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Explosivstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung Die
Erfindung betrifft Explosivstoffe, -insbesondere ein neues Verfahren zur
.Herstellung wasserbeständiger Explosiv-
stoffe auf der Basis von Ammoniumnitrat
und die danach. her-
gestellten ExplosivstoffzusammensetzIngen.-Sprühkristallisiertes
Ammoniumnitrat in Mischung mit flüssigen paraffinischen Kohlenwasserstoffen,
z.B. Heizöl, werden tech-
nasch in großem Umfang als Spreng-
und Explosivstoffe verwendet. Die dabei erhaltenen Zusammensetzungen, die gewöhnlich
etwa 6 Gew.-% Ö1 enthalten, weisen jedoch eine geringe Dichte von etwa
0,8 g/cm3 auf und werden rasch und praktisch vollständig zersetzt, wenn sie
mit Wasser in Berührung kommen, da sich die Nitratteilchen auflösen. Diese Ammoniumnitrat-Heizölexplosivstoffe
üblicherweise als ANFO bezeichnet) können daher in wasserhaltigen Bohrlöchern oder
an anderen feuchten Stellen nur dann verwendet werden, wenn-sie in wasserdichte
Behälter oder Säcke gebracht werden oder auf andere Weise gegen Berührung mit Wasser
geschützt werden.
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Es wurden.bereits Versuche unternommen, die Wasserbeständigkeit von
sprühkristallisiertem Ammoniumnitrat durch Überziehen der Oberfläche der Sprühteilchen
mit wasserabstoßenden Stoffen, z.B. Fett, Wachs oder Ton, zu verbessern. Derartige
direkte Oberflächenbehandlungen sind jedoch unbefriedigend, da sich hierdurch nur
schwer praktisch gleichmäßige und wirksame wasserbeständige Überzüge verwirklichen
lassen, nachdem viele kleine Öffnungen und Unregelmäßigkeiten in den porösen Sprühkristallen
vorhanden sind. . Dia obigen Mängel und Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt,
die ein neues Verfahren zur Herstellung eines wasserbeständigen Ammoniumnitratexplosivstoffs
und eine danach hergestellte Explosivstoffzusammensetzung schafft.
Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Wasserbeständigmachungeines porösen teilchenförmigen
Ammoniumnitrats besteht darin, daß poröses teilchenförmiges Ammoniumnitrat mit einem
Erdalkali-'oder Erdmetallsalz.einer aliphatischen Carbon= säure, in einer Menge
zwischen 0,5 und 2 Gew.-b Salz bezogen auf das Gewicht des Ammoniumnitrats gemischt
wird, wobei das Salz 8 bis 24 Kohlenstoffatome in der aliphatischen Gruppe aufweist,
der Mischung von Pettsäuresalz und Ammoniumnitrat ein flüssiger Kohlenwasserstoff
zugesetzt wird in einer Menge von 4 bis 8 Gew.-% der Gesamtmischung und flüssiger
Kohlenwasserstoff und Mischung von Fettsäuresalz und teilchenförmigem Ammoniumnitrat
gemischt werden unter in situ Bildung eines wasserbeständigen Schutzüberzugs auf
dem Ammoniumnitrat.
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Die Erfindung betrifft auch die so hergestellte Zusammen-Setzung.,
Das gebildete, mit Fett überzogene Ammoniumnitrat kann mit einer wässrigen Ammoniumnitratlösung
in solchen Mengen, daß entweder eine pastenartige oder gießfähige Aufschlämmung
entsteht, gemischt werden. Die erhaltene Explosivstoffzusammensetzung ist praktisch
wasserbeständig und besitzt bei der Detonation eine gute Sprengkraft.
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Insbesondere wird erfindungsgemäß sprühkristallisiertes Ammoniumnitrat
mit 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
des Ammoniumnitrats,
an feinteiligem Erdalkali- oder Erdmetallsalz einer aliphatischen Carbon-Fettsäure
mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen in der aliphatischen Gruppe bestäubt oder in anderer
Weise vermischt. Die Mischung von Fettsäuresalz und porösem sprühkristallisiertem
Ammoniumnitrat wird gründlich gemischt, so daß eine im wesentlichen gleichmäßige
Dispersion des Fettsäuresalzes in Berührung mit dem teilchenförmigen Ammoniumnitrat
entsteht. Ein flüssiger Kohlenwasserstoff, vorzugsweise ein flüssiges Paraffinöl
verhältnismäßig niedriger Viskosität, wie z.B. Dieselöl Nr.2, wird der Ammoniumnitrat-Fettsäuresalzmischung
zugesetzt und diese Mischung, wird gerArt, um eine praktisch gleichmäßige
Dispersion des flüssigen Kohlenwasserstoffs in der ganzen Mischung herzustellen.
Die verwendete Kohlenwasserstoffmenge liegt zwischen 4 und 8 Gew.-% bezogen auf
die Gesamtmischung von Ammoniumnitrat, Fettsäuresalz und flüssigem Kohlenwasserstoff.
Das durch die Wechselwirkung von Öl und Fettsäuresalz gemäß dem Verfahren der Erfindung
gebildete hydrophobe Fett wird praktisch vollständig über die Oberfläche und in
die Poren des teilchenförmigen porösen Ammoniumnitrats verteilt. Die erhalteneu,
mit Fett überzogenen Sprühkristalle stellen direkt eine brauchbare wasserbeständige
Ammoniumnitratexplosivatoff-@ zusammensetzung dar. Die wasserbeständige-Fettmasse
stellt für das Oxydationsmittel Ammoniumnitrat praktisch in gleicher Weise
den
Brennstoff zur Verfügung wie dies beim Öl selbst in den,
nicht wasserbeständigen
ANFO-Explosivgtoffzusammensetzungen
der bekannten Art der Fall ist.
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Ein zusätzlicher Vorteil bei der Erfindung besteht darin, daß das
mit Fett überzogene poröse teilchenförmige Ammoniumnitratprodultt mit einer wässrigen
Ammoniumnitratlösung gemischt werden kann unter Bildung eines Explosivstoffes, dessen
Ammoniumnitrateinzelteilchen in.Gegenwart einer wässrigen Ammoniumnitratoxydationsmittellösung
gleichzeitig existieren. Zur Herstellung der letzteren Zusammensetzung werden nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, mit Fett überzogene J
Sprühkristalle
mit einer wässrigen.Lösung von Ammoniumnitrat gemischt,_die gewöhnlich eine kleine
Menge eines Dickungsmittels, z.B.. einen Naturgummi, enthält. Die Ammoniumnitratkonzentration
in der Lösung liegt zwischen 6® Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung,
und der Sättigungskonzentration des Ammoniumnitrats in der wässrigen Flüssigkeit.
Die insgesamt verwendete Menge an wässriger Lösung wird so bemessen, daß die zu
verwendende Wassermenge maximal 15" Gew.-% der Explosivstoffzusammensetzung ausmacht.
Gewöhnlich liegt der Wassergehalt zwischen 3 und 15 Gewä-% des Gesamtgewichtes.
Wenn der Wassergehalt mindestens 9 Gew.-% beträgt, erhält man gießfähige
Explosivstoffaufschlämmungen. Bei, unter 9% liegenden Wasserkonzentrationen
weist das erhaltene Produkt zwar eine gute Sprengkraft auf, liegt jedoch
nicht in Form einer gießfähigen-Aufschlämmung vor. Bei hUh®ren Wasserkoüzentrationen
als oben angegeben, neigt der erhaltene Explosivstoff
zu einer geringeren
Detonationsempfindlichkeit. Göwöhnlich enthält die Explosivatoffaufschlämmung gemäß
der Erfindung bezogen auf das Gewicht 9 bis 15% Wasser, 2 1/2 bis 8 ,% flüssigen
Kohlenwasserstoffbrennstoff, 0,S bis 1,8,% Erdälkali-oder Erdmetallsalz einer aliphatischen
Carbonsäure, 0 bis 3,% Dickungsrnittel und im übrigen Ammoniumnitrat. Sprühkristallisierte
Ammoniumnitratprodukte, wie sie zur Verwendung in ANFO-Zusammensetzungen, für-Düngemittel
oder für andere Zwecke hergestellt werden, oder andere teilchenförmige poröse Ammoniumnitratsorten
sind alle als Oxydationsmittelquelle geeignet. Das Material kann im sprühkristallisierten
Zustand verwendet werden oder kann gemahlen oder auf andere Weise behandelt werden,
um einen bestimmten Teilchengrößen-.bereich zu schaffen.
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Die Bezeichnung "Erdalkalimetall" wird hier hinsichtlich der Fettsäuresalze
in dem Sinne verwendet, daß darunter Magnesium, Calzium, Strontium und Barium verstanden
werden. Unter "Erdmetall" werden Aluminium, Gallium, Indium und Thallium verstanden.
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Spezielle. Beispiele für geeignete Erdalkali- und Erdmetallsalze von
Fettsäuren zur Verwendung in der Erfindung sind Aluminium' oleinat, Aluminiumstearinat,
Aluminiumtallat, Calziumstearinat, Calziumthallat und Calziumoleinat.
Der
zu verwendende.flüssige Brennstoff wird gewöhnlich unter den Erdölflüssigkeiten
oder fraktionierten Erdölflüssigkeitsprodukten gewählt. Kerosin, Heizöle, Schmieröle-und
andere Rohölfraktionen mit verhältnismäßig hohem Flammpunkt, einschließlich von
Rohöl selbst stellen besonders geeignete Kohlenwasserstoffe zur Verwendung- im erfindungsgemäßen
Verfahren und in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung dar.
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Besonders geeignete Dickungsmittel für die Verwendung dar wässrigen
Ammoniumnitratlösung bei der Herstellung der Wasserbeständigen .Zusammensetzung
aus :Sprühkristallen und wässrigem Ammoniumnitrat gemäß der Erfindung sind die natürlichen
Gummis, obwohl auch andere Dickungsmittel verwendet werden können. Spezielle Beispiele
für geeignete Gummi-Dickungsmittel sind Guargum und indischer Tragant.
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In der Explosivstoffzusammensetzung aus fettüberzogenem Ammoniumnitrat
und wässrigem Ammoniumnitrat kann ein Teil des flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffes
durch ein wasserlösliches oxydierbares kohlenstoffhaltiges Material ersetzt werden,
welches der Aminoniumnitratlösung zugegeben werden kann. Zucker, einwertige und
mehrwertige Alkohole, Amine und Amide_sind Beispiele für. derartige Brennstoffe.
Außerdem können gegebenenfalls feste anorganische Oxydationsmittel wie die Leichtmetalle,
beispielsweise Magnesium, Aluminium und
Legierungen und Mischungen
dieser Metalle der Explosivstoffzusammensetzung ebenfalls einverleibt werden. Schließlich
kann auch eine kleine Menge,. beispielsweise bis zu 20 Gew.-% des Ammoniumnitrats,
durch Natriumnitrat oder Kaliumnitrat ersetzt werden.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1
562
g Ammoniumnitrat Sprühkristallteilchen und 5,.9 g pulverisiertes Aluminiumoleinat
wurden in einen flexiblen Kunststoffsack eingewogen. Durch Kneten und Stürzen des
Sackes wurden die zwei Bestandteile gründlich gemischt, wie durch Inaugenscheinnahme
kontrolliert wurde. Sobald das feinteilige Aluminiumoleinat praktisch homogen in
den Ammoniumnitratsprühkristallteilchen dispergiert zu sein schien, wurden 24,1
g Dieselöl Nr. 2 in den Sack gefüllt und das Mischverfahren wiederholt. Das gewonnene
Produkt wies einen fettartigen Überzug auf, der im wesentlichen vollständig über
und in den Ammoniumnitratpartikeln verteilt zu sein schien.
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In einem getrennten Behälter wurden 284 g Ammoniumnitrat in 120 g-Wasser
gelöst und 4 g Guargum wurden der wäserigen
Lösung unter ständigem Rühren
langsam zugesetzt. Die fett-
haltigen Ammoniu>rinitratsprühkrietallteilchen
und die Ammoniumnitratlösung
wurden gemischt und
gleichzeitig wurden
2 ml
Ammoniumhydroxyd (28% NH3) zugesetzt. Letzterer wirkt
als Vernetzungsmittel für den Guargum. Das erhaltene Produkt war eine gießbare Aufschlämmung
mit einer-Dichte von 1,.2 g/cm3. Eine Probe der erhaltenen Aufschlämmung wurde in
Wasser gebracht-undin Abständen Tiber einen längeren Zeitraum beobachtet. Eine sichtbare
Veränderung- der Probe wurde hierbei nicht beobachtet, weder hinsichtlich der Konsistenz.
der Aufschlämmung noch hinsichtlich einer Auflösung des darin_vorhandenen teilchenförmigen
Ammoniumnit:ra-ts..
| . unter _ |
| Nach dem Verfahren und 4«x Verwendung der Mischungsbestand= |
teile, die direkt vorstehend beschrieben wurderi, wurden 1000 g Explosivstoff hergestellt.
Zum Vergleich wurde eine zweite Charge von 1000 g in ähnlicher Weise hergestellt,
jedoch wurde das Aluminiumoleinat und der entsprechende Aluminiumoleinatmischvorgäng
weggelassen. -Jede der Chargen wurde in einen wasserdichten Papierbehälter von 12,7
cm Durchmesser gebracht. Die Charge füllte
den Bekälter bis zu«einer Höhe
von 22,8 cm. Dann wurden oben auf die Charge weitere 22,8 cm Wasser gebracht. Beide
Chargen wurden in Gegenwart des Wassers 1 1l2 Stunden stehengelassen. Danach wurde
jeder Behälter auf eine Stahlplatte von 22,8 x 22,8 x 1,9 cm zentriert. Die Plattb
wiederum wurde auf die Oberaeite einen zylindrieche,n Bleigußblocks von 7,6-x 7,6
am
zentriert und der Bleiblock wurde auf einen stählernen Amboß
gestellt.
Eine 40 g wiegende Pentolite-Scheibe wurde direkt oben auf die Ladung gestellt.
Dann wurde die Ladung zur Detonation gebracht und die Höhenverminderung des Bleiblocks
gemessen. Mit der wasserbeständigen Zusammensetzung gemäß der Erfindung betrug die
Höhenabnahme des Bleiblockes 3,3 cm. Beim Vergleich betrug die Höhenabnahme des
Blocks bei der Detonation lediglich 1,6 cm. Die anhand der Vergleichsprobe gezeigte
ausgeprägte Verminderung der Sprengkraft beruht auf der Zersetzung der Probe durch
das Wasser während .der verhältnismäßig kurzen Einwirkungszeit-vor der Detonation.
Beispiel 2
95 Gewichtsteile sprühkristallisiertes Ammoniumnitrat wurden mit
einem Gewichtsteil pulverisiertem Aluminiumoleinat bestäubt unter Herstellung einer
visuell homogenen Mischung und mit dieser wurden vier Gewichtsteile Heizöl wie in
Beispiel 1 gemischt.
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Getrennt davon wurden 69,5 Gewichtsteile Ammoniumnitrat in 29,5 Gewichtsteilen
Wasser aufgelöst und ein Gewichtsteil Guargum zugemischt.
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Die beiden Mischungen wurden wiederum in verschiedenen Mengenenteilen
gemischt zur Herstellung von Explosivstoffzusammensetzungen, die einen Gesamtwassergehalt
in der fertigen Mischung zwischen 3 und 15 Gew.-9b aufwiesen. 0,01 Gewichtsteil
wässriger
Ammoniak (28,% NH3) wurden in allen-Fällen als Vernetzungsmittel
für den Guargum verwendet.
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Die erhaltenen Zusammensetzungen wurden auf Wasserbeständigkeit-durch
Eintauchen in Wässer untersucht und wiesen in allen Fällen-die gewünschte hohe Widerstandsfähigkeit
gegen physikalische Zersetzung durch Wasser auf.
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Die Zusammensetzungen wurden auch auf Detonationsfähigkeit geprüft
unter Anwendung. der in Beispiel 1 beschriebenen Bleiblockdeformationsprobe unter
Eintauchen in Wasser. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Substanzen und die
Sprengergebnisse, die für verschiedene Kombinationen von fettüberzogenen Ammoniumnitratsprühkristallteilchen_
und wässriger Ammoniumnitratlösung erhalten wurden.
Beispiel 3
Für eine getrennte Untersuchung wurden wasserbeständige
Aufschlämmungsexplösivst-offe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt durch
Mischen von mit Aluminiumoleinat und Heizöl behandelten-Ammoniumnitratsprühkristallisationsteilchen
mit einer wässrigen Ammoniumnitratlösüng. In diesen Untersuchungen wurden. die Mengen
an Heizöl und Ammoniumn,itrat bei der Her- . stellung der wasserbeständigen Sprühkristallisationskomponente
variiert. Die Zusammensetzungswerte@und die erhaltenen Sprengwerte
(Bleiblockdeformationsversuch wie in Beispiel 1 be-
schrieben) sind in
Tabelle II zusammengefaßt.
In ähnlicher Weise wie in dem obigen Beispiel beschrieben -kann
gemahlenes, poröses, teilchenförmiges Ammoniumnitrat mit.Calziumstearinat gemischt
und diese Mischung wiederum .
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mit Kerosin unter Herstellung eines wasserbeständigen teilchenförmigen
Ammoniumnitrats gemischt werden. Ähnlich können Aluminiumstearinat und Rohöl mit
einem sprühkristallisierten Ammoniumnitrat von Düngemittelqualität gemischt werden
unter Herstellung einer wasserbeständigen Zusammensetzung auf Ammoniumnitratbasis.
Diese und andere erfindungsgemäß hergestellte Mischungen aus porösem Ammoniumnitrat,
Erdalkali- oder Erd-. metall-Fettsäuresalz und flüssigem Kohlenwasserstoff können
mit wässrigen Ammoniumnitratlösungen gemischt werden-zur Herstellung von wasserbeständigen
Explosivstoffen auf Ammoniumnitratbasis mit hohem Energiegehalt. Außerdem können
gegebenenfalls andere feste Brennstoffe wie Leichtmetalle, beispielsweise teilchenförmiges
Magnesium, Aluminium, Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen und Mischungen
davon den Sprengstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung zugesetzt werden. Auch
wasserlösliche kohlenstoffhaltige oxydierbare' Stoffe können in der Ammoniumnitratlösung
gelöst und zur Herstellung der Explosivstoffzusammensetzungen verwendet werden.
Letztere Stoffe 'können als Ersatz für einen Teil des bei der Herstellung
der wasserbeständigen.Sprühkristallisationsteilchen.verwendeten fliissigen Kohlenwasserstoffbrennstoffe
verwendet werden.