DE2019968A1 - Energiereicher Sprengstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Energi ere iclier Sprengstoff Und Verfahren zu seiner

Herstellung

5¹Ur diese Anmeldung wird die Priorität aus der U.S.-Anmeldung Ser» No. 819,24-8 vom 25- April 1969 in Anspruch genommen.

Im amerikanischen Patent 2 836 434 von Streng und Kirshenbaum ist ein Sprengstoff beschrieben, der aus 38 bis 49 Gew.-% feinverteiltem Aluminium, 20 bis 43 % eines Oxydationsmittels wie Ammoniumnitrat und etwa 28 % Wasser besteht, so daß das Verhältnis von Aluminium zu Wasser in der Größenordnung von 1,4 bis 1,5 liegt. Dabei ist auch die Verwendung von Emulsionsmitteln vorgeschlagen worden, um eine Dispergierung des feinverteilten Materials zu unterstützen, obwohl Emulsionsmittel oft in Slurrysprengstoffen nachteilig sind, da sie eine starke Verminderung der Empfindlichkeit bewirken.

Falls nicht so große Mengen,von Feststoffen verwendet werden, daß die Teilchen sich gegenseitig gegen den Einfluß der Schwes-

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fluß der Schwerkraft abstützen, bleiben sie in einem nicht verdickten und nicht viskosen Medium wie einer einfachen wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat nicht lange in Suspension. Aus diesem Grunde hat man es bisher für erforderlich gehalten, die flüssige Phase zu gelieren oder in anderer Weise zu verdicken. Verdickungsmittel der bekannten Art wie Guarangummi, Stärke u.s.w., gegebenenfalls unter Zusatz von Vernetzungsmitteln, bewahren im allgemeinen nicht ihre ursprüngliche Viskosität, insbesondere während längerer Lagerung unter erschwerten Temperaturbedingungen. I?ür militärische Zwecke müssen derartige Massen mechanisch ebenso wie chemisch innerhalb eines Temperaturgebietes stabil sein, das von einer Temperatur deutlich unter dem Gefrierpunkt bis zu tropischen und Wüstensonnentemperaturen von 55 bis sogar zu 71° reicht. Ein Gegenstand der Erfindung ist es, eins solche Lagerungsstabilität zu ermöglichen.

Hochbiisante Sprengstoffe wie Trinitrotoluol werden in militärischen Granaten, Bomben und dergleichen zur Verwendung gegen harte Ziele wie Beton- und Stahlbauten, Fahrzeuge und dergleichen verwendet, wobei ein besonders hoher Zerstörungseffekt im Zentrum der Detonation oder in seiner unmittelbaren Nähe erforderlich ist. Der Einschlag des Projektils und seine Detonation müssen bei oder in unmittelbarer Nähe solcher Aufbauten erfolgen, um wirksam zu sein. Trinitroluol hat eine Detonationsgeschwindigkeit von etwa 7·000 m pro Sekunde. Unter günstigen Bedingungen entwickelt es einen Detonationsdruck

ρ
bis etwa 157*500 kg pro cm .

besteht Zyklotol, das aus granuliertem "HDX", das im geschmolzenen Trinitroluol aufgeschlämmt und durch anschließendes Gießen der Ladung gebildet ist, erzeugt sogar noch größere Detonationsdrukke als Trinitrotoluol. Mischungen dieser Art sind auch mit bestimmten Mengen feinverteilten Aluminiums kombiniert worden, um ihre Energie zu vergrößern und hierbei eine hohe Brisanz oder Zerstörungskraft zu erzielen.

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Obwohl diese üblichen militärischen Sprengstoffe für harte Ziele in einem begrenzten Bereich geeignet sind, eignen sie sich weniger gut in solchen Fällen, in denen eine Streuwirkung innerhalb eines weiteren Bereiches mit höchstens verhältnismäßig geringer Intensivität erwünscht ist. Um solche weicheren Ziele in einem bedeutend größeren Areal zu zerstören, muß die Sprengdauer beträchtlich vergrößert werden. Die Energie der üblichen hochbrisanten Sprengstoffe wird innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer in Freiheit gesetzt und der zur Zerstörung weicher Ziele erforderliche Druck wird nicht so lange aufrechterhalten, wie es erwünscht ist, um eine Zerstörung oder Vernichtung in einiger Entfernung vom Detonationszentrum zu erreichen. ·

Gegenstand der Erfindung ist es, Sprengstoffmischungen zu schaffen, welche sich hinsichtlich der hohen Brisanz oder der Detonationswirkiing dem Trinitrotoluol nähern, aber diese Wirkung innerhalb eines größeren Radius ausüben. Eine wichtige Tatsache der vorliegenden Erfindung besteht in der Entdeckung, das Sprengstoffe von der Art eines viskosen Gels oder einer Aufschlämmung, die als Grundstoff kräftig wirkende anorganische oxydierende Salze enthalten)in Kombination mit großen Mengen metallischen Aluminiums die oben beschriebene Flächensprengwirkung in gutem Maße aufweisen, -

Es ist bekannt, daß man eine hohe Gesamtenergie erzielen kann, wenn man kleine Mengen Wasser und Aluminium mit großen Mengen von Oxydationsmitteln wie z. B. Ammoniumnitrat (AN) reagieren läßt. Massen dieser soeben erwähnten Art haben eine umfassende Verwendung für Sprengzwecke,-insbesondere für Sprengungen in hartem Felsgestein, beim Aussprengen großer Hohlräume in Felsen und dergleichen gefunden. In manchen Fällen sind selbstexplodierende Stoffe wie Trinitrotoluol in granulierter Form mit derartigen Schlammsprengstoffen mit gutem Ergebnis kombiniert worden. Es ist bekannt, daß manche dieser Mittel eine höhere Gesamtenergie (Q) besitzen als vergleichbare Gewichts-

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mengen an Trinitrotoluol und dergleichen.

Es ist· auch bekannt, daß die Verwendung von Verdickungsmitteln zum Stabilisieren solcher Massen in Gegenwart von Grundwasser bzw. in Bohrlöchern sehr vorteilhaft ifet.

Massen dieses eben beschriebenen Typs bilden die Grundlage für die gewöhnliche weit verbreitete und erfolgreiche Anwendung von Slurrysprengstoffen. Die meisten derartigen Massen besitzen einen verhältnismäßig niedrigen Aluminiumgehalt, der gewöhnlich unter 15 "bis 20 Gew-% liegt. Hierfür gibt es verschiedene Gründe. Aluminium ist einer der teuersten Rohstoffe in Sprengstoffmischungen des Slurrytyps. Wenn er feinverteilt ist, reagiert er sehr leicht mit Wasser. Obwohl einige Veröffentlichungen und Patente die Verwendung von mehr als 20 oder 25 % Aluminium erwähnen, hat die Technik es aus praktischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht für erwünscht empfunden,derartige Mengen zu verwenden. Überdies ist Aluminium,besonders wenn es einen feineren Mahlgrad aufweist wie z. B. sogenannte Mal- oder Pigmentfeinheit, in wäßrigen Systemen schwierig in großen Mengen zu dispergieren; für gute Empfindlichkeit des Sprengstoffes ist es vorzuziehen, daß das Aluminium in der wäßrigen Phase nicht völlig benetzt ist.

Aus den obigen Gründen war es überraschend festzustellen, daß ein verdickter Schlamm mit hohem Aluminiumgehalt aber niedrigem Wassergehalt, der in der üblichen Weise zu einer stabilen Masse verdickt ist, mehrere ausgezeichnete Vorteile beim Sprengen insbesondere gegenüber weichen Zielen bietet. Die Explosivstoffe gemäß der Erfindung haben eine überaus große Gesamtenergie, die höher ist als diejenige von Trinitrotoluol. Dabei sind sie verhältnismäßig billig. Sie können am Orte der Anwendung hergestellt werden, indem man kritische Verhältnisse der bekannten Hauptbestandteile anwendet. Weitere Verbesserungen lassen sich erzielen durch die Verwendung sorgfältig gewählter Mengenverhältnisse besonders wirksamer Verdickungsmittel, wel-

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ORIG/NAL INSPECTED

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ehe alle Merkmale "besitzen, die sie zur Erzielung der erforderlichen physikalischen Eigenschaften des Slurrysprengstoffes besonders geeignet machen.

Bei graphischer Darstellung des Druckes in Abhängigkeit von der Zeit zeigen die neuen Massen etwas niedrigere Druckspitzen als Trinitrotoluol an den dem Detonationszentrum nahegelegenen Punkten. Während jedoch die Druckkurve bei Trinitrotoluol rasch

vo.ni Höchstwert auf 0 absinkt,zeigen Massen gemäß vorliegender Erfindung eine Druck-Zeitkurve, die einen etwas niedrigeren Anfangsdruck als bei Trinitrotoluol zeigt, aber die einen verhaitnismäßig hohen Druckbereich während einer bedeutend längeren Zeitdauer aufrecht erhält. Die Ergebnisse in diesem Kurvenbereich, die ein Maß für die freigewordene Gesamtenergie darstellen, sind bei den neuen Slurrysprengstoffen gemäß vorliegender Erfindung erheblich größer als bei Trinitrotoluol.

Die einzige Figur der beiliegenden Zeichnung zeigt in graphischer Darstellung Druck-Zeitkurven, wobei geschmolzenes Trinitrotoluol mit Massen gemäß der Erfindung vergliechen ist.

Die ErfSndnung wird nun unter Bezugnahme auf die Beispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Die Masse wurde aus folgenden Ausgangsstoffen in den angegebenen Gew.-%en hergestellt:

Ammoniumnitrat , 50,0

feinverteiltes Aluminium 35»0

Wasser . 14,0

Verdickungsstabilisator X (vgl. unten) 1,0

insgesamt 100,0

Aufgrund des Zusatzes einer so hohen prozentu&len Menge von

■■...■■. : '■■. ^: ■ - 6 ■-■. 009851/1286

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Aluminium und angesichts der Tatsache, daß die Sauerstoffbilanz der Masse etwa minus 22 % beträgt, würde man nicht erwarten, daß diese besondere Masse eine außerordentlich hohe Sprengkraft besitzt, wie sie zur Sprengung innerhalb eines breiten Gebietes wie oben beschrieben erforderlich ist. Diese Masse erwies sich jedoch bei den im folgenden beschriebenen Versuchen als außerordentlich wirksam. Das Herstellungsverfahren war folgendes:

Eine Vormischung von Aluminium und dem Verdickungsmittel, welches in diesem Fall eine Kombination eines spezialbehandelten selbstvernetzenden Gummis mit einer geringen Menge von Ammoniumphosphat darstellte, um eine Reaktion zwischen dem Wasser und dem Aluminium zu verhindern, wurde in einen Mischtrichter eingefüllt. In diesem Trichter wurde diese Mischung mit einer gesättigten wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat in einem solchen Verhältnis vermengt, daß ein dünner Schlamm mit dem Aluminium gebildet wurde. Dieser Schlamm wurde anschließend durc-h Zusatz von trockenen Kügelchen von Ammoniumnitrat verdickt, um so den gesamten Ammoniumnitratgehalt auf 50 % zu erhöhen. Der so zusammengesetzte Schlamm wurde dann einige Sekunden lang durchgemischt, um ihn glatt und homogen zu machen. Dann wurde er unmittelbar ibevor das Verdickungsmittel voll zur Wirkung gelangte, abgepumpt und kontinuierlich durch einen langen Gummischlauch an den Ort seiner Verwendung gedrückt. Im Augenblick seiner Auslieferung, d. h. etwa 30 Sekunden nach dem Zusammenbringen der Ausgangsstoffe, war der Schlamm noch ziemlich flüssig und noch pumpfähigj er besaß ein Viskosität in der Größenordnung von etwa 3.000 cps. Nachdem der an den Ort seiner Verwendung gepumpte Schlamm 15 Minuten lang zur Ruhe gekommen war, hatte die Vernetzungsreaktion des Verdickungamittels in genügendem Maße gewirkt, so daß die gesamte Schlammmasse zu einer steifen kautschukartigen Konsistenz geliert war. Nach einem weiteren Absetzen wurde die Masse noch etwas härter und zäher, so daß sie sich in ihrer Konsistenz derjenigen von gewöhnlichem Radiergummi näherte.

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ORIGINAL INSPECTED

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Infolge seiner ursprünglichen Flüssigkeit kann das Material bequem ausgegossen oder in Behälter wie beispielsweise Bomben gepumpt werden. Die Wahl eines wirksamen stabilen Verdickungsmittels ist sehr wichtig, Wenn der Schlamm zu einer steifen kautschukartigen Konsistenz sich verdickt und diese Beschaffenheit behält, kann er in Flugzeugen transportiert werden, ohne eine Veränderung des Gravitationszentrums befürchten zu müssen, was beim Lufttransport ein ernstes Problem darstellt. Die militärischen Verwendungszwecke für derartige Explosi-vmischungen umfassen große Bomben und ähnliche Behälter. Für praktische Zwecke ist die Masse nach Beispiel 1, nachdem sie sich eine kurze Zeit lang abgesetzt hat, im wesentlichen ebenso bestän- . " dig wie feste Sprengstoffe,beispielsweise gegossenes Trinitritroluol, was die Handhabung oder Versendung anlangt.

Es wurde gefunden, daß die Masse gegenüber den üblichen 30kalibrigen Flintenkugeln nicht stoßempfindlich war. Ebenso war sie bei 20° nicht gegenüber elektrischen Zündhütchen Nr. empfindlich. Die Masse und all ihre Zusatzstoffe sind nicht giftig. Daher kann sie ohne besondere Bekleidungserfordernisse gehandhabt werden. Wenn sie verschüttet wird, besteht keine Gefahr einer Verunreinigung oder einer Gefährdung von Personnen und die verschütteten Mengen können leicht mit Wasser beseitigt werden. M

B e i s ρ i e 1 . 2 '

Eine weitere ähnliche aber zähflüssigere Masse wird aus folgenden Bestandteilen in den angegebenen Prozentmengen hergestellt: '

Ammoniumnitrat	und Stabilisator	49,55
Wasser ;	insgesamt	14,00
Aluminium	/1286	35,00
Gummiverdickungsmittel	1,45
	100,—
00985 1	- 8 -

Dieses Produkt ergab nach kurzem Stehenlassen einen steifen Schlamm mit einer Dichte von etwa 1,50 g pro cm , einem kritischen Detonationsdurchmesser von 63,5 mm, einer Detonationsgeschwindigkeit von etwa 5·275 m pro Sekunde und einer Gesamtenergie (Q) von etwa 1.900 Kalorien pro Gramm. Seine Sprengkraft betrug im Vergleich zu Trinitrotoluol bei gleicher Gewichtsmenge 1,45. Die Masse nach Beispiel 2 detoniert nicht in einem 51 mm messenden Stahlrohr, das mit einer Kappe versehen ist und mit einer 30,06kalibrigen Flintenkugel aus einer Entfernung von 22,85 m beschossen wird.

Das in den Beispielen 1 und 2 verwendete Verdickungsmittel bestand aus einer Kombination einer kleinen Menge eines handelsüblichen Guarangummis, der in einer wäßrigen Lösung dispergiert war, wodurch diese genügend verdickt war, um Gasblasen in feiner Verteilung festzuhalten. Ferner einer kleinen Menge eines selbstvernetzenden Guarangummis, der als Schlammverdickungsmittel sehr wirksam ist lind eine kautschukartige Struktur, aber eine geringe Lagerungsbeständigkeit aufweist; und schließlich einer kleinen Menge eines sogenannten Xanthangummis wie er von der Firma General Mills Corporation hergestellt wird. Er ist durch bakterielle Wirkung aus einem Polysaccharidmaterial wahrscheinlich Guarangummi hergestellt. Dieser letztere besitzt einen sehr wirksamen Stabilisierungseffekt, so daß das verdickte Gel seine zähe kautschukartige Struktur während längerer Lagerungszeiten selbst bei höheren Temperaturen beibehält. Eine ebenfalls verwendete geringe Menge von Borsäure unterstützt die Vernetzung und trägt ebenfalls zur chemischen Stabilität bei, indem sie die Reaktion zwischen dem feinen Aluminium und dem Wasser zurückdrängt.

Die Zusammensetzungen nach Beispiel 1 und 2 wurden geprüft, um die kleinsten erforderlichen Ladungsmengen festzustellen. Die Ladungen wurden aus einer geschmolzenen 50*50 Pentolitmasse hergestellt (50 % PETN und 50 % Trinitrotoluol). Diese Masse wurde in ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 4,95 cm

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ORIGINAL INSPECTED

ο 19 ae 8

und einer Wandstärke von 6,35 nun eingegossen, das als Behälter für die Ladung diente. Eine Ladung von 80 g, die der Zusammensetzung nach Beispiel 2 entsprach, detonierte bei 20° nicht. Eine Ladung von 90 g detonierte "bei ebenfalls 20° und eine 100 g-Ladung detonierte bei 5°·

Verschiedene andere Zusammensetzungen und Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Zusammensetzung in Gew.-%en

Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel J4 5 6

Hauptsächliche Oxydationslösung;

35,75

H₂O ' 14

Guarangummi (nicht vernetzt) 0,15 Äthylenglykol 0,30

Guarangummi (vernetzt) —

35,	55	35,75	35	,55
14		14	14
0,	15	0,15	0	,15
o,	30	0,30	0	,30
		0,05	__

Trocknes brennbares Material: (in die Lösung unter Schlammbildung eingemischt)

Aluminium von Malfeinheit	1	Dem Schlamm zugesetzte Stoffe:	13,35	0,50	—	0,5 ■■-.
atomisiertes Aluminium	34	trockenes ΝΗ,,ΝΟν	MNl	34,5	35	34,5;
Guarangummi-Xanthan	0,9	r - ·/ Perlen aus Styrοschaum	1,5	0,9	0,9	0,9
Borsäure	0,4	Dichte in Gramm pro cnr	5,08	0,1	0,4	0,1
kritischer Durchmesser in cm	5275
Detonationsgeschwindigkeit in. Metern pro Sekunde	20 gms	14	13,30	13,1
kleinste Ladung (50*50 Pentolit)	nicht geprüft /1286			0,9
Empfindlichkeit gegen eine 30.06k»librig· Plintenkugtl b9i einer Entfernung von 22,85 m in ein·» verschlos senen Stahlrohr von 5,08 cm Durchmesser \ OQ9851		1,50	1,25	1,25
	6,35	5,08	5,08
5275		_—
20 gms	20 gms	20 gms
3 Versa ger 3 Schüs se	deto niert - 10	deto niert
		BAD ORIGINAL

01 S 9 6 O

2ΓΜΟ

Λ -*r-

Eine allgemeine Mischvorschrift ist oben angegeben. Ein spezielles Mischverfahren ist das folgende:

1. Die Oxydationslösung und die begleitenden Kristalle werden in einem Aluminiumtopf oder einen solchen aus rostfreiem Stahl passender Größe eingebracht und erhitz^ bis sich die Kristalle sämtlich gelöst haben. Es sollte nicht nötig sein, die Temperatur für diesen Zweck über 50° zu steigern. Dann läßt man die Losung bis etwa 35 bis 40° abkühlen.

2. Man setzt das trockne Oxydationsmittel,vorzugsweise Ammoniumnitrat (das jedoch auch aus Natriumnitrat bestehen kann), der Lösung zu und rührt, bis die KÜLiampen gleichmäßig verteilt sind. Diese bleiben in der gesättigten Lösung in Suspension. Es hängt von der Temperatur ab,bei der die Lösung hergestellt und/oder der Schlamm gewonnen wird, ob mehr oder weniger oder in einigen Fällen überhaupt kein trocknes Oxydationsmittel zugesetzt wird, wie dies der Augenschein lehrt, da die Löslichkeit weitgehend in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt.

3. Dann gibt man die gesamte Menge des trocknen brennbaren Materials der oben angegebenen Mischung auf einmal zu und rührt kräftig, bis die Gesamtmenge der trocknen.Vormischung verrührt ist und das Verdickungsmittel die Mischung dicker macht. Die gesamte Mischzeit überschreitet im allgemeinen nicht die Dauer einer Minute.

4. Die Versuchsbehälter werden mit der Mischung so rasch wie möglich gefüllt, da anderenfalls eine Vernetzung in einem solchen Ausmaße eintritt, daß der Schlamm nicht mehr fließt (dies muß etwa 2 Minuten nach der Erreichung des in Ziffer beschriebenen Verdickungsstadiumeerfolgen)

Das Verfahren wird auf Schlämme angewendet, di© in. ihrer Dichtigkeit nicht verändert oder durch Zusatz von Füllstoffen wie Kügelchen aus Styroschaumsijoff öter ein sonstiges inertes

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ORIGINAL INSPECTED

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ja

Material vermindert sind, das die explosiven Eigenschaften nicht beeinflußt,aber das spezifische Gewicht vermindert. Wenn solche Stoffe zugesetzt werden, liegen die Mengenverhältnisse zwischen .0,2 und 1,5 %» vorzugsweise bei 0,5 bis 1 % Das bevorzugte Verfahren zum Einmischen solcher Stoffe,wie im Beispiel 6 der Tabelle angegeben,ist das folgende:

Die Oxydationslösung wird solange erhitzt^ bis alle Kristalle gelöst sind. Dann wird das trockne Oxydationsmittel wie oben unter Ziffer 1 und 2 angegeben zugesetzt. Dann werden die Kügelchen aus Styroschaumstoff zugesetzt und das Ganze gerührt, * bis diese gleichmäßig innerhalb der ganzen Mischung verteilt sind. Die Gesamtmenge an trocknem,brennbaren Material wird dann der Mischung auf einmal zugesetzt und,wie oben unter Zif- ■ fer-4 beschrieben, gerührt. Dann werden die Versuchsbehälter, wie oben unter Ziffer 5 beschrieben, gefüllt. .

Bei der Masse nach Beispiel 6 ist die Menge des trocknen Oxydationsmittels ein wenig vermindert, um die Verwendung von Kügelchen aus Styroschaumstoff zur Erzielung einer geringen Dichte zu ermöglichen. Das Produkt ist ein weitgehend mit Aluminium angereicherter Schlamm niedriger Dichte mit guter Detonationsempfindlichkeit. Alle Bestandteile und der Sehlamm selbst sind stabil und nicht giftig. Beispiel 6 wurde in einem \ weiteren Ansatz von 9,0? kg unter Anwendung des gleichen Verfahrens mit ähnlichen Ergebnissen wiederholt. Der Schlamm mit geringerer Dichte besaß folgende Eigenschaften:

Dichte -.,.■■■ 1j25 g pro cm

kritischer Durchmesser. 5»08 cm :

kleinste erforderliche Ladung 20,0 g von 50/50 Pentolit

im Vergleich mit 90 bis 100 g wie oben gezeigt

Die Mischung detonierte, wenn sie mit einer 30,06kalibrigen Flintenkugel in einer Entfernung von 22,85 m in einem verschlossenen Stahlrohr von 5»08 cm Durchmesser beschossen wurde. In dieser Hinsicht ist die Masse naturgemäß nicht ganz so sicher

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Λ -

wie das dichtere Erzeugnis.

Ein Problem, das beim Füllen von Behältern wie Bomben mit der Schlammasse auftritt, die in merklichem Ausmaß belüftet ist, stellt die Entstehung von Hohlräumen dar. Diese entwickeln sich häufig in Bomben und anderen Behältern nach dem Füllen. Wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß die Schlämme notwenigerweise beim Mischen etwas belüftet werden, tritt eine Schrumpfung ein, die den Behälter teilweise ungefüllt läßt, besonders wenn dieser eine Weile lang stehengelassen wird. Dies kann durch Anwendung eines Verfahrens verhindert werden, das ein Füllen unter Druck in sich schließt.

Eine weite:© Masse wurde aus folgenden Bestandteilen hergestellt. Es versteht sich, daß Änderung .. in der Menge des malfeinen Aluminiums die Detonationsempfindlichkeit beeinflußt.

Beispiel 7

Rohstoff Gew.-%

Ammoniumnitrat (AN) technisch feine

Teilchen 49,25

Wasser 14,0

Aluminium 35,0

a) von atomisierter Feinheit 33 bis 35

b) Flocken; Malfeinheit 0 bis 2

Äthylenglykol 0,3

handelsübliches Guarangummi 0,15

vernetzer Guarangummi 0,3

0,9

Borsäure 0,1

100,0

Bei verschiedenen Temperaturen und Drucken schwankten die Dichten der Schlämme, der in den Beispielen beschriebeaen all-« gemeinen Ar^ wie folgt:

009851/1288 ■ - 13 -

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O IS 9:68

2 η 10

Temperatur	Druck CkK pro	cm ) Volumen in cm	Dichte
12°	O	114,0	1,40'
Il	0,77	107,8	1,57
It	1,6	106,0	1,61
Il	3,43	104,0	1,64
45°	1,47	114,0	1,49
Il	2,1	112,0	1,51
Il	2,8	11-3,0	1,53
Il	4,2	110,0	1,54
Il	■ 5,6	109,5	1,55

Eine J¹Iächensprengwirkung ist das Ergebnis von Schlammzusammen-Setzungen verschiedener Art, einschließlich solcher gemäß der Erfindung, welche Spitzendrucke zeigen, die durch Sonden erτ mittelt worden sind, die in verschiedenen Abständen vom Explosionsmittelpunkt angeordnet waren. Diese sind im Vergleich zu Trinitrotoluol im folgenden tabellenmäßig angegeben. Die pichten der Mischung (vergleiche Beispiel 5) wurden variiert entweder durch Einverleiben von Gas oder durch Zusatz von inerten !Füllmitteln, nämlich Kugelchen aus Styrοschäumstoff wie in den Beispielen 6 und 7 angegeben.

Sondenabstand in cm

■■■■·■ - ■■■.■

30,5 48,77 67,0 85,34

Zusammenset- Spit- Im- Spit- Im- Spit- Im- Spit- Imzung zen- puls- zen- puls- zen- puls- zen- pulsdruck druck druck druck druck druck druck druck _______________ _______ m/sec m/sec _______ m/sec _i m/sec

Trinitrotoluol
(Durchschnitt von 7 Versu chen) 5,6 3,8 1,5 1,16 0,6 0,42 0,72 1,3

Beispiel 1 (Durchschnitt von 7 Versu chen) 4,6 3,7 1,5 1,3 1,0 1,78 0,78 1,36

Slurry H-1

(Durchschnitt

τοπ Versu- ■ ■ :

chta) 4,4 3,45 1,1 1,09 0,5 — 0,6 0,93

009851/1286 " ¹⁴ "

2013560

/H -ar- '

Slurry H-2
(Durchschnitt
von 5 Versuchen) 3,4 — 0,93 1,02 0,53 — 0,56 0,85 Slurry 1-2
(Durchschnitt
von 7 Versuchen) 4,78 3,18 1,4 1,18 0,8 — 0,71 1,31 Slurry 1-3
(Durchschnitt
von 7 Versuchen) 3,42 2,76 1,04 0,91 0,49 — 0,58 1,0

Die oben als Beispiel 1, H-1 und 1-2 bezeichneten Massen besaßen die gleiche allgemeine Dichte, nämlich 1,19 bis 1,25 g pro cm . Die Zusammensetzung der Massen H-1 und H-2 war nicht bekannt. Sie wurden lediglich als repräsentative Beispiel bekannter explosiver Schlämme untersucht.

Die Masse nach Beispiel 1 erzeugte in einem Abstand von 30,5cm einen geringeren Druck als Trinitrotoluol, in einem Abstand von 48,77 cm war er gleich oder ein wenig größer, deutlich größer in einem Abstand von 67 cm und ein wenig größer im Abstand von 85 cm. Die Schlammproben 1-2 und 1-3 waren mit Aluminium versetzt; die Wasser und Ammoniumnitrat enthaltenden Massen wiesen 25 bzw. 10 % Aluminium auf.

In der Zusammensetzung der Massen können verschiedene Abhänderungen getroffen werden, ohne das Wesen der Erfindung zu verändern. Beispielsweise können Teilchen von selbstexplodierenden Stoffen wie Trinitrotoluol, RDX, Nitrozellulose u.s.w. zugesetzt werden. Eine entschieden optimale Kraft, insbesondere für Flächensprengzwecke überlegen ist, wird durch Kombination von etwa 45 bis 55 Gew.-% eines kräftigen Oxydationsmittels, welches vorzugsweise in der Hauptsache oder mindestens zu 2 Dritteln aus Ammoniumnitrat besteht, mit 32 bis 43 % eines feinverteilten Aluminiums erzielt, wobei ein Teil hiervon vorzugsweise in Flockenform von MaIfeinheit vorliegt, indem man 11 bis 18 Gew.-^vorzugsweise 13 bis 16 % Flüssigkeit anwendet, wovon der größere Teil Wasser ist. Ein wesent-

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licher Teil der flüssigkeit feann g'edoch aus Glykol, Alkohol, Keton, Aldehyd oder Amid bestehen. Dieses letztere soll bei seiner Verwendung wasserlöslich oder mindestens wasserverträglich sein. Dabei muß ein Verdickungsmittel verwendet werden, das in geringen Mengenanteilen hochwirksam ist (vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 1 Gew.-%), aber es können Mengenverhältnisse bis zu 5 % verwendet werden, insbesondere wenn eine erhebliche Gelsteifheit und eine Stabilität für"längere Lagerzeit bei höheren Temperaturen gefordert wird. Diese Mengen dienen dazu, den Schlamm steif,kautschukartig und beständig zu machen. Vorgelierte Stärke kann bei ihrer Verwendung in Mengen bis 2 % angewendet werden. Gummiartige Verdickungsmittel sind \ vorzuziehen und sollten stark vernetzt sein. Mengenverhältnisse von 0,35 bis 1,3 Gew.-% sind zu empfehlen.

.Zur Erzielung einer stabilen hochviskosen oder kautschukartigen Konsistenz, die für die Lagerung und den Transport bevorzugt wird, sollten mindestens 0,5 % eines weitgehend vernetzten Verdi ckungsmittels, einschließlieh eines Xanthangummis verwendet werden. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des Verdickungsmittels der Lösung zugesetzt, bevor die unlöslichen Bestandteile hinzugefügt werden. Dies unterstützt die Verteilung einer großen Zahl feiner Gasblasen in der Lösung, was wiederum wesentlich zur Erhöhung der Detonationsempfindlichkeit beiträgt, a selbst bei'einer geringeren Verminderung der Dichte. Das Verdickungsmittel ist vorzugsweise ein Polysaccharid, d. h. eine Stärke oder ein Gummi mit verzögerter Wirkung, so daß der SchLamm mindestens einige Sekunden nach dem Vermischen gepumpt oder vergossen werden kann. Das Verdickungsmittel umfaßt aber auch Verbindungen, die eine hohe und beständige Viskosität in der flüssigen fhase erzeugen. Aus diesem Grunde werden 2 Komponenten,cUi, ein vernetzter Guarangummi zusammen mit einem Xanthangummi, vorzugsweise angewendet. Diese Kombination des Verdxckungssystems ist besonders wichtig, wenn das Gel für lange Zeitdauer gelagert werden soll. Es ist stabil bei Temperaturen, die im Gebiet deutlich unterhalb des Gefrierpunktes bis 7*1 °- reichen, und zwar während einer Zeitdauer von

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1 Jahr oder mehr.

Im speziellen Fall kann die Masse etwa 10 bis 15 % des Oxydationsmittels in festem Zustande enthalten, d. h. abgesehen von der flüssigen Phase. Dieser feste Anteil ist nicht von Natur aus unlöslich, sondern nur infolge der Übersättigung der Lösung. Für diese spezielle Zusammensetzung wird Ammoniumnitrat bevorzugt; es können jedoch bis zu 25 % des Oxydationsmittels Natriumnitrat sein.

Die beiliegende Zeichnung basiert auf den Daten des Beispiels 1 und der anderen Zusammensetzungen, die in der obigen Tafel angegeben sind. Die Massen gemäß der Erfindung haben sich als hervorragend hinsichtlich ihrer Leistung in einem Abstand von 4,88 bis 8,53 m vom Zentrum der Explosion erwiesen. Die durch die Buchstaben ABGD begrenzte rechteckige Fläche wird als Untersuchungsgebiet von hauptsächlicher Bedeutung angesehen. Die Wirkung von Trinitrotoluol beginnt mit hohem Druck im Mittelpunkt, aber dieser sinkt rasch auf einen niedrigen Druck von

ο
0,6 kg pro cm in einer Entfernung von 6,7 m im Vergleich mit

einem Druck von 1,0 kg pro cm bei einer typischen Mischung gemäß der Erfindung. Die Mischung 1-2 bestand aus einem normalen schlammförmigen Gesteinssprengstoff guter Qualität für bergbauliche Zwecke. Die Mischung 1-3 bestand .aus einem verhältnismäßig billigem Schlammsprengstoff mit niedrigem Aluminiumgehalt. Bei Verwendung von Trinitrotoluol zeigte sich eine geringe Zunahme des Druckes in einem Abstand von 8,53 m gegenüber einem solchen von 6,70 m wahrscheinlich aufgrund einer Reflektion der Druckwellen.

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Claims (10)

1 S£68 Patentansprüche

1. Sprengstoffmischung hoher Brisanz und hoher Gesamtenergie, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem viskosen Schlamm folgender Zusammensetzung in Gewichtsteilen besteht:

a) 45 bis 55 % eines starken anorganischen Oxydationsmittels, wovon mindestens 2 Drittel Ammoniumnitrat sind,

b) 32 bis 4^ofeinverteiltes Aluminium,

ö) 11 bis 18 % einer Flüssigkeit, deren größerer Teil aus Wasser besteht, während der Rest mit Wasser verträglich ist und

d) einem hochvernetzten Verdickungsmittel, bestehend aus einem Polysaccharid, das bis zu einer Temperatur von 71° ein über längere Zeit sich erstreckendes Verdickungsvermögen besitzt, und zwar in Mengen, die dem Schlamm eine steife kautschukartige Konsistenz zu verleihen imstande sind.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel aus 0,1 bis 2 % eines Materials folgender Beschaffenheit besteht: Vorgelierte Stärke und vernetzter Guarangummi, gegebenenfalls auch mit Zusatz von kleinen Mengen eines bakteriell modifizierten Gummis als Stabilisator für das Verdickungsmittel.

3. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel 0,1 bis 0,5 % Guarangummi in Kombination mit einer geringen Menge von Xanthangummi darstellt.

4. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel mindestens 0,5 % beträgt und eine Kombination eines vernetzten Guarangummis und eines Xanthangummis darstellt.

5. Hasse mach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver-

■ ((O '

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dickungsmittel zum größeren Teil aus Xanthangummi "besteht.

6. Masse nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich noch ein inertes Füllmaterial in Mengen von 0,2 bis 1,5 Gew.-%, gerechnet auf die Gesamtmasse, enthält, um die Dichte der Masse zu vermindern.

7. Masse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Füllmaterial aus Styropor besteht.

8. Masse nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 1 Gew.-% Styroporkügelchen enthält.

9. Verfahren zur Herstellung einer explosiven Sprengmischung, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine gesättigte wäßrige Lösung eines kräftigen anorganischen Oxydationsmittels herstellt j deren größerer Teil aus Ammoniumnitrat besteht,

b) daß man mindestens eine kleine Menge eines Verdickungsmittels mit verzögerter Wirkung der Masse einverleibt und dem gesamten Verdickungsmittel eine Substanz zusetzt, die in der Lage ist, den gesamten Schlamm zu einer steifen kautschukartigen Konsistenz zu gelieren,

c) daß man in die Lösung etwa 32 bis 43 Gew.-%, gerechnet auf die Gesamtmasse, feinverteiltes metallisches Aluminium einrührt,

d) daß man weiter in die Lösung mindestens 10 % eines Oxydationsmittel, zusätzlich zu dem bereits gelösten, einmischt, wobei dieses .zusätzliche Oxidationsmittel in erster Linie Ammoniumnitrat besteht,

e) daß man. die Masse zu einer glatten Mischung verrührt und S&& in einen Behälter abfüllt, bevor das Verdickungsmittel völlig zur Wirkung gelangt,

f) daß man die Menge des Verdickungsmittels zwischen 0,1 und 2,0 Gew-%, gerechnet auf die Gesamtmischung, hält,

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß min-

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destens ein Teil des Verdickungsmittels der Lösung zugesetzt wird, bevor das Aluminium hinzugefügt wird.

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