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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von frei fließenden Trinitrotoluolkügelchen
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von frei fließenden Trinitrotoluolkügelchen
mit einem Durchmesser von I,5 bis 5 mm, einem Schüttgewicht von o,g bis I,05 g/cm3
und einer Dichte von I,55 bisI,6.
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Beim Gesteinssprengen, z. B. in Steinbrüchen u. dgl., muß der Sprengstoff
häufig in rauhe und ungleichmäßige Löcher geladen werden, die nicht gut mit den
üblichen Sprengpatronen beschickt werden können.
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Auch ist es häufig erwünscht, in das Bohrloch eine Höchstmenge von
Sprengstoff zu laden. Wenn die Löcher kein Wasser enthalten, kann der Sprengstoff
der Packung entnommen und lose eingefüllt werden.
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Leider sind die Löcher meist feucht, besonders wenn sie mehrere Tage
vor der Sprengung gebohrt wurden.
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Es gibt schütt- oder rieselfähige Sprengstoffe, die auch in wasserhaltigen
Löchern verwendet werden können. Sie haben aber eine geringe Wichte, ein niedriges
Schüttgewicht und büßen durch die Feuchtigkeit an Zündfähigkeit und Brisanz ein.
So hat man Trinitrotoluol (Trotyl) schon in Flockenform und in Körnerform geringer
Teilchengröße hergestellt. Obwohl es in dieser Form auch frei fließt, also rieselt,
ist es staubhaltig und schwimmt in flüssigen Medien, oder es klumpt, so daß die
Sprengstoffsäule unterbrochen ist und nur geringe Ladedichten erzielt werden.
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Es ist bekannt, Blei, Schlacke und auch organische Stoffe in Kugelform
überzuführen, indem man sie in geschmolzenem Zustand im freien Fall durch eine Luft-
oder eine Flüssigkeitssäule leitete, in der der Stoff plötzlich abgekühlt wurde.
Infolge des Verdampfens eingeschlossener Feuchtigkeit wurden die Stoffe aufgebläht
und porös, auch wenn man die
geschmolzene Masse mit einemWasserstrahl
zusammenlaufen ließ. Es ist auch bekannt, den organischen Stoff mit Wasser zu einer
Suspension zu verrühren und diese durch Eingießen in eine große Menge kalten Wassers
plötzlich abzuschrecken, wobei der Stoff zu Mikrokugeln von wenigen Mikron Durchmesser
erstarrte. Diese Körper sind aber zum Laden von Bohrlöchern nicht geeignet, weil
sie eine zu geringe Wichte, eine unregelmäßige Gestalt, keine glatte Oberfläche
und zu große Anteile an staubförmigem Gut aufwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines frei
fließenden Sprengstoffes von hoher Ladedichte und großer Empfindlichkeit sowie Detonationsübertragung
in Flüssigkeiten. Dieser Sprengstoff soll auf wirtschaftlichem Wege aus verfügbaren
Rohstoffen herstellbar und er muß sicher in der Handhabung und bequem anzuwenden
sein.
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Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst, die ein
Verfahren zur Herstellung von frei fließenden Trinitrotoluolkügelchen mit einem
Durchmesser von I,5 bis 5 mm, einem Schüttgewicht von o,g bis 1,05 g/cm3 und einer
Dichte von I,55 bis I,6 betrifft, das sich dadurch auszeichnet, daß man das Trotyl
in geschmolzenem Zustand aus Öffnungen, vorzugsweise von etwa 1,2 bis I,3 mm lichten
Durchmessers, in eine Flüssigkeitssäule, z. B. von Wasser, einlaufen läßt, die beim
Eintritt des Trotyls eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Trotyls und in ihrem
mittleren und unteren Teil eine Temperatur unterhalb des Erstarrungspunktes des
Trotyls aufweist, und man die erstarrten Kügelchen von der Flüssigkeit auf mechanischem
Wege trennt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von
Trotylsprengstoff in Kugelform, die durch einen Schmelzbehälter ausgezeichnet ist,
der über ein Regelorgan mit einem Tropfbehälter in Verbindung steht, der im Boden
Tropfrohre hat, die in das obere Ende eines Turmes führen, der in der Nähe der Tropfrohre
ein Heizmittel, z. B. Heizschlangen, oben einen Flüssigkeitsüberlauf und unten einen
Flüssigkeitseintritt sowie einen Auslauf, z. B. ein Rohr für das Flüssigkeits-Kügelchen-Gemisch
hat, das in einen mit einem Siebboden ausgestatteten Siebbehälter führt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beispielsweise veranschaulicht.
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Mit I ist ein trichterförmiger Schmelzbehälter bezeichnet, der einen
Dampfmantel 2 und eine Dampfschlange 3 besitzt. Vom Boden dieses Schmelzbehälters
I führt ein Rohr über ein Regelventil 5 und ein dampfbeheiztes Rohr 6 in einen Tropfbehälter
7, der im Boden Tropfröhrchen g hat, die einen lichten Durchmesser von zweckmäßig
etwa 1,2 bis I,3 mm aufweisen. Diese Tropfröhrchen g ragen in den oberen Teil eines
zylindrischen Turmes 8, der in der Nähe derTropfröhrchen g eine Dampfschlange I0,
im oberen Teil einen Überlauf 12 und im unteren, vorzugsweise kegeligen Teil einen
Wassereinlaß 13 sowie einen weiteren Wassereintritt 14 hat Vom Wassereinlaß I3 führt
ein Rohr I5 in den oberen Teil eines Siebbehälters I7, in den auch ein Wasseraustrittsrohr
16 aus dem mittleren Teil des Turmes 8 führt. Der Siebbehälter I7 hat einen Siebboden,
und er ist in einem Trennbehälter I8 angeordnet, der unten einen Auslaß 19 besitzt.
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Zur Herstellung von Trotylkügelchen nach der Erfindung wird das Trotyl
in den Schmelzbehälter I gebracht und darin verflüssigt. Es schmilzt in unreinem
Zustand bei 76 bis 78°, in reinem, kristallisiertem Zustand bei 80 bis 810 und wird
im Schmelzbehälter 1 zweckmäßig auf etwa 88" erhitzt. Das geschmolzene Trotyl fließt
durch das Ventil 5 und das dampfbeheizte Rohr 6 in den Tropfbehälter 7, den es bis
zu einem gewissen Flüssigkeitsstand 4 füllt. Das Ventil 5 wird zweckmäßig so eingestellt,
daß in dem Tropfbehälter 7 ein Flüssigkeitsstand von I5 bis 25 cm an geschmolzenem
Trotyl aufrechterhalten wird.
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Der Turm 8 ist mit Wasser II gefüllt, das durch den Wassereintritt
14 mit einer unterhalb des Erstarrungspunktes des Trotyls liegenden Temperatur,
also von unter etwa 700, eintritt. Es steigt im Turm 8 nach oben und wird in der
Nähe der Austrittsöffnungen der Tropfröhrchen g durch die Dampfschlange auf etwas
über den Schmelzpunkt des Trotyls erwärmt, so daß das Trotyl aus den Tropfröhrchen
g in geschmolzenem Zustand austritt und in Form von kleinen Kügelchen in die Wasserfüllung
4 des Turmes 8 läuft. Da das Trotyl eine größere Wichte als das Wasser hat, sinken
die Trotylkügelchen infolge ihrer eigenen Schwere nach unten, gelangen in die kühlere
Zone der Wassersäule 4, wo sie erstarren, und sinken dann in Form fester Kügelchen
zu Boden, wo sie von dem aus dem Einlaß 13 zufließenden Wasserstrom erfaßt und durch
das Rohr 15 in den Siebbehälter 17 geschwemmt werden, auf dessen Siebboden sie sich
bei 20 sammeln, während das Wasser aus dem Austritt 19 des Trennbehälters I8 abläuft.
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Die Kügelchen 20 werden nun aus dem Siebbehälter entnommen und an
der Luft getrocknet, damit sie auch bei kalter Witterung nicht zusammenfrieren können.
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Auf. diese Weise werden in einem einfachen Arbeitsgang und auf ungefährliche
Weise Kügelchen von praktisch gleichmäßiger, vollkommener Kugelform aus-Trotyl erhalten,
die einen Durchmesser von etwa 1,5 bis 5 mm aufweisen.
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Die Tropfröhrchen g sind zweckmäßig in Abständen von etwa 19 mm voneinander
anzuordnen, damit die austretenden, noch flüssigen Tropfen nicht zusammenkleben.
Das Trotyl tritt aus den Tropfröhrchen g in Form eines Tropfens aus, der sich von
den Tropfröhrchen g nach Erreichen der nötigen Größe und Schwere ablöst. Die Trotylkügelchen
fallen nach unten.
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Da sie in der heißen Zone eine vollkommene Kugelform annehmen und
in der kalten Zone rasch abgeschreckt werden, behalten sie diese Kugelform auch
in festem Zustand bei.
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Die erfindungsgemäßen Trotylkügelchen zeichnen sich durch ein feines,
dichtes Kristallgefüge und eine harte, glatte, hautartige Oberfläche aus. Sie haben
eine große Härte und sind sehr bruchfest. Infolge ihrer Gleichförmigkeit und der
kugeligen Form laufen oder rieseln diese Sprengstoffkügelchen leicht und lassen
sich in alle Hohlräume von trockener und feuchten Sprnnglöchern füllen.
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Beispiel I Aus der Tabelle I ist die Gleichförmigkeit und Größe von
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trotylkügelchen zu erkennen.
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Tabelle I
| Trotyl- |
| Siebgröße (DIN II7I) kügelchen |
| in 4; |
| Rückstand auf Sieb 4,76 zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu 0,2 |
| Durchgang zwischen Sieb 4,67 und 3,36 78,0 |
| Durchgang zwischen Sieb 3,36 und 2,38 2I,8 |
| Durchgang zwischen Sieb 2,38 und 2,00 0,0 |
| I00,0 |
Diese Kügelchen hatten einen Durchmesser von etwa 3,2 mm, jedoch kann ihr Durchmesser,
wie erwähnt, zwischen etwa I,5 und 5 mm schwanken. Der Durchmesser hängt von dem
lichten Durchmesser der Tropfröhrchen 9, dem Flüssigkeitsstand im Tropfbehälter
7 und der Durchflußgeschwindigkeit des geschmolzenen Trotyls ab, wobei die letztere
durch die Flüssigkeitshöhe 4 geregelt wird. Wird diese Flüssigkeitshöhe 4 im Tropfbehälter
7 auf konstanter Höhe gehalten, so werden Kügelchen einheitlicher Größe erzielt.
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Wenn die Kügelchen einen Durchmesser über 4,7 mm haben, neigen die
aus den Tropfröhrchen g austretenden Tropfen infolge Schwindens um etwa Io°lo beim
Kristallisieren zum Abflachen, und die Kügelchen weisen an einer Seite eine Aushöhlung
auf. Sind die Kügelchen kleiner als I,5 mm, so neigen sie zum Zusammenballen oder
Klumpen und bilden in flüssigen Medien, z. B. in feuchten Bohrlöchern, unzusammenhängende
Säulen. Die sehr kleinen Kügelchen enthalten übrigens auch Staub und sind schlecht
zu hantieren.
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Die erfindungsgemäß erzeugten Trotylkügelchen unterscheiden sich
von ähnlich geformten und bemessenen, nach anderen Verfahren hergestellten Trotylkörpern
wesentlich hinsichtlich der Schüttdichte, Zündfähigkeit, Brisanz und der Detonationsübertragung
in flüssigen Medien Beispiel 2 Aus der folgenden Tabelle 2 sind die überraschenden
Unterschiede in der Wichte der erfindungsgemäßen Trotylkügelchen - gegenüber anderen
Trotylformlingen zu erkennen.
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Tabelle 2
| Sprengstoff Wichte in g/cm³ |
| Trotylkügelchen | o,go bis I,05 |
| Trotylflocken ................... o,70 bis o,85 |
| Geformte Trotylzylinder von 4,7 mm |
| Länge und Durchmesser 0,70 bis o,85 |
| Gegossene Trotylblättchen, ge- |
| brochen und durch ein Sieb von |
| DIN 4,76 bis 3,36 gesiebt ..... 0,75 bis o,go |
Beispiel 3 Die folgenden Tabellen 3 und 4 zeigen die nach der Bleiblockprüfung gemessene
hohe spezifische Energie. Der Bleiblock hatte eine Länge von IOI mm, einen Durchmesser
von 38,I mm und wurde in einen mit Wasser gefüllten Meßbehälter von dem angegebenen
Durchmesser und der aufgeführten Länge, der das Versuchsmaterial und den Zünder
aufnahm, gebracht. Nach der Detonation wurde die Aufbauchung des Bleiblocks gemessen.
Die Aufbauchung ist in cm3 angegeben.
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In allen Fällen bestand der Zündsatz aus einer geschmolzenen 50-50
Pentolitladung von 3I,8 mmDurchmesser, die mit einer handelsüblichen elektrischen
Sprengkapsel gezündet wurde. Pentolit ist das Nitrat eines aus Formaldehyd und Acetaldehyd
durch Kondensation gewonnenen Alkohol-Zucker-Gemisches.
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Tabelle 3 Meßbehälter von 88,9 mm Durchmesser und Io8 mm Länge Zündsatz
................................... 30,0 g 25,0 g 15,0 g Trotylkügelchen ...................
........ 45,0 cm³ 45,0 cm3 40,8 cm³ Geschmolzene Trotylzylinder von 4,7 mm Länge
und-Durchmesser ....................... I2,3 cm3 I2,3 cm3 o,o cm3 Trotylflocken
............................. 45,0 cm3 45,0 cm3 45,0 cm3 Geschmolzene Trotylblättchen,
gebrochen und durch ein Sieb von DIN 4,76 bis 3,36 gesiebt 6,I cm3 8,2 cm3 o,o cm3
Tabelle 4 Meßbehälter 28,I mm Durchmesser und 228 mm Länge Zündsatz .........................
3o,o g 25,0 g 20,0 g I5,0 g I0,0 g 5,0 g Trotylkügelchen ................ 28,7 cm3
28,7 cm3 28,7 cm3 28,7 cm3 28,7 cm3 o,o cm2 Geschmolzene Trotylzylinder von 4,7
mm Länge und Durchmesser .. o,o cm3 o,o cm3 o,o cm3 o,o cm2 o,o cm3 o,o cm3 Trotylflocken
................... ... 28,7 cm3 28,7 cm2 28,7 cm3 28,7 cm3 28,7 cm3 o,o cm³ Geschmolzene
Trotylblättchen, gebrochen und durch ein Sieb von DIN 4,76 bis 3,36 gesiebt .............
o,o cm3 o,o cm³ o,o cm3 o,o cm3 o,o cm3 o,o cm³
Die Tabellen 2 und
3-zeigen, daß die erfindungsgemäßen Trotylkügelchen eine Empfindlichkeit und Sprengkraft
aufweisen, die etwa denen der Trotylflocken entspricht, aber die geschmolzenen und
gebrochenen Trotylzylinder oder -blättchen von nahezu gleicher Teilchengröße übertreffen.
Die erfindungsgemäßen Trotylkügelchen sind aber aus den eben erwähnten Gründen auch
den Trotylflocken wesentlich überlegen, weil sie nicht stäuben und eine gröBere
Ladedichte ergeben.
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Die Wichte der erfindungsgemäuen Trotylkügelchen soll für Sprengzwecke
zwischen I,55 und I,60 schwanken, während das Schüttgewicht zwischen o,go und I,05
liegen soll. Solche Kügelchen sinken natürlich in allen bei Sprengungen praktisch
in Frage kommenden flüssigen Medien unter. Die Kügelchen können für sich oder auch
im Gemisch mit anderen Sprengstoffen verwendet werden. Ein Beispiel dafür ist das
Umgießen von Nitramonsprengpatronen mit den erfindungsgemäßen Kügelchen in Bohrlöchern.
Die Kügelchen sind auch als Sprengstoff für Ölquellen außerordentlich zweckmäßig.
Sie werden von der Oberfläche aus in flache Ölquellen gegossen oder geschüttet,
während sie in tiefere oder hochviskose Flüssigkeiten enthaltende Quellen zweckmäßig
in einer üblichen Ladebüchse auf den Boden der Quelle gebracht werden. Die Kügelchen
haben auch in Säulen von nur 37 mm Durchmesser eine gute Detonationsübertragung,
und ihre Wirksamkeit wird durch hohen Flüssigkeitsdruck nicht beeinträchtigt.
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Auch leiden die erfindungsgemäßen Trotylkügelchen nicht durch Wasser
oder andere bei Sprengungen anzutreffende Flüssigkeiten. Sie lassen sich in mit
Luft oder Flüssigkeiten gefüllte Hohlräume gut einschütten, fließen frei und haben
eine höhere Wichte als alle in Sprenglöchern anzutreffenden Flüssigkeiten, so daß
sie zu Boden sinken. Infolge ihres hohen Schüttgewichtes kann die größtmögliche
Menge an Sprengstoff mit größter Ladedichte eingefüllt werden.
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Auch sind die Kügelchen staubfrei, sicher zu handhaben, mittels Sprengkapseln
zündbar und nicht giftig.
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Die Erfindung kann in weitem Umfang abgewandelt werden. Ein wesentliches
Merkmal des Erfindungsgedankens ist, daß Trotyltröpfchen in geschmolzenem Zustand
allmählich abgekühlt werden, so daß feste Kügelchen entstehen. Man kann in solche
Kügelchen auch andere, z. B. Sauerstoff liefernde Stoffe einmischen.