JP5838030B2 - 正から中立の酸素平衡を有する爆発性調合物を利用することによる、爆轟を通じたダイヤモンドを作り出すための方法 - Google Patents
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Description
(a)酸化剤と、前記酸化剤を爆轟の際に発熱的に分解する材料とを混合することによって、弾薬を調製するステップと、
(b)炭素に対して不活性であり、かつ爆轟の副生成物を冷却する媒体を含む環境内において、前記弾薬を爆轟させるステップと、
(c)炭素を含む爆轟の副生成物を、粒径および粒子相によって分離するステップと、
を含む方法を提供する。
a.二酸化炭素、燃料、および潜在的に増感剤を混合することによって弾薬を調製し、金属パイプまたはボール紙の筒等の、円筒形に成形された容器をその混合物で充填する。以下のように混合を促進することができる:
i)大気圧で、破砕された二酸化炭素(ドライアイス)をその他の原料と物理的に混合物ことにより、または、
ii)大気圧で、新たに得られた液体二酸化炭素をその他の原料と混合することにより(高圧の容器から吸い出される場合、固体のドライアイスに変化する前の短期間に、二酸化炭素は液体として存在する)、または、
iii)原料が液体状態にある二酸化炭素に添加される高圧下で、混合を促進することができる。高圧の液体二酸化炭素およびその他の原料のスラリーは、高圧混合器内で大気圧に減圧され(図2を参照されたい)、これは、全ての原料が均一に分散した状態で当該調合物を硬化させる。減圧速度の制御は、最終的な弾薬の密度を操作するのに用いることができる。
b.当該弾薬は、炭素に対して不活性であり、爆轟の副生成物を冷却する媒体を含む環境内で爆轟される。
c.炭素を含む爆轟の副生成物は、粒径および粒子相(非晶質に対するダイヤモンド、およびその混合物)によって分離される。
1.調合物
本発明のCDPのマグネシウムとアルミニウム調合物は、爆発性混合物のためのエネルギー基準に適しており、これは必要に応じて反応速度を改善するために化学的に増感させることができる。
2Mg+CO2→2MgO+C 放出されたエネルギー:8.75kJ/g(混合物)
52.5重量%のMg+47.5重量%のCO2→ゼロの酸素平衡
b)アルミニウムに基づいて:
(4/3)Al+CO2→(2/3)Al2O3+C 放出されたエネルギー:9.05kJ/g(混合物)
45重量%のAl+55重量%のCO2
比較:
TNTに対して放出されたエネルギー:4.10kJ/g
ニトログリセリンに対して放出されたエネルギー:6.38kJ/g
CDP調合物の爆発性能の調査は、4インチ×2.5フィートの追加の重いゲージパイプ(EH)を充填することから始まる。超重量ゲージ金属パイプ等の、著しく閉じ込められた円筒内では、内径が2〜4インチの採掘用爆発物の弾薬が適した起爆を伴って首尾よく爆轟するだろう。
本発明の調合物で充填されたパイプはCDP弾薬と呼ばれる。CDP弾薬を爆轟させる手段の1つの実施形態は、適切な大きさの伝爆薬および起爆剤を当該弾薬に装備することである。CDP弾薬を伴う目的は爆轟を開始する十分に強い衝撃波をCDP弾薬に与えることであり、最大衝撃は、その直径が当該弾薬の直径と密接に適合する十分に大きい伝爆薬によって伝播される。
CDP弾薬の爆轟圧の決定は、VODの測定を必要とする。試験毎にVODを決定および記録することは、爆発性能および副生成物の組成物に対する弾薬調製および爆轟法の効果を決定するのに用いることができるデータを提供する。
本発明の1つの実施形態は、副生成物を回収する爆轟用井と、試料分析のための分析実験室への接近手段とを必要とする。この手法を用いる場合、爆轟用容器内で一般的に1と示されるCDP弾薬は、図1で例解されるように、水3で充填された円筒形井2の中心に内在し、その後爆轟される。副生成物4は井の底に沈み、そこで、一部の水を流し濾過することによって副生成物が回収される。水溶性の陰イオン性重合体等の凝集剤は、副生成物の沈殿で支援するのに使用することができる。クイーンズ大学等の、必要な設備を有する任意の機関を通じて提供することができるサービスである、レーザ反射技術を用いることによって試料を分析することができる。
弾薬調製の範囲における本発明の1つの実施形態は、高圧下で原料を混合することである。図2で例解して示唆されている原型は、混合および密度設定の両方のために用いることができる。
本発明の調合物は、工業用ダイヤモンド材料を作り出す以外の用途のために用いることができる。爆発物としては、CDP調合物は採炭業において「許容される爆薬」として使用できる。許容される爆薬用途のためにCDP調合物を使用する方法の1つの実施形態は、即時利用のための弾薬を調製すること、または、材料が硬化し爆発させる準備ができる掘削孔内へCDP調合物を直接送り込むことだろう。
実施例1:燃料としてのマグネシウムに基づく反応および調合
52.5%Mg+47.5%CO2→87.0%MgO+13%C
CDP調合物は、燃料を消費するのに要求されるCO2の量を満たすか上回り、これは中立から正の酸素平衡をもたらすということに留意されたい。
45%Al+55%CO2→85%Al2O3+15%C
CDP調合物は、燃料を消費するのに要求されるCO2の量を満たすか上回り、これは中立から正の酸素平衡をもたらすということに留意されたい。
全ての弾薬を以下の手法で試験する:
a)4インチ×2.5フィートのEHパイプ、調合物は非増感
b)混合密度(〜1.5g/cc)および以下の密度(1.25g/ccおよび1.0g/cc)で試験する
c)VOD測定に基づき、必要であればRDXの濃度を変動させ、10%で開始し、5%の増分で増加する状態で、最もエネルギー的に反応性の高い密度を試験する
d)増感剤の百分率に応じてVODを決定する
e)増感剤の百分率に応じて炭素相および大きさ分布を決定する。
Claims (15)
- 固体、液体またはそれらを組合せた状態の二酸化炭素(CO2)と、
金属元素のアルミニウム(Al)またはマグネシウム(Mg)を粉末化、フレーク化、粉砕化、合金化またはそれらの組合せたものからなる群より選択される、二酸化炭素(CO2)によって酸化されうる有効量の還元剤との爆轟可能な混合物を含む、爆轟を介して二酸化炭素中の炭素をダイヤモンドに変換するための、爆薬製剤であって、
前記爆薬製剤は、二酸化炭素存在下で、炭素を含むことなく計算された中立のまたは正の酸素平衡を有することを特徴とする、爆薬製剤。 - 請求項1に記載の爆薬製剤であって、前記爆轟可能な混合物は二酸化炭素が固体、液体または気体の状態であることが可能な温度および圧力下において前記還元剤を配合したドライアイスであることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項1または2に記載の爆薬製剤であって、前記還元剤はマグネシウム元素であることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項1または2に記載の爆薬製剤であって、前記還元剤はアルミニウム元素であることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項1または2に記載の爆薬製剤であって、前記二酸化炭素は液体の状態であることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項1または2に記載の爆薬製剤であって、前記爆轟可能な混合物は増感剤をも含有することのあることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項6に記載の爆薬製剤であって、前記増感剤はMMAN,RDX,PETNまたはHMXからなる群から選択されることを特徴とする、爆薬製剤。
- 請求項1または2に記載の爆薬製剤であって、前記爆薬製剤は大気圧下でジャケット、カートリッジまたはボーリング孔で封じ込められて置かれるか、またはポンプで高圧に封じ込められたジャケットに密封されていること特徴とする、爆薬製剤。
- 二酸化炭素から爆轟を介してダイヤモンドへ変化するための、請求項1から8のいずれか1項に記載の爆薬製剤の使用。
- 鉱業的爆発としての、請求項1または2に記載の爆薬製剤の使用。
- 爆轟を介して、固体のナノ酸化物を製造するための請求項3または4に記載の爆薬製剤の使用。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の爆薬製剤の使用であって、爆轟を介して二酸化炭素中の炭素をダイヤモンドへ変化させるため、(a)固体または液体の状態またはそれらを組合せた状態のいずれの状態でもある二酸化炭素(CO2)と、金属元素のアルミニウム(Al)またはマグネシウム(Mg)を粉末化、フレーク化、粉砕化、合金化またはそれらの組合せからなる群から選択された有効量の還元剤とを含む爆轟可能な爆薬を調整する工程であって、前記爆薬は、二酸化炭素存在下において炭素を含むことなく中立のまたは正の計算された酸素平衡を有することを特徴する工程、(b)前記爆薬を爆轟させる工程によって、還元剤を酸化しかつダイヤモンドを含む物質を製造する工程、および(c)爆轟によって生成された副産物を収集する工程を用いることを特徴とする、爆薬製剤の使用。
- 爆轟を介して二酸化炭素中の炭素をダイヤモンドに変化させるための爆薬製剤の請求項12に記載の使用であって、ダイヤモンドを収集するために爆轟によって生成された副生成物を分離する工程を含む、爆薬製剤の使用。
- 請求項11に記載の爆薬製剤の使用であって、爆轟を介して二酸化炭素中の炭素をダイヤモンドへ変化させ、かつ固体のナノ酸化物を製造するため、(a)固体または液体の状態またはそれらを組合せた状態のいずれの状態でもある二酸化炭素(CO2)
と、金属元素のアルミニウム(Al)またはマグネシウム(Mg)を粉末化、フレーク化、粉砕化、合金化またはそれらの組合せからなる群から選択された有効量の還元剤とを含む爆轟可能な爆薬を調整する工程であって、前記爆薬は、二酸化炭素存在下において炭素
を含むことなく中立のまたは正の計算された酸素平衡を有することを特徴する工程、(b)前記爆薬を爆轟させる工程によって、還元剤を酸化しかつダイヤモンドを含む物質を製造する工程、および(c)爆轟によって生成された副産物を収集する工程を用いることを
特徴とする、爆薬製剤の使用。 - 爆轟を介して固体のナノ酸化物を製造するための請求項14に記載の爆薬製剤の使用であって、前記ナノ酸化物を収集するために爆轟によって生成された副生成物を分離する工程を含むことを特徴とする、爆薬製剤の使用。
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