DE1446886C

DE1446886C - Geprilltes Ammoniumnitrat zur Her stellung von Spreng und Treibstoffen

Info

Publication number: DE1446886C
Authority: DE
Inventors: Florissant Parks J R University City Stitesjun J G Des Peres Mo Lvon J E (V St A )
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Publication date: 1971-05-13

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft geprillles Ammoniumnitrat zur Herstellung von Sprengstoffen.

Sprengstoffe aus Ammoniumnitrat werden gegenwärtig viel verwendet, so z.B. beim Abschälen im Bergbau, bei dem eine darüberliegende Sedimentgesteinsschicht zwecks Freilcgung der gewünschten Mineralien entfernt werden muß. Sie haben den Vorteil, daß sie wirtschaftlich sind und an Ort und Stelle vermischt werden können, obwohl solche Sprengstoffe auch manche Nachteile aufweisen. Der eine Nachteil besteht darin, daß die Dctonationsgeschwindigkcil der gegenwärtig zugänglichen Ammoniumnitratsprengstoffe wesentlich geringer als die Schallgeschwindigkeit in hartem Gestein ist, so daß keine hohe Wirksamkeit erhalten wird. Der zweite Nachteil besteht darin, daß die Sprengstoffmassen gewöhnlich derart geringe Dichten haben, daß sie nicht nach unten sinken, wenn sie in ein mit Wasser gefülltes Bohrloch gebracht werden.

Sprengstoffe, die vorwiegend aus Ammoniumnitrat und einem damit vermischten geeigneten Brennstoff bestehen, werden beim unterirdischen Bergbau gegenwärtig nicht viel verwendet. Neben vielen anderen Gründen ist dies vorwiegend darauf zurückzuführen, daß diese Art von Sprengstoffen gewöhnlich einen großen »kritischen Durchmesser« besitzt, so daß diese Sprengstoffe nicht in Bohrlöchern mit kleinem Durchmesser verwendet werden können, und daß die Detonationsgeschwindigkeit dieser Sprengstoffe zwecks Erzielung der gewünschten Ergebnisse nicht groß genug ist. Im Gegensatz zu den Bohrlöchern mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 25 cm, die gewöhnlich bei den Abschälverfahren verwendet werden, besitzen die bei unterirdischen Sprengungen verwendeten Bohrlöcher einen Durchmesser von etwa 2,5 bis 5 cm, der unterhalb der geringsten zufriedenstellenden Größe liegt, bei der die herkömmlichen Ammoniumnitrat-Brennstoff-Gemische verwendbar sind.

Sprengstoffe aus Ammoniumnitrat bestehen gewöhnlich aus Ammoniumnitralkörnchen, -plälzchen oder -kügelchen und aus einer Menge eines damit vermischten geeigneten, verbrennbaren Brennstoffs, die durch die Zersetzung des Ammoniumnitrats oxydiert werden kann, wobei als verbrennbare Brennstoffe meist flüssige Kohlenwasserstoffgemische, wie Brennstoffe)! Nr. 2, verwendet werden. Die durch Verfestigen von suspendierten Tröpfchen hergestellten Kügelchen sind als Prills bekannt, wobei die geprüften Ammoniumnitratteilchen mit geringer Dichte gewöhnlich als die beste zugängliche Form von Ammoniumnitrat zur Herstellung von Sprengstoffen der oben angegebenen Art angesehen werden, weil die Prills geringer Dichte sehr kleine Hohlräume enthalten, die das Eindringen von flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff und dadurch eine innige Vereinigung mit dem Ammoniumnitrat ermöglichen. Die sehr kleinen Hohlräume liefern auch zahlreiche Druckzenlrcn, die wahrscheinlich die Fortpflanzung der Explosion durch adiabatische Kompression der in den Hohlräumen enthaltenen Gase unterstützen, wodurch Temperaturen oberhalb der Entzündungstemperatur des Ammoniumnitral-Brennstoff-Gcmischcs erzeugt werden. In den'letzlen Jahren sind geprillte Aninioniumnitratmatcriaiien hoher Dichte als für landwirtschaftliche Zwecke geeignete Düngeinittelsorten hergestellt worden, aber diese haben sieh nicht zur Herstellung von Sprengstoffgemischen als geeignet erwiesen, was offenbar darauf zurückzuführen ist, daß ein inniges Gemisch aus einem verbrennbaren Brennstoff und Ammoniumnitrat nicht hergestellt werden kann und daß die oben beschriebenen sehr kleinen Druck-Zentren praktisch fehlen.

Aus der französischen Patentschrift I 155 988 und. der Veröffentlichung in J. angew. Ghem. (UdSSR), 29, . S. 682 bis 688 (1956), ist bekannt, dem Ammoniumnitrat hydratisierbare Stoffe, wie Aluminiumsulfat, ίο Alaun, Calciumnitrat oder Magnesiumnitrat, zu-,zusetzen. In diesen Veröffentlichungen wird jedoch nichts über die Teilchengröße des verwendeten Ammoniumnitrats ausgesagt. Es wird .insbesondere kein geprillles Produkt beschrieben oder nahegelegt. In der britischen Patentschrift 573 147 wird ein Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen mit phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat durch Zugabe von Magnesiumnitrat vorgeschlagen. Unter anderem wird Ammoniumnitrat mit Magnesiümnitrat-hexahydrat zunächst bei 14()"C zusammengeschmolzen und anschließend dehydralisiert, und zwar so lange, bis ein Ammoniumnitrat mit 5 Gewiehtsteilen Magnesiumnitrat und 0,7 Gewichtsteilen Wasser gegeben ist. über phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat in Form von Prills mit einem außerordentlich kleinen Durchmesser finden sich jedoch in dieser Vorveröffentlichung keinc'Angaben.

Erfindungsgcmäß wird ein geprilltes Ammoniumnitrat vorgeschlagen, das zur Herstellung von Spreng-Stoffen geeignet ist und ein hydratisierbares anorganisches Material enthält. Dieses Produkt ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 80'Gewichtsprozent der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm hindurchgehen

'35 und daß die Prills, auf den wasserfreien Zustand bezogen, nicht mehr als etwa 5 Gewichtsprozent eines hydratisierbaren anorganischen Materials und eine Menge Wasser enthalten, die kleiner als die zur vollständigen Hydratisierung des anorganischen MnIe.-rials benötigte Menge ist, wobei die Gesamtmenge des nicht explosionsfähigen inerten Materials unter etwa 6-Gewichtsprozent liegt.

Das erfindungsgemäße Produkt besitzt eine wesentlich höhere Schüttdichte als das obenerwähnte Dünge-

4<i mittelmaterial hoher Dichte und kann gegebenenfalls eine Dichte wesentlich oberhalb der von Wasser haben. Erfindungsgemäß ist gefunden worden, daß bei der Verwendung solcher Teilchen mit geeigneten Abmessungen ein Eindringen eines Brennstoffs, wie

z. B. eines Kohlenwasserslofföls, in die inneren Teile der- Prills zur Erzielung einer wirksamen 'Explosion nicht erforderlieh ist und daß die Hohlräume, die zwischen den Prills vorliegen, offenbar in gleicher Weise wie die inneren Hohlräume von Prills geringer Dichte als Kompressionszentren wirken. Es ist auch gefunden worden, daß bei einer geeigneten WaIiI der Prillgröße das erfindungsgemäß vorgeschlagene Produkt zur Herstellung eines Sprengstoffs verwendet werden kann, der in Bohrlöchern mit einem Durchmesser, der bei Untergrundsprengungen gewöhnlich verwendet wird, ausgezeichnete Ergebnisse liefert. Eine aus diesem Produkt hergestellte Sprengstoff-, masse besitzt ferner eine Detonationsgeschwindigkeit, die weit oberhalb der der bereits bekannten Kohlen-

ί>5 wasscistoff-Ammoniumnilrat-Gemisehe und oberhalb der Schallgeschwindigkeit in hartem Gestein liegt.

Die Ammoniumnitralteilchen in den eiTuidiingsgemäß vorgeschlagenen Massen müssen aiis Prills

bestehen; durch Vermählen und nach ähnlichen Verfahren hergestellte Teilchen sind hierfür nicht geeignet. Wenn Düngemittelammoniumnitratprills mit hoher Dichte vermählen werden, ist das erhaltene Produkt ein Material mit verhältnismäßig geringer Dichte, das nur schwierig zu einem Material mit einer Schüttdichte zusammengepreßt werden kann, die mit der Schüttdichte des als Ausgangsmaterial verwendeten Düngemittelmaterials verglichen werden kann. Wenn ferner ein vermahlenes Material mit geringer Dichte zur Herstellung eines Sprengstoffgemisches verwendet wird, ist das erhaltene Gemisch durch eine verhältnismäßig geringe Detonationsgeschwindigkeit gekennzeichnet. Es ist jedoch gefunden worden, daß Ammoniumnitrat nicht nach den Verfahren feinverteilt mit geringer Teilchengröße werden kann, die bei der Herstellung des oben beschriebenen geprillten Düngematerials mit hoher Dichte verwendet werden, weil bei Versuchen zur Herstellung eines Produkts aus außergewöhnlich kleinen Prills diese so zäh aneinanderhaften, daß das Produkt für den beabsichtigten Zweck ungeeignet ist, und bei Versuchen mit Trennmitteln zum Verhindern eines Aneinanderhaftens der Prills derart große Mengen des Mittels benötigt werden, daß die Verwendbarkeit des erhaltenen Produkts als Sprengstoff wesentlich verringert, wenn nicht sogar unmöglich gemacht wird.

Das hydratisierbare anorganische Material, das erfindungsgemäß mit Ammoniumnitrat vermischt wird, kann jedes Material sein, das, mindestens in der wasserfreien Form, bei den (beim Versprühen verwendeten) Prill-Temperaturen wärmebeständig ist und das bei niedrigeren Temperaturen leicht ein Hydrat bildet. Dadurch soll jedoch nicht zum Ausdruck gebracht werden, daß das hydratisierte oder •teilweise hydratisierte Material bei den Versprühtemperaturen nicht wärmebeständig sein kann oder daß das wasserfreie Material bei der Versprühtemperatur oder bei höheren Temperaturen ein Hydrat in geeigneter Weise nicht zu bilden vermag, sondern es soll nur gesagt werden, daß das anorganische Material zur Bildung eines Hydrats mit irgendwelchem freien Wasser in dem Ammoniumnitratgemisch befähigt sein muß, ehe die Prills in schädlicher Weise aneinanderhaften würden. Besonders ist es wichtig, daß durch das hydratisierbare Material die Prills bei Temperaturen zwischen etwa 0 und 45° C, die bei der Lagerung gewöhnlich auftreten, von ungebundenem Wasser praktisch frei gehalten werden. Erfindungsgemäß können einfache hygroskopische anorganische Salze verwendet werden, wobei jedoch die vorzugsweise verwendeten hydratisierbaren Materialien wasserlösliche anorganische Salze sind, die in gesättigter Luft bei Temperaturen von 85° C oder darüber ein Hydrat bilden. Bezeichnende Beispiele für solche Salze sind Magnesiumnitrat, Aluminiunitrat, Eisennitrat, Calciumnitrat, Zinknitrat, Magnesiumsulfat, Magnesiumoxid und Magnesiumcarbonat. Selbstverständlich werden die Oxide und Carbonate zum größten Teil in Nitrate umgewandelt, wenn sie in das geschmolzene Ammoniumnitrat gebracht werden.

Wie bereits oben erwähnt, wird bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ein hydratisierbares Material verwendet, das den Ammoniumnitratprills eine Abmessungsbeständigkeit innerhalb des Temperaturbereichs verleiht, der bei der Lagerung der Prills normalerweise vorliegt. Ammoniumnitrat kann in verschiedenen Kristallisationsformen vorliegen und erleidet normalerweise eine Phasenänderung bei etwa 32° C. Diese Phasenänderung ist von einer Volumenänderung begleitet, wodurch ein inneres Zerspalten oder Zerkrümeln und gegebenenfalls ein Zerfallen zu einem feinen Pulver von verdichteten Formen von Ammoniumnitrat, wie den Prills, verursacht wird. Diese Erscheinung ist aus vielen bekannten Gründen sehr unerwünscht, so daß ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen ist, daß erfindungsgemäß ein Produkt hergestellt werden kann, das neben den bereits oben angegebenen Vorteilen auch die zweckmäßige Eigenschaft der Abmessungsbeständigkeit bei den gewöhnlich vorliegenden Lagerungstemperaturen besitzt. Beispiele für Salze, die zum Verleihen der Abmessungsbeständigkeit verwendet werden können, sind Calciumnitrat und Magnesiumnitrat.

Die verwendete Menge des hydratisierbaren Materials muß zum chemischen Binden praktisch des gesamten Wassers in dem Ammoniumnitratgemisch in Form von Hydratationswasser mindestens ausreichen, so daß in dem geprillten Material theoretisch praktisch kein freies Wasser zugegeben ist. Da es nahezu unmöglich ist, die Wassermenge in dem Ammoniumnitratgemisch auf einen vernachlässigbaren Wert zu halten, sollten normalerweise selbst unter den günstigsten Bedingungen mindestens etwa 0,02 Gewichtsprozent und vorzugsweise mindestens etwa 0,1 Gewichtsprozent des hydratisierbaren Materials verwendet werden. Andererseits sollten normalerweise nicht mehr als etwa 3 bis 6 Gewichtsprozent des hydratisierbaren Materials verwendet werden, weil durch die Gegenwart einer noch größeren Menge des nicht explosionsfähigen inerten Materials die Brauchbarkeit der Ammoniumnitratmasse für Sprengstoffe beeinträchtigt wird, wobei unter einem nicht explosionsfähigen inerten Material ein Material verstanden werden soll, das sich weder unter Freisetzung von Sauerstoff zersetzt noch unter Freisetzung von Energie bei den Explosionsbedingungen oxydierbar ist. Die Menge des hydratisierbaren Materials wird daher vorzugsweise unterhalb von etwa 1 Gewichtsprozent des Gemisches gehalten.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß die in dem Ammoniumnitratgemisch beim Prillen vorliegende Wassermenge nicht nur unterhalb der Menge, die als Hydratationswasser von dem hydratisierbaren Material in dem Gemisch gebunden werden kann, sondern auch unterhalb der Menge liegen sollte, die eine übermäßige Menge des nicht explosionsfähigen inerten Materials in dem Gemisch erfordern würde. Der Wassergehalt, zu dem auch das Hydratationswasser gehört, sollte daher beim Prillen unterhalb von etwa 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise unterhalb von etwa 1 Gewichtsprozent des Gemisches liegen. Wenn abmessungsbeständige Prills hergestellt werden sollen, sollte der Wassergehalt des Gemisches beim Prillen sogar noch geringer sein und in allen solchen Fällen unterhalb von etwa 2 Gewichtsprozent und vorzugsweise unterhalb von etwa 0,5 Gewichtsprozent des Gemisches liegen.

Das hydratisierbare Material kann dem Ammoniumnitratgemisch nach jedem gewünschten Verfahren einverleibt werden. So kann z. B. verfestigtes und praktisch wasserfreies Ammoniumnitrat mit einem hydratisierbaren Material, das im entwässerten Zustand vorliegt und weniger als die normale Menge Hydratationswasser enthält, vermischt werden, worauf

das erhaltene Gemisch bis zum Schmelzen erhitzt und dann geprillt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die für die vorliegenden Zwecke geeigneten hydratisierbaren Materialien häufig nicht in entwässerter Form zugänglich sind und daß die Materialien stets unter geregelten Feuchtigkeitsbedingungen gehandhabt werden müssen. Bei einem anderen gewöhnlich zufriedenstellenderen Verfahren wird eine verhältnismäßig verdünnte Lösung von Ammoniumnitrat hergestellt und dann das hydratisierbare Material in hydratisierter Form zugesetzt. Das erhaltene wäßrige Gemisch kann dann in den meisten Fällen nach üblichen Verfahren bis zu einem zufriedenstellenden Wassergehalt entwässert werden. Bei einigen Ausführungsformen werden vorzugsweise solche hydratisierbaren Materialien verwendet, die ihr Hydratationswasser derart zäh festhalten, daß zur Verringerung des Wassergehaltes des Ammoniumnitratgemisches bis zu einem zufriedenstellenden Wert besondere Verfahren verwendet werden müssen. Diese Schwierigkeiten werden noch dadurch vergrößert, daß Ammoniumnitrat nicht leicht bei Temperaturen gehandhabt werden kann, die normalerweise zur Entwässerung vieler' hydratisierbarer Materialien erforderlich sind, die sonst für den beabsichtigten Zweck sehr erwünschte Eigenschaften besitzen. Es ist jedoch gefunden worden, daß durch die Gegenwart von geschmolzenem Ammoniumnitrat die Entfernung von Wasser aus solchen schwierig entwässerbaren Hydraten offenbar erleichtert wird und daß unter geeigneten Bedingungen die Entwässerung bei Temperaturen unterhalb der obersten Temperatur durchgeführt werden kann, bei der Ammoniumnitrat noch leicht gehandhabt werden kann. Bei Temperaturen zwischen 170 und 210⁰C und Drücken unterhalb von 0,3 at z. B. kann eine Ammoniumnitratmasse, die Calciumnitrat, Magnesiumnitrat oder ein Gemisch aus beiden Nitraten enthält, bis zu einem Wassergehalt von weniger als 0,5% leicht entwässert werden. Die Entwässerungsendstufe kann nach jedem herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden, wobei vorzugsweise die Verdampfung aus dünnen Filmen des geschmolzenen Gemisches mit Hilfe einer Röhrenverdunstungsvorrichtung oder einer Vorrichtung erfolgt, bei der der Film abgeschabt wird.

Das Prillen kann in üblicher Weise und in einer herkömmlichen Vorrichtung erfolgen, wobei jedoch vorzugsweise etwas abgeänderte Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden. Eine dieser Abänderungen besteht darin, daß vorzugsweise eine Sprühdüse verwendet wird, die beim Versprühen sehr kleine Teilchen innerhalb des unten beschriebenen Größenbereichs liefert. Da Sprühdüsen dieser Art handelsüblich sind, bietet die Auswahl einer geeigneten Sprühdüse normalerweise keine Schwierigkeiten. Wenn ein Sprühkopf verwendet wird, der beim Versprühen unter den verwendeten Bedingungen Prills mit einem geeigneten Bereich von Teilchengrößen liefert, ist ein Aussieben des Produkts nicht erforderlich, obwohl der Teilchengrößenbereich des hergestellten Produkts in Abständen kontrolliert werden sollte. Eine weitere vorteilhafte Veränderung gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, daß vor dem Versprühen (Prillen) das Ammoniumnitrat zwecks Entfernung von etwa darin enthaltener freier Säure neutralisiert wird, weil durch die Gegenwart freier Säure in den Prills diese hygroskopischer und empfindlicher gegen Temperaturänderungen gemacht werden. Ein besonderes Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß das Produkt vor einem merklichen Zusammenbacken auf eine Temperatur unterhalb der abgekühlt werden muß, bei der das hydratisierbare Material in dem Ammoniumnitrat zur Bildung eines Hydrats neigt, so daß der Gehalt der Prills an freiem Wasser praktisch auf einen Wert von Null gehalten wird. Dieses Merkmal bedingt jedoch nicht eine Abänderung herkömmlicher Prillverfahren, weil solche Salze leicht zugänglich sind, die zur Bildung von Hydraten bei Temperaturen oberhalb der Temperaturen neigen, bei denen die Prills gewöhnlich aus den Versprühtürmen entfernt werden.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können auch die herkömmlichen Überzugs- oder Trennmittel verwendet werden, obwohl ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gerade darin besteht, daß solche Mittel nicht benötigt werden. Zu typischen Beispielen für Materialien, die auf die Ammoniumnitratprills aufgebracht werden können, gehören Talkum, Diatomeenerde, oberflächenaktive Mittel u. dgl. Wenn jedoch das Überzugs- oder Trennungsmittel ein nicht explosionsfähiges inertes Material ist, sollte die verwendete Menge derart beschränkt werden, daß die Gesamtmenge der inerten Materialien in und auf den Ammoniumnitratprills unterhalb von etwa 6 Gewichtsprozent liegt.

Zwecks Herstellung eines Produkts mit den gewünschten Eigenschaften sollten mindestens etwa 80 Gewichtsprozent der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm hindurchgehen. Vorzugsweise sollten nicht mehr als 5 bis 10% der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,84 mm nicht hindurchgehen, weil undurchdringbare Prills hoher Dichte, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm nicht mehr hindurchgehen, in Sprengstoffmassen nicht besonders wirksam sind und weil durch die Gegenwart von Prills oberhalb dieser Größe die Brauchbarkeit der geprillten Masse in Sprengstoffgemischen eingeschränkt wird. Je weiter die Größe der zu großen Prills von der oben angegebenen lichten Maschenweite von 0,84 mm abweicht, um so stärker wird die Explosionswirksamkeit verringert, so daß nicht nur der prozentuale Gewichtsanteil der zu großen Prills, sondern auch die Abweichung auf einen geringsten Wert gehalten werden sollte, mit der die Prills die einer lichten Maschenweite von 0,84 mm entsprechende Teilchengröße überschreiten.

Wenn die Prills zur Herstellung von Sprengstoffen dienen sollen, die in Bohrlöchern mit einem Durchmesser oberhalb von etwa 7,5 cm verwendet werden sollen, sollten nicht mehr als etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschen weite von 0,105 mm hindurchgehen, weil durch die Gegenwart eines größeren Anteils von Prills mit einer geringeren Größe als einer lichten Maschenweite von 0,105 mm die Schüttdichte verringert, die Neigung zum Zusammenbacken erhöht und die Fließfähigkeit verringert wird. Gewöhnlich ist es ein Vorteil der Sprengstoffe aus Ammoniumnitrat, daß sie verhältnismäßig detonationsunempfindlich sind, wobei jedoch ein nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestelltes Produkt, das mehr als etwa 5 bis 15% Teilchen mit einer Größe unterhalb einer lichten Maschenweite von 0,105 mm enthält, unter günstigen Bedingungen leicht durch eine einzige Zündkapsel zur Detonation gebracht werden kann.

Durch die Gegenwart eines übermäßigen Anteils von Teilchen mit einer zu geringen Größe wird ebenfalls das Zusammenbacken gefördert und die Fließfähigkeit verringert. Zwecks Erzielung bester Ergebnisse sollten die Prills einen beträchtlichen Anteil des Größenbereichs einer lichten Maschenweite zwischen 0,84 und 0,105 mm umfassen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein geprilltes Produkt, dessen Teilchen innerhalb eines beträchtlichen Bereichs eine unterschiedliche Teilchengröße aufweisen, eine höhere Dichte als ein Produkt aus Teilchen (Prills) mit einheitlicher Größe aufweist. Nach einer allgemeinen Regel sollten die Dichte der Prills und deren Größenbereich gewöhnlich derart bemessen werden, daß das Produkt eine Schüttdichte von etwa 0,96 bis 0,99 g/ccm und vorzugsweise von etwa 1,09 bis 1,2 g/ccm besitzt. Die Dichte der einzelnen Prills ist, wenn man von den Beziehungen zur Schüttdichte absieht, von keiner großen Bedeutung, wobei jedoch wegen dieser Beziehung die Prills möglichst die theoretisch größte Dichte von 1,71 und mindestens eine Dichte von etwa 1,44 g/ccm aufweisen sollten. Diese Dichte wird nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ohne Schwierigkeit erreicht, wobei tatsächlich Teilchendichten oberhalb von 1,6 g/ccm bei der praktischen Durchführung stets erhalten werden können.

Auch bei einem geprilleten Produkt, das für die Verwendung in Bohrlöchern mit einem Durchmesser oberhalb von etwa 7,5 cm die zweckmäßigsten Eigenschäften besitzen soll, sollte sich nicht nur die Prillgröße über einen beträchtlichen Bereich erstrecken, sondern auch bestimmte Mengenanteile der Prills sollten vorzugsweise innerhalb verschiedener Abschnitte des Größenbereichs der Prills liegen. Die besten Ergebnisse in bezug auf die Detonationsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit und Dichte der daraus hergestellten Sprengstoffgemische werden mit geprillten Ammoniumnitratmassen erhalten, in denen die Prillgrößen wie folgt verteilt sind: 5 bis 30% der Prills gehen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 bis 0,42 mm, 25 bis 55% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,42 bis 0,25 mm, 15 bis 60% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,25 bis 0,149 mm, 4 bis 15% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,149 bis 0,105 mm, und 1 bis 5% der Prills gehen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,105 mm hindurch. Dies sind jedoch nur die vorzugsweise verwendeten Bereiche, so daß ausgezeichnete Ergebnisse auch dann erhalten werden können, wenn das Material von diesen Prozentbereichen abweicht.

Bei einem geprillten Produkt, das zur Herstellung von Sprengstoffen für die Verwendung in Bohrlöchern mit einem Durchmesser von etwa 5 oder 7,5 cm dienen soll, besteht trotz der oben angegebenen Nachteile das Produkt vorzugsweise aus Teilchen, deren überwiegende Menge durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,105 mm hindurchgeht. Wenn große Mühe aufgewendet wird, um das Produkt in vollkommen trockenem Zustand zu halten, ist ein solches erfindungsgemäßes Produkt selbst dann zufriedenstellend, wenn ein größerer Anteil der Prills so klein ist, daß eine Klassifizierung nach den üblichen Siebverfahren nicht mehr möglich ist, d. h. diese Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,044 mm hindurchgehen. Normalerweise jedoch werden die besten Ergebnisse mit einem Produkt erhalten, in dem mindestens 50 bis 80% der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,105 mm und etwa 10 bis 40% der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm hindurchgehen. Ein weiter Bereich von Teilchengrößen scheint bei einem aus solchen Prills hergestellten Produkt von nicht allzu großer Bedeutung zu sein, weil die Schüttdichte doch offenbar mehr von anderen Bedingungen, wie von der Neigung zum Zusammenballen, als von der Größenverteilung der Teilchen bestimmt wird.

Zwecks Umwandlung der Ammoniumnitratprills in einen Sprengstoff müssen diese Prills mit einem geeigneten Brennstoff vermischt werden. Materialien, wie Ruß, Sägemehl und Haferhülsen, können zwar verwendet werden, jedoch ermöglicht ein flüssiger Brennstoff, wie z. B. ein Kohlenwasserstofföl, eine innigere Durchmischung, so daß ein solcher vorzugsweise verwendet wird. Der Brennstoff kann mit den Ammoniumnitratprills in irgendeiner geeigneten Vorrichtung, z. B. in einer Drehmischvorrichtung, vermischt werden.

Die Menge des mit den Ammoniumnitratprills bei der Herstellung eines Sprengstoffs vermischten Brennstoffs entspricht vorzugsweise der Menge, die durch den bei der Zersetzung des Nitrats freigesetzten Sauerstoff genau verwertet wird. Bei den gewöhnlichen Kohlenwasserstoffölen beträgt diese Menge etwa 6 Gewichtsprozent. Wenn eine Brennstoffmenge wesentlich oberhalb oder unterhalb der theoretisch optimalen Menge verwendet wird, wird die Explosionswirksamkeit der Masse verringert und eine wirksame Explosion normalerweise nicht erhalten, wenn weniger als etwa 3% oder mehr als etwa 15% eines verbrennbaren Brennstoffs, auf das Gewicht von Ammoniumnitrat bezogen, verwendet werden.

Eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Strengstoffmasse kann in üblicher Weise verwendet werden. Gewöhnlich wird das Gemisch aus Brennstoff und Ammoniumnitrat einfach in ein Bohrloch gegossen, mit einer Zündkapsel versehen, verschlossen und in üblicher Weise verdämmt. Bei feuchten oder mit Wasser gefüllten Bohrlöchern wird das Ammoniumnitratgemisch vorzugsweise in wasserdichten Behältern zwecks Vermeidung einer Feuchtigkeitsaufnahme verpackt. Wasserdichte Behälter, die ein nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestelltes Produkt mit hoher Dichte enthalten, versinken normalerweise in mit Wasser gefüllten Bohrlöchern, was, wie bereits oben ausgeführt, einen wesentlichen Vorteil darstellt.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

Beispiell

45,3 kg wasserfreies Ammoniak werden mit 305 kg 55%iger wäßriger Salpetersäure umgesetzt, wobei 250 kg einer 85%igen wäßrigen Ammoniumnitratlösung erhalten werden. Diese Lösung wird dann bei einer Temperatur von etwa 140⁰C und einem Druck unterhalb von etwa 0,5 at durch Verdunsten des Wassers zu einer 95%igen Lösung konzentriert. Unabhängig<lavon wird eine Lösung von Magnesiumnitrat durch Lösen von 1,08 kg Magnesiumoxid in 6,25 kg 55%iger Salpetersäure hergestellt. Diese Lösung wird dann zwecks Entfernung von unlöslichen Verunreinigungen filtriert und der oben hergestellten 95%igen Ammoniumnitratlösung zugesetzt,

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wobei etwa 232 kg einer . Ammoniumnitratlösung betrug rund 5100 bis 5400 m je Sekunde im Vergleich erhalten werden, die 1,75% Magnesiumnitrat und zu einer Detonationsgeschwindigkeit von rund 3600 etwa 6% Wasser enthält. Diese Lösung wurde dann bis 3900 m je Sekunde eines vergleichbaren Produkts, durch Röhren mit geringem Durchmesser (z. B. von das aus einem handelsüblichen geprillten Ammonium-2,5 cm), die auf einer Temperatur von etwa 190⁰C 5 nitrat geringer Dichte hergestellt worden war. gehalten werden, schnell hindurchgeleitet und an- _ . . schließend in eine auf einem Druck von etwa 0,13 at B e ι s ρ ι e 1 11 gehaltene Kammer eintreten gelassen, in der das Nach dem im Beispiel I beschriebenen Verfahren Wasser aus der Masse verdampft und der Wasser- wird ein geschmolzenes Ammoniumnitratgemisch hergehalt der Ammoniumnitratschmelze auf etwa 0,3% io gestellt und dann in einem Prillingturm fein verteilt, Wasser verringert wird. Das nach diesem Verfahren wobei ein Produkt aus Prills mit den folgenden konzentrierte Ammoniumnitrat wird dann bei einer Größen erhalten wird. Sprühtemperatur von etwa 197° C mit Hilfe eines _Lichte Maschen weite· solchen Sprühdrucks und eines solchen Sprühkopfes .

geprillt, daß die Prills durch ein Sieb mit einer lichten i₅ ^ °!^s "fit ^mm I/o

Maschenweite von 0,84 mm hindurchgehen, jedoch ^i °!^s JJ'f * ^mm : %£

nur etwa 5% der Teilchen kleiner als ein Sieb mit einer JJ'f* °!^s X'!^ ^mm " ■ · '■'■'^:: ■ ·■'.' ν "^₀/⁰

lichten Maschenweite von 0,105 mm sind. °> 49 bis 0,105 mm 17%

Die nach dem oben beschriebenen Verfahren her- J^ °]^s ^ψλ ^mm *[£

gestellten Prills wurden in einem üblichen Beton- 20 ^⁵.^{3 bis} ,'" ;7.^mm \^lJ°

mischer mit 6 Gewichtsprozent eines leichten Heizöls Kleiner als 0,044 mm 26 /0

gründlich vermischt. Verschiedene Bohrlöcher mit Die Prills wurden dann in einem Betonmischer mit einem Durchmesser von etwa 23 cm, die in eine 6 Gewichtsprozent eines leichten Heizöls gründlich Schiefer- und Kalksteindeckschicht einer offenen Berg- vermischt. Für Vergleichszwecke wurde ein ähnliches werksgrube gebohrt worden waren, wurden dann mit 25 Produkt hergestellt, nur wurde hierbei in üblicher je 68 kg des mit öl vermischten Materials geladen. Weise geprilltes Ammoniumnitrat geringer Dichte Die Löcher wurden in üblicher Weise mit einer an Stelle des erfindungsgemäßen microgeprillten ProZündkapsel versehen und verdammt und dann zur dukts verwendet. Die Ergebnisse dieser Vergleichs-Explosion gebracht. Die Detonationsgeschwindigkeit versuche sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Explosionseigenschaften von Ammoniumnitrat-Heizöl-Gemischen in Schwarzblechröhren

Gemisch

Kritischer Durchmesser

nicht umgrenzt*)

umgrenzt

Detonationsgeschwindigkeit
Meter je Sekunde

Dichte

g/ccm

Herkömmliche Prills

Dichte Microprills

3,8 cm

2,5 cm

10 cm

3,8 cm

*) In Papprohren.

Aus den obigen Ergebnissen geht hervor, daß das erfindungsgemäß vorgeschlagene Produkt in Bohrlöchern bis herab zu einem Durchmesser von 2,5 cm verwendet werden kann und daß der nicht umgrenzte kritische Durchmesser nur 3,8 cm beträgt. Das Produkt wurde ferner bei praktischen Bergwerksarbeiten in Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 3,3 cm in dolomitischem Kalkstein untersucht, wobei ausgezeichnete Ergebnisse erhalten wurden.

Das Verfahren ist bei Verwendung von anderen hydratisierbaren Materialien und von anderen Brennstoffarten praktisch das gleiche wie das oben beschriebene.

Claims

Patentansprüche:

1. Geprilltes Ammonnitrat zur Herstellung von Spreng- und Treibstoffen, das ein hydratisierbares anorganisches Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 80 Gewichtsprozent der Prills durch ein Sieb mit einer

Durchmesser 2,5 cm: Versager
Durchmesser 5 cm: 3000
Durchmesser 2,5: 3870
Durchmesser 5 cm: 4500

0,83
0,83
0,97
0,97

lichten Maschenweite von 0,84 mm hindurchgehen und daß die Prills, auf den wasserfreien Zustand bezogen, nicht mehr als etwa 5 Gewichtsprozent eines hydratisierbaren anorganischen Materials und eine Menge Wasser enthalten, die kleiner als die zur vollständigen Hydratisierung des anorganischen Materials benötigte Menge ist, wobei die Gesamtmenge von Wasser und hydratisierbarem anorganischem Material unter etwa 6 Gewichtsprozent liegt.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 50 Gewichtsprozent der Prills durch ein Sieb mit einer lichten Maschen weite von 0,105 mm und 10 bis 40 Gewichtsprozent durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm hindurchgehen.

3. Masse nach Anspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, daß das hydratisierbare anorganische Material aus Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat besteht.