DE2608900B2

DE2608900B2 - Verfahren zur Herstellung von zündkapselunempfindlichen wässrigen Gelsprengstoffen und danach hergestellter Gelsprengstoff

Info

Publication number: DE2608900B2
Application number: DE2608900A
Authority: DE
Inventors: Edwin G. Marhofer; Mike L. Marrello; Glenn E. Pittsburg Kan. Tolle
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1981-08-06
Also published as: SE7603116L; PT64869A; GB1534794A; TR19983A; DE2608900A1; NL173633C; US3962001A; FR2303777A1; SE418740B; SE418174B; NO142522B; BE839378A; PT64869B; GR59310B; DE2660649C2; EG12324A; LU74525A1; CA1065612A; ATA176876A; CH597110A5

Description

Wässerige Gelsprengstoffe, die ihre chemische Energie hauptsächlich aus der thermischen Zersetzung von Ammoniumnitrat beziehen, erfreuen sich weitester Verbreitung in Steinbrüchen, Ausschachtungen und Bergwerken, hauptsächlich deshalb, weil sie billig und gefahrlos zu handhaben sind. Diese Sprengstoffe enthalten gewöhnlich kostspielige feste Brennstoffe in Suspension und lassen sich nicht ohne Sprengkapseln detonieren, sondern erfordern hochexplosive Sprengladungen, um sie zur Detonation zu bringen. Es besteht ein Bedürfnis nach billigeren, sprengkapselunempfindlichen Sprengstoffen, die keine festen Brennstoffe oder Sensibilisatoren enthaHen.

Gelförmige wässerige Ammoniumnitratsuspensionen sind als Sprengstoffe bekannt. So beschreibt die US-PS 36 76 236 Sprengstoffe, die aus unterschiedlichen Mengenverhältnissen von Ammoniumnitrat, Natriumnitrat, Ammoniumperchlorat, Hexamethylentetramin, Salpetersäure, einem feinteiligen festen Brennstoff, einem hydroxysubstituierten Verdickungsmittel und einem Vernetzungsmittel bestehen. Diese bekannten Sprengstoffe eignen sich besonders für die Verlegung in ziemlich großen, in weiten Abständen voneinander angeordneten Bohrlöchern, wie sie im allgemeinen im Hirtgestein-Tagebau verwendet werden. Sprengstoffe dieser Art werden gewöhnlich mit Hilfe von Sprengkapseln und hochexplosiven Sprengladungen zur Detonation gebracht.

Es wurde nun gefunden, daß sprengkapselunempfindliche Sprengstoffe aus den gleichen Bestandteilen, aus denen die bekannten Sprengstoffe bestehen, aber ohne die Notwendigkeit des Zusatzes eines feinteiligen festen Brennstoffs, hergestellt werden können, sofern die Mengenverhältnisse der Bestandteile innerhalb enger Grenzen gehalten werden. Das Herstellungsverfahren

iu ist das folgende:

(a) Man stellt eine Mutterlauge her, die zu 26 bis 36 Gewichtsprozent aus Wasser, zu 14 bis 24 Gewichtsprozent aus Hexamethylentetramin, zu 30 Gewichtsprozent bis zu der für die Sättigung der Lösung erforderlichen Menge aus Ammoniumnitrat, zu 5—15 Gew.-% Natriumnitrat und zu 5 bis 15 Gewichtsprozent aus Ammoniumperchlorat besteht und so viel Salpetersäure enthält, daß ihr pH-Wert 4,0 bis 6,5 beträgt;

(b) zu je 100 Teilen dieser Mutterlauge setzt man zwecks Einstellung des Gesamtwassergehalts der Mischung auf einen Bereich von 13 bis 18 Gewichtsprozent 80 bis 175 Gewichtsteile feinteiliges Ammoniumnitrat zusammen mit einer ausreichenden Menge eines Polysaccharidharzes mit Vernetzungsmittel zu, um die Mischung zu einem Gel zu verdicken.

jo Vorzugsweise wird die Mutterlauge gemäß Stufe (a) folgendermaßen hergestellt:

Man stellt den pH-Wert einer 30- bis 40gewichtsprozentigen wässerigen Lösung von Hexamethylentetramin mit Salpetersäure auf 5,0 bis 5,3 ein, wobei man

Ji dafür sorgt, daß die Temperatur des Gemisches nicht über 66° C steigt, und eine wässerige Lösung mit einem Hexamethylentetramingehalt von 25 bis 35 Gewichtsprozent erhält, worauf man in dieser Lösung Ammoniumperchlorat bis zu einer Endkonzentration von 5,0 bis 6,0 Gewichtsprozent, Natriumnitrat bis zu einer Endkonzentration von 8,0 bis 9,0 Gewichtsprozent und Ammoniumnitrat bis zu einer Endkonzentration von 30 bis 45 Gewichtsprozent löst.

Durch Vermischen von, vorzugsweise feingemahle-

•r> nem, teilchenförmigem Ammoniumnitrat und einem Verdickungsmittel mit dieser Mutterlauge kann dann ein zündkapselunempfindlicher Gelsprengstoff hergestellt werden, in dem das Ammoniumnitrat suspendiert ist.

Stufe (a)

Zu Beginn dieser Verfahrensstufe findet, wenn sie, wie angegeben, durchgeführt wird, eine exotherme Reaktion statt. Vorzugsweise sind zu Beginn nur Wasser,

Vi Hexamethylentetramin und Salpetersäure anwesend, so daß sich Temperatur und pH-Wert leichter unter Kontrolle halten lassen. Die obere Temperaturgrenze soll genau innegehalten werden, um Zersetzung und Nebenreaktionen zu vermeiden. Vorzugsweise wird die

ho Temperatur im Bereich von 50 bis 60°C gehalten.

Da das Lösen von Ammoniumnitrat ein endothermer Prozeß ist, kann es schneller erfolgen und wird zweckmäßig durchgeführt, indem man weitere Wärme mit Hilfe von Dampfschlangen oder sonstigen Wärme-

μ austauschern zuführt. Vorzugsweise wird in dieser Verfahrensstufe so viel Wärme zugeführt, daß die Endtemperatur in Vorbereitung für die Stufe (b) im Bereich von 35 bis 50° C liegt.

Stufe (b)

Gegebenenfalls kann die in Stufe (a) erhaltene Lösung als Vorratslösung auf Lager gehalten werden, und man kann je nach Bedarf Teile derselben als Mutterlauge zur Herstellung verschiedener Sprengstoffe verwenden. Es ist jedoch wirtschaftlicher und zweckmäßiger, diese Lösung so, wie sie in der Verfahrensstufe (a) anfällt, zu verwenden, bevor sie erkaltet ist Das in dieser Verfahrensstufe verwendete Ammoniumnitrat soll feingemahlen und frei von Klumpen sein. Die Kombination aus Polysaccharidharz und Vernetzungsmittel soll aus den im Handel erhältlichen Mitteln auf Grund ihrer Fähigkeit ausgewählt werden, eine Suspension, wie sie in dieser Verfahrensstufe anfällt, zu gelieren. Einige Harze bilden bei den pH-Werten dieser Suspension (etwa 5,8 bis 53) keine genügend festen Gele.

Das folgende Beispiel erläutert die Herstellung eines zündkapseL'inempfindlichen Gelsprengstoffs.

Beispiel

Ein reines Reaktionsgefäß wird mit 8349 Teilen Wasser beschickt Unter Rühren setzt man 4914 Teile festes, teilchenförmiges Hexamethylentetramin zu und rührt weiter, bis Lösung eingetreten ist

Diese Lösung wird unter Rühren mit 1988 Teilen 69prozentiger Salpetersäure (42° Baume) versetzt, wobei man die Temperatur während der Wärmeentwicklung im Bereich von etwa 45 bis 60⁰C hält und weiter rührt, nachdem die Reaktion aufgehört hat, was sich am Gleichbleiben des pH-Wertes und am Sinken der Temperatur zeigt. In diesem Stadium beträgt der pH-Wertbei38°C5,l bis 5,3.

Zu dieser Lösung setzt man unter Rühren 10 602 Teile körniges Ammoniumnitrat zu, wobei man das Reaktionsgefäß mit Hilfe eines Dampfmantels erhitzt. Unter Innehaltung einer Temperatur von ungefähr 50° C löst man in dem Gemisch 1551 Teile Ammoniumperchlorat und 2586 Teile Natriumnitrat. Die Kennwerte der fertigen Lösung, bestimmt an einer Anzahl nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellter Ansätze, sind die folgenden:

spezifisches Gewicht

Kristallisationstemperatur

ίο

5,8 bis 5,9

1,34 bis 1,35 g/cm³

-4° C

Diese Lösung wird dann als flüssige Phase zur Herstellung der nachstehend beschriebenen Gelsuspension verwendet, wobei man bei Temperaturen zwischen 38 und 49° C arbeitet

Ein Mischgefäß wird mit 1960 Teilen feingemahlenem Ammoniumnitrat beschickt Unter Vermischen wird dann eine solche Menge der oben beschriebenen Flüssigkeit zugesetzt, daß sich eine glatte und klumpenfreie Aufschlämmung bildet Dann setzt man unter Rühren den Rest einer Gesamtmenge von 2000 Teilen der oben beschriebenen Flüssigkeit zusammen mit 40 Teilen Guarharz mit Vernetzungsmittel durch Ausströmventile mit einer solchen Geschwindigkeit zu, daß das Ganze gründlich gemischt wird und sich keine Klumpen bilden. Man läßt die verdickte Suspension die Konsistenz eines Gels annehmen, was nach beendetem Zusatz des Guarharzes etwa 8 bis 10 Minuten dauert. Das Produkt besteht aus 4000 Gewichtsteilen eines zündkapselunempfindlichen wässerigen Gelsuspensionssprengstoffs mit einer Dichte von 1,20 bis 1,25 g/cm³ und einem pH-Wert zwischen 5,9 und 6,2. Die prozentualen Anteile der verschiedenen Bestandteile in dem fertigen Sprengstoff sind (auf eine Dezimalstelle genau) die folgenden:

Bestundteile

Gew.-%

Wasser

lOOprozentige Salpetersäure

Hexamethylentetramin

Ammoniumnitrat in Lösung

Ammoniumperchlorat

Natriumnitrat

Ammoniumnitrat (gemahlen)

Guarharz mit Vernetzungsmittel

14,9
2,3
8,2

17,7
2,6
4,3

49,0
1,0

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von zündkapselunempfindlichen wässerigen Gelsprengstoffen aus wässerigen Lösungen, die Hexamethylentetramin, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat, Ammoniumperchlorat und Salpetersäure enthalten, aus festem Ammoniumnitrat und Polysaccharidharz, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Mutterlauge herstellt, die aus 26 bis 36 Gewichtsprozent Wasser, 14 bis 24 Gewichtsprozent Hexamethylentetramin, 30 Gewichtsprozent bis zu der für die Sättigung der Lösung erforderlichen Menge an Ammoniumnitrat, 5 bis 15 Gewichtsprozent Natriumnitrat, 5 bis 15 Gewichtsprozent Ammoniumperchlorat und so viel Salpetersäure besteht, daß der pH-Wert 4,0 bis 6,5 beträgt, worauf man

b) zu je 100 Teilen der gemäß Stufe (a) hergestellten Mutterlauge 80 bis 175 Teile teilchenförmiges Ammoniumnitrat in solchen Mengen, daß die Gesamtmischung einen Wassergehalt von 13 bis 18 Gewichtsprozent aufweist, zusammen mit so viel Polysaccharidharz mit Vernetzungsmittel zusetzt, daß das Gemisch eine gelartige Konsistenz annimmt.

2. Zündkapselunempfindlicher wässeriger Gelsprengstoff, hergestellt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zu 8,2% aus Hexamethylentetramin, zu 2,3% aus Salpetersäure, zu 66,7% aus Ammoniumnitrat, zu 4,3% aus Natriumnitrat, zu 2,6% aus Ammoniumperchlorat, zu 1% aus Guarharz mit Vernetzungsmittel und zum Rest aus Wasser besteht.