ES2244250T3 - Procedimiento e instalacion para la fabricacion in situ de explosivos a partir de un producto oxidante de base acuosa. - Google Patents

Procedimiento e instalacion para la fabricacion in situ de explosivos a partir de un producto oxidante de base acuosa.

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ES2244250T3 ES99973963T ES99973963T ES2244250T3 ES 2244250 T3 ES2244250 T3 ES 2244250T3 ES 99973963 T ES99973963 T ES 99973963T ES 99973963 T ES99973963 T ES 99973963T ES 2244250 T3 ES2244250 T3 ES 2244250T3
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Abstract

Un procedimiento para la fabricación in situ de explosivos de base acuosa, que comprende: i) el transporte al lugar de carga de barrenos receptores de explosivos de un producto oxidante de base acuosa, que tiene un balance de oxígeno superior al 14%, consistiendo dicho producto en una disolución acuosa saturada de sales oxidantes, partículas oxidantes en suspensión y agentes espesantes, ii) la mezcla de dicho producto oxidante de base acuosa con un combustible y un gas seleccionado del grupo que consiste en aire, nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, para formar un explosivo de base acuosa sensibilizado, en el que la densidad de dicho explosivo se ajusta mediante el control del volumen de gas; y luego iii) la carga de dicho explosivo de base acuosa en un barreno.

Description

Procedimiento e instalación para la fabricación in situ de explosivos a partir de un producto oxidante de base acuosa.
La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para la fabricación in situ de explosivos mediante la incorporación de combustible y gas en un producto oxidante de base acuosa con la formación de emulsión o dispersión del combustible y el gas en la mezcla líquida.
Antecedentes de la invención
El mecanismo de iniciación de los explosivos mediante la generación de puntos calientes debidos a la compresión adiabática de burbujas de gas es la base de los explosivos industriales modernos formulados sin componentes intrínsecamente explosivos.
La introducción de burbujas de gas se puede hacer bien por atrapamiento durante el mezclado o por su formación mediante una reacción química. En la patente norteamericana US 3.400.026 se describe una formulación que emplea proteína en disolución (albúmina, colágeno, proteína de soja etc.) para favorecer la formación de burbujas y su estabilización. La patente US 3.582.411 describe una formulación de hidrogel explosivo que contiene un agente promotor de espuma del tipo goma guar modificada con grupos hidroxilo.
En la patente US 3.678.140 se describe un proceso para la incorporación de aire mediante el uso de soluciones de proteína, haciendo pasar la composición por una serie de orificios a presiones de 40 a 160 psi e introduciendo simultáneamente aire mediante eductores.
La incorporación de burbujas de gas mediante su generación como fruto de una reacción química se describe en las patentes norteamericanas números 3.706.607, 3.711.345, 3.713.919, 3.770.522, 3.790.415 y 3.886.010.
En lo relativo a la fabricación del explosivo in situ, esto es, en el mismo camión utilizado para el bombeo del explosivo a los barrenos, las primeras patentes se deben a IRECO, tal como se describe en las patentes US 3.303.738 y 3.338.033. Estas patentes se caracterizan por la fabricación en el camión de un explosivo del tipo hidrogel mediante la dosificación y mezcla de una solución líquida de sales oxidantes con un material sólido que contiene sales oxidantes y espesantes. En la patente US 3.610.088 (IRECO) utilizan el mismo método de las patentes anteriores para la formación del hidrogel in situ e incorporan la adición simultánea de aire bien mediante atrapamiento mecánico o su generación mediante una reacción química. La patente EP 0 203 230 (IRECO) describe un mezclador compuesto por palas móviles y fijas que permite la fabricación in situ de un agente de voladura del tipo emulsión de agua en aceite. La sensibilización de esta emulsión se realiza por la adición de partículas de baja densidad (oxidantes o microesferas huecas).
La fabricación del explosivo in situ tiene como principal ventaja la disminución en el riesgo durante el transporte. Como contrapartida es necesario disponer de una instalación móvil muy sofisticada y con complejos procesos de fabricación y control, debido al uso de sales oxidantes a altas temperaturas, dosificación de sólidos y mezclado de líquidos y sólidos.
Otra alternativa es el transporte del producto terminado sin sensibilizar suficientemente, esto es, a una densidad tal que no tenga capacidad de propagar una detonación estable. En este contexto se ha generalizado en los últimos años el transporte del producto matriz y su sensibilización en mina bien mediante su mezcla con nitratos particulados de baja densidad o mezclas de nitrato amónico con hidrocarburo (ANFO) o mediante la generación de burbujas por medio de una reacción química. La patente US 4.555.278 describe un explosivo de este tipo fabricado por mezcla de emulsión y ANFO. La patente europea EP 0 194 775 describe un explosivo del tipo del anterior, formado a partir de una matriz de hidrogel.
La sensibilización de la emulsión matriz mediante la generación de burbujas de gas por reacción química es el método más extendido en la actualidad. Sin embargo para evitar la coalescencia de las burbujas de gas, tal como se describe en la patente US 4.008.108, el bombeo y la manipulación de la emulsión se deben realizar antes de que se produzca la reacción de gasificación. Este método presenta así la gran desventaja de tener que esperar un cierto tiempo desde que se llenan los barrenos hasta que se alcanza la densidad final, no teniendo capacidad de maniobra si la densidad obtenida no coincide con la esperada, pudiéndose producir fallos de sensibilización o un reparto incorrecto de explosivo en la columna del barreno.
En la solicitud de patente WO 99/00342, a nombre de UNION ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS, S.A., se reivindica un procedimiento para sensibilizar explosivos de base acuosa antes de la carga de los barrenos a partir de una matriz no explosiva compuesta por oxidantes y combustibles, mediante la formación de una emulsión o dispersión de gas en dicha matriz. El control de la densidad se realiza antes de la carga del barreno regulando el caudal de gas que se inyecta.
Aunque el transporte de producto matriz y su sensibilización in situ supone un gran avance desde el punto de vista de seguridad frente al transporte del producto ya sensibilizado, hay varias experiencias de accidentes en los que se ha producido una detonación de un producto matriz no sensibilizado, como consecuencia de una inadecuada manipulación o por efecto de un fuego prolongado. Por esta razón en algunos países como Australia, se ha creado una nueva denominación para las matrices de mezclas de oxidantes y reductores conocida como precursores de explosivos. Este tipo de productos aunque para el transporte se clasifican como oxidantes 5.1, deben fabricarse en instalaciones que reúnan las medidas de seguridad, distancias, etc. de una planta de fabricación de explosivos.
Resumen de la invención
La presente invención elimina el transporte de explosivos o mezclas de oxidantes y reductores comúnmente conocidos como matrices o precursores de explosivos, mediante la fabricación del explosivo in situ, es decir, en el lugar de utilización, sin los inconvenientes que este proceso presentaba hasta ahora (instalaciones complejas, manejo difícil de productos intermedios, procesos complejos, etc.). La invención consiste en la fabricación dentro del área industrial de una suspensión de sales oxidantes en una disolución acuosa saturada con sales oxidantes, estabilizada mediante un espesante preferiblemente de origen inorgánico que permitirá mantener dispersas de forma homogénea las partículas de oxidante. En caso de usar espesantes orgánicos, el porcentaje del mismo es suficientemente pequeño como para que dicha suspensión sea considerada como una suspensión oxidante.
Según la presente invención, la fabricación y sensibilización del explosivo se realiza in situ, mediante la mezcla íntima de dicha dispersión oxidante estable a temperatura ambiente, con un combustible y un gas en un mezclador, dando lugar a la formación de una suspensión o emulsión de gas en líquido. La densidad del producto explosivo final se puede variar como función del volumen de gas y se controla antes de introducirlo en el barreno.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 muestra un esquema de una realización particular de una instalación para la fabricación in situ de un explosivo de base acuosa proporcionada por esta invención.
La Figura 2 muestra un esquema de otra realización particular de una instalación para la fabricación in situ de un explosivo de base acuosa proporcionada por esta invención que incluye un depósito de estabilizante, una bomba dosificadora y un caudalímetro.
Descripción detallada de la invención
La invención proporciona un procedimiento para la fabricación in situ de explosivos de base acuosa, que comprende:
i) el transporte al lugar de carga de barrenos receptores de explosivos de un producto oxidante de base acuosa, que tiene un balance de oxígeno superior al 14%, consistiendo dicho producto en una disolución acuosa saturada de sales oxidantes, partículas oxidantes en suspensión y agentes espesantes
ii) la mezcla de dicho producto oxidante de base acuosa con un combustible y un gas seleccionado del grupo que consiste en aire, nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, para formar un explosivo de base acuosa sensibilizado, donde la densidad del explosivo se ajusta mediante el control del volumen de gas; y luego
iii) la carga de dicho explosivo de base acuosa en un barreno.
Opcionalmente, el procedimiento puede incluir la adición de una solución estabilizante de las burbujas de gas.
La fabricación y sensibilización del explosivo mediante el procedimiento de la invención puede realizarse bien de forma secuencial, es decir, mezclando el producto oxidante de base acuosa con el combustible, y, posteriormente, añadiendo el gas, o bien, preferentemente, mezclando el producto oxidante de base acuosa simultáneamente con el combustible y el gas.
En el sentido usado en esta descripción, "fabicación in situ" se refiere a la fabricación y sensibilización del explosivo antes de la carga de los barrenos.
El producto oxidante está compuesto por una mezcla líquida con base acuosa que comprende sales oxidantes en solución y en suspensión y espesantes para mantener las partículas de oxidante en suspensión.
Como sales oxidantes se pueden emplear nitratos, cloratos y percloratos de amonio, de metales alcalinos y alcalinotérreos, y sus mezclas. En concreto estas sales pueden ser entre otras, los nitratos, cloratos y percloratos de amonio, sodio, potasio, litio, magnesio, calcio, o bien sus mezclas. La concentración total de sales oxidantes presente en el producto matriz puede variar entre el 60% y el 95% en peso de la formulación de producto oxidante, preferiblemente entre el 80 y el 90%.
Como agentes espesantes se pueden utilizar productos de origen inorgánico del tipo de las sepiolitas, u orgánicos como derivados de semillas tales como goma guar, galactomananos, productos biosintéticos tales como goma de xantano, almidón, celulosa y sus derivados tales como carboximetilcelulosa o polímeros sintéticos como poliacrilamida. La concentración de espesantes en el producto oxidante puede variar entre el 0,1% y el 5% en peso de la formulación, preferiblemente entre el 0,5% y el 2%. En caso de utilizar espesantes orgánicos la concentración debe ser suficientemente pequeña como para que el balance de oxígeno del producto oxidante sea mayor del 14%.
Como combustibles se pueden emplear compuestos orgánicos pertenecientes al grupo formado por hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos saturados o insaturados, aceites, derivados del petróleo, derivados de origen vegetal tales como almidones, harinas, aserrín, melazas y azúcares, o combustibles metálicos finamente divididos tales como aluminio o ferro-silicatos. Preferiblemente los combustibles utilizados son líquidos a temperatura ambiente. En general, la concentración total de combustibles en el explosivo final puede variar entre el 3% y el 20% en peso de la formulación de la mezcla final, preferiblemente entre el 4% y el 7%.
La formación de la emulsión o dispersión de gas en el producto matriz se realiza en un mezclador en línea preferentemente del tipo dinámico tal como un agitador o en un mezclador discontinuo preferiblemente del tipo hormigonera. El producto oxidante, el combustible, el gas y opcionalmente el agente estabilizante de burbujas se envían al mezclador mediante sus respectivos dispositivos de dosificación. En una instalación preferida, la alimentación de los componentes se realiza por el fondo de un mezclador dinámico del tipo agitador, saliendo el producto por rebose por la parte superior.
Como gases se pueden emplear los habitualmente utilizados para la sensibilización de explosivos tales como nitrógeno, oxígeno, aire o dióxido de carbono. La relación volumétrica entre el gas y la mezcla de producto oxidante y combustibles puede variar entre 0,05 y 5, preferiblemente entre 0,1 y 1.
Adicional y opcionalmente, se pueden añadir agentes estabilizantes de las burbujas de gas, entre los que se encuentran disoluciones o dispersiones de tensioactivos, proteínas y polímeros naturales y sus derivados. El agente estabilizante puede añadirse en una concentración comprendida entre el 0,01% y el 5% en peso de la formulación final, preferiblemente entre el 0,1% y el 2%.
Mediante este procedimiento se puede fabricar un explosivo con la densidad adecuada antes de su carga en el barreno, permitiendo de ese modo controlar la calidad del explosivo que se está cargando.
Una vez sensibilizado el explosivo éste se puede bien enviar directamente a los barrenos o bien añadirle un agente reticulante para mejorar su resistencia al agua. Entre los agentes reticulantes se pueden utilizar compuestos de antimonio tales como piroantimoniato potásico, tartrato de antimonio y potasio, compuestos de cromo tales como ácido crómico, dicromato sódico o potásico, compuestos de zirconio tales como sulfato de zirconio o diisopropilamina lactato de zirconio, compuestos de titanio tales como trietanolamina quelato de titanio o de aluminio como el sulfato de aluminio. La concentración del agente de reticulación puede variar entre el 0,01% y el 5% en peso de la formulación, preferiblemente entre el 0,01% y el 2%.
En una realización particular y preferida, el procedimiento de fabricación in situ de un explosivo de base acuosa proporcionado por esta invención se lleva a cabo en un camión de carga de barrenos que dispone de un depósito que contiene el producto oxidante de base acuosa, un depósito de combustible, una bomba dosificadora del producto oxidante, una bomba dosificadora del combustible y un dispositivo para la dosificación de gas al mezclador.
El procedimiento de fabricación in situ de un explosivo de base acuosa proporcionado por esta invención tiene las ventajas de transportar un producto no precursor de explosivo a cualquier temperatura, preferiblemente a temperatura ambiente, y de permitir variar instantáneamente la densidad del explosivo fabricado in situ, así como el tamaño de las burbujas de aire mediante el ajuste de la energía aplicada en el mezclador. De esta forma para alcanzar un valor de densidad final del explosivo, se puede actuar sobre su sensibilidad y velocidad de detonación. Adicionalmente, con el procedimiento de la invención se puede fabricar específicamente la cantidad de explosivo necesaria para cargar en el barreno. La elevada precisión del método permite variar la densidad del explosivo tanto entre barrenos como en un mismo barreno.
Opcionalmente se contempla la adición de oxidantes particulados o explosivos del tipo ANFO, es decir, una mezcla de un oxidante particulado y un hidrocarburo.
La invención también se refiere a una instalación para la fabricación in situ de explosivos de base acuosa de acuerdo con el procedimiento anteriormente descrito, como la mostrada en la Figura 1, que comprende:
- un mezclador (5),
- un depósito (1) para el almacenamiento del producto oxidante de base acuosa,
- una bomba (3) que conecta dicho depósito de almacenamiento del producto oxidante de base acuosa (1) al mezclador;
- un depósito (11) para el almacenamiento del combustible,
- una bomba (12) que conecta dicho depósito para almacenamiento de combustible (11) al mezclador,
- un caudalímetro (13) para regular la adición de combustible al mezclador,
- una reserva gaseosa (10) de gas conectada operativamente al mezclador, y
- un dispositivo regulador del flujo de gas (6).
El mezclador (5) puede operar en continuo y puede ser de tipo dinámico como por ejemplo un agitador o un mezclador estático. A la salida del mezclador (5) puede colocarse una bomba provista de tolva (9) que se utiliza para cargar el explosivo ya sensibilizado en los barrenos.
La Figura 2 muestra una realización alternativa de la instalación proporcionada por esta invención adecuada para la realización del procedimiento en el que se añade un estabilizante a la mezcla de oxidantes, combustibles y el gas en el mezclador. Esta instalación alternativa consiste en, además de los equipos anteriormente mencionados, un depósito (2) para el almacenamiento de solución estabilizante de las burbujas de gas, una bomba dosificadora (4) y un caudalímetro (7).
En una realización particular y preferida, la instalación se encuentra sobre un camión de carga de barrenos o camión bombeador, que dispone de un depósito que contiene el producto oxidante de base acuosa, un depósito que contiene el combustible, dos bombas que dosifican el producto oxidante y el combustible, una bomba para cargar los barrenos y un dispositivo para dosificar el gas.
La invención se ilustra mediante el siguiente ejemplo que en ningún caso es limitativo del alcance de la invención.
Ejemplo
En este ejemplo se describe una instalación tipo y el explosivo fabricado en la misma.
Esta instalación está situada sobre un camión que permite el transporte del producto oxidante y la fabricación y la sensibilización en la mina. Consta de los siguientes elementos (Figura 2):
- un depósito (1) de 10.000 l donde se almacena el producto oxidante de base acuosa;
- un depósito (11) de 1000 l donde se almacena el combustible;
- un depósito (2) de 200 l para el almacenamiento del estabilizante;
- tres bombas (3, 4 y 12) para el trasvase del producto oxidante, el estabilizante y el combustible respectivamente hasta un mezclador (5) del tipo agitador;
- una válvula (6) conectada a una línea de aire, para la dosificación de aire al mezclador (5);
- tres caudalímetros (7, 8 y 13) intercalados entre la bomba (4), la válvula (6), la bomba 12 y el mezclador (5) para el control de los caudales de estabilizante, aire y combustible respectivamente; y
- una bomba provista de una tolva (9) situada a la salida del mezclador (5) utilizada para cargar el explosivo ya sensibilizado en los barrenos.
El depósito (1) se llenó con la formulación de producto oxidante de base acuosa descrita en la Tabla 1, en el que partículas de nitrato amónico y de nitrato sódico están en suspensión en una solución acuosa saturada con dichas sales, estando dicha suspensión estabilizada con la goma guar.
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TABLA 1 Composición del producto oxidante
Componente %
Agua 13,5
Nitrato amónico 73,9
Nitrato sódico 12,0
Goma guar 0,6
El balance de oxígeno de esta formulación de producto oxidante es de +19,6% y su densidad 1,51 g/cm^{3}.
En el depósito (2) se preparó una solución de estabilizante compuesta por 90 partes de agua y 10 partes de albúmina de huevo.
El depósito (11) se llenó con gasóleo.
Posteriormente al calibrado de los dosificadores, se comenzó la operación conectando el agitador y las diferentes bombas en las condiciones descritas en la Tabla 2.
TABLA 2 Condiciones de operación y propiedades del explosivo obtenido
Oxidante kg/min Gasóleo kg/min Estabilizante kg/min Aire l/min Densidad g/cm^{3} Velocidad m/s
150 8,7 0,5 28 1,15 4400
150 8,7 1 65 0,92 3350
El explosivo ya sensibilizado salía por rebose del mezclador (5) cayendo sobre la tolva (9) desde donde se bombeó a los barrenos inyectándole en la manguera una solución reticulante de ácido crómico al 6% en agua.
Los valores de velocidad de detonación corresponden a muestras ensayadas en tubo de hierro de 50 mm de diámetro interior e iniciadas con un multiplicador de 15 g de pentrita (PETN).

Claims (16)

1. Un procedimiento para la fabricación in situ de explosivos de base acuosa, que comprende:
i) el transporte al lugar de carga de barrenos receptores de explosivos de un producto oxidante de base acuosa, que tiene un balance de oxígeno superior al 14%, consistiendo dicho producto en una disolución acuosa saturada de sales oxidantes, partículas oxidantes en suspensión y agentes espesantes,
ii) la mezcla de dicho producto oxidante de base acuosa con un combustible y un gas seleccionado del grupo que consiste en aire, nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, para formar un explosivo de base acuosa sensibilizado, en el que la densidad de dicho explosivo se ajusta mediante el control del volumen de gas; y luego
iii) la carga de dicho explosivo de base acuosa en un barreno.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho producto oxidante de base acuosa contiene entre el 60% y el 95% en peso de sales oxidantes.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho producto oxidante de base acuosa contiene una sal oxidante seleccionada del grupo que consiste en nitratos, cloratos y percloratos de amonio, de metales alcalinos y alcalinotérreos, y sus mezclas.
4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho producto oxidante de base acuosa contiene entre el 0,1% y el 5% en peso de un agente espesante.
5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho producto oxidante de base acuosa contiene un agente espesante seleccionado del grupo que consiste en productos derivados de semillas, productos biosintéticos y sus derivados, polímeros sintéticos y espesantes de origen inorgánico del tipo sepiolitas.
6. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho combustible se selecciona del grupo que consiste en hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos, aceites, derivados del petróleo, derivados de origen vegetal, combustibles metálicos finamente divididos, y sus mezclas.
7. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el explosivo obtenido contiene entre el 3% y el 20% en peso de un combustible.
8. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la relación volumétrica entre dicho gas y la mezcla del producto oxidante de base acuosa y el combustible, está comprendida entre 0,05 y 5.
9. Un procedimiento según la reivindicación 1, que incluye además la adición de una solución para estabilizar las burbujas de gas en la etapa (ii).
10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha solución para estabilizar las burbujas de gas se selecciona del grupo que consiste en disoluciones o dispersiones de tensioactivos, proteínas, polímeros y sus derivados.
11. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el explosivo fabricado contiene entre el 0,01% y el 5% en peso con respecto al explosivo, de dicha solución para estabilizar burbujas de gas.
12. Una instalación para la fabricación in situ de explosivos de base acuosa según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende:
-
un mezclador;
-
un depósito para el almacenamiento del producto oxidante de base acuosa;
-
una bomba que conecta dicho depósito para el almacenamiento del producto oxidante de base acuosa al mezclador;
-
un depósito para el almacenamiento del combustible;
-
una bomba que conecta dicho tanque de almacenamiento de combustible al mezclador;
-
un caudalímetro para regular la adición de combustible al mezclador;
-
una reserva gaseosa de gas operativamente conectada al mezclador, y
-
un dispositivo regulador del flujo de gas.
13. Una instalación según la reivindicación 12, que además contiene un depósito para el almacenamiento de una solución para estabilizar burbujas de gas y una bomba que conecta dicho depósito para el almacenamiento de la solución para estabilizar burbujas de gas al mezclador.
14. Una instalación según cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en la que el mezclador es del tipo dinámico.
15. una instalación según cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en la cual dicho mezclador es discontinuo.
16. Una instalación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, estando dicha instalación situada sobre un camión cargador de barrenos.
ES99973963T 1999-07-09 1999-07-09 Procedimiento e instalacion para la fabricacion in situ de explosivos a partir de un producto oxidante de base acuosa. Expired - Lifetime ES2244250T3 (es)

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