DE863615C

DE863615C - Wettersprengstoff

Info

Publication number: DE863615C
Application number: DEI4095A
Authority: DE
Inventors: Arthur James Lowe
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1950-05-05
Filing date: 1951-04-27
Publication date: 1953-01-19
Also published as: US2613146A; GB686789A; BE503027A; FR1040699A; NL80828C; NL160269B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die

Herstellung von nitroglycerinfreien Ammoniumnitrat-Trinitrotoluolmassen, welche zur Herstellung von nicht mit flammenlöschendem Material umhüllten Wettersprengstoffladungen besonders geeignet sind.

Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer nitroglycerinfreien Ammoniumnitrat-Trinitrotoluolmasse, die zur Herstellung von nicht mit flammenlöschendem Material umhüllten Wettersprengstoffladungen besonders geeignet ist und die sich mindestens im wesentlichen hinsichtlich ihres Sprengcharakters und hinsichtlich ihrer Sicherheit mit flammenlöschendem Material umhüllten Sprengstoffladungen der nitroglycerinfreien Art ähneln, welche Ammoniumnitrat und Di- bzw. Trinitrotoluol sowie Kochsalz enthalten.

Es ist bekannt, daß bei Verwendung der sogenannten umhüllten Wettersprengstoffe, bei denen die zylindrische Oberfläche der mit einer Umwicklung versehenen Sprengstoffladungen mit einem äußeren Deckbelag eines flammenlöschenden festen Stoffes versehen ist, eine außerordentlich geringe Gefahr der Entzündung von schlagwetterhaltigen und staubigen Atmosphären erreicht wird. Obwohl es durch die Umhüllung von Sprengstoffladungen mit flammenlöschenden Stoffen möglich ist, als flammenlöschendes Medium gewisse wirksame Stoffe zu verwenden, welche üblicherweise den eigentlichen Sprengstoffzusammensetzungen selbst nicht einverleibt werden können und hierdurch ganz allgemein die Herstellung von Sprengstoffladungen erleichtert wird, welche eine wünschenswerte Kombination folgender Eigenschaften besitzen: Sicherheit, Zündempfindlichkeit und Explosionskraft, bereitet die Herstellung einer äußeren Hülle eines solchen Materials und die Handhabung und Anwendung der sich ergebenden Sprengstoff-

ladungen ziemliche Ungelegenheiten. So ist es bei der Herstellung von mit flammenlöschendem Material umhüllten Wettersprengstoffladungen notwendig, das flammenlöschende Material entweder in Pulverform in einen äußeren ringförmigen Raum einzubringen, der zwischen der üblichen Umwicklung der Sprengstoffladung und einem äußeren Papierbehälter geformt ist, oder in Form eines mehr oder weniger steifen Aufbaues, welcher mit Hilfe irgendeines Binde- oder ίο Haftmittels hergestellt worden ist und der dadurch hergestellt werden kann, daß er um die mit einer Umwicklung versehene Sprengstoffladung herumgewalzt oder in anderer Weise angebracht wird und der dann durch eine äußere Papierlage geschützt wird. Hieraus folgt, daß mit flammenlöschendem Material umhüllte Wettersprengstoffladungen einen größeren Durchmesser besitzen als die eigentliche Ladung des Sprengstoffes, der mit der Umwicklung umgeben ist, so daß es infolgedessen notwendig ist, Bohrlöcher mit einem größeren Durchmesser zu bohren. Darüber hinaus muß dafür Sorge getragen werden, daß die Möglichkeit verhindert wird, daß eine gewisse Menge des nammenlöschenden Materials in pulvriger Form zwischen das Ende der üblichen Sprengstoff Umwicklung und dem Endteil der äußeren Umhüllung der Sprengstoffladung gelangt, wodurch eine Übertragung der Detonation von einer Ladung zur anderen verhindert werden könnte, wenn solche Ladungen hintereinander in ein Bohrloch eingesetzt werden. Es ist demgemäß wünschenswert, nicht mit flammenlöschendem Material umhüllte Sprengstoffladungen mit einer befriedigenden Empfindlichkeit und Sicherheitseigenschaften herzustellen, Welche hinsichtlich der Explosionskraft den mit einer Umhüllung aus flammenlöschendem Material versehenen Sprengstoffladungen gleichzustellen sind bzw. nicht mit einem flammenlöschenden Material umhüllte Sprengstoff ladungen mit dem gleichen Sicherheitsgrad zu liefern, welche einem Sicherheitssprengstoffversuch in einem Versuchsraum standhalten, der eine o,°/₀ Methan aufweisende Luftmischung enthält, wobei die Explosionskraft dieser Sprengstoffladungen gleich derjenigen von mit "flammenlöschendem Material umhüllten Sprengstoffen ist.

Es ist beispielsweise allgemein bekannt, daß nicht mit einem flammenlöschenden Material umhüllte nitroglycerinf reie Ammoniumnitrat - Trinitrotoluolsprengstoffladungen, welche beispielsweise aus Douglaspulver hergestellt worden sind und die 15 °/₀ Trinitrotoluol, 6o,°/₀ Ammoniumnitrat und i6°/₀ Natriumchlorid enthalten, ein Kraftäquivalent von 65% desjenigen von Sprenggelatine aufweisen, wie durch das ballistische Pendel festgestellt worden ist, und diese selbst Wettersprengstoffe darstellen und daß, wenn derartige Sprengstoffladungen mit einer Umhüllung versehen werden, so daß die umhüllten Ladungen eine Kraftwirkung von etwa 43% derjenigen von Sprenggelatine aufweisen, diese einen größeren Sicherheitsgrad gegenüber Grubengasen besitzen, welcher für Bergwerkssprengungen von großer Bedeutung sein kann.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, nitroglycerinfreie Ammoniumnitrat-Trinitrotoluolmassen herzustellen, welche insbesondere zur Erzeugung von nicht mit flammenlöschendem Material umhüllten Wettersprengstoffladungen geeignet sind, welche einen Sicherheitsgrad gegenüber Grubengasen besitzen, der mindestens annähernd demjenigen ist der mit einer Umhüllung aus flammenlöschendem Material versehenen Sprengstoffladungen aus Douglaspulver, und die darüber hinaus eine Sprengkraft der Größen-Ordnung von 43°/,, derjenigen von Sprenggelatine besitzen, wenn diese Stoffzusammensetzungen als zusätzliche Hauptbestandteile sowohl Natriumchlorid und Natriumnitrat enthalten und wenn die vier Hauptbestandteile,nämlichTrinitrotoluol, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und Natriumchlorid, innerhalb gewisser festgestellter gravimetrischer Grenzen liegen. Gemäß der Erfindung sind Wettersprengstoffe, welche aus einer Mischung bestehen, die Trinitrotoluol, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und Natriumchlorid als Hauptbestandteile enthalten und die eine Schüttdichte von 0,90 bis 1,05 g/ccm bei einem Druck von 1,76 kg/qcm besitzen und ein errechnetes Sauerstoffgleichgewicht zwischen — 0,5 und -p 3 g Sauerstoff pro 100 g der Zusammensetzung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsprozentgehalt von Trinitrotoluol zwischen 11 und 22%, von Ammoniumnitrat zwischen. 22 und 36%, von Natriumnitrat zwischen 12 und 2j^a[₀ und von Natriumchlorid zwischen 29 und 35 % liegt.

Falls erwünscht, können die Wettersprengstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung bis zu 3% von oxydierbaren organischen Stoffen, beispielsweise feinen pflanzlichen Zusatzstoffen, enthalten, vorzugsweise solche von geringer Dichte, beispielsweise Balsaholzmehl oder gemahlenen Kork, oder auch Stoffe, wie organische Farbstoffe von sulfoniertem Charakter, beispielsweise Säureviolett und Salze von trisulfoniertem Säureviolett, die auf der Oberfläche des Ammoniumnitrats in sehr geringer Menge zugegen sein können, um ein Setzen dieses Stoffes zu vermeiden, oder die auch der Sprengstoffmasse als solcher einverleibt sein können und die dann als oxydierbares organisches Material gerechnet werden, wobei aber auch noch andere organische Bestandteile, die nicht pflanzlicher Natur zu sein brauchen, zugegen sein können, jedoch meistens nur in geringen Mengen.

Damit die Sprengstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung die angegebene Schüttdichte besitzen, können sie in bekannter Weise dadurch hergestellt werden, daß die Bestandteile unter Verreiben trocken gemahlen werden, worauf sie dann genügend angefeuchtet werden, um der Mischung einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa i°/₀ zu erteilen, worauf dann ohne mechanische Rührung bei einer Temperatur getrocknet wird, die oberhalb des bei 32,3° liegenden Umwandlungspunktes des Ammoniumnitrats liegt. Dann wird die so hergestellte Mischung abgekühlt und schließlich das sich ergebende pulvrige Material gesiebt.

Bei Einstellung des Sauerstoffgleichgewichtes für irgendeine gewünschte Sprengstoffzusammensetzung kann der erforderliche Sauerstoff für die verschiedenen organischen Bestandteile erforderlichenfalls errechnet werden, nachdem eine Elementaranälyse des Materials auf der Grundlage durchgeführt worden ist, daß der Kohlenstoff zu Kohlendioxyd oxydiert wird und der

Wasserstoff zu Wasser und der frei werdende Stickstoff als elementarer Stickstoff betrachtet wird, wobei auch der in dem Ausgangsmaterial enthaltene Wassergehalt berücksichtigt wird.

Bei der Durchführung der Erfindung in der Praxis können etwaige Rückstände des auf dem Sieb zurückgebliebenen Produktes mechanisch unter leichtem Druck zu Pulver verrieben werden. Zu diesem Zweck kann ein verhältnismäßig grobes Sieb angewandt werden, obwohl das Produkt ein verhältnismäßig feines Pulver ist, welches, wenn es in bekannter Weise in vorher fertiggestellte Papierhüllen eingefüllt wird, eine Dichte von etwa ι g/ccm besitzt, wobei man einen etwas höheren Wert als diesen bei Abwesenheit eines eine geringe Dichte besitzenden pflanzlichen Zusatzstoffes und einen etwas geringeren Wert erhalten kann, wenn derartiges Material zugegen ist. Es kann festgestellt werden, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Sprengstoffe nicht irgendwelche Bestandteile zu enthalten brauchen, welche in befriedigender Zusammensetzung schwer erhältlich sind, und zwar im Hinblick auf die Wärmestabilität der Sprengstoffzusammensetzung, wie sich aus dem Abel-Wärmeversuch ergibt.

Es wurde gefunden, daß, wenn bei Sprengstoffzusammensetzungen, welche aus einer Mischung von Trinitrotoluol, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und Natriumchlorid als Hauptbestandteile bestehen, diese Bestandteile in Mengen außerhalb der oben angegebenen Grenzen gemäß der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung vorliegen, diese, obwohl sie ein Schüttgewicht und einen Sauerstoffwert besitzen, wie er für die Zusammensetzung gemäß der Erfindung erforderlich ist, entweder zu schwach sind, um praktisch für Kohlesprengungen verwendet zu werden, oder sie gegenüber Grubengasen nicht so sicher sind wie die mit einem flammenlöschenden Material umhüllten Wettersprengstoffladungen der nitroglycerinfreien Type, welche Ammoniumnitrat, Trinitrotoluol und Kochsalz enthalten.

Es wurde weiterhin gefunden, daß es notwendig ist, sich an die angegebenen Grenzen für die Schüttdichte der Sprengstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung zu halten, um zu erreichen, daß diese Sprengstoffe den erforderlichen Empfindlichkeitsgrad gegenüber Zündung und Fortleitung der Explosion besitzen.

In der folgenden Tabelle sind Versuchsergebnisse niedergelegt, welche erkennen lassen, daß die angegebenen Grenzen für die Hauptbestandteile der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung wesentlich sind, wenn diese Sprengstoffzusammensetzungen den Erfordernissen der Sicherheit gegenüber Grubengasen, der Kraftwirkung und des Sauerstoffwertes entsprechen sollen. In dieser Tabelle gibt ein Pluszeichen an, daß der Gasversuch bezüglich der Sicherheit gegenüber Grubengasen mit günstigem Erfolg durchgeführt worden ist. Ein Minuszeichen zeigt an, daß der Gasversuch ergeben hat, daß der Sprengstoff nicht den Sicherheitserfordernissen gegenüber Grubengasen entspricht.

Versuche

Zusammensetzung Nr. 35	I	2	3	4	5	6	7	8	9
% Trinitrotoluol % Ammoniumnitrat % Kochsalz ₄₀ % Natriumnitrat ⁰I₀ Balsaholzmehl	CO O O O OI H öl ro ro	17.5 25 36 20 1.5	18 32 20	13 35 29 20 3	18 ' 28 30 22 2	20 24 30 25 I	15 39 35 IO I	15 4¹ 30 12 2	15 34 28 18 3
Tatsächliche Kraftwirkung	35.9	35.3	40,6	40,4	40,4	41,1	41.4	45,8	43,6
Schüttdichte	1,03	1,02	1,05	0,92	1,04	Ι,ΙΟ	1,04	0,98	ο,99
Sauerstoffwert	+ 2,3	— 0,5	+ 2,1	+ 3,0	+ 0,1	— 0,5	+ 0,8	+ 0,2	+ 0,5
Sicherheit im Gasversuch.	+	+	+	+	+	—	—	—	—

In der obigen Tabelle sind diejenigen Zusammensetzungen, welche eine geringere Kraftentwicklung als 36% derjenigen von Sprenggelatine haben, ungeeignet, da sie für Kohlesprengungen nicht genügend wirkungsvoll sind.

Wenn die Zusammensetzungen 3 bis 5 hergestellt werden, so daß sie eine Schüttdichte von über 1,05 bei 1,76 kg/qcm besitzen, so hat es sich herausgestellt, daß diese sich bei dem Gasversuch als nicht sicher erweisen. Die untere Grenze von 0,9 bei 1,76 kg/qcm als Schüttdichte für die Stoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung ist eine solche, die sich bekanntlich unter üblichen Herstellungsbcdingungen als niedrigste erhältliche erwiesen hat.

Stoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung sind in den folgenden Beispielen beispielsweise angegeben, worin die Teile und Prozentangaben sich auf Gewichte beziehen.

Beispiel 1

18 Teile Trinitrotoluol und 18 Teile getrocknetes Ammoniumnitrat werden zusammen in einem Stahlkollergang gemahlen, bis die feinen Teilchen des Trinitrotoluols dem bloßen Auge nicht mehr sichtbar sind. Dann werden weitere 10 Teile getrocknetes Ammoniumnitrat und 22 Teile Natriumnitrat zugegeben und darauf in aufeinanderfolgenden Stufen 30 Teile Natriumchlorid und 2 Teile Balsaholzmehl,

und die Mahlbehandlung wird eine - genügend lange Zeit fortgesetzt, um zu erreichen, daß das Trinitrotoluol und die anorganischen Nitrate zu einem feinen Pulver vermählen und innig miteinander gemischt sind. Es ist wünschenswert, das Balsaholzmehl zum Schluß der Vermahlung zuzugeben. Dann wird eine genügende Wassermenge zugegeben, um den Feuchtigkeitsgehalt auf i°/o zu bringen, und das Wasser wird in der Masse gut verteilt, indem die Vermahlung eine ίο kurze Zeitlang fortgesetzt wird. Das so angefeuchtete Pulver wird in Aluminiumgefäße gesehaufelt und diese in einen Trockenraum gebracht, in dem sie einem Warmluftstrom ausgesetzt werden, wobei die Raumtemperatur auf etwa 50⁰ gehalten wird. Wenn das in Form eines Pulvers vorliegende Material genügend trocken ist, wird es durch ein Sieb einer Maschenweite von 0,599^mrn gesiebt, und etwaige zurückbleibende Klumpen werden mittels Holzkugeln einem leichten Druck auf dem Sieb ausgesetzt, wodurch erreicht wird, daß dieses Material ebenfalls in ein feines Pulver zerfällt und sich mit dem vereinigt, welches schon durch das Sieb gefallen ist.

Das so erhaltene Sprengpulver wird unter ganz leichtem Druck in vorher fertiggestellte Papierbehälter von 31,7 oder 36,5 mm Durchmesser eingebracht und ergibt Ladungen von 56,7 bis 226,8 g, je nach Wunsch. Der Sauerstoffwert der Stoffzusammensetzung beträgt 4-O)¹S je 100 g Sprengstoff. Die Dichte beträgt bei einem Druck von 11,4 kg 1,04 g/ccm.

Es hat sich gezeigt, daß ein Quecksilber-Knallsalz-Kaliumchlorat-Zünder Nr. 2 ausreichend ist, um die frisch getrocknete Sprengladung von 31,7 mm Durchmesser zu zünden, jedoch wird üblicherweise in der Praxis ein Zünder Nr. 6 oder Nr. 8 angewandt, der aus einem Bleiazid-Bleistyphnat-Tetryl-Zünder besteht, welcher sich in einer Hülse aus einer Kupferlegierung befindet.

Die Kraft dieses Sprengstoffes beträgt 40,4 % derjenigen von Sprenggelatine, gemessen am ballistischen Pendel. Bei einem Doppelladungsversuch, wobei zwei Ladungen von je 31,7 mm Durchmesser und 76,2 mm Länge axial in einem Papierrohr angebracht · waren, wobei deren Enden durch einen Luftraum getrennt waren und eine der Ladungen an ihrem freien Ende mit einem Zünder Nr, 8 gezündet wurde, zeigte sich, daß die zweite Ladung in befriedigender Weise detoniert, wenn der Zwischenraum 25,4 mm beträgt, jedoch keine Zündung eintritt, wenn der Zwischenraum 38.mm beträgt. Bei einem Versuch in einem Sprengraum mit umgekehrter Zündung in einer 9 Volumprozent Methan enthaltenden Luftatmosphäre zeigte sich, daß nicht umhüllte Ladungen des Sprengstoffes mit einem Durchmesser von 36,5 mm eine Ladungsgrenze zwischen 564 und 705 g besitzen. Die Detonationsgeschwindigkeit, gemessen bei einer Ladung von 6,3 mm Durchmesser und 203,2 mm Länge, beträgt 1950 m pro Sekunde.

Die Ladungsgrenze bei einem ähnlichen Versuch mit einer normalen Sprengladung, die nicht gemäß der Erfindung hergestellt worden ist und die als Douglaspulver bekannt ist und I5°/_O Trinitrotoluol, 69% Ammoniumnitrat und 16% Natriumchlorid enthält und welche mit 3ö°/₀ Natriumbicarbonatpulver umgeben ist, beträgt zwischen 340 und 453 g. Dieses Douglaspulver ergibt in mit einem flammenlöschenden Material umhüllten Zustand eine Kraft, welche 43% derjenigen von Sprenggelatine entspricht, wie am ballistischen Pendel festgestellt wurde, und in nicht mit einem flammenlöschenden Material umhüllten Zustand ergibt dies eine Kraft, welche 65% derjenigen von Sprenggelatine entspricht. Die Detonationsgeschwindigkeit beträgt 3500 m pro Sekunde.

Beispiel 2

Eine Sprengstoffmischung ist wie folgt zusammengesetzt : Trinitrotoluol 18 ⁰J₀, Ammoniumnitrat 30 ⁰J₀, Natriumnitrat 20 ⁰J₀, Natriumchlorid 32 ⁰J₀.

Die Mischbehandlung des Sprengstoffes ist ähnlich der im Beispiel 1 beschriebenen, und sie wird in gleicher Weise in die Form von Ladungen gebracht. Der sich ergebende Sprengstoff besitzt einen Sauerstoffwert von -+- 2,1 g pro 100 g Sprengstoff, und seine Dichte beträgt 1,05 g/ccm. Die Kraft beträgt 40,6 °/o derjenigen von Sprenggelatine. Der getrocknete, frisch hergestellte Sprengstoff kann mit einem Zünder Nr. 1 gezündet werden. Die Detonationsgeschwindigkeit desselben beträgt 2200 m pro Sekunde. Bei einem Doppelladungsversuch detoniert die zweite der Ladungen noch, wenn sie von der ersten 38 mm entfernt ist, jedoch detoniert sie nicht mehr, wenn sie 50,4 mm entfernt ist. In dem weiteren im Beispiel 1 erwähnten Versuch beträgt die Ladungsgrenze zwischen 283,5 und 340 g.

Beispiel 3

Die Bestandteile der Sprengstoffzusammensetzung sind folgende: Trinitrotoluol 13 ⁰J₀, Ammoniumnitrat 35 °/₀, Natriumnitrat 20 °/₀, Natriumchlorid 29 %» Balsahölzmehl 3 ⁰J₀.

Der Sauerstoffwert des sich ergebenden Sprengpulvers, das in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt wurde, beträgt + 3,0 g Sauerstoff pro 100 g Sprengstoff, und seine Dichte beträgt 0,92 g/ccm. Die Kraft dieses Sprengstoffes, gemessen im ballistischen Mörser, beträgt 40,4% derjenigen von Sprenggelatine, und im Doppelladungsversuch werden die gleichen Werte wie beim Sprengstoff gemäß Beispiel 1 no erhalten. Wenn der Sprengstoff frisch hergestellt und getrocknet ist, läßt er sich mit einem Zünder Nr. 2 zünden. Die Detonationsgeschwindigkeit beträgt 2150 m pro Sekunde, und bei dem weiteren im Beispiel 1 beschriebenen Versuch beträgt die Ladungsgrenze einer nicht mit einem flammenlöschenden Material umhüllten Ladung mit einem Durchmesser von-36,5 mm nicht weniger als 510 g.

Claims

Patentansprüche:

i. Wettersprengstoff, bestehend aus einer Mischung von Trinitrotoluol, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und Natriumchlorid als Hauptbestandteile mit einer Schüttdichte von 0,90 bis 1,05 g/ccm

bei einem Druck von 1,76 kg/qcm und einem Sauerstoffgleichgewicht zwischen — 0,5 und +3g Sauerstoff pro 100 g Sprengstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsprozentgehalt an Trinitrotoluol zwischen 11 und 22 %, der von Ammoniumnitrat zwischen 22 und 36⁰/₀, der von Natriumnitrat zwischen 12 und 27% ^und der von Natriumchlorid zwischen 29 und 35 % beträgt.
2. Wettersprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser bis zu 3 % an oxydk rbaren organischen Stoffen enthält.
3. Wettersprengstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierbaren organischen Stoffe aus feinen pflanzlichen Stoffen bestehen.
4. Wettersprengstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen pflanzlichen Stoffe eine geringe Dichte besitzen und beispielsweise aus Balsaholzmehl oder gemahlenem Kork bestehen.
5. Wettersprengstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierbaren organischen Stoffe aus organischen Farbstoffen von sulfonierten! Charakter bestehen.

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