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Verfahren zur Herstellung'von detonationsempfindlichem Ammonnitrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von detonationsempfindlichem
Ammonnitrat und bezweckt die Erhöhung der Sensibilität sowie eine gefahrlose Herstellung.
Diese Zwecke werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, .daß Ammonnitrat mit einem
Überzug eines Metallnitrats durch Behandeln mittels einer vorzugsweise Ammonnitrat
bis zur Sättigung enthaltenden Lösung jenes Metallnitrats in Wasser und anschließendes
Trocknen versehen wird. Als Metallnitrate eignen sich beispielsweise die Nitrate
von Natrium, Kupfer, Blei, Zink, Kalium, Cadmium, Nickel, CaIcium, Magnesium und
von anderen Metallen. Enthält die Überzugslösung kein Ammonnitrat oder eine geringere
Menge, als zur Sättigung notwendig isst, dann werden bei der Behandlung einige der
Ammonnitratkristalle teilweise gelöst werden. Doch soll die überzugslösung vorzugsweise
von solchem Volumen und solcher Konzentration sein, daß -der größere Teil des Ammonnitrats
ungelöst bleibt.
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Besonders wirkungsvoll ist die Sensibillsierung, wenn erfindungsgemäß
dem Sprengstoff ein Sensibilisierungsmittel mit hohem Sauerstoffmangel zusätzlich
zugefügt wird; als solche zusätzlichen Sensibilisierungsmittel komanen beispielsweise
in Betracht organische Nitroverbindungen in fester oder flüssiger Form, wie Nitrotoluole,
z. B. Dinitrotoluol, Tr initrotoluol, I"Titroxylole, Nitronaphthaline, z. B. Dinitronaphthalin
u. dgl., oder Diäthylen-, glykoldinitrat. Auch Kohle und andere kohlenstoffhaltige
Stoffe, wie Holzkohle, Maismehl, Mehl, Holzstoff usw., können als zusätzliche Sensibilisierungsmittel
dienen. Im Gegensatz zu diesen Mitteln versagen über-. raschenderweise .solche mit
einem geringeren Sauerstoffmangel oder gar einem Sauerstofffberschu
F,
wie Nitroglycerin, Nitroglykol. N itrolaktose u. dgl. ; doch können letztere gewünschtenfalls
in Verbindung mit organischen itroverb-indungen, dieeinen Sauerstoffmangel aufweisen,
verwendet werden, wenn der Sauerstoffmangel der Mischung groß ist.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Ammonnitrat von sehr
erhöhter Detonationsempfindlichlieit erhalten, welches mit anderen gewöhnlich in
Dynamiten verwendeten Substanzen zusammengebracht werden kann oder, wenn nitroaromatische
Verbindungen oder ähnliche in Sprengstoffen verwendete Sensibilisierungsmittel zugefügt
werden, eine geringere Menge .des letzteren erfordert. ' Der Gebrauch von Wasser
als Lösungsmittel für die für -die Ammonnitratkristalle verwendeten Metallnitrate
ist sehr willkommen, da die Sicherheit des Verfahrens dadurch beträchtlich zunimmt,
d.aß die Temperatur, die zur Schaffung eines guten Kontaktes zwischen Metallnitrat
und Ammoniumnitrat nötig ist, herabgesetzt wird.
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Es ist bereits bekannt, zur Verringerung der Hygroskopizität und Erhöhung
der Sprengkraft gießbare Ammonverbindungen durch Zusammenschmelzen mit :Metallnitraten
herzustellen. Hierdurch wird aber nicht die Detonationsempfindlichkeit erhöht. Es
isst ferner bekannt, eine Dynamitmasse mit Pentaerytritnitrat zu überziehen, jedoch
lediglich zum Zwecke der Vermeidung toxischer und kopfschmerzverursachender Wirkungen.
Hierdurch -wird aber nicht das Überziehen von Ammonnitrat mit einem iMetallniträt
aus wässeriger Lösung zum Zwecke der Erhöhung der Detonationsempfindlichkeit nahegelegt.
Au sführun"gsbeispiel i32 Gewichtsteile Aminoniumn.itrat und 5o Gewichtsteile Natriumnitrat
werden in 66 Gewichtsteilen Wasser bei ungefähr 27° C aufgelöst. Diese Lösung ist
mit Am:moniumnitrat vollkommen und mit Natriumnitrat fast gesättigt. Sie wird bei
27° C auf 95o Gewichtsteile trockenes, körniges Ammoniumnitrat angewandt, dessen
Korngröße so bemessen ist, daß mehr als 95 °/o der Masse ein Sieb mit 40 Maschen,
ungefähr 30°/p ein Sieb mit ioo Mäschen und weniger als io°io ein Sieb mit 200 Maschen
passieren. Nach sorgfältigem Mischen können die Kristalle unter Durchleitung eines
trockenen Luftstromes bei ungefähr So bis 6o° C unter beständigem Rühren getrocknet
werden. Nach 3 bis d. Stunden beträgt der Feuchtigkeitsgehalt weniger als o,:20/0.
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Das Trocknen des überzogenen Ammoniumnitrates ist nicht auf :das Durchleiten
eines Luftstromes beschränkt, sondern kann auch durch einfaches Erhitzen der überzogenen
Kristalle ausgeführt werden. In leuterein Falle wird die Überzugslösung vorzugsweise
vor ihrer Anwendung auf die Amtnoniumiiitratlristalle erhitzt, um das Trocknen zu
erleichtern. Die Überzugslösung soll am besten fast mit dem Üherzuggsalz gesättigt
sein, um die zu verdampfende Wassermenge und die Lösungswirkung auf die Ammoniumnitratkristalle
soviel als möglich zu verringern. Die Überzugslösung kann mehr als einmal angewendet
werden, tun so die 'Menge des Überzugssalzes auf den Ammoniumnitratkristallen zu
erhöhen.
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Es wurde gefunden. daß es nicht nötig ist, die Aminoniumnitratkrista.lle
vor der Anwendting cler Überzugssalze vollkommen zti trocknen. Beispielsweise können
die Ainmonitimnitratkristalle noch genug anhaftende Feuchtigkeit enthalten, um die
benötigte Menge Metallnitrat zu lösen, wobei letztere ini trockenen Zustand zugefügt
werden kann. worauf umgerührt wird, bis das 'Metallnitrat von der anhaftenden Mutterlauge
gelöst ist. und dann getrocknet wird.
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Die kohlenstoffhaltigen oder organischen Sensibilisierungsbestandteile
können in den Überzugslösungen dispergiert oder gelöst werden, was ohne Gefahr bei
unter iooJ C liegenden Te.np°raturen erfolgen kann, was jedoch sehr gefährlich sein
würde, wenn die Sensibilisierungsmittel durch das bekannte Schmelzverfahren den
Ammoniumnitratkristallen zugefügt würden.
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Um die Empfindlichkeit und. praktische Arbeitsleistung :der nach dem
Verfahren der Erfindung sensibilisierten Ammoniumnitratsprengstoffe zu bestimmen,
wird am besten die kleine Bleiblockkompression.sprobe angewandt, wie sie in Bulletin
Nr.346 des U. S. Bureau of Mines auf S. io6 bis io8 der i 93 i-Ausgabe beschrieben
ist. In dieser Probe wird eine kurze Säule des Sprengstoffes (ioo g) der gewünschten
Dichte auf einen senkrechten Bleizylinder von 3,81 cm Durchmesser und 6,35
cm Höhe, der mit einer o,635 cm dicken Stahlscheibe bedeckt ist, gestellt. Der Sprengstoff
wird durch eine Sprengkapsel zur Detonation gebracht. Die Explosion treibt die Stahlscheibe
nach unten und komprimiert den Bleizylinder proportional zur Detonationsgeschwindigkeit
und Vollkommenheit der Detonation des Sprengstoffes. Da eine Erhöhung !der Ladedichte
Ammoniumnitratsprengstoffe viel unempfindlicher macht. ist es möglich, die durch
den Überzug auf dem Ammoniu.mnitrat hervorgerufene Sensibilisierung dadurch zu schätzen,
daß man die Grenzdichte bestimmt, bei der noch DeIonation mit einer Sprengkapsel
Nr. 6 oder N r. e stattfindet. Die Sprengkapsel Nr.6 enthält i g einer Mischung
aus go Teilen Quecksilberfulminat
und io Teilen Kaliumchlorat.
Die Sprengkapsel Nr. 8 enthält 2 g der genannten Mischung. Im folgenden ist das
obige Verfahren der .Empfindlichkeitsbestimmung angewandt worden.
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Um die erhöhte Detonationsempfindlichkeit des überzogenen Am:moniumnitrates
zu zeigen, wurden eine Reihe von Sprengstoffen hergestellt, welche 92 Gewichtsteile
gesiebtes, mit °/° hfetallnitrat überzogenes Ammoniumn.itrat. 5 Gewichtsteile Dinitrotoluolöl
und 3 Gewichtsteile gemahlene Steinkohle enthielten. Der Sprengstoff, der Ammoniumnitrat
ohne.Überzug enthält, ist im. folgenden mit A, der mit Natriumnitrat überzogene
mit B, mit Kupfernitrat mit C, mit Bleinitrat mit D und mit Zinknitrat mit E bezeichnet.
| Tabelle I |
| Kompressionsproben mit kleinem Bleiblock |
| Sprengstoff |
| A B C D t E |
| Überzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kein NaN03
j Cu (N03)2 Pb (N03)2 Zn (N03)2 |
| Grenzdichte (g/ccm) für Spreng- __ |
| kapsel Nr. 6 .................. o,9o i,o8 I,15 1'15
h15 |
| Sprengkapsel Nr. 8 .... . ..... 0,97 1,24 - 1,24 424 1,24 |
| Höchstkompression (cm) . . . . . . . . i,oi6 ; 1,27 1,32 1,o9
1,25 |
Ein Vergleich ,der Empfindlichkeit gegenüber Sprengkapsel Nr.6 oder Nr.8 des Sprengstoffes
A mit der von B bis E zeigt deutlich die Vorteile, @die durch das Überziehen des
Ammoniumnitrates mit verschiedenen Metallnitraten für die Detonationsempfindlichkeit
erlangt werden. Obgleich es nicht in der Tabelle gezeigt ist, so ist doch eine ähnliche
Erhöhung der Empfindlichkeit durch Kallumnitrat-, Cadmiumnitrat-, Nickelnitrat-,
Calciumnitrat- und Magnesiumnitratüberzüge erreicht 'worden.
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Urn die Verbesserung der durch das Überzugsverfahren erlangten Detonationsempfindlichkeit
im Vergleich zu einem Gemisch aus Ammonnumnitrat und Metallsalz zu beweisen, wurde
ein Sprengstoff derselben Zusammensetzung wie B in Tabelle I hergestellt, indem
jedoch das Natriumn.itrat, nachdem es durch ein Sieb mit Zoo Maschen gesiebt worden
war, -dem Ammoniumnitrat trocken zugegeben wurde. Dieser Sprengstoff explodierte
mit einer Sprengkapsel Nr. 6 bei einer Dichte von i,o2 g/ccm teilweise und gar nicht
mit einer Sprengkapsel Nr.8 bei einer Dichte von i,o8 g/ecsn. Außerdem verursachte
in diesem Sprengstoff die Airwesenheit des feinen Natriumnitrates bedeutend größere
Schwierigkeiten durch erhöhtes Zusammenbacken oder Verhärten des Sprengstoffes während
der Lagerung.
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Die :Mengen und die Art des für das Ammoniumnitrat als Überzug angewendeten
Metallnitrates bestimmen den Grad der Detonationsempfindlichkeit des @mmaniumnitrates.
Beispielsweise hatte ein Sprengstoff @derselben allgemeinen Zusammensetzung wie
Sprengstoff E der Tabelle I, nur mit dem Unterschied, :daß .das Ammoniumnitrat nur
mit i °/° Zinknitrat überzogen war, für eine Sprengkapsel Nr.6 eine Grenzdichte
von 1,02 g/ccm.
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In der nachstehenden Aufstellung sind die Ergebnisse von Vergleichversuchen
ersichtlich, welche die besondere Wirkung beweisen, die durch einen Überzug eines
Metallnitrates allein (I) und eines Gemisches von Ammonnitrat und Metallnitrat (II)
gegenüber einem durch Zusammenschmelzen von Ammonnitrat und Metallnitrat (III) und
durch Mischen von Ammonnitrat und Metallnitrat (IV) erzeugten Sprengstoff erzielt
wird.
| Tabelle II |
| Zusammensetzung (°. °, ---Probe _- _- |
| A B 1_ C @._ D @ E |
| Pulver I: |
| N H, N 03 mit 5 °/° Na N 03-Überzug, |
| aus wässeriger Lösung hergestellt 92 I -- - -- - |
| Pulver II: |
| N H4 N 03 mit 5 °/o NaN 03 -Über- |
| zug, aus mit NH,,N03 gesättigter |
| wässeriger Lösung hergestellt g2 - 91,1 - |
| Z in Probe |
| usammensetzung f0"'0) |
| A B C D E |
| Pulver III: "r.4 |
| N H4 N 0,3 -i- 5 °/o Na N 03 durch |
| Zusammenschmelzen hergestellt - - 92 - - |
| Pulver IV: |
| N H4 N 03 -r- 5010 Na N O3 durch |
| Vermischen hergestellt ....... - - - - gi.i |
| Dinitrotoluol .................. 5 5 5 4,0 i 4,0 |
| Trinitrotoluol................... - - - i,0 i,0 |
| Gemahlene Kohle . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 3,9 i 3,9 |
| Detonationsempfindlichkeit |
| Explodiert mit Sprengkapsel Nr. 6 |
| bei .... .......... .. .... . . ... . i,o8 g/ccm i,o8`g/ccm
o,g?, g/ccm |
| Explodiert mit Sprengkapsel Nr. 8 |
| bei .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 424 g/ccm
424 9/ccm 402 9/ccm i,io g'I ccm , - |
| Nicht explodiert mit Sprengkapsel |
| Nr. 8 bei . . . . . . . .. . . . . . . . . . . - - i,o8 g/ccm
- 1,08 glccm |
Es ist ersichtlich, daß die Detonationsempiindlichkeit der Sprengstoffe I und II
jener der Sprengstoffe III und IV deutlich Überlegen ist. Ferner ist, wie bereits
hervorgehoben, die Herstellung des Sprengstoffes IV gefährlich wegen,der Notwendigkeit,
das Ammonnitrat auf eine hohe Te'mp'eratur zu erhitzen, bei der es instabil ist.
Durch die Gegenwart von fein gemahlenem Natriumnitrat beim Sprengstoff III wird
die Neigung des Pulvers zum Zusammenbacken stark erhöht, was bei den Sprengstoffen
I und II gemäß der Erfindung nicht der Fall ist.