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Plastischer, von flüssigen Salpetersäureestern freier Sicherheitssprengstoff
Die Erfindung betrifft plastische, von flüssigen Salpetersäureestern freie Sicherheitssprengstoffe
von vorzugsweise ausgeglichener Sauerstoffbilanz auf der Basis von Ammonnitrat,
festen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen oder metallischen Brennstoffen sowie zierun,9siWittel
einem wäßT%*en , niit g_ uellmittel- -h&h- er ---- positiver
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ii-c-'#Ler--ei -ss#r-engstoffe dieser Art sind bereits bekannt und enthalten
als Brennstoff z. B. 20 bis 25 Gewichtsprozent mittelbrisanten Sprengstoff,
gegebenenfalls Metall, und 0 bis 15 Gewichtsprozent hochbrisante Sprengstoffe
(deutsche Auslegeschrift 1078 919).
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Diese bekannten Sprengstoffe können bekanntlich durch Erhöhung des
Wasseranteiles verflüssigt werden und stellen auch in dieser nicht plastischen Form
brauchbare Mischungen dar (deutsche Auslegeschrift 1082842).
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Fernerhin sind plastische Sicherheitssprengstoffe mit ausgeglichener
Sauerstoffbilanz bekannt, die ein wäßriges quellmittelhaltiges Plastifizierungsmittel
und als Brennstoff 20 bis 450/, hochbrisanten Sprengstoff enthalten (deutsche Auslegeschrift
1009 990).
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Die zuerst genannten bekannten Sicherheitssprengstoffe brachten gegenüber
der zuletzt genannten Mischung den Vorteil, daß der hochbrisante Anteil verringert
oder ausgeschaltet werden konnte, indem er teilweise oder gänzlich durch Nitrosprengstoffe,
wie Trinitrotoluol, ersetzt wurde. Dies war dadurch möglich, daß das Plastifizierungsmittel
eine hohe positive Sauerstoffbilanz aufwies.
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Der Sicherheitssprengstoff gemäß der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet,
daß er als Plastiflzierungsmittel etwa 10 bis 250/, einer quellmittelhaltigen
wäßrigen Lösung mindestens zweier anorganischer sauerstoffreicher Salze enthält,
wobei die Menge eines der gelösten Salze gleich oder größer ist, als dem Salzgehalt
der gesättigten Einstofflösung entspricht, und daß der Sprengstoff frei ist von
organischen Nitrosprengstoffen.
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Die Verwendung eines solchen Plastifizierungsmittels ermöglicht plastische
Sicherheitssprengstoffe, die keine üblicherweise als Explosivstoffe anzusprechenden
Komponenten, wie Trinitrotoluol enthalten.
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Als feste oder flüssige kohlenstoffhaltige Brennstoffe sind beispielsweise
niedrig nitrierte Kohlenwasserstoffe, wie Mono- oder Dinitroverbindungen aromatischer
Kohlenwasserstoffe, z. B. Mono- bzw. Dinitrobenzol oder Mono- bzw. Dinitrotoluol,
oder Brenn-öle, wie Dieselöl u. dgl., oder Metalle geeignet.
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Es wurde gefunden, daß der erforderliche hohe Sauerstoffüberschuß
des wäßrigen Plastifizierungsmittels in einfacher, billiger und ungefährlicher Weise
allein mit den üblichen anorganischen sauerstoffreichen Salzen erzielt und gesteuert
werden kann, indem die Löslichkeit der Salze in Wasser durch die Anwesenheit eines
oder mehrerer anderer Salze erhöht wird. Diese als Einsalzeffekt bezeichnete Löslichkeitserhöhung
gestattet es z. B., eine gewünschte hohe positive Sauerstoffbilanz zu erreichen
und gleichzeitig eine stark herabgesetzte Kälteempfindlichkeit des Plastifizierungsmittels
zu erzielen, wenn für ein gegebenes System entsprechende Mengenverhältnisse eingehalten
werden. Dadurch wird die Herstellung einer großen Zahl neuer plastifizierter Sicherheitssprengstoffe
mit abgestuften Eigenschaften möglich.
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Wenn man z. B. in einer konzentrierten wäßrigen Calciumnitratlösung
mit festem Calciumnitrat als Bodenkörper ein zweites sauerstoffabgebendes Salz,
wie Ammonnitrat, löst, geht unter isothermen Bedingungen weiteres Calciumnitrat
aus dem Bodenkörper in Lösung.
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Die Größe dieses Effektes geht aus dem folgenden Beispiel hervor:
In 100 g Wasser (20'C) lösen sich maximal 127 g
Caleiumnitrat. In Anwesenheit
von 50 g in dieser Wassermenge gelöstem Ammonnitrat können jedoch weitere
56 g Calciumnitrat gelöst werden, so daß nunmehr 183 g Calciumnitrat
in 100 g Wasser gelöst vorliegen.
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Es ist auf diese Weise aus einer bei 20'C gesättigten Salzlösung
mit 127 g Calciumnitrat eine auch bei tieferen Temperaturen noch ungesättigte
Salzlösung
wesentlich höherer Gesamtsalzkonzentration
(233 g)
und entsprechend höherer 0-Bilanz entstanden.
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Auch Mangannitrat, Magnesiumnitrat oder ein anderes sauerstoffabgebendes
Salz mit entsprechender Löslichkeit, hohem Sauerstoffüberschuß und geringer Zersetzungswärme
kann an Stelle von Calciumnitrat bzw. als Zusatz zum Erzielen des Einsalzeffektes
verwendet werden, wobei auch Systeme mit mehr als zwei Salzen hergestellt werden
können.
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Eine Verwendung mehrerer Salze für das Plastifizierungsmittel ist
auch deswegen vorteilhaft, weil ein gegebener Wert des Sauerstoffüberschusses bei
höherer Salzkonzentration und daher mit einem kleineren Wasseranteil erzielt werden
kann.
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Zweckmäßigerweise setzt sich die Salzlösung beispielsweise zusammen
aus 40 bis 55 Gewichtsprozent Calciumnitrat, 10 bis 30 Gewichtsprozent
Ammonnitrat und 25 bis 35 Gewichtsprozent Wasser. Bei Lösungen in
diesem Bereich liegt der Beginn der Salzabscheidung unter O'C.
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Als Salze für die Herstellung der Lösung kommen Nitrate der Alkalimetalle,
Erdalkalimetalle, einiger Schwermetalle, wie Blei, und Ammonnitrat sowie Perchlorate
in Frage.
| a b C d e f |
| Dinitro- |
| Zer- Gasmenge benzohnenge Verbrennungswärme Gasmenge |
| OxydatorsaIz Sauerstoffbilanz Setzungs- (verbrennt bei Verbrennung
bei Verbrennung |
| wärme n mit 1 kg nach (d) nach (d) |
| Oxydator) |
| (g-Atom/kg) (Kcal/kg) (Mol/kg) (kg) (Kcal)
(MOI) |
| Ammonnitrat 12,5 +381 37,47 0,210 845 + 381 = 1226
11,3 + 37,5 = 48,8 |
| (20 Gewichts- |
| prozent) |
| Natriumnitrat 29,4 -760 5,88 0,494 1988 - 760 = 1228
26,45 + 5,9 = 32,35 |
| (47 Gewichts- |
| prozent) 27,4 + 6,1 = 33,5 |
| Calciumnitrat 30,47 -427 6,1 0,512 2060 - 427
= 1633 |
| (48,75 Gewichts- |
| prozent) |
| Natriumper- |
| chlorat .... 32,67 -13 0 0,549 2209 - 13 = 2196
29,4 |
| (52,27 Gewichts- |
| prozent) |
| Ammonper- |
| chlorat .... 17,02 408 25,53 0,286 1148
+ 408 = 1556 15,314- 25.53 40,84 |
| (27,23 Gewichts- |
| prozent) |
Für eine zweckmäßige Auswahl der Salze sind allgemein neben den wirtschaftlichen
Gegebenheiten die Sauerstoffbilanz, die Zersetzungswärme (s. Tabelle), die Wasserlöslichkeit
und die Wechselwirkungseigenschaften (z. B. stärkere Lösungsbeeinflussung bei mehrwertigen
Kationen) zu berücksichtigen.
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Durch Zusatz von Quellmittel bzw. hydrophilem Kolloid zu der Salzlösung
entsteht das Plastifizierungsmittel. Das Quellmittel wird zweckmäßigerweise erst
nach Lösung der verschiedenen Salze eingeführt, z. B. in einer Menge von bis zu
3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des Plastiflzierungsmittels. Durch
Auswahl eines Stoffes von entsprechend hoher Quellfähigkeit bzw. hoher Viskosität
des damit erzielten wäßrigen Mediums kann der Anteil des Zusatzes entsprechend niedrig
gehalten werden.
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Grundsätzlich kann das Plastifizierungsmittel auch erst während des
Mischens gebildet werden, indem statt einer quellmittelhaltigen Salzlösung nur eine
wäßrige Kolloid- bzw. Quellmittellösung benutzt wird, die sich dann beim Mischen
aus der festen wasserlöslichen Komponente sättigt. Dies hat jedoch den Nachteil
einer wesentlich verlängerten Mischzeit und schlechterer Plastizität. Eventuell
tritt sogar Erhärtung ein.
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Als Quellmittel können synthetische oder natürliche hydrophile Kolloide
und andere in Wasser quellbare oder lösliche Stoffe, z. B. Agar-Agar, Dextrin, Stärke,
Polyvinylalkohol, Dextran u. dgl. verwendet werden.
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Die Sauerstoffbilanz des Plastifizierungsmittels wird vorzugsweise
gleich oder höher gewählt wie die von Ammonnitrat, d. h. >
+200/0, damit eine entsprechend hohe Explosionsenergie des plastifizierten Sprengstoffes
mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz ermöglicht wird. Die Korngröße der im fertigen
Sprengstoff vorhandenen festen Komponenten liegt vorzugsweise unter 200
V..
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Zur Herstellung eines solchen Sprengstoffes kann z. B. als Plastifizierungsmittel
eine gemäß obigen Angaben hergestellte Lösung mit Quellmittel aus folgenden Komponenten
verwendet werden: 41 bis 42 Gewichtsprozent Ca(NOJ, 27 bis 28 Gewichtsprozent
NH,NO, 27 bis 28 Gewichtsprozent H20 2,5 bis 3 Gewichtsprozent
Agar-Agar. Das Plastifizierungsmittel wird in einer Menge von etwa 10 bis
25 Gewichtsprozent, bezogen auf den fertigen Sprengstoff, mit festem Ammonnitrat
und den anderen Komponenten des Sprengstoffes gemischt. Zur Herstellung des plastischen
Gemisches ist gegebenenfalls Zwangsmischung vorteilhaft.
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Aus wirtschaftlichen oder verwendungstechnischen Gründen kann es erforderlich
sein, Ammonnitrat
durch ein anderes sauerstoffabgebendes Salz, wie
Natriumnitrat, teilweise zu ersetzen.
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Beispiel 1
Aus 75 Gewichtsprozent Ammonnitrat (Korngröße
100 p.), 18 Gewichtsprozent des oben angegebenen Plastifizierungsmittels
und 7 Gewichtsprozent Mononitrobenzol wird eine Mischung bereitet, die mit
Sprengkapsel Nr. 8 zur Durchführung der Stauchprobe nach H e s s im Einschluß
gezündet wurde; der Stauchwert betrug 33 "/,. Die Bruttoausbauchung im Bleiblock
nach T r a u z 1 betrug 390 CM3 . Dieser Sprengstoff ist sauerstoffüberschüssig.
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Beispiel 2 Dieses Beispiel beschreibt eine plastische Sprengstoffmischung,
welche außer dem Kolloid des Plastifizierungsmittels keine organischen Stoffe enthält.
61 Gewichtsprozent Ammonnitrat, 21,5 Gewichtsprozent des oben angegebenen
Plastifizierungsmittels und 17,5 Gewichtsprozent Aluminium werden vermischt.
Die festen Komponenten besitzen eine Korngröße von höchstens 100 #t. Auch
dieses bezüglich seiner Sauerstoffbilanz ausgeglichene plastische Gemisch detoniert
mit Kapsel Nr. 8 bei der Stauchprobe nach H es s im Einschluß; der Stauchwert
beträgt 50 0/0.
Die Bruttoausbauchung im Bleiblock nach T r a u z
1
beträgt 590 CM3.
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Beispiel 3
Aus 19,0 Gewichtsprozent des obengenannten
Plastifizierungsmittels, 39,0 Gewichtsprozent Ammonnitrat, 20 Gewichtsprozent
Natriumnitrat und 22,0 Gewichtsprozent Dinitrobenzol wird ein sauerstoffausgeglichenes
Gemisch hergestellt, das im Einschluß ohne Relais mit Sprengkapsel Nr.
8 gezündet werden kann. Stauchwert H e s s im Einschluß: 310/,. Bruttoausbauchung
im Bleiblock nach T r a u z 1: 390 cm'. Auch diese Mischung ist gut plastisch.
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Beispiel 4 Aus 77 Gewichtsprozent Ammonnitrat, 18 Gewichtsprozent
des oben angegebenen Plastifizierungsmittels und 5 Gewichtsprozent Dieselöl
wird ein plastischer Sprengstoff mit einer Dichte von etwa 1,3 hergestellt,
der mit Hilfe eines Relais und Sprengkapsel Nr. 8
im Einschluß einwandfrei
zur Detonation gebracht werden kann. Der Stauchwert nach H e s s im Einschluß mit
Relaiszündung beträgt 340/,.