MXPA97007141A - Nitrato de amonio granulado poroso - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a:Se describe un producto granulado, poroso, tal como nitrato de amonio, el cual se encuentra en forma de una matriz cristalina la cual tienen microesferas huecas incorporadas en la matriz en una concentración de 0.01a 500 partes por millón. También se describe un método para producir el producto mencionado anteriormente, en el cual las microesferas se incorporan en el nitrato de amonio durante la granulación delúltimo.

Description

NITRATO DE AMONIO GRANULADO POROSO Camoo de la invención Esta invención se relaciona con un producto granulado poroso, particularmente nitrato de amonio granulado poroso. En esta especificación el término "granulado poroso" se utiliza para referirse a un producto en partículas el cual, en el caso del nitrato de amonio, contiene menos de 0.5%, de preferencia menos de 0.2% de agua en una base de masa por masa.

Antecedentes de la invención El nitrato de amonio granulado poroso se emplea comúnmente como uno de los componentes de las composiciones explosivas utilizadas en la industria de la minería. Así, por ejemplo, el nitrato de amonio granulado poroso se mezcla con petróleo combustible para formar la composición explosiva conocida como petróleo combustible de nitrato de amonio (ANFO: ammonium nitrate fuel oil) y con una emulsión para formar ANFO pesado, con o sin la adición previa de combustible. Por razones de eficiencia en el costo y/o con el fin de controlar la potencia explosiva total de una carga particular, frecuentemente se prefiere un granulo de nitrato de amonio de baja densidad y se han ideado varios métodos para producir este producto. En general tales métodos se refieren al granulado de soluciones menos concentradas de nitrato de amonio. En un método más reciente, tal densidad más baja se obtiene al diseminar una composición que reduce la densidad, tal como microesferas REF : 25699 huecas, con las partículas de nitrato de amonio en una concentración del orden de 0.05 - 10% masa por masa. Debido a que se notó que un incremento en la concentración de las microesferas conduciría a una disminución en la densidad del granulo resultante, las concentraciones lejos del extremo inferior del intervalo mencionado anteriormente fue favorecido. Se ha encontrado ahora que ciertos resultados de explosión ventajosos se pueden obtener con una composición explosiva que incluye tal producto que contiene tales microesferas en una concentración mucho más baja y es un objeto de la presente invención proveer tal producto y su método de preparación.

Breve descripción de la invención De acuerdo a la invención, se provee un producto granulado poroso, en particular nitrato de amonio granulado poroso, en forma de una matriz cristalina, el cual tiene microesferas huecas incorporadas en la matriz en una concentración de 0.01 a 500 partes por millón. Además, de acuerdo a la invención, el producto granulado poroso comprende nitrato de amonio. Se ha encontrado que tal producto, cuando se compara con productos similares los cuales no incluyen tales microesferas, no solamente tiene una densidad un tanto más baja en tanto que mantiene una resistencia mecánica aceptable, sino también que las microesferas imparten una sensibilidad mucho más alta al inicio de la detonación a una composición explosiva tal como ANFO o ANFO pesado, el cual incluye tal producto.

La presencia de tales microesferas también mejora la consistencia del proceso de detonación, debido a que el aumento de presión a la detonación plena desde el inicio es más rápida. También se ha encontrado que al utilizar tal producto en la explosión de demarcaciones en la explotación y perforación de yacimientos en terreno quebrado, a diferencia del producto estándar, da surgimiento a resultados aceptables de pobre explosión. Debido a la detonación completa, la presencia de Nox resultante de la detonación parcial en terreno quebrado también desaparece. Se apreciará que aunque el extremo superior de la concentración de microesferas en un producto de acuerdo a la presente invención se aproxima al extremo inferior de aquel del método mencionado anteriormente, el hombre promedio experimentado en la técnica que conociera tal método de la técnica previa no se habría arriesgado a tales concentraciones más bajas debido a que habría estado consciente del hecho de que el objeto del método anterior, esto es producir un granulo de densidad más baja que aquel del estándar, no habría obtenido tal concentración más baja de microesféras. Los resultados de explosión mejorada obtenidos con una composición de explosión que contiene un producto con la concentración de microesferas más baja de acuerdo a la invención habrían sido completamente inesperados a tal hombre experimentado en la técnica. Además, de acuerdo a la invención, las microesferas pueden comprender por lo menos uno de los siguientes: globos poliméricos, globos de vidrio, esferas huecas de metal, productos porosos naturales tales como Perlite o cenosferas tales como flotadores de polvillo de cenizas o los semejantes.

De preferencia las microesferas tienen las siguientes propiedades físicas en el producto final: Tamaño : 5 - 1500 micrómetros Intervalo de densidad : 0.015 - 0.39 gramos por cm3 Estabilidad a la temperatura : Estable a temperaturas de proceso de 130-170°C durante un tiempo suficiente para efectuar la granulación durante el proceso de granulación. Resistencia a la rotura : Capaz de resistir al menos una fuerza de 100 Kg/cm2 o capaz de recuperar su forma después de una deformación por impacto. Se apreciará que cuando las microesferas comprenden globos poliméricos, se escogen de tal manera que se agranden a los tamaños especificados anteriormente durante la granulación del nitrato de amonio. De preferencia, las microesferas comprenden microglobos poliméricos de los cuales el tamaño del producto granulado está entre 2.0 y 150 micrómetros. Se ha encontrado que el producto conocido como Expancel 910 es extremadamente útil en este aspecto, aunque el alcance de la invención no se propone estar restringido a tal compuesto. Expancel 910 comprende microesferas huecas que tienen una cubierta polimérica que consiste de un copolímero de acrilonitrilo y dicloruro de polivinilideno junto con un agente de soplado que comprende un hidrocarburo apropiado tal como isobutano. Bajo las condiciones de granulación descritas a continuación, las microesferas se expanden al tamaño de aproximadamente 50 micrómetros. Aunque las esferas se comprimirán bajo la influencia de una onda de choque, vuelven a tomar su forma después de esto. Además de acuerdo a la invención, el nitrato de amonio granulado poroso también incluye piedra caliza. En una forma preferida de la invención, el nitrato de amonio granulado poroso puede incluir de 70.0% a 99.9% masa por masa de nitrato de amonio que contiene microesferas como se describe anteriormente y de 30.0% a 0.1% masa por masa de piedra caliza, Todavía además, de acuerdo a la invención, la porosidad del nitrato de amonio puede ser mejorada adicionalmente mediante la inclusión de gas en ei nitrato de amonio durante el proceso de granulación. Se ha encontrado que los pasajes creados en este producto granulado mediante la inclusión del gas, pueden mejorar la porosidad del producto sin afectar indebidamente su resistencia mecánica. Además de acuerdo a la invención el gas se desarrolla in situ en el nitrato de amonio vía una reacción química apropiada. Todavía además de acuerdo a la invención, el gas comprende dióxido de carbono el cual se forma por medio de la descomposición de un carbonato apropiado en medio ácido. El carbonato puede comprender cualquier sal inorgánica soluble en agua apropiada, de ácido carbónico, tal como por ejemplo carbonato de potasio y/o sodio, o alternativamente, puede comprender una sal menos soluble.

Se apreciará que el nitrato de amonio granulado poroso contiene invariablemente alguna acidez, que reacciona con el carbonato adicionado para producir dióxido de carbono. De preferencia, el carbonato comprende carbonato de potasio, que está presente en una concentración de entre 0.01 a 1.00% (masa/masa). Se ha encontrado que el nitrato de potasio que se forma en la reacción entre el carbonato de potasio agregado y el ácido nítrico presente en el nitrato de amonio actúa como un modificador de las facies del cristal para el nitrato de amonio, impartiendo de esta manera una resistencia mecánica incrementada para el nitrato de amonio e incrementando la temperatura de transición (32°C) de la transición del cristal entre la forma del cristal II y la forma del cristal lll. Todavía además de acuerdo a la invención, el nitrato de amonio granulado puede incluir sílice coloidal que sirve para endurecer la superficie del nitrato de amonio. Adicionalmente de acuerdo a la invención, la sílice coloidal se proporciona al adicionar al nitrato de amonio no granulado, ácido salicílico y/o ácido polisalicílico y/o silicato de sodio líquido, en una concentración suficiente, de preferencia entre 0.1 y 10% masa/masa, para asegurar una friabilidad y resistencia a la rotura aceptables. La invención también incluye dentro de su alcance una composición explosiva, particularmente ANFO y/o ANFO pesado, que incluye un producto de nitrato de amonio granulado que contiene microesferas, de acuerdo a la invención.

Se ha encontrado que las propiedades mejoradas mencionadas anteriormente de tal producto se conservan después de la carga neumática de un explosivo tipo ANFO, formado a partir del granulo poroso y petróleo combustible en la relación 94:6 normalmente utilizada para tal explosivo. De acuerdo a otro aspecto de la invención, un método de fabricación de un producto granulado poroso, en particular nitrato de amonio granulado poroso, incluye la etapa de agregar microesferas huecas en una concentración de entre 0.01 a 500 partes por millón al producto durante la granulación del producto, Además de acuerdo a la invención, el producto granulado poroso comprende nitrato de amonio. De preferencia, las microesferas huecas comprenden por lo menos uno de los tipos referidos anteriormente. Además de acuerdo a este aspecto de la invención, las microesferas se agregan en un punto durante el proceso de granulación en donde el producto líquido se divide en gotas. En donde se utilizan microglobos poliméricos, tal procedimiento sirve para minimizar el tiempo en que tales esferas se pueden realizar mediante la alta temperatura prevaleciente en el proceso de granulación. En donde se utilizan otros tipos de microesferas, el procedimiento mencionado anteriormente sirve para reducir el tiempo durante el cual tales esferas son sometidas a cualquier producto ácido acuoso el cual puede estar presente. Estos puntos de adición pueden comprender: (a) en el centro de un tipo convencional de alabe de granulación. (b) en el vastago de una unidad de granulación con boquilla (tipo regadera). (c) en el punto de inyección en el caso de material granulado con un recipiente. Además de acuerdo a la invención el método incluye la etapa de agregar al nitrado de amonio no granulado un carbonato y/o sílice coloidal en cualquier punto conveniente del proceso, antes de que se lleve a cabo la granulación, la generación de gas del carbonato se lleva a cabo de preferencia en la gota antes de la solidificación de una manera tal, que las burbujas sean pequeñas y uniformes y que el desprendimiento de gas no sea demasiado rápido. Así por ejemplo, cuando un tipo convencional de boquilla de granulación o alabe móvil se utiliza para la operación de granulación, el carbonato puede ser introducido por medio de una boquilla atomizadora ubicada al interior de tai aparato, en una posición espaciada entre su entrada y su salida.

Breve descripción del dibujo Una modalidad de un método de acuerdo a la invención se describirá ahora a manera de ejemplo con referencia al dibujo adjunto el cual es una vista en sección longitudinal esquemática a través de un aparato apropiado para llevar a cabo el método.

Descripción de la modalidad preferida En esta arreglo un tipo convencional de boquilla 10 de granulación formada cónicamente (regadera) se emplea para la granulación del nitrato de amonio. La boquilla 10 tiene una entrada tubular 11 a través de la cual la solución de nitrato de amonio a ser granulada se puede alimentar, en dos placas difusoras 12 y 13 que se extienden transversalmente, separadas espaciadamente y pasa de ahí vía una malla 14 de 100 micrómetros y la placa 15 de la boquilla como gotas 16 de nitrato de amonio. La boquilla 10 también se provee con un tubo 17 de descarga alargado, el cual corre por el lado de la boquilla 10 y el cual se dobla sobre su longitud como se indica. El tubo 17, el cual tiene su extremo delantero que pasa a través de una abertura en la boquilla 10 al interior de la boquilla 10, tiene una entrada 18 y una salida 19 ubicada al interior de la boquilla 10. Aunque la salida 19, la cual se conecta a una boquilla 20 rociadora de amplio ángulo, se muestra como está puesta al lado inferior de la placa difusora 12, se puede ubicar en efecto en cualquier lugar sobre la longitud de la boquilla 10. También, si se requiere, las placas difusoras 12 y 13 se pueden omitir. Las microesferas y/o solución de carbonato de potasio requerida en el proceso, se introducen a través de la entrada 18 para pasar por el tubo 17 y vía la salida 19 para emitir en forma pulverizada de la boquilla 20 al chorro pulverizado de nitrato de amonio que pasa desde la placa difusora 12 a la placa 13 difusora. Aunque la sílice coloidal requerida en el proceso se puede agregar a la solución de nitrato en volumen antes de la granulación, el método preferido es hacer una solución de sílice coloidal y agregar esta solución ya sea sola o en conjunción con la solución de carbonato a la boquilla 10 de granulación 10 vía la entrada 11.

Esta última adición en el proceso de granulación impide la gelificación del coloide de sílice y los bloqueos en el equipo de proceso. El material granulado el cual se forma comprende una matriz cristalina de nitrato de amonio, en el cual las microesferas están incorporadas. La tabla 1 refleja algunas de las propiedades encontradas con un producto de acuerdo a la invención. Tabla 1 (1) Esta es la carga en kilogramos requerida para romper un granulo, (2) Esto representa la resistencia de los granulos a la abrasión provocada por un vapor de aire y se expresa como el porcentaje de roturas de granulos provocadas por las fuerzas de abrasión resultantes. (3) Esto expresa la densidad incrementada de los granulos cuando una composición explosiva que contiene los granulos se carga neumáticamente en un pozo de sondeos. (4) Se notará que las propiedades físicas volumétricas de los granulos casi no cambian por la adición de 2 ppm de microesféras. El producto de acuerdo a la invención puede ser usado de manera convencional para fabricar una composición explosiva tipo ANFO 94:6.

La tabla 2 refleja los resultados de detonación obtenidos con tal composición explosiva. Tabla 2 Notas: (1) Los números se refieren al detonador numerado más pequeño que inicia el ANFO. Los detonadores usados contienen los siguientes explosivos (cantidades aproximadas): Las sensibilidades se miden en cargas confinadas de 26 mm, que se cargaron neumáticamente, usando el equipo y las condiciones de operación acostumbradas en las' minas de oro y platino de Sudáfrica en la explotación y perforación de yacimientos estrechos. (2) El diámetro crítico se define por Meyer, en "Explosivos", primera edición, de Verlag Chemie como el diámetro mínimo de una carga explosiva a la cual todavía se puede llevar a cabo la detonación. El diámetro crítico fue medido para cargas confinadas que se cargaron neumáticamente. (3) La velocidad de detonación (VOD) se define por la misma fuente como para el número 1 , como la velocidad de propagación de una detonación en un explosivo. Se expresa en unidades de longitud por unidad de tiempo, por ejemplo metros por segundo. (4) Las VOD establecidas son para cargas confinadas con diámetro de 26 mm, la carga se carga neumáticamente. (5) El intervalo de valores de VOD se obtiene con varias densidades cargadas, que son de nuevo dependientes de la presión en el dispositivo de carga neumático, durante el proceso de carga. (6) VOD de cargas vertidas en agujeros de mina de diámetro de 210 mm, en arenisca rota. (7) El PPAN modificado consiste de granulos de nitrato de amonio que contienen 2 partes por millón de microglobos de EXPANCEL 910. Se notará de la tabla 2 que la sensibilidad a la iniciación es más alta que aquella de la norma, bajo las condiciones de carga usadas durante la evaluación y que el diámetro crítico del producto es más pequeño. La velocidad de detonación de la composición de acuerdo a la invención es en general también más baja que aquella de la norma. La sensibilidad a la manipulación mecánica fue probada por métodos de acuerdo con aquellos recomendados por las Naciones Unidas, en relación a la "Transportation of Dangerous Goods" y se encontró que el producto de acuerdo a la invención es comparable con la norma.

Se ha encontrado que se proporciona un explosivo ANFO seguro y altamente eficiente en el costo, de acuerdo a la invención, el cual muestra una sensibilidad mejorada a la iniciación y velocidades de detonación consistentes sobre un rango amplio de diámetros de agujero de barreno y presiones de carga neumática. Uno de los beneficios clave observados durante el uso de tal explosivo en minas subterráneas se mejora notablemente en condiciones de techo y de aquí un ambiente de trabajo más seguro. En las aplicaciones de superficie, se han observado resultados de explosión superiores, especialmente cuando se utiliza en aplicaciones que lo requieren, tales como explosión en agujeros profundos o en materiales altamente fracturados o extremadamente competentes. También en el caso de ANFO pesado, la sensibilidad a la detonación mejorada del producto de acuerdo a la invención ofrece una ventaja sobre los sistemas conocidos. Esto es así debido a que el desempeño de los sistemas de ANFO pesado es vitalmente dependiente de la sensibilidad de la mezcla cuando se expone a las presiones estáticas y dinámicas. Se apreciará que no hay duda que muchas variaciones en detalle son posibles con un producto y método nuevos de acuerdo a la invención, sin desviarse del espíritu y/o alcance de las reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes

Claims (23)

1. Reivindicaciones 1. Un producto granulado, poroso, en particular nitrato de amonio granulado poroso, en forma de una matriz cristalina la cual tiene microesferas huecas incorporadas en la matriz, en una concentración de 0.01 a 500 partes por millón.
2. 2. El producto granulado, poroso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende nitrato de amonio.
3. 3. El producto granulado, poroso de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las microesferas comprenden por lo menos uno de los siguientes: globos poliméricos, globos de vidrio, esferas de metal huecas, productos porosos naturales tales como Perlite, cenosferas tales como flotadores de polvillo de ceniza o los semejantes.
4. 4. El producto granulado, poroso, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las microesferas tienen las siguientes propiedades físicas en el producto final: Tamaño : 5 - 1500 micrómetros Intervalo de densidad : 0.015 - 0.39 gramos por cm3 Estabilidad a la temperatura : Estable a temperaturas de proceso de 130-170°C durante un tiempo suficiente para efectuar la granulación durante el proceso de granulación. Resistencia a la rotura : Capaz de resistir al menos una fuerza de 100 Kg/cm2 o capaz de recuperar su forma después de una deformación por impacto.
5. 5. El producto granulado, poroso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las microesferas comprenden microglobos poliméricos de los cuales el tamaño del producto granulado está entre 2.0 y 150 mieras.
6. 6. El producto granulado, poroso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las microesferas comprenden el producto conocido en el mercado como Expancel 910.
7. 7. El producto granulado, poroso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque también incluye piedra caliza.
8. 8. El producto granulado, poroso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque incluye de 70.0% a 99.9% (masa por masa) de nitrato de amonio y de 30.0% a 0.1% (masa por masa) de piedra caliza.
9. 9. El producto granulado, poroso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque ha sido gasificado durante la granulación del nitrato de amonio.
10. 10. El producto granulado, poroso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el gas se desarrolla in situ en el nitrato de amonio vía una reacción química.
11. 11. El producto granulado, poroso de conformidad con las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el gas comprende dióxido de carbono el cual se forma por medio de la descomposición de un carbonato en medio ácido.
12. 12. El producto granulado, poroso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el carbonato comprende carbonato de potasio, el cual está presente en el producto en una concentración de entre 0.01 a 1.00% .-(masa/masa).
13. 13. El producto granulado, poroso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye sílice coloidal.
14. 14. El producto granulado, poroso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la sílice coloidal se provee mediante la adición al nitrato de amonio no granulado de ácido salicílico y/o ácido poiisalict?ico y/o silicato de sodio líquido en una concentración suficiente, de preferencia entre 0.1 y 10%
15. 15. Una composición explosiva, en particular ANFO y/o ANFO pesado, caracterizada porque incluye el producto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
16. 16. Un método para fabricar un producto granulado, poroso, en particular nitrato de amonio granulado poroso, caracterizado porque incluye la etapa de agregar microesferas huecas en una concentración de entre 0.01 a 500 partes por millón al producto durante la granulación del producto.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque las microesferas comprenden por lo menos uno de los siguientes: globos poliméricos, globos de vidrio, esferas de metal huecas, productos porosos naturales tales como Perlite, cenosferas tales como flotadores de polvillo de ceniza o los semejantes.
18. 18. El método de conformidad con las reivindicaciones 16 o 17, caracterizado porque las microesferas se agregan en un punto durante el proceso de granulación en donde el producto líquido se divide en gotas.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el punto de adición puede comprender cualquiera de los siguientes: (a) en el centro de un tipo convencional de alabe de granulación; (b) en el vastago de una unidad de granulación con boquilla (tipo regadera); (c) en el punto de inyección en el caso de material granulado con un recipiente.
20. 20. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque incluye la etapa de agregar al nitrato de amonio no granulado un carbonato y/o sílice coloidal en cualquier punto conveniente del proceso antes de que se lleve a cabo la granulación, la generación de gas a partir del carbonato se lleva a cabo de preferencia en la gota antes de la solidificación, de tal manera que las burbujas de gas sean pequeñas y uniformes y que el desprendimiento de gas no sea tan rápido.
21. 21. Un producto granulado, poroso, caracterizado porque es sustancialmente como se describe en la presente con referencia al ejemplo.
22. 22. Una composición explosiva, tal como ANFO y/o ANFO pesado, caracterizada porque incluye el producto granulado, poroso de conformidad con la "', reivindicación 21.
23. 23. Un método para fabricar un producto granulado, poroso sustancialmente como se describe en la presente con referencia al ejemplo y/o dibujo.