DE1102622B - Ammonnitratsprengstoff - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft neue Ammonnitratmassen, die zum Gebrauch als Sprengstoffe zur Durchführung von Explosionen geeignet sind und Ammonnitrat sowie eine Aminoverbindung gemäß der Strukturformel

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R'

enthalten, worin R aus niederem Alkyl, niederem Oxyalkyl oder -C₂H₄NH₂ und R' aus Wasserstoff, niederem Alkyl oder — C₂ H₄ N H₂ besteht.

Ammonnitrat ist seit langem als entflammbar und explosiv bekannt, und von diesen Eigenschaften ist in ausgewähltem Umfang Gebrauch gemacht worden. So wird Ammonnitrat jetzt weithin als Sprengstoff gebraucht, obgleich es zwangläufig mit gewissen Nachteilen, wie geringe Dichte und relative Unempfindlichkeit beim Gebrauch als Sprengstoff, behaftet ist.

Während diese Ammonnitratsprengstoffe von geringer Dichte in gewissen Situationen befriedigend sind, wozu verhältnismäßig leichte Schießarbeit gehört, können sie keine Detonationsgeschwindigkeiten und Bohrlochdrücke entwickeln, wie sie beim Sprengen schwer brechbaren harten Gesteines erforderlich sind. Die Ammonnitrat-Amino-Massen gemäß der Erfindung haben jedoch verhältnismäßig hohe Dichte im Bereich von 1,0 bis 1,5 und sind ausreichend empfindlich, um beim Sprengen praktisch verwendet werden zu können, ohne daß irgendwelche Fertigstellungsmaßnahmen oder Zusätze benötigt würden, die nicht leicht, einfach und sicher durchgeführt werden könnten bzw. an Ort und Stelle benutzt werden müßten. Hoch dichte Ammonnitratmischungen dieses Bereiches, wie sie in der Vergangenheit benutzt wurden, erforderten einerseits einen empfindlicheren und in der Handhabung gefährlicheren Sensibilisator als das Ammonnitrat, und andererseits waren daher solche Mischungen schwer zu lagern, zu versenden, zu behandeln und mit anderen Bestandteilen zu vermischen, oder aber sie umfaßten Laborierungsstufen, die im freien Feld schwierig durchzuführen sind.

Es ist äußerst gefährlich, Ammonnitratsprengstoffe, die Trinitrotoluol oder andere ähnliche Sprengstoffe enthalten, außerhalb eines beständigen industriellen Sprengstoffbetriebes herzustellen, der allen bekannten Sicherheitsvorschriften entspricht und mit einem Personal arbeitet,, das in der Sprengstoffherstellung Erfahrung besitzt. Ferner müssen das Ammonnitrat und kohlenstoffhaltiges Material, wie es gewöhnlich Ammonnitratsprengstoff

Anmelder:

Commercial Solvents Corporation,
Terre Haute, Ind. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hildastr. 32

Leonard A. Stengel, Terre Haute, Ind. (V. St. A.]
ist als Erfinder genannt worden

hiermit zusammen gebraucht wird, in einer Anlage innig vermischt und vereinigt werden, die sich nur in einem Industriebetrieb für Sprengstoffherstellung vorfindet. Da große Mengen Ammonnitrat und Sensibilisatoren immer in Fabrikbetrieben vorhanden sind, beseht eine ständige Gefahr furchtbarer Explosionen, die den ganzen Bereich um den Industriebetrieb für die Sprengstoffherstellung zerstören.

Es wurde nun gefunden, daß Kombinationen von Ammonnitrat mit unterschiedlichen Mengen an Aminoverbindungen der Strukturformel

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R'

worin R aus niederem Alkyl, niederem Oxyalkyl oder -C₂H₄NH₂ und R' aus Wasserstoff, niederem Alkyl oder C₂H₄NH₂ besteht, in einer Menge von 2 bis 50% des Mischungsgewichtes mit Vorteil entweder als Sprengstoffe oder bei der Zubereitung von Sprengladungen verwendet werden können. Massen, welche die oben angegebenen Aminoverbindungen in Mengen von 2 bis 14%, vorzugsweise in Mengen von 6 bis 8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Mischungsgewicht, enthalten, stellen wirksame Sprengstoffe dar und sind als solche wirksamer als andere vorbekannte Ammonnitratsprengstoffe. Wenn die Menge der oben-

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genannten Aminoverbindungen über die bevorzugten bildet, daß man das Amin in flüssigem Zustand dem

obengenannten Bereiche hinaus gesteigert wird, nimmt Ammonnitrat zugibt. Wenn es in Gasform zugegeben

die Empfindlichkeit der Massen als Sprengstoffe ab. wird, ist es gewöhnlich notwendig, Mittel zur Kühlung

Diese Eigenschaft gestattet die Zusammensetzung vorzusehen, um übermäßige Lösungstemperaturen zu

von Ammonnitrat-Aminoverbindungs-Massen von ge- 5 vermeiden.

nügend reduzierter Empfindlichkeit, um ihren Trans- Die Schüttdichte von granuliertem Ammonnitrat port mit Sicherheit zu erlauben. Vorzugsweise werden der Sorte, wie es gewöhnlich für Sprengstoffzwecke deshalb Massen in gelöster Form hergestellt und ver- verwendet wird, liegt ungefähr bei 0,90 bis 1.01. sandt, die aus in 15 bis 50°/», vorzugsweise 20 bis Durch Zugabe von 7,0 bis 8,0 Gewichtsprozent Mono-50 Gewichtsprozent, Aminoverbindungen, bezogen auf io triethylamin, bezogen auf das Mischungsgewicht, zu das Mischungsgewicht, gelöstem Ammonnitrat be- Ammonnitrat dieser Sorte steigt die Schüttdichte des stehen, und an der Gebrauchsstelle wird dann dieser Ammonnitrat auf ungefähr 1,5. Die Zunahme in der Lösung zusätzliches Ammonnitrat zugefügt, um einen Schüttdichte steigert erheblich die wirksame Exzweckmäßigen Brei aus Ammonnitrat und Amino- plosionsfähigkeit der Ladung. Bei Minierarbeiten ververbindungsmischung zu ergeben, der im wesentlichen 15 mindert die Möglichkeit, kleinere oder weniger Löcher aus Aminonnitrat und 2 bis 14, vorzugsweise 6 bis 8 Ge- für eine gegebene Ladung zu bohren, wesentlich die wichtsprozent, der genannten Aminoverbindung, be- Bohrkosten.

zogen auf das Mischungsgewicht, besteht. Die Ammonnitrat als wesentlichen Sprengstoff-Die entweder zum Gebrauch als Sprengstoffe oder bestandteil enthaltenden Massen nach der Erfindung für die Zubereitung von Sprengstoffen geeigneten 20 sind nicht so gefährlich in der Handhabung und Herneuen Massen bestehen im wesentlichen aus einer stellung wie die gegenwärtig in Gebrauch befind-Mischung von Ammonnitrat und der erforderlichen liehen vorbekannten, Ammonnitrat enthaltenden Menge einer Aminoverbindung entsprechend der Sprengstoffe, und zwar wegen der Tatsache, daß sie Strukturformel leicht und einfach an dem Ort zubereitet werden

-^ 25 können, wo sie benutzt werden sollen. In vielen

Fällen können die Sprengstoffe unmittelbar in dem

_w „ Bohrloch zubereitet werden, indem man einfach die

Ammonnitratladung in das Bohrloch einbringt und

I eine geeignete Menge der erwähnten Aminoverbin-

R' 30 dung in Gas- oder Flüssigkeitsform durch das

Ammonnitrat darin fließen läßt. Statt dessen kann

worin R aus niederem Alkyl, niederem Oxyalkyl oder auch Ammonnitrat in das Bohrloch eingebracht und — C₂ H₄ N H₂ und R' aus Wasserstoff, niederem Alkyl eine Menge der Ammonnitratlösung in der Amino- oder -C₂H₄NH₂ besteht. Beispiele solcher Amino- verbindung, die zur Lieferung einer fertigen Ammonverbindungen sind primäre und sekundäre Amine, wie 35 nitrat-Aminoverbindungs-Masse der gewünschten Zuprimäre Di- und Triamine, sowie Aminoalkohole mit sammensetzung und des gewünschten Empfindlich-1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Verbindungen dieser Art keitsgrades ausreicht, hinzugesetzt werden,
umfassen Mono- und Dimethyl-, Äthyl-, Propyl-, Die Explosivmassen nach der Erfindung können Isopropyl-, η-Butyl-, sec-Butyl- und Isobutylamine, auch im Bohrloch dadurch zubereitet werden, daß man Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Monoäthanolamin, 4° die genannte Aminoverbindung in einer Flüssigkeit, Monopropanolamin, Butanolamin, 2-Amino-l-butanol in der sie löslich ist, wie Äthanol bei Benutzung von usw. Lösungen von Ammonnitrat in diesen Amino- Monomethylamin, als Aminoverbindung auflöst und verbindungen werden vorzugsweise zunächst her- die entstehende Aminlösung über die vorher in das gestellt, indem man das Ammonnitrat mit der er- Bohrloch eingebrachte Ammonnitratladung gießt. Die forderlichen Menge Aminoverbindung vermischt, und 45 Ladung kann natürlich Ruß, gemahlene Kohle, Morzwar sind gewöhnlich 20 bis 50 Gewichtsprozent pholin, niedere Alkylalkohole, Dimethylformamid, Di-Aminoverbindung, bezogen auf das Mischungs- methylsulfazid, Aluminium, Schwefel, Ferrosilicium, gewicht, erforderlich. Man kann dann den Zusatz von Paraffinwachs, Harz oder andere Bestandteile auf-Ammonnitrat fortsetzen, um eine Sprengstoffmasse in weisen, die gewöhnlich in Ammonnitratsprengstoff-Form eines Breies oder feuchten Feststoffes zu er- 50 massen eingebracht werden. Die Massen aus Ammonhalten, der Aminoverbindung im Bereich von 2 bis nitrat und Aminoverbindung nach der Erfindung 14 Gewichtsprozent, vorzugsweise 6 bis 8%, bezogen erfordern Zündladungen zur Initiierung und Ausbreiauf das Mischungsgewicht, enthält. Zweckmäßig ist tung der Detonationswellen durch die Ladung. Wenn es jedoch, die Ammonnitrat-Aminoverbindungs-Masse das Bohrloch, in dem der Sprengstoff detonieren soll, von reduzierter Empfindlichkeit in Lösungsform an 55 feucht, waagerecht oder abschüssig ist, kann das die Verbrauchsstelle zu transportieren, bevor man Ammonnitrat in einem Behälter, z. B. einem Polyweiteres Ammonnitrat zusetzt. äthylenbeutel oder einer Metallkartusche, unte'r-Das bei der Erfindung benutzte Ammonnitrat für gebracht und die Aminoverbindung bzw. die Ammon-Sprengstoffe ist vorzugsweise praktisch wasserfrei nitrat-Aminoverbindungs-Lösung in den Behälter und rein oder besitzt die Reinheit für Düngemittel. 60 oder die Kartusche kurz vor ihrer Einführung in das Es ist entweder mit verschiedenen Überzugsmitteln, Bohrloch eingebracht werden. Auf diese Weise werwie Harz, Diatomeenerde usw., überzogen oder über- den die Gefahren beim Vermischen und Transportieren zugsfrei. Reines wasserfreies Ammonnitrat wird be- der fertigen Sprengstoffmassen vermieden. Es ist zu vorzugt. Die Aminoverbindung, wie z. B. das Mono- betonen, daß die Einbringung der Aminoverbindung methylamin oder Dimethylamin, das bei der Erfindung 65 in die Ammonnitratmischung oder die Einbringung gebraucht wird, ist ebenfalls vorzugsweise wasser- einer Menge hiervon zur Lieferung von Massen mit frei. Wenn das Ammonnitrat und ausreichende Men- der Aminoverbindung in Mengen im Bereich von gen der Aminoverbindung in Berührung gebracht 2 bis 14% an der Gebrauchsstelle die Notwendigkeit werden, bildet sich gewöhnlich rasch eine Lösung. vermindert, große Mengen empfindlichen Spreng-Diese Lösungen werden vorzugsweise dadurch ge- 70 stoffes an irgendeinem Ort zuzubereiten; dadurch

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wird die Gefahr für Leib und Leben des Arbeitspersonals in dem örtlichen Bereich wesentlich herabgesetzt.

Obgleich die Sprengstoffmassen nach der Erfindung im wesentlichen aus Ammonnitrat und den genannten Aminoverbindungen bestehen, können sie auch unterschiedliche Menge verschiedener Zusatzstoffe der üblicherweise bei Sprengstoffmassen benutzten verschiedenen Zusätze enthalten, wie Massen, die die gewünschten explosiven Eigenschaften der Mischung steigern oder vermindern oder die sie sensibilisieren oder entsensibilisieren. Andere Zusätze sind Verbindungen, die den Sprengstoffmassen oxydierende oder reduzierende Potentiale zufügen oder ihre Brenngeschwindigkeit katalysieren bzw. die Gefrierpunkte

der Massen beim Transport in gelöster Form herabsetzen. Brennstoffe, die sich als brauchbar bei den Sprengstoffen nach der Erfindung erwiesen haben, sind Ammoniak, Metalle, wie Aluminium oder Magnesium, Erdölfraktionen, Holzmehl, Ruß, Alkohole, wie Methanol oder Äthanol, usw.

Die Empfindlichkeit und allgemeine Brauchbarkeit der Massen aus Ammonnitrat und Aminoverbindungen gemäß der Erfindung als Sprengstoffe hängen etwas von der jeweils verwendeten Aminoverbindung sowie von deren Menge ab. Die Wirksamkeit einer Sprengstoffmischung mit 7,95 Gewichtsprozent Monomethylamin im Vergleich zu einer Anzahl handelsüblicher Sprengstoffe bei Benutzung von Nitroglycerin als Standard ist in der folgenden Tabelle aufgezeigt.

Tabelle I

Masse	Ladungsdichte in g/cm3	Verhältnis der Detonations geschwindigkeit	Verhältnis der Detonations temperatur	Verhältnis des Detonations druckes	Arbeits verhältnis der adiabatischen Expandion
Nitroglycerin	1,60 1,50 1,45 0,98 0,80	1,00 0,83 0,74 0,521 0.445	1,000 0,770 0,566 0,555 0,525	1,000 0,706 0,548 0,228 0,147	1,000" 0,859 0,678 0,641 0.585
50 % Ammoniakdynamit * Ammonnitrat-Monomethylamin 10'0A) Ammoniakdynamit Akremit**

* 50 % Nitroglyceringelatinedynamit mit Ammonnitrat. ** Ein Sprengstoff mit ungefähr 92% Ammonnitrat und 8 %> Ruß.

Aus den vorstehenden Werten ist ersichtlich, daß die Sprengstoffe nach der Erfindung in ihrer Wirksamkeit mit 50%igem Ammoniakdynamit vergleichbar sind. Sie sind jedoch entschieden billiger und weit sicherer zu handhaben als letztere, weil die Sprengstoffe nach der Erfindung an der Gebrauchsstelle, wo sie benötigt werden, und in den erforderlichen Mengen zubereitet werden können, aber nicht Vorsichtsmaßnahmen beim Transport, der Lagerung und der Handhabung verlangen, wie sie für vorbekannte Sprengstoffsorten erforderlich sind.

Während die Sprengstoffmassen nach der Erfindung mit nur etwa 2% der genannten Aminoverbindungen zu gewissem Grade sensibilisiert sind, ist etwa 5 bis 10°/o Aminoverbindung, wie Monomethylamin, zur Erreichung der höchsten Empfindlichkeit erforderlieh. Während die Ammonnitrat-Aminoverbindungs-Massen nach der Erfindung nicht zündkappenempfindlich sind, haben sie eine hohe Empfindlichkeit für eine Mischung so hoher Dichte, d. h. eine Mischung von 92,1 Gewichtsprozent Ammonnitrat und 7,9% Monomethylamin zeigte, daß sie nur einen Zwischenzünder von 70 g gepreßtem Tetryl benötigte, um eine Sprengstoffsäule von einer Länge von etwa 55 cm und etwa 18 cm Durchmesser vollständig zu detonieren. Die flüssigen Massen nach der Erfindung mit etwa 15 bis 50% Aminoverbindung haben eine Empfindlichkeit in derselben Größenordnung wie reines Ammonnitrat bei Druck auf Meeresspiegelhöhe.

Die folgende Tabelle zeigt den Gebrauch einer repräsentativen Gruppe von Zusatzstoffen bei den Ammonnitratsprengstoffen gemäß der Erfindung, die mit Monomethylamin unter Benutzung verschiedener Verhältnisse von Ammonnitrat und Monomethylamin hergestellt sind, welche nachweislich wirksame Sprengstoffe ergeben.

Tabelle II

Brennstoff	%	Mono methylamin	Ammon nitrat °/o
40 Kohlenstaub Weizenmehl Holz (gepulvert) .. Ruß	7 7 8 7 6	3 2 2 3 2 2 6 25	90 91 90 90 92 98 94 75
Ammoniak 45

Die folgende Tabelle erläutert einige der physikalischen Eigenschaften der Ammonnitrat-Monomethylamin-Sprengstoffmassen.

Tabelle III

Physikalische Eigenschaften von Ammonnitrat-Mono- und -Dimethylamin-Lösungen

Monomethylamin,

Gewichtsprozent .. 18,1 27,1

n^si 1,4462 1,4344

Dichte

15⁰C 1,2434 1,1504

25° C 1,2397 1,1463

Viskosität, cP

10⁰C — 7,8

15° C 11,47 6,9

20⁰C 10,06 6,2

25°C 8,86 5,5

3O⁰C 7,96 5,0

Dampfdruck, mm abs.

40° C 567

30° C 375

20° C —

10° C 243

0⁰C 176 ( + 0,9⁰C)

— 30⁰C 44

Ueirierpunkt, L,.... \(
Zündtemperatur, ° C .. 400 bis 450

Dimethvlamin

Gewichtsprozent .. 24,97

Dampfdruck

40° C 499,62

25° C 354,57

Gefrierpunkt ⁰C I⁹

Dimethylamin,

Gewichtsprozent .. 24,13

1126
763
691
447
333
79

400 bis 450

₉__o Sr. 1 17ft

1,1/U

Eine praktische Methode zur Herstellung einer befriedigenden Sprengstoffmasse aus Ammonnitrat und Dimethylamin verläuft wie folgt: Eine Zinndose von etwa I8V2 cm lichter Weite und etwa 60 cm Länge wird mit gekörntem hochdichtem Ammonnitrat gefüllt, und dann wird eine Lösung von Ammonnitrat in Dimethylamin (75 Gewichtsprozent Ammonnitrat und 25 Gewichtsprozent Dimethylamin) zugegeben, um alle Hohlräume auszufüllen, wofür etwa 180 g Lösung auf etwa 450 g gekörntes Ammonnitrat gebraucht wird. Die entstehende Masse besteht aus ungefähr 93°/o Ammonnitrat und 7°/o Dimethylamin.

Die Benutzung der neuen Ammonnitrat-Aminoverbindungs-Sprengstoffmassen nach der Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Vier Tiefbohrlöcher wurden in einer Reihe in eine Gebirgsschicht von Hartgestein, überlagert mit Takonitflözen, gebohrt, die sich als besonders schwierig zum Bohren und Sprengen erwies. Die Tiefe betrug etwa 10 m. Diese Löcher wurden mit Sprengstoffbüchsen von etwa 18 kg geladen. Jede Büchse von etwa 19 cm Durchmesser und etwa 40 cm Länge wurde mit einer Masse beschickt, die aus Ammonnitrat und Dimethylamin im Verhältnis von 1 Gewichtsteil Ammonnitrat auf 0,39 Gewichtsteile einer Masse bestand, die 75,87% Ammonnitrat und 24,13 Gewichtsprozent Dimethylamin enthielt. Zehn dieser Büchsen wurden in je zwei Bohrlöcher gebracht, und neun Büchsen wurden in jedes der beiden anderen Bohrlöcher eingesetzt. Ein Nitramitzünder von etwa I6V2 cm Durchmesser von duPont im Gewicht von etwa 4 kg wurde in die Mitte der Ladungen, d. h. oberhalb der fünften Büchse eingesetzt, und ein zweiter Nitramitzünder wurde unter die oberste Büchse eingesetzt. Eine einzige Primacordleitung wurde zu den beiden Zündern verlegt. Alle Löcher enthielten ziemlich viel Wasser, und Wasser lief auch oben aus dem ersten Loch heraus, als es besetzt wurde. Nach dem Abfeuern hatte sich die ganze Stelle, wo die Bohrlöcher gelegt waren, angehoben und rutschte unter Bildung eines Kraters von ungefähr 1,5 m Breite auf 4Vj m Länge und 3 m Tiefe über 7 m über das entfernteste Bohrloch hinaus nach vorn ab. Erdrisse erstreckten sich auf einen beträchtlichen Abstand über _{dgn Krater hinaus} Obgleich etwas von dem Oberfiächengestein in großen Stücken vorlag, war nichts entstanden, was mit einer Schaufel geräumt werden konnte.

Beispiel 2

Flüssiges Monomethylamin wurde zu Ammonnitrat in zerkleinerter Form in einer ausreichenden Menge zugegeben, um eine Lösung des Ammonnitrats in Monomethylamin zu liefern. Die anfallende Masse enthielt 79,56% Ammonnitrat und 20,44°/» Monomethylamin. Handelsübliches überzogenes Ammonnitrat wurde dann mit dieser Lösung im Verhältnis von 0,614 Gewichtsteile Lösung auf 1 Gewichtsteil Ammonnitrat vermischt. Eine Zinnbüchse von Quartgröße wurde mit diesem Brei gefüllt, der aus 90,36 _a5 Gewichtsprozent Ammonnitrat, 7,78 Gewichtsprozent Monomethylamin und 1,85 Gewichtsprozent inertem Stoff (Überzugsmittel) bestand. Die gefüllte Büchse wurde dann im Boden eingegraben, so daß ihre Decke mit der Oberfläche der Erde auf gleicher Höhe lag. Zwei Blöcke zu 37 g Pentolit-Zwischenzündersprengstoff wurden auf der Dosenoberfläche umwickelt. Zwei elektrische Dynamitkapseln Nr. 8 wurden dann in Löcher in den Pentolitblöcken eingepreßt. Die Zündkapseln wurden darauf detoniert, initiierten die Detonation des Pentolits, und letztere wiederum zündete die Ammonnitrat-Monomethylamin-Massen. Ein Krater von etwas über 1,80 m Durchmesser und etwa 50 cm Tiefe wurde gebildet. Ein Vergleichsversuch, bei dem dieselbe Pentolit-Übertragungsladung auf eine Quartbüchse aufgewickelt wurde, die mit Wasser gefüllt war, erzeugte nur eine schwache Eindrückung j_m Boden von ungefähr 40 cm Durchmesser auf 18 cm Tiefe.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1· Ammonnitratsprengstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus Mischungen von Ammonnitrat mit 2 bis 50 Gewichtsprozent eines Amins von der Strukturformel

   H — N
   j
   R'

   -C₂H₄NH₂ und R' Wasserstoff, ein d C

   besteht, worin R ein niederes Alkyl, niederes Oxalkyl oder ₂₄₂

   niederes Alkyl oder -C₂H₄NH₂ ist.
2. 2. Ammonnitratsprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amin Monomethylamin oder Dimethylamin ist.