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Verfahren zur Herstellung von Sicherheitssprengstoffen Die Erfindung
bezieht sich auf neue und verbesserte Sicherheitssprengstoffe, welche hinsichtlich
ihres Sauerstoffgehaltes ausgeglichen sind und die aus Ammoniumnitrat, mindestens
einem selbstexplosiven, die Empfindlichkeit steigernden Mittel und mindestens einem
die Flammenbildung unterdrückenden Mittel bestehen.
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Sprengstoffe, welche Ammoniumnitrat enthalten, das durch Zusatz eines
selbstexplosiven organischen Stoffes empfindlich gemacht worden ist, sind allgemein
bekannt, und sie sind auch schon jahrelang weitgehend angewandt worden. Bisweilen
werden solche Stoffzusammensetzungen mit einer Hülle eines die Flammenbildung unterdrückenden
Mittels, beispielsweise Kochsalz oder Natriumbicarbonat, versehen, so daß diese
in entflammbaren Luftgemischen sicher verwendet werden können. Sprengstoffzusammensetzungen
dieser Art, bei denen das die Flamme unterdrückende Mittel der Masse selbst einverleibt
ist, sind ebenfalls bekannt, und diese können ebenfalls sicher in entflammbaren
Luftgemischen verwendet werden. Die Menge solcher Sicherheitssprengstoffe, die in
einer entflammbaren Atmosphäre gezündet werden kann, und zwar ohne daß eine Zündung
der entflammbaren Gase stattfindet, ist jedoch beschränkt. Versuche, die angestellt
wurden, um die übliche Sicherheit dieser Art Sprengstoffe zu vergrößern, indem die
Menge an dem die Flammenbildung unterdrückenden Mittel erhöht wird, führen zu Stoffzusammensetzungen,
welche entweder durch einen üblichen Zünder nicht detonieren, oder zu solchen, welche
eine Explosion nicht von einer Ladung zur anderen übertreten lassen.
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Zweck derErfindung ist nunmehr, neue und verbesserte, eine geringe
Kraft besitzende Ammoniumnitratsprengstoffe zu liefern, welche wesentlich verbesserte
Sicherheitseigenschaften besitzen und die in befriedigender Weise in wesentlich
größeren Mengen, als es bisher möglich war, in entflammbaren Luftgemischen abgeschossen
werden können.
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Durch Versuche, die mit in Methan-Luft-Mischungen gezündeten Sprengstoffzusammensetzungen
durchgeführt wurden, wurde festgestellt, daß der hauptsächlichste physikalische
Faktor, welcher die Wirksamkeit eines die Flammenbildung unterdrückenden Mittels
beherrscht, dessen Teilchengröße ist, d. h. seine Oberfläche, und daß es
in der Praxis notwendig ist, einen Kompromiß hinsichtlich der Teilchengröße des
die Flammenbildung unterdrückenden Mittels zu schließen, da diese groß genug sein
muß, um während der Explosion des Sprengstoffes seine Geschwindigkeit des Auswärtswerfens
(velocity of projection) beizubehalten und sie andererseits klein genug sein muß,
um die maximale Wirksamkeit hinsichtlich der Unterdrückung der Flammenbildung herbeizuführen.
Es wurde in der Praxis gefunden, daß eine Teilchengröße von etwa 20 #L
(3000 CM2/CCM) Ungefähr die oberste Grenze darstellt, oberhalb deren die
Wirksamkeit der Flammenunterdrückung rasch absinkt. Es wurde in der Praxis weiterhin
gefunden, daß ein Siebmaß von beispielsweise größer als einer Maschenweite von
66 #L ein Material ergibt, bei dem sich die Wirksamkeit der Flammenunterdrückung
einem Maximum nähert. Im allgemeinen haben Stoffe dieser Art eine mittlere Teilchengröße,
die wesentlich größer ist als 20 #t, d. h. daß diese eine spezifische Oberfläche
von nicht weniger als 3000 cm'/'Ccm besitzen. Andererseits sinkt die Wirksamkeit
der Flammenunterdrückung innerhalb des angegebenen Siebbereiches stark ab, wobei
die Größe des gesiebten Materials gesteigert wird und die Gewichtsmenge solchen
Materials, welche erforderlich sind, um die Sicherheit der Sprengstoffe zu liefern,
sind nicht zulässig-Andererseits zeigt eine mathematische Berechnung, daß durch
Verringerung der Teilchengröße auf beispielsweise weniger als 3
V., um hierdurch die größtmögliche Schutzwirkung zu erhalten, die Stoßgeschwindigkeit
dieser Teilchen so verringert wird, daß sie nicht mehr die Schutzatmosphäre an der
Vorderseite der Explosionsflamme ergeben.
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Es wurde durch Versuche festgestellt, daß eine Oberfläche des Natriumehlorids
von 1,84 cm" pro ccm des entflammbaren Gases erforderlich ist, um eine Flamme in
einer 9volumprozentigen Methan-Methan-
+ Luft-Mischung zu unterdrücken. Hieraus
ist zu ersehen, daß die Teilchengröße einen beträchtlichen Einfluß auf die Eigenschaften
des die Flamme unterdrückenden Salzes hat. Zur.Erläuterung sei angeführt, daß, wenn
beispielsweise
eine Staubwolke aus einem detoniereriden Sprengstoff
die Zündung von 121 einer 9volumprozentigen Methan-Methan-
+ Luft-Mischung
unterbinden soll, folgende Gewichtsmengen an Natriumchlorid erforderlich sind, um
die Oberflächenausdehnung bei verschied enen Teilchendurchmessern zu ergeben.
| Tabelle 1 |
| Teilchendurchmesser Salzgewicht im Gas |
| 2 70 g |
| 4 150 g |
| 10 300 g |
| 15 450 |
| 20 600 |
| 50 1200 g |
| 100 3500 g |
Da die größte Menge an Sprengstoff, welche in ein Sprengloch eingegeben wird, niemals
mehr als etwa
1,5 kg
beträgt und die maximale Menge an Schutzmittel niemals
mehr als
50 0/, beträgt, weil nämlich größere Mengen gewöhnlich Fortpflanzungsschwierigkeiten
ergeben, folgt daraus, daß die maximale Menge an die Flammenbildung unterdrückendem
Mittel in dem Bohrloch etwa
750 g
beträgt. Aus der obigen Tabelle ist daher
ersichtlich, daß die Teilchengröße des Natriumchlorids bei einer solchen Ladung
aus Sicherheitsgründen nicht mehr als 20 #t betragen sollte.
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Andererseits wurde experimentell festgestellt, daß bei Einführung
in bekannter Weise von beispielsweise 450/, Natriumchlorid einer Teilchengröße von
weniger als 20 #t in Ammoniumnitratsprengstoffe, welche einen selbstexplosiven organischen,
die Empfindlichkeit steigemden Stoff enthalten, die Fortschreitungsfähigkeit solcher
Sprengstoffe in Frage gestellt ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Sicherheitssprengstoffen
von geringer Kraftwirkung, die hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes ausgeglichen
sind, und die aus Ammoniunmitrat, mindestens einem selbstexplosiven, die Empfindlichkeit
steigernden Mittel und mindestens einem die Flammenbildung unterdrückenden Mittel
bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder die ganze Menge des Ammoniunmitrats
mit mindestens einemTeil des die Flammenbildung unterdrückenden Mittels zu einer
festen Mischung von solcher Größe vereinigt werden, daß sie vorzugsweise zwischen
0,85 und 2,06 mm liegt und wobei das die Flammenbildung unterdrückende
Mittel eine Komgröße von weniger als 20 #t bzw. ein Verhältnis von Oberfläche zu
Volumen von mindestens 3000 cm2[ccm hat.
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Vorzugsweise enthält die feste Mischung mindestens einen Teil des
selbstexplosiven organischen, die Empfindlichkeit steigernden Stoffes.
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Es wird weiterhin vorgezogen, daß der Sprengstoff eine Kraftentwicklung
haben sollte, die nicht größer ist als 30 Of, derjenigen von Sprenggelatine.
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Vorzugsweise ist es auch wünschenswert, daß die Menge an Ammoniumnitrat
in der festen Mischung nicht weniger als 25 Gewichtsprozent desselben beträgt
und ,daß die Menge an dem die Flammenbildung unterdrückenden Mittel in der festen
Mischung nicht weniger als 45 Gewichtsprozent desselben beträgt.
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Die feste Mischung sollte vorzugsweise eine derartige Teilchengröße
besitzen, daß sie durch ein Sieb einer Maschenweite von 2,06 mm hindurchgeht
und von einem Sieb einer Maschenweite von 0,85 mm zurückgehalten wird. Die
die Flammenbildung unterdrückenden Mittel schließen diejenigen ein, welche üblicherweise
bei Sprengstoffen verwendet werden, die in entflammbaren Atmosphären benutzt werden.
Beispiele solcher die Flammen-.bildung unterdrückenden Mittel sind: Kryolit, Natriumchlorid,
Natriumcarbonat, Kaliumchlorid, Flußspat, Natriumsilicofluorid und Kaliumfluorid.
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Die Menge an dem die Flammenbildung unterdrückenden Mittel in dem
Sprengstoff wird von den Eigenschaften abhängen, welche für den Sprengstoff erwünscht
sind und kann sich bis zu etwa 50 Gewichtsprozent desselben ändern. Die kleinste
Menge an dem die Flammenbildung unterdrückenden Mittel in der festen Mischung hängt
von der Gesamtmenge des betreffenden Mittels ab, die in den Sprengstoff eingeführt
werden soll. Gewünschtenfalls können sämtlicheZusatzstoffe außer dem selbstexplosiven,
die Empfindlichkeit steigernden Stoff der festen Mischung einverleibt werden, worauf
dann der empfindlich machende Stoff mit der festen Mischung gemischt wird. Andererseits
kann, was von der Stärke des gewünschten Sprengstoffes abhängt, es der Fall sein,
daß nur eine geringe Menge des die Flammenbildung unterdrückenden Stoffes in der
festen Mischung zugegen zu sein braucht. Es wird auch vorgezogen, daß die feste
Mischung selbst im wesentlichen hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes ausgeglichen
sein sollte. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Masse ein Sauerstoff verbrauchendes
Mittel, beispielsweise ein gepulvertes kohlenwasserstoffhaltiges Malerial einverleibt
wird. Hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes ausgeglichene feste Mischungen haben
drei Vorteile, nämlich die Wirksamkeit der festen Mischung wird vergrößert, weil
ihr Kraftbeitrag bei der explosiven Zersetzung vergrößert wird, weil ihre Wirksamkeit
als Verteiler des feinen, die Flammenbildung unterdrückenden Stoffes vergrößert
wird und weil sie es ermöglicht, daß eine hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes
ausgeglichene Hauptsprengstoffmischung mit verschiedenen Anteilen der festen Mischung
vermischt werden kann, um hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes ausgeglichene Sprengstoffe
von verschiedener Wirksamkeit zu ergeben.
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Die festen Mischungen, die in den Sprengstoffen gemäß der Erfindung
verwendet werden, können durch beliebige bekannte Arbeitsweisen zur Herstellung
von festen Mischungen, kleinen Forinkörpern oder Granalien hergestellt werden. Beispielsweise
kann das die Flammenbildung unterdrückende Mittel mit einer heißen Ammoniumnitratlösung
gemischt werden, welche 5 bis 10 Gewichtsprozent Wasser enthält, uni
einen Schlamm zu ergeben, der vergossen werden kann, worauf dann die sich ergebende
feste Masse nach dem Abkühlen gebrochen wird. Es ist weiterhin möglich, geschmolzenesAmmoniurnnitrat
oder eine heiße Ammoniumnitratlösung, die mit dem pulverisierten, die Flammenbildung
unterdrückenden Mittel gemischt ist, trocken zu versprühen. Weiterhin ist es auch
möglich, die festen Mischungen dadurch herzustellen, daß der die Flammenbildung
unterdrückende Stoff mit dem Ammoniumnitrat und einem Bindemittel, wie Kollodium,
oder Harzlösung, gemischt wird.
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Das selbstexplosive organische, die Empfindlichkeit steigernde Mittel
kann entweder ein fester Stoff oder eine Flüssigkeit sein, beispielsweise Trinitrotoluol,
Nitroglycerin oder Äthylenglykoldinitrat.
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Die Sprengstoffe gemäß der Erfindung können neben dem die Flammenbildung
unterdrückenden Mittel, Ammoniumnitrat und dem die Empfindlichkeit steigernden Stoff
auch noch andere Bestandteile enthalten, wie beispielsweise kohlenstoffhaltige brennbare
Stoffe.
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Wenn in der Beschreibung von einem Sauerstoffausgleich die Rede ist,
so wird darunter die Eigenschaft ver-
standen, daß der Sauerstoffüberschuß oder -mangel vorzugsweise
etwa 5 g pro 100 g Sprengstoff beträgt.
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Um die Vorteile der Erfindung voll auszunutzen, sollte der Sprengstoff
vorzugsweise eine Kraftentwicklung besitzen, die nicht größer ist als 300/, derjenigen
von Sprenggelatine. Es wurde gefunden, daß solche Sprengstoffe einen Sicherheitsgrad
besitzen, der bisher nicht erreichbar war, indem sie hochempfindliche Methan-Luft-Mischungen
nicht zünden, wenn sie unter den strengsten Prüfbedingungen abgeschossen werden.
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Bei der Herstellung der Sprengstoffe gemäß der Erfindung sollte irgendeine
Mischbehandlung, die nach der Zugabe der festen Mischungen erforderlich ist, ohne
irgendeine Mahlwirkung durchgeführt werden.
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Die Erfindung ist in den Beispielen 1 bis 6 der folgenden
Tabelle erläutert, worin die Teile Gewichtsteile sind.
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Die Sprengstoffe 1 bis 6 gemäß der Erfindung und Sprengstoffe
7 bis 11, welche nicht gemäß der Erfindung hergestellt worden sind,
können durch Vermischen der in der Tabelle angegebenen Bestandteile hergestellt
werden. Der im Beispiel 1 erwähnte Stoff Nitrokalk enthält etwa 45 Gewichtsprozent
Ammonnitrat und etwa 55 Gewichtsprozent Calciumcarbonat einer Teilchengröße,
so daß eine spezifische Oberfläche mit Bezug auf das Volumen von etwa
3000 cm2/ccm erhalten wird, d. h. eine Teilchengröße, die imwesentlichennicht
größer ist als 20#t. Das in den Beispielen 3 und 4 erwähnte Nitrosalz wird
dadurch hergestellt, daß 30 Teile Ammonnitrat zu 3 Teilen einer 211/,igen
wäßrigen Gummiarabikumlösung zugesetzt werden, worauf die Mischung unter Umrühren
auf 50 bis 60' erwärmt wird und dann 70 Teile Natriumchlorid
einer solchen Teilchengröße zugesetzt werden, daß diese eine spezifische Oberfläche
mit Bezug auf das Volumen von etwa 3000 cm2/ccm besitzen, d. h. von
einer Teilchengröße von im wesentlichen der Größenordnung von nicht mehr als 20
#L, worauf mit dem Rühren fortgefahren wird, bis eine homogene Masse erhalten wird.
Die Masse wird dann von der Heizquelle entfernt und solange abgekühlt, bis sie halbplastisch
ist. In diesem Zustand wird sie durch ein Sieb einer Maschenweite von
2,06 mm durchgepreßt, abkühlen gelassen und das Material abgesiebt, welches
durch ein Sieb einer Maschenweite von 0,85 mm hindurchgeht.
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Die Detonationsgeschwindigkeit (m/Sek.), die Kraft (in Ilf, derjenigen
von Sprenggelatine) und die Ladungsgrenze jedes Sprengstoffes sind bestimmt worden
und in der Tabelle angegeben. Die Prüfung, welche durchgeführt wurde, um die Ladungsgrenze
zu bestimmen, ist eine Abwandlung des #,Angle-Shot-Mortar«-Versuches, der den empfindlichsten
verfügbaren Versuch darstellt. Eine solche Versuchsanord-nung ist in J o n e s,
E. Colliery Engr. Lond., 1954, 31, S. 145, beschrieben.
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Um die Ladungsgrenze zu bestimmen, werden die Ladungen in eine V-förmige
Nut eingegeben, welche in einen Metallblock eingeschnitten ist, der längs in eine
zylindrische Galleriekammer eingesetzt ist. Der Metallblock ist so befestigt, daß
die Nut gegen die zylindrische Wandung der Galleriekammer gerichtet ist und von
dieser 20 cm entfernt ist. Die Galleriekammer ist mit einer 90/,igen Methan-Luft-
+ Methan-Mischung volumenmäßig gefüllt und die maximale Ladung, bei der keine
Zündung dieser Mischung stattfindet, gibt die Ladungsgrenze an. Die maximale Menge,
die zulässigerweise in der Gallerie gezündet werden kann, beträgt 1250 g.
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Aus der Tabelle ergibt sich also, daß, wenn mindestens ein Teil des
die Flammenbildung unterdrückenden Stoffes von einer kleinen Teilchengröße in den
festen Mischungen abgeschieden wird, in diesem Falle die Menge an die Flammenbildung
unterdrückendem Stoff, die zugesetzt werden kann, um eine Stoffzusammensetzung zu
ergeben, die gezündet werden kann und die eine fortschreitende Explosion ergibt,
größer ist als die Menge, welche gleichmäßig in dem Sprengstoff verteilt ist, um
das gleiche Ergebnis zu erzielen. Der Grund hierfür kann darin liegen, daß bei der
Explosion der Sprengstoffe gemäß der Erfindung sich der empfindlich gemachte, nicht
in Form einer festen Mischung vorliegende Anteil zuerst reagiert und dieser die
Reaktion des Ammoniumnitrats in den festen Mischungen einleitet. Die Reaktion dieses
Teils des Ammoniumnitrats kann dann die Dispersion des feinverteilten, die Flammenbildung
unterdrückenden Stoffes in Form einer fortschreitenden Staubfront bewirken, welche
eine Zündung einer entflammbaren Atmosphäre wirkungsvoll verhindert. Da mindestens
ein Teil des die Flammenbildung unterdrückenden Stoffes in den festen Mischungen
gebunden ist, wird eine Absorption eines flüssigen, die Empfindlichkeit steigernden
Stoffes oder irgendeine Abscheidung der Teilchen eines festen, die Empfindlichkeit
steigernden Stoffes, der so eine Fortschreitung einer Explosion unterbinden würde,
beträchtlich verhindert, so daß die Fortschreitung der Explosion sichergestellt
ist. Bei einer Feinverteilung der festen Mischungen wird jedoch der die Flammenbildung
unterdrückende Stoff freigemacht und kann so in der gewünschten Weise wirksam sein.