DE1646327B1

DE1646327B1 - Explosivstoffgemisch auf der Basis von Ammoniumnitrat

Info

Publication number: DE1646327B1
Application number: DE19671646327
Authority: DE
Inventors: Franco Nicholas Benjamin; Keenan Arthur George; Notz Jun Karl Joseph
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1966-02-11
Filing date: 1967-02-07
Publication date: 1970-10-15
Also published as: FR1509401A; US3336171A; BE692948A; GB1127871A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine ammonium- Anionen, wie oben im einzelnen beschrieben, vernitrathaltige gasentwickelnde oder explosive Mischung, bessert. Der gemäß der vorliegenden Erfindung und zwar genauer ausgedrückt, eine Ammonium- erzielte verbesserte katalytische Effekt steigt mit der nitratmischung mit einer verbesserten Zersetzungs- Erhöhung des Metallgehaltes der Explosivmischung geschwindigkeit. 5 an, bis entweder der Verdünnungseffekt des Metall-Ammoniumnitrat wird als Bestandteil von Explosiv- salzes oder seine begrenzte Löslichkeit im System die mischungen in weitverbreitetem Maße benutzt. Dabei Wirksamkeit zu vermindern beginnen. Diese Faktoren liegt es oft in Mischung mit einem oxydierbarem Mate- schwanken in großem Umfang mit dem jeweils besonrial wie Cellulose oder verwandten Stoffen, verschie- deren Metallsalz, das verwendet wird. Deshalb gibt es denen anderen Polysacchariden, Kohlehydraten und io keine theoretische obere Grenze für die Metallmenge, oxydierbaren organischen Verbindungen sowie Koh- die eingesetzt werden kann.

lenstoff und Schwefel vor. Diese Mischungen können Es sind zufriedenstellende Explosivgemische herge-

auch verschiedene Initialzünder oder Zündmittel wie stellt und untersucht worden, die so große Mengen wie

Nitrostärke, Nitrocellulose, Nitroglycerin und Trini- bis zu 20 Gewichtsprozent des Metalls enthalten,

trotoluol enthalten. 15 Gemische, die etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent des Metalls

Ein anderer Versuch, der angewandt wurde, um enthalten, sind am meisten verwendbar,
die Empfindlichkeit von Ammoniumnitratspreng- Wie oben bereits ausgeführt wurde, zeigen Ammonistoffen zu erhöhen, bestand darin, dem Explosivge- umnitratgemische, die mindestens ein Chlorid-Anion misch einen Verbrennungskatalysator beizumischen. pro Metallatom in Überschuß zu dem durch Zugabe Die am meisten angewandten Verbrennungskatalysa- 20 des Metalls als Chlorid erhaltenen Verhältnis enttoren enthalten Chrom in der Regel in Form von halten, die verbesserte Wirkung gemäß der Erfindung. Chromat oder anderen leicht zugänglichen Salzen des Die Zersetzungsgeschwindigkeit steigt bemerkenswert g Chroms. Mischungen, die Eisen, Nickel und Kobalt an, wenn das Verhältnis zwischen Chlorid-Anionen zu ™ enthalten, sind zur Verwendung in Verbindung mit Metallatomen bis zu etwa 10:1 ansteigt. Eine verhält-Chrom vorgeschlagen worden. Andere Gemische, die 25 nismäßig geringe weitere Verbesserung und möglicherverschiedene Metalle enthalten, sind ebenfalls als weise ein gewisses Abnehmen wird bemerkt, wenn Verbrennungskatalysatoren empfohlen worden. zusätzliche Mengen Chlorid zugegeben werden. In der Es wurde nun gefunden, daß diese Verbrennungs- graphischen Darstellung der F i g. 1 sind Daten dargekatalysatorwirkung der Metalle und Metallsalze stark stellt, die dies illustrieren. In dieser Figur ist die erhöht wi-rd, wenn das Metall oder das Salz mit über- 30 maximale Temperatur, die bei der Zersetzung von schüssigen Chlorid-Anionen angewandt werden, wobei Ammoniumnitrat mit einem Gehalt von 0,1 Gewichtsdie Mischung mindestens ein überschüssiges Chlorid- prozent eines Metalls erhalten wird, als eine Funktion Anion pro Metallatom — bezogen auf die quantitative der Menge der vorhandenen Chlorid-Anionen aufge-Zusammensetzung des theoretisch sich bildenden tragen. In diesem Experiment war Kupfer in Form Metallchlorids — enthält. 35 seines Carbonates angewandt worden. Es kann allin erster Linie liegt der vorliegenden Erfindung die gemein gesagt werden, daß andere Metalle und Metall-Aufgabenstellung zugrunde, ein ammoniumnitrat- salze sich in ähnlicher Weise verhalten,
haltiges gasentwickelndes oder explosives Gemisch zu Es wurde mit verschiedenen Metallen das Ausmaß erfinden, das eine verbesserte Zersetzungsgeschwindig- der Verbesserung bestimmt, das bei Verwendung von keil aufweist. 4° Metall-Chlorid-Verbrennungskatalysatoren in einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dem- Ammoniumnitrat-Gemisch gemäß der Erfindung ergemäß ein Explosivstoffgemisch auf der Basis von halten wurde. In der Reihenfolge des Nachlassens der Ammoniumnitrat unter Zusatz von Metallen, gegebe- Wirksamkeit sind diese Metalle: _A nenfalls in Form ihrer Salze und Chloride, das gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß es 45
mindestens 0,05 Gewichtsprozent eines Metalls und
mindestens ein überschüssiges Chlorid-Anion pro
Metallatom — bezogen auf die quantitative Zusammensetzung des theoretisch sich bildenden Metallchlorids — enthält. 50

Das Metall kann in freier oder gebundener Form zugegeben werden. Aus Gründen der Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit ist es bevorzugt, ein leicht zugängliches Salz zu verwenden, welches das Metall als Kation oder als Teil eines Anions enthält. Eine Liste 55

solcher geeigneter Salze würde die Nitrate, Carbonate, Chrom, Kupfer, Silber und Nickel sind besonders

Sulfate, Chromate usw. umfassen. Es liegt kein beson- wirksam. Metalle mit einem Standardoxydationspoten-

derer Vorteil darin, die freien Metalle zu verwenden, tial über 2,0 Volt, d. h. die Alkalimetalle wie Lithium,

da ihre üblichen Salze bei niedrigeren Kosten zugang- Kalium, Natrium usw., sind sehr viel weniger wirksam,

lieh sind. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß 60 Gemäß der Erfindung ist das Chlorid-Ion das wirk-

die Ammoniumnitratschmelze die meisten Metalle samste Halogenid zur Verwendung in Verbindung mit

unter Bildung von Metallnitrat auflöst. Metallen für die synergistischen Verbrennungskata-

Die Zersetzungsgeschwindigkeit von Ammonium- lysatoren. Ein geringer vorteilhafter Effekt ist beob-

nitratmischungen, die Gas entwickeln oder explosiv achtet worden, wenn Bromid an Stelle von Chlorid

sind, wie sie durch Zeit-Temperatur-Untersuchungen 65 verwendet wurde. Dieser Effekt ist jedoch nicht von

gemessen wird, wird durch Einfügung von mindestens praktischem Interesse, wenn man dies unter Berück-

0,05 % eines Metalls, das in der Regel in Form eines sichtigung der relativen Kosten von Bromidsalzen und

Salzes vorliegt, und einen Überschuß an Chlorid- Chloridsalzen betrachtet. Die Verwendung von Jodid

Chrom	Titan
Kupfer	Blei
Silber	Mangan
Nickel	Quecksilber
Eisen	Wismut ,
Gold	Platin
Palladium	Zink
Cobalt	Cadmium
Cer	Aluminium
Zircon

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oder Fluorid an Stelle von Chlorid gibt keinen merk- liertes Ammoniumnitrat, das mehrere Tage lang bei liehen synergistischen Effekt. Es ist nicht kritisch, 110⁰C getrocknet worden war, und Natriumchlorid welches besondere Kation jeweils als Chloridträger und Metallsalze, die etwa 30 Minuten bei 100⁰C angewendet wird. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit getrocknet worden waren, eingesetzt. Das Reaktionsund Zugänglichkeit sind die Chloride von Natrium, 5 rohr wurde mit trockenem Stickstoff ausgespült und, Kalium und Ammonium bevorzugt. nachdem das System geschmolzen war, wurde die

Die verbesserten Mischungen gemäß der Erfindung Schmelze mit Stickstoff bei 185° C gespült, bis der werden dadurch hergestellt, daß das metallhaltige Versuch begonnen wurde. Es wurde jedoch in beson-Additiv und daß das Chlorid-Anion enthaltende deren Experimenten gezeigt, daß die erhaltenen Tem-Additiv in eine ammoniumnitrathaltige Explosiv- io peraturspitzen nicht von diesen Verfeinerungen abhänmischung durch irgend welche konventionelle Methoden gen und daß die gleichen Ergebnisse erhalten werden, eingearbeitet wird, beispielsweise durch Vermählen wenn übliche lufttrockene Chemikalien ohne Stickoder trockenes Vermischen der Bestandteile. Das Stoffspülung eingesetzt werden. Teilchengröße, Mahlen Gemisch kann dann geformt oder gepreßt oder auf und Vermischen sind nicht kritische Faktoren, da das andere Weise in die Form von verdichteten Körnchen 15 System vor der Reaktion schmilzt, gebracht werden. Regelmäßig geformte Teilchen werden Die speziellen in Fi g. 2 dargestellten Temperaturbevorzugt dadurch hergestellt, daß die Bestandteile in diagramme wurden dadurch erhalten, daß 6 g luftgegeschmolzener oder gesinterter Form zueinander ge- trocknetes Ammoniumnitrat und die erforderlichen bracht und die erhaltene Paste in geeigneten Formen Mengen der anderen Bestandteile in einem Glasgepreßt wird. Die Teilchen werden abkühlen gelassen, 20 reaktionsrohr eingewogen und geschüttelt wurden, um bevor sie aus der Form genommen werden. in gewissem Umfang ein Vermischen zu erzielen, und

Der Ausdruck Ammoniumnitrat soll im Sinne der das Rohr dann in einen Ofen von 185° C eingesetzt Erfindung gewöhnliches handelsübliches Ammonium- wurde. Die Probe schmolz etwa bei 160 bis 170⁰C in nitrat, die Militärsorte des Ammoniumnitrates oder Abhängigkeit von der jeweils besonderen Zusammen-Mischungen von anorganischen Nitraten und Ammo- 25 setzung, die untersucht wurde. Nach etwa 30 Minuten niumnitrat umfassen, wobei das Ammoniumnitrat die Gesamtzeit wurde eine Temperatur von 185° C erreicht, vorherrschende Komponente ist. Solche Mischungen Nach weiteren 10 bis 20 Minuten trat Zündung ein, können eine geringe Menge Verunreinigungen ent- wiederum in Abhängigkeit von der jeweils untersuchten halten und sind im allgemeinen mit einer geringen Zusammensetzung. Diese Parameter gelten für die Menge eines feuchtigkeitsbeständigen Stoffes wie 30 besondere Apparatur und die Bedingungen, die ange-Petrolatum oder Paraffin ausgestattet. wandt worden sind, insbesondere die Ofentemperatur.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden In der Regel geben Thermodiagramme nur relative Beispiele erläutert, die keine beschränkende Wirkung Ergebnisse. Die absoluten Werte hängen von dem haben sollen. speziellen Apparat und den Verfahrensparametern ab.

Die Abkürzung der Induktionsperiode und die ver- 35 Das relative Verhalten der Proben in einem vorgegebesserte Zersetzung von Ammoniumnitrat-Explosiv- benen System bleibt aber das gleiche. Gemischen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden In der Zeichnung zeigt die Kurve A die Ergebnisse,

durch thermographische Analyse gezeigt. Gemische, die bei Verwendung von Ammoniumnitrat ohne irgenddie Ammoniumnitrat allein, Ammoniumnitrat mit welche Additive erhalten wurden. Dies bestätigt die einem Gehalt von 5 Molprozent Natriumchlorid als 4° verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit von reinem alleiniges Additiv, Ammoniumnitrat mit einem Gehalt Ammoniumnitrat. Kurve B zeigt die verhältnismäßig eines Metallsalzes als alleiniges Additiv und Ammoni- geringe Verbesserung, die bei Verwendung eines Meumnitrat mit einem Gehalt an Natriumchlorid und talladditivs allein erhalten wird (etwa 0,1 Gewichts-Metallsalz (Chlorid zum Metallatom-Verhältnis 37:1) prozent des Salzes wurden zugegeben; das in diesem als Additiv enthalten, wurden untersucht. Die in 45 speziellen Fall angewandte Metall war Chrom. Mit F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Kurven sind anderen Metallen werden jedoch ähnliche Ergebnisse graphische Darstellungen der Temperatur gegen die erhalten). Kurve C zeigt die Verbesserung, die bei Zeit, die mit potentiometrischen Mitschreiber von Verwendung von 5 Molprozent Natriumchlorid als einem Thermoelement in einer Ammoniumnitrat- alleiniges Additiv erhalten wird. Die Kurven D, E, F Probe erhalten wurden, die sich in einem Ofen bei 5° und G zeigen die synergistische Verbesserung, die bei 185° C befand. Das zum Messen der Temperatur Verwendung von Verbindungen des Chroms, Kupfers, angewandte Verfahren war im wesentlichen ähnlich Silbers bzw. Nickels zusammen mit Natriumchlorid als demjenigen, das bei der Standardthermalanalyse ange- Additive erhalten werden, und zwar bei einem Verwandt wird. Da die erhaltenen Temperaturdifferentiale hältnis zwischen Chlorid und Metall von 37:1. Je ziemlich groß waren, war es nicht erforderlich, gewisse 55 aktiver das Metall ist, desto kürzer ist die Induktions-Verfeinerungen der konventionellen Thermalanalyse zeit und desto höher ist die erhaltene Spitze, anzuwenden. Die Bezugsverbindungsstelle des Thermo- Um die Auswirkung einer zunehmenden Metallelementes wurde lieber in einem Eisbad von konstanter konzentration bei konstantem Chloridgehalt zu zeigen, Temperatur gehalten als in einer inerten Probe im Ofen wurde eine Versuchsserie bei 185,5° C durchgeführt, selbst. Der Ofen wurde lieber so eingestellt, daß er auf ^6o in der schwankende Mengen von Silbernitrat zu einer einer konstanten Temperatur von 185° C verblieb, als Probe gegeben wurden, die jeweils 7 g Ammoniumdaß er kontinuierlich in der Temperatur anstieg. Keine nitrat und 570 mg Natriumchlorid enthielt. Der ChIodieser Variationen bewirkten einen wesentlichen Unter- ridgehalt wurde bei einem Molverhältnis zwischen schied in den Ergebnissen, die erhalten wurden, da Ammoniumnitrat und Natriumchlorid von 9 konstant verfeinerte Verfahrensmethoden genau das gleiche ⁶5 gehalten. Der Silbernitratgehalt wurde zwischen 0,016 relative Verhalten der verschiedenen untersuchten und 0,71 Molprozent variiert. Die Ergebnisse sind in Systeme zeigen würden. der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben. Diese

In einer sehr sorgfältigen Versuchsserie wurde granu- Tabelle enthält die maximale Geschwindigkeit der

Gasentwicklung und die Induktionsperiode (I. P.), die als Zeitintervall zwischen der »Nullzeit« und dem Auftreten des Geschwindigkeitsmaximums genommen wird.

Tabelle

Silbernitrat zugefügt	Molprozent Silbernitrat	I. P.	Maximale Geschwindigkeit
(mg)		(Minuten)	(ccm/Min.)
Kein	0,00	63,1	24,6
2,7	0,016	59,1	42,3
4,6	0,028	59,5	44,1
13,5	0,081	59,1	50,0
26,0	0,16	58,2	54,6
31,7	0,19	58,3	55,0
118,3	0,71	58,2	51,7

IO

Es ist offensichtlich, daß verschiedene Abweichungen hinsichtlich der beschriebenen Mischungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Explosivstoffgemisch auf der Basis von Ammoniumnitrat unter Zusatz von Metallen, gegebenenfalls in Form ihrer Salze und Chloride, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens 0,05 Gewichtsprozent eines Metalls und mindestens ein überschüssiges Chlorid-Anionpro Metallatom— bezogen auf die quantitative Zusammensetzung des theoretisch sich bildenden Metallchlorids —enthält.

2. Gemisch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Metall Chrom, Kupfer, Silber oder Nickel enthält.

3. Gemisch gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zehn Chlorid-Anionen pro Metallatom enthält.

4. Gemisch gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 5 Gewichtsprozent eines Metalls enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen