ES2226528A1 - Aparato y procedimiento para la fabricacion de composiciones explosivas del tipo emulsion. - Google Patents
Aparato y procedimiento para la fabricacion de composiciones explosivas del tipo emulsion.Info
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Abstract
Aparato y procedimiento para la fabricación de composiciones explosivas del tipo emulsión. El procedimiento consiste en dosificar de forma continua una disolución acuosa de sales oxidantes y un líquido orgánico combustible dentro de un aparato que consta de un recipiente cilíndrico de mezcla (4) en cuyo eje axial se encuentra montado un eje rotatorio (7) al cual están sujetos varios discos dentados (15) de forma espaciada a partir de su extremo inferior. Los líquidos se introducen por un orificio situado en la base del recipiente de mezcla y la emulsión matriz final sale por rebose a través de una abertura (9) situada en la parte superior de la pared lateral del recipiente de mezcla. En el primer disco dentado los líquidos se combinan para formar una emulsión grosera que se va refinando y homogeneizando a medida que la misma pasa a través de los distintos discos hasta salir del mezclador con la viscosidad requerida.
Description
Aparato y procedimiento para la fabricación de
composiciones explosivas del tipo emulsión.
La presente invención se refiere a la fabricación
de composiciones explosivas en emulsión del tipo "agua en
aceite" que comprenden una fase acuosa oxidante discontinua
dentro de una fase oleosa continua que es inmiscible con la fase
discontinua. Más particularmente, la invención se refiere a un
aparato del tipo agitador-dispersador multietapa, y
a un método de fabricación en continuo de composiciones explosivas
en emulsión con dicho aparato.
Las composiciones explosivas en emulsión son
ampliamente utilizadas debido a sus características explosivas, su
bajo coste y su seguridad tanto en la fabricación como en la
aplicación. Las composiciones explosivas en emulsión del tipo agua
en aceite son bien conocidas en el arte de los explosivos y fueron
descritas por primera vez por Bluhm en la patente US 3.447.978 y,
en general, están compuestas por los siguientes componentes: a) una
fase acuosa discontinua en forma de pequeñas gotas y constituida
por una disolución sobresaturada o concentrada de sales oxidantes,
b) una fase orgánica inmiscible con la fase acuosa y en cuyo seno
se encuentran las gotas de la fase acuosa, y c) un emulsionante o
mezcla de emulsionantes que mantienen durante un cierto periodo de
tiempo las gotas de la fase acuosa dispersas en la fase oleosa.
Con el fin de dar unas características explosivas
adecuadas, la composición descrita se mezcla con sustancias
explosivas o se le introducen huecos, bien mediante microesferas o
partículas huecas o bien mediante gasificación física o química.
En la fabricación de emulsiones explosivas se
pueden utilizar una amplia gama de mezcladores: agitadores
mecánicos en recipientes, mezcladores de chorro líquido,
mezcladores estáticos en línea, mezcladores mecánicos en línea,
dispersadores de alta velocidad en recipientes, molinos coloidales
y dispersadores en línea (homogeneizadores). Combinaciones de dos o
más de estos aparatos también se suelen utilizar. La fabricación de
una emulsión explosiva a nivel industrial se realiza generalmente
mediante un proceso en continuo. La fase acuosa discontinua y la
fase oleosa continua se combinan primeramente y se someten de forma
continua a una agitación o cizalladura. El equipo de emulsificación
tiene que proporcionar la energía requerida para incrementar de
forma considerable la superficie entre las dos fases de la
emulsión. La emulsión así formada se extrae del equipo emulsificador
también en forma continua. Existen diversos factores a tener en
cuenta a la hora de escoger el equipo de emulsificación. Entre
ellos, cabe destacar: el caudal de fabricación, la capacidad de
emulsificación, la potencia requerida, la calidad de la emulsión
resultante, la seguridad y el coste económico tanto de inversión
como de producción.
En muchos casos un solo equipo no satisface todos
los requerimientos exigidos y, por ello, es frecuente utilizar dos
equipos en línea. La combinación más frecuente consiste en un
agitador de moderada cizalladura que forma una emulsión grosera y, a
continuación, ésta se bombea a través de un mezclador estático o de
un molino coloidal para refinar y homogeneizar la emulsión final.
Este tipo de equipos requiere una elevada potencia y puede
presentar ciertos riesgos potenciales. En el caso de los mezcladores
estáticos, es necesaria una elevada presión de bombeo para que el
mezclador sea eficaz. El someter la emulsión a altas presiones
junto con una temperatura de fabricación relativamente alta
(aproximadamente 90°C) puede favorecer una deflagración ante una
iniciación local. Este riesgo aumenta en el caso de emulsiones con
bajo contenido de agua. La utilización de un molino coloidal
conlleva un relativo alto coste económico de inversión y
producción. Por otra parte, estos equipos consisten en un estator y
un rotor moviéndose a una elevada velocidad de giro y con una
distancia de separación muy reducida. Estas condiciones pueden
conllevar cierto riesgo ante la presencia de un elemento extraño en
el seno de la emulsión que originaría un considerable incremento de
temperatura local debido a un posible rozamiento.
Aunque la utilización de un agitador convencional
de alta velocidad en línea evita algunos de estos inconvenientes,
conlleva algunas desventajas. Este tipo de equipo es menos eficaz y
produce una emulsión con una distribución de tamaños de gota muy
ancha y, por tanto, con una reducida estabilidad.
La invención tiene por objeto suministrar un
procedimiento y un aparato para la fabricación de emulsiones
explosivas que elimina o reduce la totalidad o parte de las
deficiencias de los procedimientos y aparatos existentes en la
actualidad. En una realización particular, se suministra un
procedimiento y un aparato de fabricación de emulsiones explosivas
en continuo, que presenta una mejora significativa en el
rendimiento de energía, en la estabilidad de la emulsión y en la
seguridad.
La Figura 1 muestra una sección vertical de un
aparato proporcionado por esta invención.
La Figura 2 muestra un ejemplo de disco dentado
que puede ser utilizado en un aparato proporcionado por esta
invención.
La Figura 3 muestra un diagrama de flujo del
procedimiento de fabricación de un explosivo en emulsión de acuerdo
con la presente invención.
La Figura 4 es una gráfica en la que se
representa la velocidad angular (rpm) necesaria para obtener una
emulsión con una viscosidad de 300 p en función del caudal total
(t/h) de emulsión matriz (véase el Ejemplo 1).
La Figura 5 es una gráfica en la que se
representa la velocidad angular (rpm) necesaria para obtener una
emulsión con una viscosidad de 1.500 p en función del caudal total
(kg/h) de emulsión matriz (véase el Ejemplo 2).
La invención se refiere a un aparato para la
fabricación de emulsiones explosivas, en adelante, aparato de la
invención, que comprende:
- -
- un tubo cilíndrico vertical, con una tapa superior y una tapa inferior, cuyo conjunto constituye el recipiente de mezcla;
- -
- al menos, una boca de entrada en línea colocada en la tapa inferior de dicho tubo cilíndrico vertical que comprende unos medios para la entrada de las fases constituyentes de la emulsión, comprendiendo dichos medios para la entrada de las fases constituyentes de la emulsión un tubo de sección circular acoplado a una pieza para la inyección de las fases de la emulsión que presenta una abertura para la entrada de la fase acuosa, una abertura para la entrada de la fase oleosa, y, opcionalmente, una abertura de descarga;
- -
- una boca de descarga al aire situada en la parte superior de la pared lateral de dicho tubo cilíndrico vertical, localizada en la pared lateral de dicho recipiente de mezcla, opcionalmente provista de una canaleta de vertido;
- -
- un eje rotatorio, actuado mediante un motor externo, montado verticalmente dentro de dicho tubo cilíndrico vertical, y abarcando la longitud de dicho tubo sin llegar a tocar la parte inferior del mismo, pasando dicho eje rotatorio a través de un orificio situado en la tapa superior del recipiente de mezcla y coincidente con el eje longitudinal de dicho tubo cilíndrico vertical; y
- -
- dos o más discos dentados fijados concéntricamente a dicho eje rotatorio y espaciados a lo largo del mismo, en donde los discos dentados pueden presentar una superficie continua y los dientes un cierto ángulo respecto a la tangente de la circunferencia exterior del disco.
En la Figura 1 se ilustra una realización
particular de un aparato de la invención. Como puede apreciarse,
dicho aparato consta de un tubo cilíndrico vertical (1), con una
tapa inferior (2) y una tapa superior (3). El conjunto constituye el
recipiente de mezcla (4) o mezclador. Sobre la tapa superior (3) se
encuentran sujetos el soporte de rodamientos (5) y el acoplamiento
(6) del eje rotatorio (7) al motor (8). Sujeto por los rodamientos
(5) y acoplado al motor (8) se encuentra un eje rotatorio (7) que
pasa a través de un orificio, de diámetro holgadamente superior al
del eje rotatorio (7), en la tapa superior (3) del recipiente de
mezcla (4), y que coincide con el eje longitudinal del tubo
cilíndrico vertical (1). El extremo inferior del eje rotatorio (7)
se encuentra a una relativamente corta distancia de la tapa
inferior (2) del recipiente de mezcla (4).
Localizada en la pared lateral del recipiente (4)
y en la parte superior del tubo cilíndrico vertical (1) se
encuentra una amplia abertura de salida (9) con una canaleta de
vertido (10). La tapa inferior (2) del recipiente de mezcla (4)
presenta un tubo de sección circular (11) al que se le puede
acoplar una pieza para la inyección de las fases de la emulsión.
Esta pieza de inyección de fases, además de las aberturas y tubos de
entrada de las fases acuosa (12) y oleosa (13), puede tener una
abertura de descarga (14).
Localizados dentro del recipiente de mezcla (4),
sujetos y espaciados a lo largo del eje rotatorio se encuentran
varios discos dentados (15). El eje central de rotación de los
discos (15) coincide con el eje axial del eje rotatorio (7) y del
recipiente de mezcla (4). El disco inferior se encuentra sujeto en
el extremo inferior del eje rotatorio (7) y el disco superior se
encuentra sujeto a una cota inferior a la de la abertura de salida
(9). El diámetro exterior de estos discos (15) es ligeramente
inferior al diámetro interior del tubo cilíndrico vertical (1).
Tal como se muestra en la Figura 2, los discos
(15) presentan uniformemente a lo largo de su perímetro un cierto
número de dientes (16). Estos dientes (16) presentan un cierto
ángulo respecto a la tangente de la circunferencia exterior del
disco (15), de modo que, además de ejercer un efecto de
cizalladura, también presentan un efecto de bombeo radial (debido a
que la acción de los discos (15) al girar crea líneas de flujo
radiales) que resulta mayor cuanto mayor es el ángulo. Este efecto
de bombeo del disco (15) envía las fases constituyentes de la
emulsión o la emulsión ya formada a través de los dientes (16) de
la periferia para que, debido al efecto de cizalladura de los
mismos, se produzca la formación de la emulsión o la división de la
gota de la emulsión ya formada en otras más pequeñas, refinándose
de esta forma la emulsión. Preferiblemente, los dientes (16)
presentan el mínimo ángulo necesario de modo que se obtenga el
efecto de bombeo mínimo y suficiente para homogeneizar el producto
dentro del mezclador. De este modo, la mayor parte de la energía
suministrada por el motor (8) se destina al efecto de cizalladura,
mejorándose el rendimiento del aparato de la invención en cuanto al
incremento de la superficie interfacial de la emulsión. También, con
el fin de tener un rendimiento óptimo, la distancia entre los discos
(15) es suficientemente grande como para que no se interfieran los
efectos de bombeo de los mismos. Preferiblemente los discos
dentados (15) presentan una superficie continua con el fin de
impedir el paso de las fases constituyentes de la emulsión o de la
emulsión ya formada a través de dichos discos (15).
El aparato de la invención, que actúa como un
mezclador-emulsionador, es útil para la fabricación
de composiciones explosivas en forma de emulsión, en particular, de
emulsiones matrices o precursoras de dichas composiciones
explosivas. Las fases líquidas constituyentes de la emulsión entran
por la base y la emulsión ya formada sale por rebose. Para ello,
unas bombas dosificadoras envían las fases líquidas constituyentes
de la emulsión, tales como una disolución acuosa de sales oxidantes
y una mezcla líquida oleosa de combustibles y emulsionantes, al
aparato de la invención, a través de las entradas (12) y (13)
(véase la Figura 1), al tiempo que los discos dentados (15) sujetos
al eje rotatorio (7) se encuentran girando debido a la acción del
motor (8).
Dentro del recipiente de mezcla (4) el producto
presenta un flujo ascendente de modo que la calidad de la emulsión
mejora desde la parte inferior hasta el rebose a medida que el
proceso de mezcla progresa. Las disoluciones se mezclan inicialmente
en el disco inferior formándose una emulsión grosera. A medida que
progresa hacia arriba, esta emulsión es sometida al efecto de
bombeo del siguiente disco (15) llevando la emulsión hacia los
dientes (16) del mismo donde, debido al efecto de cizalladura, las
gotas de la emulsión se dividen en otras más pequeñas, y así
sucesivamente con el resto de los discos (16) hasta que la emulsión
refinada y homogeneizada sale del mezclador por rebose a través de
la abertura de salida (9). Como el tamaño inferior de la gota de la
emulsión viene limitado por la velocidad lineal de los dientes (16),
la probabilidad de división en gotas menores es mayor para las
gotas de mayor tamaño. De esta manera, al someter la emulsión a la
acción sucesiva de varios discos dentados (15), se va reduciendo el
tamaño de las gotas más grandes mientras que el tamaño de las
pequeñas no se altera, uniformizándose así el tamaño de las gotas
de la emulsión y mejorándose de esta forma la estabilidad de la
misma.
Aparte de producir emulsiones de alta estabilidad
a elevados caudales de producción y con un consumo de energía
relativamente bajo, el empleo del aparato de la invención conlleva
también algunas ventajas desde el punto de vista de seguridad. El
proceso de emulsificación, así como el refino de la emulsión, se
realizan a presión atmosférica. Por otra parte, dicho aparato no
dispone de ningún cierre en el eje rotatorio (7) en el que pueda
introducirse producto susceptible de una posterior descomposición o
combustión. El hecho de que el producto en el aparato de la
invención se desplace hacia arriba, minimiza la posible
introducción de aire en la emulsión matriz manteniéndose de este
modo la insensibilidad de la misma.
En otro aspecto, la invención proporciona un
procedimiento para la fabricación de una emulsión, por ejemplo, de
tipo agua en aceite, que comprende mezclar una fase acuosa con una
fase oleosa en presencia de un emulsionante en un aparato de la
invención bajo condiciones que conducen a la formación de una
emulsión. La emulsión resultante puede ser utilizada en la
elaboración de composiciones explosivas de tipo emulsión, por
ejemplo, de tipo agua en aceite.
De forma más concreta, la invención proporciona
un procedimiento para la fabricación de una emulsión matriz (o
precursor) del tipo agua en aceite que comprende una fase acuosa
discontinua oxidantes y una fase oleosa continua que comprende las
siguientes etapas:
- (a)
- preparar una disolución acuosa de sales oxidantes;
- (b)
- preparar una mezcla orgánica, líquida a la temperatura de fabricación de la emulsión, que comprende, al menos, un combustible y, al menos, un emulsionante;
- (c)
- introducir en las proporciones requeridas dicha disolución acuosa de sales oxidantes y dicha mezcla orgánica líquida, y mezclar ambas fases líquidas para formar una emulsión de tipo agua en aceite, en un mezclador-emulsionador que comprende:
- (1)
- un recipiente cilíndrico vertical provisto de una tapa inferior y de una tapa superior, en el que dichas fases líquidas entran por la base y la emulsión ya formada sale por rebose,
- (2)
- al menos, una boca de entrada en línea colocada en la tapa inferior de dicho recipiente cilíndrico vertical por donde entran dicha disolución acuosa de sales oxidante y dicha mezcla orgánica líquida,
- (3)
- una boca de descarga al aire situada en la parte superior de la pared lateral de dicho recipiente cilíndrico vertical,
- (4)
- un eje rotatorio, actuado mediante un motor externo, montado verticalmente dentro de dicho recipiente cilíndrico vertical, y abarcando la longitud del recipiente sin llegar su extremo a tocar la parte inferior del mismo,
- (5)
- dos o más discos dentados fijados concéntricamente a dicho eje rotatorio y espaciados a lo largo del mismo; y
- (d)
- recoger por gravedad la emulsión resultante a la salida del mezclador-emulsionador.
Como sales oxidantes pueden utilizarse cualquiera
de las sales oxidantes utilizadas en la elaboración de
composiciones explosivas en forma de emulsión de tipo agua en
aceite, en las cantidades habituales. En una realización particular,
dichas sales oxidantes se seleccionan del grupo formado por
nitratos, cloratos y percloratos de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y amonio, nitratos de aminas, y sus mezclas.
Como combustible puede utilizarse cualquier
combustible utilizado en la elaboración de composiciones explosivas
en forma de emulsión de tipo agua en aceite, en las cantidades
habituales. En una realización particular, dicho combustible se
selecciona del grupo formado por aceites minerales, aceites
vegetales, ceras de origen animal, ceras de parafinas, ceras
microcristalinas, derivados del petróleo, materiales asfálticos,
aceites y ceras poliméricas, derivados de todos estos productos y
mezclas de los mismos.
Como emulsionante puede utilizarse cualquier
emulsionante utilizado en la elaboración de composiciones
explosivas en forma de emulsión de tipo agua en aceite, en las
cantidades habituales. En una realización particular, dicho
emulsionante se selecciona del grupo formado por ésteres de
sorbitán y ácidos grasos, lecitina, derivados de lanolina, ésteres
grasos etoxilados, ésteres de sorbitol y ácidos grasos, ésteres de
glicerol y ácidos grasos, sales de ácidos grasos, ésteres de ácidos
grasos, alcoxialcoholes, alcoxifenoles,
poli(oxialquilen)glicoles, ésteres de ácidos grasos de
poli(oxialquilen)glicoles, alcoxiaminas, alcoxiaminas
grasas, aminas grasas, alcoxiamidas de ácidos grasos, oxazolinas,
alquilenoxazolinas, alquilsulfonatos, alquisulfosuccinatos,
alquilfosfatos, alquilenfosfatos, ésteres fosfatados, aminas
cuaternarias, ésteres de pentaeritritol, ésteres de
poli(oxialquilen)sorbitán, copolímeros de oxietileno y
oxipropileno, copolímeros de etilenglicol y éter, tensioactivos
poliméricas derivados del ácido succínico, anhídrido succínico o
lactonas, y sus mezclas.
Si se desea, el procedimiento de fabricación de
la emulsión matriz descrito previamente puede incluir una etapa
posterior en donde a la emulsión matriz fabricada se le incorpora
una fase gaseosa discontinua mediante la adición de agentes químicos
generadores de gas o la adición de partículas huecas, y,
opcionalmente, uno o más combustibles auxiliares sólidos, y,
opcionalmente, una o más sales oxidantes inorgánicas en forma
granular, y opcionalmente, mezclas en forma granular de sales
inorgánicas oxidantes con combustibles líquidos.
Como combustibles auxiliares sólidos pueden
utilizarse cualquier combustible auxiliar sólido utilizado en la
elaboración de composiciones explosivas en forma de emulsión de
tipo agua en aceite, en las cantidades habituales. En una
realización particular, dichos combustibles auxiliares sólidos se
seleccionan del grupo formado por aluminio, aleaciones de aluminio,
silicio, ferrosilicio, carbohidratos, azufre, carbono y sus
mezclas.
Como sales oxidantes en forma granular pueden
utilizarse cualquier sal oxidante en forma granular utilizada en la
elaboración de composiciones explosivas en forma de emulsión de
tipo agua en aceite, en las cantidades habituales. En una
realización particular, dichas sales oxidantes en forma granular se
seleccionan del grupo formado por nitratos, cloratos y percloratos
de amonio o de metales alcalinos o alcalinotérreos, y sus
mezclas.
Como mezcla en forma granular de sales
inorgánicas oxidantes con combustibles líquidos puede utilizarse
cualquiera de las mezclas de ese tipo utilizadas en la elaboración
de composiciones explosivas en forma de emulsión de tipo agua en
aceite, en las cantidades habituales. Las sales oxidantes en forma
granular se seleccionan del grupo formado por nitratos, cloratos y
percloratos de amonio o de metales alcalinos o alcalinotérreos, y
sus mezclas, mientras que el combustible líquido se selecciona entre
hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos, aceites,
derivados de petróleo, derivados de origen vegetal y sus mezclas.
En una realización particular dicha mezcla en forma granular de
sales oxidantes con combustibles líquidos es una mezcla de nitrato
amónico y gasóleo (ANFO).
A continuación, a modo ilustrativo, se describe
un procedimiento de fabricación de una emulsión explosiva según la
presente invención basado en el diagrama de flujo mostrado en la
Figura 3. La solución acuosa de sales oxidantes, conteniendo un 70%
o más en peso de sales oxidantes seleccionadas del grupo formado
por nitratos, cloratos y percloratos de amonio o de metales
alcalinos o alcalinotérreos, nitratos de aminas, y sus mezclas, se
bombea mediante una bomba dosificadora (17) desde un tanque con
calefacción (18) hasta el recipiente de mezcla (4). A su vez la
mezcla orgánica líquida que comprende uno o más combustibles, por
ejemplo, hidrocarburos del tipo aceite o ceras, y uno o más
emulsionantes, por ejemplo, derivados de sorbitán o tensioactivos
poliméricos derivados del ácido succínico (PIBSA), se envía mediante
una bomba dosificadora (19) desde un tanque con calefacción (20)
hasta el recipiente de mezcla (4). Las dos disoluciones (acuosa y
oleosa) se mantienen a temperaturas superiores a las de sus puntos
de cristalización y congelación. La relación de los caudales de
dichas disoluciones se ajustan adecuadamente para obtener una
emulsión estable y con un balance de oxígeno cercano a 0. Unas
relaciones típicas pueden ser 92-95% para la fase
acuosa y 5-8% para la fase oleosa. De una forma
continua las dos disoluciones se mezclan en el recipiente de mezcla
(4) formándose una emulsión matriz que sale del recipiente de
mezcla de una forma continua por rebose para caer en el tanque (21).
Desde este tanque (21), por medio de la bomba (22) la emulsión
matriz se envía a un mezclador (23) donde se mezcla con
microesferas u otro tipo de partículas huecas para obtener la
densidad final requerida. En este mezclador (23) se puede añadir
también un combustible suplementario, tal como un combustible
auxiliar sólido, por ejemplo, aluminio en polvo, y/o una o más
sales oxidantes en forma granular, por ejemplo, nitrato amónico, o
un explosivo granular, por ejemplo, ANFO. Mediante una bomba (no
mostrada) este producto final se puede enviar a una máquina de
encartuchado o al barreno. También existe la posibilidad de reducir
la densidad de la emulsión mediante gasificación química en lugar
de mediante la adición de microesferas. En este caso se introducen
los agentes químicos gasificantes en el último bombeo y se puede
utilizar un mezclador estático para dispersar la disolución
gasificante.
Los siguientes Ejemplos describen el dispositivo
de mezcla de la invención, pero no se deben contemplar como una
limitación del alcance de la misma.
En dichos Ejemplos, como
mezclador-emulsionador se utilizó un aparato de la
invención que presentaba las siguientes características:
- -
- el tubo cilíndrico vertical (1) tenía una altura de 750 mm y un diámetro interno de 250 mm;
- -
- la abertura de salida (9), situada en la parte superior de dicho tubo cilíndrico vertical (1), para el rebose de la emulsión formada tenía una anchura de 200 mm y una altura de 100 mm;
- -
- los discos dentados (15) tenían un diámetro de 190 mm y constaban de 10 dientes (16) hacia arriba y otros 10 dientes (16) hacia abajo;
- -
- los dientes (16) tenían una altura de 15 mm;
- -
- los dientes (16) presentaban un ángulo de 30° respecto a la tangente de la circunferencia exterior del disco (15);
- -
- el disco (15) inferior estaba sujeto al extremo del eje rotatorio (7) y su distancia al fondo del recipiente de mezcla (4) era de 70 mm; y
- -
- la separación entre los diferentes discos (15) era de 140 mm.
Se realizaron diversas fabricaciones de emulsión
matriz a granel de acuerdo con la siguiente composición (en peso):
nitrato amónico 78%, agua 15%, aceite 6% y PIBSA 1%, y variando el
caudal de fabricación. Los ensayos se realizaron utilizando el
mezclador previamente descrito con 3 ó 4 discos dentados. En la
Figura 4 se representa la velocidad angular necesaria para obtener
una emulsión con una viscosidad de 300 p en función del caudal
total de emulsión matriz. La viscosidad se midió con un
viscosímetro Brookfield utilizando el husillo n° 7 a 20 rpm.
Como se puede observar en la Figura 4, la
dependencia de la velocidad angular del mezclador con el caudal de
fabricación es lineal. Para mantener una emulsión con una misma
viscosidad, al aumentar el caudal de fabricación es necesario elevar
la velocidad de giro del mezclador. También se observa que la
capacidad del mezclador aumenta con el número de discos. La
diferencia entre usar el mezclador con 3 ó 4 discos no es
importante a bajos caudales de fabricación. Sin embargo, es
significativa cuando los caudales son elevados. La utilización de
un mayor número de discos implica un aumento en el volumen de
agitación. Por tanto, si se aumenta el caudal de fabricación y, por
tanto, se reduce el tiempo de residencia en el mezclador, esta
invención permite mantener la calidad de la emulsión mediante un
aumento en el número de discos ya que al incrementar el volumen de
agitación se está aumentando también el tiempo de residencia. De
este modo, se puede aumentar la producción sin tener que elevar la
velocidad de agitación y, por tanto, se puede mantener la
uniformidad en el tamaño de gota de la emulsión.
Utilizando la disposición de cuatro rodetes y con
una velocidad angular de 1.500 rpm, el motor del mezclador requería
una potencia de 3,5 kW.
Las emulsiones matrices fabricadas se mantenían
sin la presencia de cristales después de 6 meses.
En la fabricación de emulsiones explosivas
encartuchadas se utilizó el mismo mezclador descrito anteriormente
con una disposición de 3 discos dentados.
Se realizaron diversas fabricaciones de emulsión
encartuchada de acuerdo con la siguiente composición: nitrato
amónico 72%, nitrato sódico 11%, agua 11%, aceite 2%, cera 2% y
PIBSA 2%, y variando el caudal de fabricación. En la Figura 5 se
representa la velocidad angular necesaria para obtener una emulsión
con una viscosidad de 1.500 p en función del caudal total de
emulsión matriz. La viscosidad se midió con un viscosímetro
Brookfield utilizando el husillo n° 7 a 20 rpm.
Al igual que en el caso de las emulsiones a
granel, la velocidad angular del mezclador necesaria para obtener
una determinada viscosidad depende linealmente del caudal de
fabricación.
Con una velocidad angular de 1.000 rpm, el motor
del mezclador requería una potencia de 6 kW.
Las emulsiones matrices se mezclaron con
microesferas huecas de vidrio para obtener una densidad final de
1,20 g/cm^{3} y se mantenían sensibles al detonador después de 24
meses.
Claims (12)
1. Un aparato para la fabricación de emulsiones
explosivas que comprende:
- -
- un tubo cilíndrico vertical, con una tapa inferior y una tapa superior;
- -
- al menos, una boca de entrada en línea colocada en la tapa inferior de dicho tubo cilíndrico vertical que comprende unos medios para la entrada de las fases constituyentes de la emulsión,
- -
- una boca de descarga al aire situada en la parte superior de la pared lateral de dicho tubo cilíndrico vertical;
- -
- un eje rotatorio, actuado mediante un motor externo, montado verticalmente dentro de dicho tubo cilíndrico vertical, y abarcando la longitud de dicho tubo sin llegar a tocar la parte inferior del mismo; y
- -
- dos o más discos dentados fijados concéntricamente a dicho eje rotatorio y espaciados a lo largo del mismo.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el
que:
- -
- el conjunto del tubo cilíndrico vertical con tapa inferior y con tapa superior constituye el recipiente de mezcla;
- -
- dichos medios para la entrada de las fases constituyentes de la emulsión comprenden un tubo de sección circular acoplado a una pieza para la inyección de las fases de la emulsión que presenta una abertura para la entrada de la fase acuosa, una abertura para la entrada de la fase oleosa, y, opcionalmente, una abertura de descarga;
- -
- dicha boca de descarga al aire está localizada en la pared lateral de dicho recipiente de mezcla, en la parte superior de dicho tubo cilíndrico vertical, y está provista de una canaleta de vertido;
- -
- dicho eje rotatorio pasa a través de un orificio situado en la tapa superior del recipiente de mezcla y coincide con el eje longitudinal de dicho tubo cilíndrico vertical; y
- -
- dichos discos dentados presentan una superficie continua y los dientes presentan un cierto ángulo respecto a la tangente de la circunferencia exterior del disco.
3. Un procedimiento para la fabricación de una
emulsión que comprende mezclar una fase acuosa con una fase oleosa
en presencia de un emulsionante en un aparato según cualquiera de
las reivindicaciones 1 ó 2, bajo condiciones que conducen a la
formación de dicha emulsión.
4. Un procedimiento para la fabricación de una
emulsión matriz del tipo agua en aceite que comprende una fase
discontinua acuosa y una fase continua oleosa que comprende las
siguientes etapas:
- -
- preparar una disolución acuosa de sales oxidantes;
- -
- preparar una mezcla orgánica, líquida a la temperatura de fabricación de la emulsión, que comprende, al menos, un combustible y, al menos, un emulsionante;
- -
- introducir en las proporciones requeridas dicha disolución acuosa de sales oxidantes y dicha mezcla orgánica líquida, y mezclar ambas fases líquidas para formar una emulsión de tipo agua en aceite, en un mezclador-emulsionador que comprende:
- -
- un recipiente cilíndrico vertical provisto de una tapa inferior y de una tapa superior, en el que dichas fases líquidas entran por la base y la emulsión ya formada sale por rebose,
- -
- al menos, una boca de entrada en línea colocada en la tapa inferior de dicho recipiente cilíndrico vertical por donde entran dicha disolución acuosa de sales oxidantes y dicha mezcla orgánica líquida,
- -
- una boca de descarga al aire situada en la parte superior de la pared lateral de dicho recipiente cilíndrico vertical,
- -
- un eje rotatorio, actuado mediante un motor externo, montado verticalmente dentro de dicho recipiente cilíndrico vertical, y abarcando la longitud del recipiente sin llegar su extremo a tocar la parte inferior del mismo,
- -
- dos o más discos dentados fijados concéntricamente a dicho eje rotatorio y espaciados a lo largo del mismo; y
- -
- recoger por gravedad la emulsión resultante a la salida de dicho mezclador- emulsionador.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que dichas sales oxidantes se seleccionan del grupo formado por
nitratos, cloratos y percloratos de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y amonio, nitratos de aminas, y sus mezclas.
6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que dicho combustible se selecciona del grupo formado por aceites
minerales, aceites vegetales, ceras de origen animal, ceras de
parafinas, ceras microcristalinas, derivados del petróleo,
materiales asfálticos, aceites y ceras poliméricas, derivados de
todos estos productos y mezclas de los mismos.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que dicho emulsionante se selecciona del grupo formado por ésteres
de sorbitán y ácidos grasos, lecitina, derivados de lanolina,
ésteres grasos etoxilados, ésteres de sorbitol y ácidos grasos,
ésteres de glicerol y ácidos grasos, sales de ácidos grasos,
ésteres de ácidos grasos, alcoxialcoholes, alcoxifenoles,
poli(oxialquilen)glicoles, ésteres de ácidos grasos de
poli(oxialquilen)glicoles, alcoxiaminas, alcoxiaminas
grasas, aminas grasas, alcoxiamidas de ácidos grasos, oxazolinas,
alquilenoxazolinas, alquilsulfonatos, alquisulfosuccinatos,
alquilfosfatos, alquilenfosfatos, ésteres fosfatados, aminas
cuaternarias, ésteres de pentaeritritol, ésteres de
poli(oxialquilen)sorbitán, copolímeros de oxietileno
y oxipropileno, copolímeros de etilenglicol y éter, tensioactivos
poliméricos derivados del ácido succínico, anhídrido succínico o
lactonas, y sus mezclas.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 3 ó 4, que comprende, además, la adición a la
emulsión matriz previamente obtenida de agentes químicos
generadores de gas o la adición de partículas huecas, y,
opcionalmente, la adición de uno o más combustibles auxiliares
sólidos, y, opcionalmente, la adición de una o más sales oxidantes
inorgánicas en forma granular, y opcionalmente, la adición de
mezclas en forma granular de sales inorgánicas oxidantes con
combustibles líquidos.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el
que dichos combustibles auxiliares sólidos se seleccionan del grupo
formado por aluminio, aleaciones de aluminio, silicio,
ferrosilicio, carbohidratos, azufre, carbono y sus mezclas.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que dichas sales oxidantes en forma granular se seleccionan del
grupo formado por nitratos, cloratos y percloratos de amonio o de
metales alcalinos o alcalinotérreos, y sus mezclas.
11. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que dicha mezcla en forma granular de sales inorgánicas
oxidantes con combustibles líquidos comprende una sal oxidante en
forma granular seleccionada del grupo formado por nitratos, cloratos
y percloratos de amonio o de metales alcalinos o alcalinotérreos, y
sus mezclas, y un combustible líquido seleccionado del grupo
formado por hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos,
aceites, derivados de petróleo, derivados de origen vegetal y sus
mezclas.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que dicha mezcla en forma granular de sales inorgánicas
oxidantes con combustibles líquidos es una mezcla de nitrato
amónico y gasóleo (ANFO).
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| ES200201473A ES2226528B1 (es) | 2002-06-26 | 2002-06-26 | Aparato y procedimiento para la fabricacion de composiciones explosivas del tipo emulsion. |
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