotoluén je nahradzovanýkvapalnými kompozíciami na báze vodných roztokov hydrazínnitrátu a pod.).

Pokial sú pre výrobu zmesných trhavin aplikované pevné anorganické nitráty je dóležité,aby sa nachádzali v sypkej formě; toho sa dosahuje elimináciou, resp. potlačením ich spekavos-ti pridavkom v procese výroby k nim antispekavých přísad, ako sú železité soli mastnýchkyselin, parafíny, práškové močovinoformaldehydové kondenzáty a pod., teda produktov chemickýchtechnologií, ktorých realizácia súvisí s nemalými nárokmi na energie, zariadenia, ludskúprácu a pódny fond, včítane korešpondujúceho znečistenia životného prostredia. V případe,že dusičnany nie sú upravené proti spekániu, dochádza už počas ich přepravy k výrobě zmesnýchtrhavin k ich aglomerácii; tu potom třeba do procesu výroby trhavin zaradiť mletie dusičnanov,ěo zasa súvisí s nárokmi na energie, zariadenia a ludskú prácu. Spekanie je nežiadúcim javomi u vyrobených zmesných trhavin, kde pósobí potiaže najma v oblasti funkčnosti týchta výrobkov.Produktami chemických technologii s nemalými nárokmi na energie, zariadenia, ludskú prácua pódne fondy sú i všetky doposial používané senzibilizátory, z nich mnohé samotné nachádzajúčoraz významnejšie a ekonomicky atraktivnějšie použitie v róznych odvetviach národného hospo-dárstva Preto je potřebné úsilie výskumu a vývoj a zamerať na hladanie technicky, ekonomickyi ekologicky dostupnějších antispekavých a senzibilizujúcich přísad zmesných trhavin, resp,východiskových anorganických dusičnanov.

Podlá tohto vynálezu výbušná zmes na báze anorganických nitrátov obsahuje 50 až 99,9 %hmot. anorganického nitrátu, s výhodou 75 až 95 % hmot. dusičnanu amonného, 0 až 40 % hmot.spalitelnej a/alebo výbušnej zlúčeniny, s výhodou 10 až 20 % hmot. 2,4,6-trinitrotoluénua 0,1 až 10 % hmot. dutých uzavretých vlákenných častíc s vnútorným priemerom v rozmedzí 1 (Um až 3 mm a/alebo rovnaké množstvo poréznych krátkých vlákenných častíc dlžky 1 (um až2-1 15 mm s vnútorným povrchom 5 až 500 m ,g , s výhodou na báze polypropylenu. Výhodou tohto vynálezu je chemická stabilizácia východiskových dusičnanov alebo výbuš-ných zmesi s ich obsahom, s ich obsahom, resp. senzibilizácia týchto zmesi, pridavkom technickya ekonomicky dostupným aditívom, t. j. krátkými vlákennými časticami. Vzhladom k definovanýmfyzikálnym vlastnostiam vlákenných častíc tieto senzibilizátory - prevzdušňovadlo výbušnýchzmesi; aplikácia definovaných krátkých vlákenných častíc v zmysle tohto vynálezu, teda umožňujerealizáciu aj malopriemerových náloží a potlačuje výskyt "zlyhavok" pri ich aplikácii, čomá v konečnom dósledku priaznivý vplyv na bezpečnost a ekonomiku trhacích práč.

Vyšší účinok dosahovaný podlá tohto vynálezu nebol doposial v literatúre popísáný,v nasledujúcom je dokumentovaný príkladmi, ktoré však v žiadnom případe neobmedzujú rozsah,resp. variabilitu postupu podlá tohto vynálezu. Přikladl K dispozícii sú krátké částice dutého polypropylénového vlákna 0 50 <<im, hrúbka steny8 (Um, ktoré sa získalo zvlákňovaním taveniny polypropylénu (MOSTEN D3) s indexom toku 27 g/10 minpri teplote 250 °C, rýchlosti navíjania 1 500 m/min, ofukovaním studeným vzduchom a sekáním. 4 CS 267 174 B1 Příklad 2 K dispozicii sú krátké částice porézneho polypropylénového vlákna zvlákňovaného zapodmlenok ako v příklade 1, len s tým rozdielom, že vlákno je termofixované za izotermickýchpodmienok pri 140 °C, dlžené za studená o 100 i, a v definovanom stave znovu termofixované pri 145 C. Vlákenné částice obsahuji! cca 15 % obj. mikrodutín priemernej velkosti 10 nm2 —1 (distribúcia od 1 do 120 nm) a vnútorným měrným povrchem 220 m .g . Příklad 3 K technickému dusičnanu amonnému s obsahom 96,9 % hmot. granuli s priemerom 1 až3 mm (zvyšok částice s priemerom pod 1 mm) sú přidané krátké vlákenné částice dlžky 1 mm,Specifikované v príkladoch 1 a 2 (v hmotnostnom pomere 1:1), tak, že rezultovali zmesi,obsahujúce 97 % hmot. dusičnanu amonného, 2 i krátkých vlákenných častíc a do 1 % hmot.vody. Tento dusičnan až po 5 mesiacoch skladovania pri teplote cca 25 °C v polyetylénovýchsamonosných vreciah, uložených na seba v štyroch vrstvách, mal sklon k tvorbě aglomerátov,ktoré sa však dali velmi lahko rozrušit už manipuláciou s vrecom. Příklad 4 Z technického 2,4,6-trinitrotoluénu, dusičnanu amonného a dutého polypropylénovéhovlákna Specifikovaného v příklade 1 nasekaného na dlžku max. 0,1 mm je obvyklým spósobompřipravená zmes typu trhaviny Amatol (nasekané vlákno sa přidává do zmesi max. 10 minútpřed ukončením homogenizácie), pozostávajúca zo 14 % hmot. 2,4,6-trinitrotoluénu, 2 % hmot.polypropylénového vlákna a 84 % hmot. dusičnanu amonného. Pre porovnanie je vyrobený Standardný Amatol 80/20, pozostávajúci z 20 S hmot. 2,4,6-trinitrotoluénu a 80 % hmot. dusičnanuamonného, a vo výpočtoch parametrov je uvažovaný aj Amatol 84/16 s obsahom 16 % hmot. 2,4,6- -trinitrotoluénu a 84 3 hmot. dusičnanu amonného. Uvedené zmesi pre nábojová mernú hmotnost3 1 100 kg/m sú v tabulke 1 charakterizované nasledujúcimi parametrami:

Tabulka 1

Parameter Podlá vynálezu Amatol 80/20 84/16

Vypočítané hodnoty: -objem povýbuchových splodín(dm3.kg“l) 920 900 910 -kyslíkový koeficient 0,99 1,02 1, -maximálně výbuchovéteplo (kV.kg"l) 4 091 4 235 4 174 -výbuchové teplo korigované(kV.kg“l) 3 690 3 860 3 900 -Specifická energia (kv.kg 1) 855 862 87Q.

Experimentálně hodnoty: -3 -sypná hmotnost (kg.m ) 790 až 830 -přenos detonácie z náložky 33 až 37 200 g TNT na vzdiálenost (cm) 800 až 85025 až 30 -počiatok topenia (°C): TNT 77,7 AN 160,6 -počiatok exotermického 184,6

rozkladu (°C) z DTA -vakuová stabilitná skúška pri 0,185 125 °C (cm3.g~l.hod“·'·) -detonačná rýchlost (km.s 1) 4,1 až 4,6 77,8 164,1 196,6 0,026 4,2 až 4,8

Claims (2)

1. CS 267 174 B1 5 Poznámka: TNT = 2,4,6-trinitrotoluénAN = dusičnan amónnyDTA = diferenčná termická analýza Z uvedenej tabulky 1 vidno, že prídavok polypropylénového dutého vlákna aktivuje korešpondujúcu zmesi ako z hladiska tepelného rozkladu, tak citlivosti k přenosu detónacie. Rovnakého účinku sa dosahuje prídavkom dutých alebo poréznych vlákenných častíc nabáze polyetylénu, polyvinylchloridu, polyesteru, polyakrylonitrilu a polyamidu. PREDMET VYNALEZU Výbušná zmes na báze anorganických nitrátov, vyznačujúca sa tým, že obsahuje 50 až99,9 % hmot. anorganického nitrátu, s výhodou 74 až 95 i hmot. dusičnanu amonného, 0 až40 % spalitelnej a/alebo výbušnej zlúčeniny, s výhodou 10 až 20 % hmot.
2. 2,4,6-trinitro-toluénu a 0,1 až 10 % hmot. dutých uzavretých vlákenných častíc s vnútorným priemerom v rozmedzí 1 jim až 3 mm a/alebo rovnaké množstvo poréznych krátkých vlákenných častíc dlžky2 -1 1 (tím až 15 mm s vnútorným povrchom 5 až 50 m ,g , s výhodou na báze polypropylénu.