MX2010007032A - Método para crear diamantes por medio de detonación utilizando una formulacion explosiva con un balance de oxígeno de positivo a neutro. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un método y formulación para la creación de un material que contiene carbono en forma de diamantes de diferentes tamaños de partículas. El material es un subproducto de la detonación de formulaciones explosivas que emplean dióxido de carbono como el agente oxidante y un material, tal como el magnesio en polvo, como el combustible para tal detonación.

Description

METODO PARA CREAR DIAMANTES POR MEDIO DE DETONACION UTILIZANDO FORMULACIÓN EXPLOSIVA CON UN BALANCE DE OXÍGENO POSITIVO A NEUTRO Campo técnico de la invención La presente invención se refiere a un nuevo método de creación de material de diamante a partir de un proceso de detonación que implica un agente oxidante, de preferencia dióxido de carbono y un material que descompone el agente oxidante exotérmicamente (agente reductor) , y los métodos que aumentan la sensibilidad al choque de la mezcla. En particular, esta invención se refiere a un método de creación de material de diamante que emplea una formulación explosiva con un balance positivo de oxígeno.

Antecedentes de la invención De acuerdo con el Informe Geológico de los Estados Unidos, Resúmenes de Productos Minerales de Enero de 2008, el consumo en los Estados Unidos de los diamantes industriales en 2007 se estimó en más de 600 millones de quilates, valuados en más de $300 millones de dólares. Esto indica que en lugar del diamante natural se utiliza el diamante sintético para alrededor del 90% de las aplicaciones industriales y la principal aplicación es en la industria de abrasivos. El material de diamante se fusiona al metal para producir herramientas de corte especiales.

Cuando una presión lo suficientemente alta comprime los átomos de carbono conjuntamente, se forma el diamante. El procedimiento tradicional para crear diamantes industriales con explosivos se basa en utilizar la presión de una detonación para comprimir los átomos de carbono conjuntamente. Con este procedimiento el carbono se agrega físicamente a un explosivo o un sistema que contenga explosivos, el explosivo se detona y la presión de la explosión convierte el carbón agregado en polvo de diamante .

Un explosivo es una mezcla detonable de un combustible, que típicamente consiste de carbono e hidrógeno, y una fuente de oxígeno. Los productos de desecho de una detonación son principalmente dióxido de carbono, agua y diversos gases de nitrógeno.

El término "balance de oxígeno" , describe la proporción de oxígeno al combustible en un explosivo requerido para convertir los ingredientes en C02, H20, A1203 y otros óxidos. La insuficiencia de oxígeno en una formulación significa que no tiene suficiente oxígeno para todo el combustible, o se dice que tiene un balance de oxígeno negativo. Dado que el procedimiento tradicional para la creación de diamantes con explosivos utiliza carbono extra, o insuficiencia de oxígeno, la mezcla es considerada negativamente equilibrada en oxígeno.

Los intentos anteriores han fracasado en resolver el problema de reducir los productos de desecho y la creación de productos de diamantes industriales a partir de un procedimiento de explosivos con balance positivo de oxígeno. Por ejemplo, en la técnica anterior se ha revelado la creación de diamantes industriales utilizando explosivos basada en balances negativos de oxígeno obtenidos mediante la adición de carbono a un explosivo y detonar la formulación.

La Patente de los Estados Unidos No. 5,353,708 (Stavrev et al.) enseña un método de producción de un diamante ultradisperso que puede ser utilizado para la producción de materiales abrasivos. Si bien la invención enseñada por Stavrev permite la producción de un diamante, no resuelve el problema de crear un balance positivo de oxígeno porque el o los explosivo (s) orgánicos tienen un balance de oxígeno estequiométricamente negativo.

La Patente de los Estados Unidos No. 5,916,955 (Vereschagin et al.) enseña un método de producción de un material de diamante-carbono que contiene carbono, nitrógeno, oxígeno e impurezas incombustibles de una composición y la superficie contiene grupos metilo, carboxilo, lactona, aldehido, éter, y quinona mediante la detonación de un explosivo deficiente en oxígeno. Si bien la invención enseñada por Vereschagin permite la creación de un material de diamante-carbono, no resuelve el problema de crear un balance positivo de oxígeno porque el explosivo tiene un balance negativo de oxígeno.

La Patente de los Estados Unidos No. 5,482,695 (Guschin et al.) enseña un método de producción de materiales superduros. Si bien la invención enseñada por Guschin permite la producción de materiales que contienen productos de diamante, no resuelve el problema de usar un balance positivo de oxígeno porque la explosión tiene un balance negativo de oxígeno.

Además, existen numerosos fabricantes de diamantes sintéticos en todo el mundo y sus productos incluyen pastas, suspensiones y lubricantes, etc. de diamantes con muchas aplicaciones. Lo que se desea es un método accesible para crear diamantes industriales que consuma el gas de efecto invernadero dióxido de carbono y también se pueda utilizar para reducir el consumo de productos tales como gasolina, aceite y lubricantes, lo que reduciría los costos de producción y además beneficiará al medio ambiente.

Objetivos de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para crear material de diamante a partir de una formulación explosiva con un positivo balance de oxígeno, de preferencia utilizando dióxido de carbono como la fuente de oxígeno y un agente reductor tal como el metal de magnesio en polvo como un material que descompone el agente oxidante exotérmicamente en la detonación.

Otro objeto -de la presente invención es proporcionar un método para crear diamantes que reduce los desechos .

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para procesar el dióxido de carbono con el fin de crear productos de carbono que tienen beneficios ambientales.

De acuerdo con la presente invención, la presente invención proporciona un método de producción de un material con contenido de diamante de distintos tamaños a partir de la detonación de una formulación explosiva con un balance de oxígeno positivo a neutro, que comprende los siguientes pasos: (a) preparar una carga mediante la mezcla de un agente oxidante y un material que descompone el agente oxidante exotérmicamente en la detonación; (b) detonar la carga en un ambiente que contiene un medio que es inerte al carbono y enfría los subproductos de la detonación. (c) separar los subproductos de la detonación que contienen carbono de acuerdo al tamaño de las partículas y a la fase.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a una formulación detonable para un material que contiene diamante que comprende un agente oxidante, y un material que descompone el agente oxidante.

En una modalidad preferida el agente oxidante es dióxido de carbono y el material que descompone el agente oxidante exotérmicamente en la detonación es un agente reductor seleccionado del grupo formado por metales en polvo o atomizados, como el aluminio o el magnesio.

La filosofía del balance de oxígeno se basa en el entendimiento de que un explosivo con balance cero de oxígeno ofrece energía óptima debido al balance perfecto del combustible con el oxígeno. En el caso de la presente invención, la producción de energía óptima se logra con una proporción en peso de alrededor de 50:50 de dióxido de carbono a agente reductor. Aunque un cálculo tradicional del balance de oxígeno para la formulación de la presente invención podría sugerir una muy negativa, la mezcla más energética o perfecta estequiométricamente de dióxido de carbono a agente reductor también debe tener un balance de oxígeno de cero.

Debido al procedimiento de la presente invención de basar una formulación explosiva en una mezcla de dióxido de carbono y un agente reductor, y también considerando la discrepancia de producción de energía máxima en relación a un balance de oxígeno tradicionalmente de cero, el carbono en el dióxido de carbono, por lo tanto, no se debe incluir en el cálculo del balance de oxígeno para las formulaciones explosivas que utilizan cualquier proporción de dióxido de carbono a agente reductor como base para la liberación de energía. Debido al uso de esta invención de dióxido de carbono como un oxidante no tradicional, el balance de oxígeno se tendría que calcular de la manera tradicional, con la salvedad de que el carbono en el dióxido de carbono no esté incluido en ese cálculo.

Debido a que el dióxido de carbono utilizado en las formulaciones de la presente invención en una modalidad preferida se encuentra en su estado sólido a presión atmosférica, que también existe a una temperatura de -78.5°C como hielo seco, el campo de estudio de dichas formulaciones ha sido nombrado "Física de Detonación en Frío", o CDP, por sus siglas en inglés.

Breve descripción de las figuras En los dibujos que ilustran una modalidad de ejemplo solamente una modalidad de la invención: La Figura 1 muestra una vista lateral de un pozo de detonación cilindrico, lleno de agua, con una carga colgante de acuerdo con una modalidad de un método de la presente invención.

La Figura 2 es una vista lateral de un mezclador de alta presión empleado para mezclar dióxido de carbono líquido con el agente reductor en polvo de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 3 es un diagrama de fases que ilustra las combinaciones de temperatura y presión para los diferentes estados del dióxido de carbono (sólido, líquido y gaseoso) .

La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra la prueba de estabilidad y detonación de la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama que ilustra los parámetros variables disponibles en la presente invención.

En las diferentes figuras se utilizan números de referencia similares para designar los componentes similares .

Descripción detallada de la invención La presente invención proporciona en general una formulación para explosivos y el método para detonarla que produce 10-15% en peso de carbono. Las cargas se preparan, se detonan bajo el agua, y los subproductos se recogen. El material de diamante resultante, que se compone fundamentalmente de carbono en la fase de cristal de diamante y un pequeño porcentaje en la fase amorfa, es un subproducto de detonación de las formulaciones explosivas que utilizan dióxido de carbono como el agente oxidante y un combustible o agente reductor que descompone el dióxido de carbono exotérmicamente . El dióxido de carbono es considerado convencionalmente como el subproducto de una detonación y no una fuente de oxígeno.

En la reacción de la detonación, el agente reductor jala los átomos de oxígeno del dióxido de carbono, dejando el carbono atrás. La fuerza de la detonación comprime este carbono como subproducto en diamante fino de diferentes tamaños en función de la composición de formulación, su densidad, el diámetro de la carga, la velocidad de detonación, el tamaño del cebo utilizado para la detonación, el método de detonación que incluye cualesquier medios eléctricos o térmicos alternativos o técnicas que transfieran energía suficiente para iniciar una detonación, la velocidad de enfriamiento de los subproductos, el tipo o nivel de sensibilizador químico que se agregue, el balance de oxígeno, el tipo de confinamiento, la temperatura de la detonación, y la temperatura y presión externas en el momento de la detonación.

Los metales en polvo o atomizados, tales como el magnesio y el aluminio, son adecuados para usarse como combustible en las formulaciones de esta invención. Debido a que la naturaleza de la formulación de la presente invención se basa en la reducción energética del dióxido de carbono, los términos "combustible" y "agente reductor" se utilizan indistintamente. Algunas modalidades de la presente invención pueden utilizar otros agentes reductores o combinaciones de agentes reductores, requieren el uso de un agente de volumen, tal como perlita, para controlar la ' densidad, así como un sensibilizador químico, tal como ciclotrimetilentrinitramina (RDX, por sus siglas en inglés) , para afectar la velocidad de reacción de la formulación, el desempeño del explosivo y la sensibilidad al choque.

Un explosivo con balance de oxígeno significa que la formulación tiene exactamente suficiente oxígeno disponible para consumir por completo todo el combustible. En el procedimiento actual para producir material de diamante a partir de una detonación, el exceso de carbono se agrega a un explosivo o un sistema que lo contiene, creando así un sistema que es deficiente en oxígeno o tiene balance negativo de oxígeno.

La presente invención se refiere a las formulaciones explosivas que emplean dióxido de carbono como la fuente de oxígeno, al proceso de preparación y detonación de las cargas de la presente invención, y a la generación de diamantes a través de ese proceso. Las formulaciones de la presente invención se preparan al menos con la cantidad exacta de dióxido de carbono necesario para cumplir la demanda de oxígeno del combustible o el agente reductor, lo que significa que las formulaciones de la presente invención funcionan con un balance positivo a neutro de oxígeno.

Mediante la detonación, la formulación explosiva de la presente invención en un ambiente que protege los subproductos de carbono de la descomposición química posterior, tal como una cámara de detonación llena de agua sin oxígeno, emerge una amplia gama de material con contenido de diamante con un alto grado de homogeneidad. Se pueden utilizar técnicas de difusión de ángulo pequeño y analíticas para determinar la distribución de las fases de carbono y las distribuciones del tamaño de partículas. En la modalidad preferida, las cargas se hacen detonar bajo el agua y los desechos posteriores a la detonación se recogen. El agua actúa como un medio para transmitir las ondas de choque y enfriar los subproductos de la detonación rápidamente .

Independientemente de si los subproductos de la detonación de la presente invención se enfría rápidamente o lentamente (a velocidades de 7000 grados por minuto frente a 200 grados por minuto, respectivamente) , el diamante será el resultado del proceso de detonación.

Las formulaciones de la presente invención tienen un balance positivo a neutro de oxígeno y pueden incluir cualquier producto químico, compuesto o elemento que descomponga el dióxido de carbono exotérmicamente. Las formulaciones de la presente invención son detonadas en un ambiente lleno de un medio que es inerte en relación con los subproductos de carbono, como el gas argón o el agua sin oxígeno. El empleo de agua como el medio inerte es ventajoso ya que funciona como un amortiguador de choque y un agente de enfriamiento que enfría los subproductos a una velocidad que optimiza sus características físicas. Las formulaciones de la presente invención, o sistemas que detonan o responden a la detonación de dichas formulaciones, también pueden contener polvo de diamantes, níquel o cualquier otro material que mejore la capacidad del material con contenido de diamantes, resultante para unirse a otros materiales tales como el acero para elaborar herramientas de corte .

El material producido con contenido de diamantes tiene un intervalo de densidad de alrededor de 2.0 a 3.0 g/cm3. La química superficial del material producido con contenido de diamantes mostrará diversos grados de comportamiento higroscópico en relación a la cantidad de grupos funcionales orgánicos alquilo que se forman en las superficies de las partículas durante y después de la detonación. Un grupo funcional predominante de metilo, por ejemplo, da al material una propiedad repelente al agua.

La superficie de los materiales que contienen diamantes presentará diferentes porcentajes en peso de carbono amorfo. El material con contenido de diamante tendrá una amplia distribución de tamaño de partícula más grande que y no limitada a las nanopartículas en el intervalo de 40 a 50 Angstroms . El material con contenido de diamantes estará compuesto, en cierta medida de partículas de diamante integrado y no diamante y diamante policristalino.

Una modalidad del método para producir el material con contenido de diamantes de acuerdo con la presente invención consiste de los siguientes pasos: a. Preparar una carga mediante la mezcla de dióxido de carbono, combustible, y potencialmente, un sensibilizador y llenar un recipiente de forma cilindrica, tal como una tubería metálica o tubo de cartón con esa mezcla. La mezcla puede facilitarse de la siguiente mañera: i) a .presión atmosférica mezclar físicamente el dióxido de carbono triturado (hielo seco) con otros ingredientes, o, ii) a presión atmosférica mezclar dióxido de carbono líquido recién obtenido con otros ingredientes (cuando se bombea desde un recipiente a alta presión, el dióxido de carbono existe como un líquido por un corto periodo antes de convertirse en hielo seco sólido) , o, iii) a alta presión donde los ingredientes se agregan al dióxido de carbono en su estado líquido. Una pasta de dióxido de carbono líquido a alta presión y otros ingredientes se despresurizan a presión atmosférica en un mezclador a alta presión (ver Figura 2) , que causa que la formulación se endurezca con todos los ingredientes uniformemente dispersos. El control de la velocidad de despresurización se puede usar para manipular la densidad de carga final. b. La carga se detona en un ambiente que contiene un medio que es inerte al carbono y enfría los subproductos de la detonación. c. Los subproductos de detonación que contienen carbono se separan de acuerdo con el tamaño de las partículas y la fase (diamante frente amorfo y sus combinaciones) .

PASOS Y CRITERIOS EN LA UNIDAD DE CARGA DE LA PRESENTE INVENCIÓN (CARGAS CDP) 1. Formulación Las formulaciones de magnesio CDP y aluminio de la presente invención adaptan los criterios de energía para una mezcla explosiva, que puede ser químicamente sensibilizada para mejorar la velocidad de reacción si es necesario. a) Con base en magnesio: 2Mg + C02 > 2MgO + C Energía liberada: 8.75 kJ/g mezcla 52.5% Mg + 47.5% en peso C02 = balance cero de oxígeno b) Con base en aluminio: (4/3) Al + C02 > (2/3) Al203 + Energía liberada de C: 9.05 kJ/g mezcla 45% Al + 55% en peso C02 Comparaciones: Energía liberada por TNT: 4.10 kJ/g; Energía liberada por nitroglicerina: 6.38 kJ/g Las formulaciones CDP de acuerdo con la presente invención ofrecen más energía por gramo de formulación que los explosivos tradicionales tales como la nitroglicerina y el TNT. La capacidad para detonar formulaciones CDP, pór lo tanto, depende de si la proporción de energía liberada; es suficientemente rápida para mantener una onda de choque; de detonación. La velocidad de reacción está fuertemente influenciada por el diámetro de carga, la cantidad ' de iniciación (tamaño de cebo o de refuerzo) , el confinamiento de carga, densidad, temperatura y sensibilidad química. La adición de un sensibilizador, tal como un explosivo I parecido a RDX, aumenta la velocidad de reacción. La adición de agentes de volumen, tales como perlita o globos de vidrio, se puede utilizar para controlar la densidad. Las formulaciones de CDP también pueden incluir ingredientes que afecten a la viscosidad del dióxido de carbono líquido o afecten su capacidad de disolver completamente o emulsificar otros ingredientes. 2. Dimensiones de Carga y Confinamiento La exploración del desempeño explosivo de; las formulaciones de CDP se iniciará con el llenado de tubería de grueso calibre (EH, por sus siglas en inglés) de 10.1 cm x 6.3 cm (4 pulgadas x 2.5 pulgadas). En un cilindro confinado pesadamente, tal como una tubería de metal de grueso calibre, una carga con diámetro interno de 5.08 cm x 10.16 cm (2 pulgadas x 4 pulgadas) de explosivo de minería que detona exitosamente con la iniciación adecuada.

Una buena regla para determinar la longitud de la carga necesaria para una detonación adecuada es de 8 diámetros (Dr. Katsabanis - "Tecnología de Explosivos"). Así, para un diámetro interior de 7.62 cm (3 pulgadas), la longitud de la carga debe ser al menos de 8 x 7.62 cm = 60.96 cm (8 x 3 pulgadas = 24 pulgadas ó 2 pies) . El uso de tubería EH de 10.16 cm (4 pulgadas), que tiene un diámetro interno de 8.38 cm (3.3 pulgadas), las longitudes de carga serán por lo menos de 76.2 cm (2.5 pies). El confinamiento pesado ofrecido por la tubería de grueso calibre disminuye el diámetro crítico necesario para sostener una detonación cuando se compara con los envases alternativos tales como calibres más ligeros de la tubería o el tubo de cartón. 3. Detonación Un tubo lleno con las formulaciones de la presente invención se denominará como una carga de CDP. Una modalidad de un medio para detonar una carga de CDP es dotar a la carga con un refuerzo de tamaño adecuado y un detonador. El objetivo con una carga de CDP es impartir en ella una onda de choque suficientemente fuerte para iniciar la detonación, y el máximo impacto se suministra por un refuerzo suficientemente grande, cuyo diámetro casi corresponde con el de la carga.

La detonación de una carga de CDP también se puede iniciar por otros medios tales como la descarga eléctrica a través de cualquier parte de la carga, la ignición térmica, el disparo de un proyectil en ella, sometiéndola a alta presión de una prensa hidráulica, por ejemplo, o el uso de explosivo adicional agregado a la formulación o usado en conjunto con el procedimiento de la detonación, como en el revestimiento de la pared interna de la tubería con explosivo o rodeando un explosivo con la formulación de CDP.

En el caso de la utilización de formulaciones de CDP explosivas adicionales se emplearía un explosivo con un balance neutro a negativo de oxígeno y el balance global de oxígeno se calcularía utilizando todos los ingredientes esperados para el carbono en el ingrediente de dióxido de carbono . 4. Velocidad de detonación o VOD (por sus siglas en inglés) La determinación de la presión de detonación de cargas de CDP requiere la medición de VOD. La determinación y registro de VOD por prueba proporciona datos que pueden ser utilizados para determinar el efecto de preparación de la carga y la técnica de detonación sobre el desempeño de explosivos y la composición de subproductos.

Un dispositivo portátil, tal como el registrador de VOD continua de Explosivos HandiTrap II de REL (véase www.mrel.com) se puede utilizar con una computadora basada en Windows para medir y registrar esta información. Una sonda se inserta en la tubería de una carga de CDP antes del llenado y la sonda se consume en la detonación. 5. Análisis de subproducto para diamante Una modalidad de la presente invención requiere un pozo de detonación para recoger subproductos y acceder a un laboratorio analítico para el análisis de muestras. Con este procedimiento, las cargas de CDP, en general indicadas en (1) , en un recipiente de detonación se subtienden en el centro de un pozo cilindrico (2) lleno de agua (3) y luego se detonan, como se ilustra en la Figura 1. Los subproductos (4) se hunden hasta el fondo del pozo, donde serán recogidos mediante el lavado y filtración de parte del agua. Un floculante, tal como un polímero aniónico soluble en agua, se puede emplear para ayudar con la precipitación del subproducto. Las muestras pueden ser analizadas utilizando una técnica de reflexión láser, un servicio que puede proporcionarse a través de cualquier institución con el equipo necesario, tal como la Universidad de Queen. 6. Preparación de carga CDP - a alta presión Una modalidad de la presente invención en el área de preparación de carga es mezclar los ingredientes a alta presión. El prototipo propuesto ilustrado en la Figura 2 puede ser utilizado tanto para mezclar como para establecer la densidad.

Las cargas se preparan mediante la adición de los ingredientes sólidos a un mezclador de alta presión enfriado con hielo seco (5) , tapándolo, bombeando C02 líquido a alta presión en el recipiente (6) , y a continuación, agitar los contenidos con un agitador magnético (7) . Una vez que el material ha sido convenientemente mezclado, se abrirá una válvula (8) para reducir la presión en el mezclador a la presión atmosférica, lo que hará que la pasta se solidifique y se suspendan los ingredientes de manera homogénea.

Una vez que la mezcla haya solidificado por completo, la tapa (9) se puede abrir con seguridad y la cuota (1) retirarse como una pieza sólida. La inserción de un tubo de cartón antes de la mezcla ayudará a un fácil retiro de una carga recién preparada que puede ser detonada tal cual o insertarse en una tubería de metal (recipiente de detonación) del confinamiento deseado. El control de la velocidad de despresurización puede ser usado para fijar la densidad de carga final.

El objetivo del mezclador es crear un ambiente en donde el C02 esté en su estado líquido, para que los ingredientes se puedan mezclar con éxito. El diagrama de fase de temperatura visto en la Figura 3 ayuda en la determinación de las combinaciones de temperatura y presión que licúan el C02.

La prueba de formulaciones CDP es un proceso iterativo que se ilustra en las Figuras 4 y 5. El uso de un sensibilizador, tal como RDX, se explorará en una única etapa, cuando las pruebas revelen que la velocidad de reacción necesita ser aumentada. Con base en la naturaleza como solvente del C02 líquido, el RDX y otros sensibilizadores orgánicos mostrarían grados variables de solubilidad. La solubilidad de los sensibilizadores orgánicos puede ser mejorada mediante la adición de un surfactante adecuado.

Las formulaciones CDP pueden incluir agentes que afecten la viscosidad total del dióxido de carbono líquido con el fin de asegurar una distribución homogénea de los ingredientes sólidos en la fase de mezcla. 7. Aplicaciones Alternativas de CDP La formulación de la presente invención puede ser utilizada para aplicaciones distintas de la creación de material de diamantes industriales. Como explosivo, las formulaciones CDP tendrían su uso en la industria de la minería del carbón como un "explosivo permisible" . Una modalidad de un método para emplear formulaciones CDP para aplicaciones permisibles de explosivos sería preparar las cargas para su uso inmediato o para bombear la formulación CDP directamente en perforaciones donde el material se endurece y se llega a preparar para la voladura.

Otro procedimiento con formulaciones CDP está en el área de los propelentes. Cuando se encienden con una chispa o flama, las formulaciones CDP se queman muy agresivamente y a una temperatura elevada. Agregar el exceso de dióxido de carbono a la formulación o forrar un núcleo sólido de la formulación CDP con el dióxido de carbono sólido ofrecería impulso sustancial que podría aprovecharse para hacer el trabajo porque el calor de la quema de la formulación CDP evaporaría cualquier dióxido de carbono adicional, que generaría muy alta presión.

EJEMPLOS DE FORMULACIONES CDP Ejemplo #1: Reacción y Formulación a Base de Magnesio como un Combustible 52.5% Mg + 47.5% C02 > 87.0% MgO + 13% C Nótese que las formulaciones CDP igualan o superan la cantidad requerida de C02 para consumir el combustible, lo que da por resultado un balance de oxígeno neutro a positivo.

Formulación CDP básica balanceada en oxígeno: Un sensibilizador de explosivo se puede agregar a lo anterior, en proporciones que oscilan del 10% al 70% del peso total de la mezcla. Un sensibilizador agrega la energía requerida para propagar el proceso de detonación a través de toda la mezcla. Se prefieren los sensibilizadores con un balance cero de oxígeno, tal como el RDX, ya que no afectan el balance global de oxígeno.

La cantidad de sensibilizador requerido depende de la composición y el tamaño de partícula de la fuente de combustible. Por ejemplo, en el caso del uso de magnesio como un combustible en la formulación de la presente invención, el magnesio molido más grueso origina una mayor demanda de energía en la reacción, que necesita ser compensada por la energía proporcionada por el sensibilizador.

Ejemplo #2: Reacción y Formulación a Base de Aluminio como un Combustible 45% Al + 55% C02 > 85% A1203 + 15% C Nótese que las formulaciones CDP igualan o superan la cantidad requerida de C02 para consumir el combustible, lo que da por resultado un balance de oxígeno neutro a positivo.

Formulación CDP básica balanceada en oxígeno: Ingrediente Por ciento en peso Dióxido de carbono 55% Aluminio atomizado 45% Prueba CDP Todas las cargas se probaron con el siguiente procedimiento : a) Tubería EH de 10.16 cm (4 pulgadas) por 76.2 cm (2.5 pies); formulación no sensibilizada b) Prueba de la densidad de la mezcla (~1.5 g/cc) y en las siguientes densidades: 1.25 g/cc, y 1.0 g ce/ c) Con base en las mediciones de VOD, probar las densidades de respuesta más energética con distintos niveles de RDX en caso necesario, a partir del 10% y aumentando en incrementos del 5%. d) Determinar la VOD en función del porcentaje de sensibilizador e) Determinar las fases de carbono y la distribución de tamaño en función del porcentaje de sensibilizador Las muestras se prepararán, detonarán, y se medirán sus VOD. Las primeras pruebas se llevarán a cabo con la tubería EH de 10.16 cm x 6.35 cm (4 pulgadas x 2.5 pulgadas), que tiene un diámetro interno de 8.38 cm (3.3 pulgadas) . Los resultados iniciales revelarán el desémpeño explosivo a través de una gama de formulaciones CDP que no incluyen sensibilizador. Los resultados de la VOD ofrecerán orientación en curso conforme se. hayan completado las pruebas e indicarán cómo proceder mejor. La densidad de carga se manipulará mediante el control de la velocidad de solidificación y la velocidad de mezcla. Si las pruebas revelan que se requiere un mayor control de la densidad, entonces se agregará un agente de volumen adecuado como la perlita a la formulación para reducir la densidad. Una desventaja de la adición de un agente de volumen es la disminución proporcional de la energía por gramo de formulación, que podría posteriormente disminuir la VOD y la presión de detonación.

Si la prueba de las formulaciones iniciales indica la necesidad de aumentar la velocidad de reacción, las pruebas se pueden repetir con otros agentes reductores, una tubería de diámetro más grande, y con porcentajes más altos de RDX o un sensibilizador completamente diferente.

El explosivo RDX ofrece un nivel deseable de energía por gramo y se vuelve más sensible a temperaturas más bajas, que le hace un candidato atractivo como sensibilizador (wikipedia - RDX, Propiedades) . Debido a la naturaleza similar del solvente orgánico del C02 líquido, los sensibilizadores a base de carbono tales como RDX deben ser fácilmente solubles especialmente con la ayuda de un surfactante. La solubilidad completa del sensibilizador aumenta la sensibilidad general de las cargas CDP por un mayor contacto entre los ingredientes.

Pueden hacerse numerosas modificaciones, variaciones, y adaptaciones a las modalidades particulares de la invención descrita anteriormente, sin salirse del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones .

Claims (25)

Reivindicaciones

1. Un método de producción de diamantes, que comprende : a) preparar una carga detonable que comprende dióxido de carbono (C02) y una cantidad eficaz de un agente reductor capaz de ser oxidado por el C02 para formar carbono elemental como un subproducto; b) detonar la carga, oxidando así el agente y producir un material que contiene carbono elemental; y c) recolectar diamantes del material producido mediante la detonación.

2. El método según la reivindicación 1, en donde la carga detonable comprende el COz y el agente reductor en un balance de oxígeno positivo a neutro, que no incluye al carbono en el C02.

3. El método según la reivindicación 1, en donde el agente reductor es un polvo o atomizado.

4. El método según la reivindicación 1, en donde el agente reductor es magnesio elemental.

5. El método según la reivindicación 1, en donde el agente reductor es aluminio elemental.

6. El método según la reivindicación 1, en donde el agente reductor es una combinación de magnesio y aluminio.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la carga se prepara mediante la mezcla de hielo seco con el agente reductor a presión atmosférica.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la carga se prepara mediante la combinación del agente reductor con C02 a alta presión, o enseguida de la obtención de COz líquido de un recipiente a alta presión.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la carga detonable o la mezcla de reacción también contiene un sensibilizador.;

10. El método según la reivindicación 9, en donde el sensibilizador es el explosivo RDX (ciclotrimetilentrinitramina) .

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la carga es detonada en un ambiente que protege los subproductos de carbono de la descomposición química posterior.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la carga es detonada en gas argón o agua sin oxígeno.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde la carga es detonada en agua, y un floculante soluble en agua se agrega al agua para ayudar a precipitar el material que contiene diamantes .

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde la carga es detonada en un cilindro de grueso calibre.

15. Un método de producción de diamantes, que comprende : a) hacer reaccionar magnesio elemental con una cantidad estequiométricamente adecuada de C02 para producir un material que contiene carbono elemental; y b) recolectar diamantes del material producido mediante la reacción.

16. El método según la reivindicación 15, en donde la proporción estequiométrica de magnesio a C02 es de 2 a 1.

17. Un método de producción de diamantes, que comprendé : a) hacer reaccionar aluminio elemental con una cantidad estequiométricamente adecuada de C02 para producir un material que contiene carbono elemental; y b) recolectar diamantes del material producido mediante la reacción.

18. El método según la reivindicación 17, en donde la proporción estequiométrica de aluminio a C02 es de 4 a 3.

19. Una cámara de detonación diseñada para producir diamantes según cualquiera de las reivindicaciones 1-18, en donde la cámara se carga con una carga detonable que comprende C02 y una cantidad eficaz de un agente reductor capaz de ser oxidado por el C02 para formar carbono elemental como un subproducto, y en donde la cámara está adaptada para recuperar material que contiene el subproducto producido mediante la detonación de la carga, para que los diamantes se puedan recolectar de éste.

20. La cámara según la reivindicación 19, que contiene aluminio elemental o magnesio elemental como un agente reductor.

21. La cámara según la reivindicación 19 ó 20, que comprende además un sensibilizador tal como RDX.

22. Diamantes producidos de acuerdo con el método según cualquiera de las reivindicaciones 1-18.

23. Un explosivo adecuado para usarse en minería, que comprende una carga detonable que comprende dióxido de carbono (C02) y una cantidad estequiométricamente adecuada de un metal elemental capaz de ser oxidado por el C02 para formar carbono elemental como un subproducto.

24. El explosivo según la reivindicación 23, en donde el metal elemental es aluminio o magnesio.

25. Un método de extracción de carbón mineral, que comprende introducir en una perforación un explosivo según la reivindicación 23 ó 24, permitir que el material endurezca, y luego detonar el explosivo endurecido.