NO145838B - Ikke-stoevende aluminiumpulverholdige preparater og fremgangsmaate ved fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår aluminiumpulverpreparater

med fin partikkelstørrelse og fremgangsmåte ved fremstilling derav. Preparatene ifølge oppfinnelsen er særlig nyttige som sensibiliseringsmidler i velkjente sprengstoffer av vannoppslemningstypen.

Aluminiumpulvere med fin partikkelstørrelse hvor partiklene er av størrelser ned til bare noen få mikron, og hvor et størrelsesområde fra 2yum til lO^um er typisk, har en rekke anvendelser. Foruten i sprengstoffer av vannoppslemningstypen som sensibiliseringsmidler, anvendes de også i malinger, trykk-sverter og plast som farvestoffer.

Alle anvendelser av aluminiumpartikkelformige materialer

som involverer håndtering av et partikkelformig materiale inneholdende minst en del fint pulver av det ovennevnte størrelses-område, krever at man har i erindring en hovedfare ved slike fine pulvere: aluminiumpulver av mikronstørrelsen er et meget reaktivt materiale som er tilbøyelig til støveksplosjoner.

Denne meget aktuelle og farlige ulempe har, og legger fremdeles betraktelige bånd på den kommersielle anvendelse og håndtering av slike pulvere. Risikoen er betraktelig høyere hvis operasjonen det er tale om, både involverer nærværet av mikronstørrelsepulver og krevet håndteringen på et eller annet trinn av tørt pulver.

Disse problemer kan enten nedsettes tilstrekkelig eller endog effektivt unngåes, i mange tilfelle ved å sikre at aluminium - pulveret alltid er i hva som kalles en "vætet" tilstand, dvs.

det er alltid belagt med en organisk væske med hvilken aluminiumpulveret ikke reagerer. I alminnelighet er den anvendte organiske væske et hydrocarbon, og de mest alminnelig anvendte er white spirit eller paraffin.

Det bør merkes at vann vanligvis ikke kan anvendes som vætningsvæske. Grunnen til dette er at fint aluminiumpulver reagerer endog med koldt vann under dannelse av hydrogen og et mer eller mindre hydratisert aluminiumoxyd. Den nøyaktige natur av aluminiumoxydproduktet avhenger av de nøyaktige reaksjons-betingelser. Denne egenskap anvendes i virkeligheten med overlegg i noen tilfelle, f.eks. for å blåse betong- og cementsystemer for å frembringe hulrom i dem under herdningsprosessen.

Skjønt disse vætede pastaer er mindre farlige å håndtere fra eksplosjonssynspunkt på grunn av elimineringen av fritt luftbåret støv, er det ikke en fullstendig løsning på problemet. Der er to hovedgrunner for at de ikke er fullstendig tilfreds-st illende.

Den første er at en fare er i en viss grad bare blitt erstattet med en annen: støveksplosjonsfaren er blitt overvunnet på bekostning av dannelsen av en oppflamningsfare på grunn av hydrocarbonvæsken. Skjønt denne oppflambarhet også kan motvirkes ved et forsiktig valg av hydrocarbonet, kan det ikke helt eli-mineres.' Det bør også huskes at hvis det skulle oppstå brann, vil nærværet av aluminiumpulver forverre problemene, da dette også vil delta i storbrannen.

Det annet er at i mange systemer kan nærværet av hydrocarbonet anvendt for vætning av aluminiumpulveret ikke tolereres, og høyst bare tolereres i begrenset grad. Det kan vanligvis ikke tolereres på grunn av vanskelighetene dets nærvær skaper når det vætede pulver skal anvendes til sitt beregnede slutt-formål. Denne vanskelighet" er ofte akutt i vannholdige systemer, særlig de som inneholder lite eller ingen andre organiske oppløs-ningsmidler. Videre er dispergeringen av hydrocarbonet inn i et slikt vandig system ved å anvende overflateaktive midler,

ikke alltid en fullstendig løsning på problemene. Representative vandige systemer i hvilke bare begrensede mengder hydrocarboner kan tolereres, er betong- og sement-skumningssystemer, og oppslemningssprengstoffer. I begge tilfelle er et sikkert og lett håndterbart pulverpreparat som vil dispergeres i vann, ønskelig. Av disse to typer er oppslemningssprengstoffene kanskje de mest tolerante overfor hydrocarboner.

Men vandige oppslemningstyper av sprengstoffer setter også begrensninger til aluminiumpulveret som, i en viss grad, er praktisk talt uforlikelige og hvorav en utgjør en alvorlig ulempe i et cement- eller betong-skumningssystem. På den annen side kreves det at pulverne er tilstrekkelig kjemisk reaktive til å spille en effektiv rolle i eksplosjonsprosessene. Men på den annen side kreves pulverne å være tilstrekkelig kjemisk ureaktive overfor vann. Grunnen til det første av disse gjen-sidig motstridende kriterier er åpenbar: et sensibiliseringsmiddel som ikke virker, er unyttig. Den annen skyldes grunner som ikke er så åpenbare. Hvis i de vandige ammoniumnitrat-baserte systemer som vanligvis anvendes i oppslemningstypen av sprengstoffer, noe aluminiumpulver som anvendes som sensibiliser-ingsreagens, reagerer med vannet i systemet, da vil noen, eller alle av tre hovedkonsekvenser følge. Først kunne alt sensibiliseringsmiddel bli forbrukt og føre til at sprengstoffet ikke vil eksplodere. Farene som derefter kan følge, trenger ingen kommentarer. For det annet kan forbruket av bare en del av sensi-biliseringsmidlet ha to følger: dannelsen av hydrogengassbobler og belegningen av sensibiliseringspartiklene med et lag av et eller annet slags hydratisert oxyd. Disse gassbobler bevirker igjen farer: i et ekstremt tilfelle kan de føre til at en opp-slemning enten går "død" og ikke eksploderer i det hele tatt, eller i mindre ekstreme tilfelle kan de alvorlig inhibere eks-plos jonsprosessen. I begge tilfelle funksjonerer ikke sprengstoffet riktig. Dannelsen av et oxydisk belegg på partiklene er også skadelig for sprengstoffets ytelse: det er kjent fra studier av luftblåst partikkelformig aluminium anvendt som et brensel i oppslemningstypen av sprengstoffer, at partikler med en sterkt oxydert overflate slett ikke arbeider godt. Men den tredje grunn er en mere praktisk en. I en grube blir et borehull ikke nødvendigvis sprengt straks efter fyllingen med sprengstoff. Forsinkelsen kan ta timer eller endog dager. En grubeoperatør krever derfor et system som kan tåle slike forsinkelser: og et system i hvilket aluminiumsensibiliseringspulveret reagerer, kan tydelig ikke tåle megeh forsinkelse mellom ladningen av bore-hullet og avfyringen av det.

Men allikevel må der mot alle disse ulemper settes det forhold at industrielt er den mest bekvemme fremgangsmåte for fremstilling av aluminium med fin partikkelstørrelse å male det, vanligvis i en kulemølle, og i et hydrocarbonoppløsningsmiddel, som white spirit eller paraffin. Det følger derfor at det er ønskelig å utvikle metoder som tillater sikker håndtering som spesielt ikke skaper støveksplosjonsproblemer.

Det har vært foreslått å overvinne disse støvfarer for slike pulvere når de er tørre, og ved sprengstoffanvendelsen i tankene, ved å belegge aluminiumpulveret. Ved en fremgangsmåte belegges aluminiumstøvet med et polyfluorethylenmateriale, som "Teflon-K" ved å tumle det tørre aluminiumpulver med polymeren ved en temperatur på ca. 100°C. Det vil straks sees at denne metode involverer håndtering av et tørt aluminiumpulver. Denne metode er imidlertid vellykket ved at den effektivt vil avstøve pulvermaterialet som vakuumtørret aluminiumflak. Denne metode har imidlertid to ytterligere ulemper. For det første er poly-fluorethylenpolymermaterialer relativt dyre. I sprengstoff-sammenheng er den annen ulempe langt viktigere: disse polyfluor-ethylenbelegg reduserer markert aluminiumpulveres effektivitet som sensibiliseringsmidler. Det kan bli nødvendig å anvende opptil 30% mere avstøvet aluminium som har et slikt polyfluor-ethylenbelegg for å oppnå den samme virkning som det ubelagte materiale i et sprengstoff av oppslemningstypen.

Ved en alternativ metode er det foreslått å male, f.eks.

i en kulemølle, blåst aluminiumpulver i fravær av vann og i nærvær av stearinsyre og et hydrocarbonmedium. Hydrocarbonet er vanligvis white spirit eller paraffin. Produktet skilles så fra hydrocarbonet ved filtrering og vakuumtørring. En slik prosess er ikke helt tilfredsstillende. Først og fremst inneholder produktet fremdeles noe støv, og derfor blir håndteringsfaren bare nedsatt, ikke eliminert. For det annet har disse pulvere vist seg leilighetsvis å gasse, dvs. å reagere med vann i spreng-stoffoppslemningen. Ulempene ved dette er omtalt ovenfor. For det tredje forringes deres bruksegenskaper alvorlig hvis noe hydrocarbon forblir tilbake på pulveret: det er hyppig tilfelle at en slik forringelse først oppdages når et ladet borehull ikke eksploderer, eller ikke sprenger riktig. Disse farer er også omtalt ovenfor.

Ingen av disse fremgangsmåter gir således et produkt som er kommersielt tiltrekkende for feltanvendelse i et sprengstoff av oppslemningstypen.

Foreliggende oppfinnelse søker å overvinne alle disse problemer med å fremskaffe et aluminiumpulver som er både støvfritt, ureaktivt med vann, og også er et effektivt sensibiliseringsmiddel for sprengstoff av oppslemningstypen og som, om ønskes, kan befries fullstendig for hydrocarboner.

Det har nu vist seg at et aluminiumpulverpreparat med fin partikkelstørrelse kan fremstilles som oppfyller disse ford-ringer ved å male et partikkelformig aluminiumutgangsmateriale i et hydrocarbonmedium og i nærvær av en polyvinylpyrrolidonharpiks. Det har også vist seg at i et slikt system kan hydrocarbonet erstattes av et polart oppløsningsmiddel som vann eller formamid ved en relativt enkel metode.

Ved oppfinnelsen fremskaffes således et i det vesentlige ikke-støvende finpartiklet vann-dispergerbart aluminiumpulverpreparat inneholdende, beregnet på vekten av aluminiumpulveret, fra 5 til 20 vekt% av en polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 30

til 50% av et flytende medium valgt fra enten et hydrocarbon-oppløsningsmiddel eller et polart oppløsningsmiddel i stand til å svelle eller oppløse polyvinylpyrrolidonharpiksen, som vann, ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte ved fremstilling av et i det vesentlige ikke-støvende, finpartikkelformig vann-dispergerbart aluminiumpulverpreparat, og omfatter: (a) fin-deling av en partikkelformig aluminiumpåmatning i et hydrocarbonmedium og i nærvær av fra 5 til 20 vekt%, beregnet på vekten av aluminiumpartikkelpåmatning, av et polyvinylpyrroli-donharpikspulver inntil en ønsket aluminiumpartikkelstørrelse er nådd, og derefter fjerne hoveddelen av hydrocarbonmediet for å skaffe et preparat inneholdende fra 30% til 50 vekt%, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, av hydrocarbon;

og (b) derefter, om ønskes, å fortrenge det gjenværende hydrocarbonmedium fra preparatet ved å tilblande det fra 30% til 50 vekt%, beregnet på vekten av aluminiumpulver, av et polart oppløsningsmiddel valgt fra gruppen vann, ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid, som er i stand til å svelle eller oppløse polyvinylpyrrolidon, og derefter skille det fortrengte hydrocarbonmedium fra preparatet.

For hver 100 vektdeler aluminium i preparatene fremstilt ved foreliggende fremgangsmåte i sin bredeste form, er der således fra 5 til 20 vekt% polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 30 til 50 vektdeler flytende medium.

Egnede hydrocarboner for anvendelse både i preparatene og

i det første trinn av fremgangsmåten er white spirit, kerosen, paraffin eller lignende. Det foretrukne hydrocarbon er kerosen, på grunn av dets høyere flammepunkt. Fortrinnsvis inneholder produktet erholdt ved slutten av det første trinn av fremgangsmåten, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, fra 30% til 40% hydrocarbonmedium.

Fortrinnsvis inneholder preparatene fra IO til 15 vekt% beregnet på vekten av aluminiumpulver, av polyvinylpyrrolidon-ha rpiks.

Størrelsen av aluminiumpulveret erholdt i preparatet er av en viss viktighet. Typisk er det slik at 90 vekt% derav vil passere en 325 mesh Tyler sikt. Et foretrukket størrelsesområde for minst 90% av partiklene er således fra 2 (im til IO { im.

Aluminiummetallmaterialet anvendt for å fremstille pulveret kan være nesten en hvilken som helst passende småpartikkelformig aluminiumpåmatning. Luftblåst pulver, oppkappet folie og findelt skrap fra forskjellige bearbeidelsesprosesser, f.eks. boksfrem-stilling, kan alle anvendes. Videre kan både relativt rent aluminium og aluminiumlegering-påmatningsmateriale anvendes med hell. Det er imidlertid ønskelig når legert materiale skal anvendes, å unngå en påmatning som inneholder betraktelige mengder av ele-menter som kan skade egenskapene av det fremstilte preparat når anvendt i et sprengstoff av oppslemningstypen. Eksempelvis er det påvist at betraktelige mengder av kobber og zink har vist seg å nedsette detonasjonshastigheten når partikler inneholdende Al-Cu- og Al-Zn-legeringer anvendes som brensel i et ammonium-nit rat-brenselolje-oppslemningssprengstoff.

Ved fremstilling av preparatene ifølge; oppfinnelsen kan en hvilken som helst passende anordning for å findele, som vil gi et pulver med den passende partikkelstørrelse, anvendes. En enkel kulemølle er meget tilfredsstillende likesom kommersielt tilgjengelige, mere utviklede møller som Szegavari Attritor.

Så langt det har kunnet fastlegges er en hvilken som helst av de kommersielt tilgjengelige polyvinylpyrrolidonharpikser anvendbare ved foreliggende oppfinnelse.

Til mange formål er et hyd roca rbonf r i 11 preparat ønskelig. Som nevnt ovenfor, er ett trekk ved foreliggende oppfinnelse fremskaffelsen av et væt et hydrocarbonfritt preparat. Slike hydrocarbonfrie systemer foretrekkes når preparatene ifølge oppfinnelsen anvendes som sensibiliseringsmidler for sprengstoffer av oppslemningstypen. Aluminiumpreparatene kan befries for hydrocarbon og gi et preparat inneholdende et polart oppløsnings-middel ved flere metoder.

I det vesentlige er metoden ganske enkelt å fortrenge hydrocarbonet ved tilsetning av et polart oppløsningsmiddel som vil oppløse eller svelle polyvinylpyrrolidonharpiks.

Således kan et preparat inneholdende vann erholdes ved å kna et preparat inneholdende hydrocarbon med den nødvendige mengde vann, og derpå fraskille det fortrengte hydrocarbon. Ofte er enkel dekantering tilstrekkelig når en vandig pasta fremstilles.

Alternativt kan et harpiks-gellignende system inneholdende aluminiumpulveret erholdes ved å anvende et polart organisk opp-løsningsmiddel. De foretrukne organiske oppløsningsmidler er ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol eller formamid. Oppløs-ningsmidlet tilsettes i en mengde på fra ca. 30% til ca. 50%, idet den lavere ende av dette område, dvs. rundt 30%, foretrekkes. Den tilsatte mengde er igjen basert på vekten av aluminiumet i preparatet. Oppløsningsmidlet synes å svelle polyvinylpyrrolidonharpiksen, som så løper sammen og danner et gellignende system som inneslutter i seg aluminiumpulveret. Dette danner en fase adskilt fra hydrocarbonet som så kan fraskilles.

I begge tilfelle dispergeres disse hydrocarbonfrie preparater i vann under dannelse av en dispersjon av meget fine aluminiumpartikler.

Som nevnt ovenfor, kan ved fremstilling av slike hydro-carbonf rie preparater, hydrocarbonet ofte fjernes ved enkel dekantering. I praksis har det vist seg at, særlig med organiske polare oppløsningsmidler, vil en slik enkel dekantering fremdeles late tilbake betraktelige mengder hydrocarbon. Dette kan føre til en nedsatt sensibiliseringseffekt i et sprengstoff av oppslemningstypen. Hvis fullstendig fjernelse av hydrocarbonet finnes nødvendig, kan dette lett oppnåes ved en hvilken som helst av standardmetodene for å skille et fast stoff og en væske. En metode som har vist seg å være vellykket, er å klemme pastaen i en tube med et relativt løstpassende stempel for å fremstille en kake. Hydrocarbonet slipper forbi stemplet og kan da lett fjernes. Klemmingen av pastaen til en kake på denne måte synes ikke å ha noen virkning på dens dispergerbarhet i vann. Men det er mange andre metoder som kan anvendes: f.eks. pressing mot en porøs plate gjennom hvilken hydrocarbonet ville unnslippe, og en konvensjonell filterpresse er andre. Den underliggende parameter som må haes i erindringen, er at graden av separasjon av hydrocarbonet fra pastaen må være slik at utilstrekkelig hydrocarbon blir tilbake til å gripe forstyrrende inn i den endeanvendelse som haes i tankene.

Aluminiumpreparatene ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for anvendelse i vandige oppslemningssprengstoffer, enten som et hydrocarbonholdig preparat eller et hydrocarbonfritt preparat. Da de sistnevnte er lettere å dispergere, foretrekkes de. De oppviser også de to mest ønskelige egenskaper som kreves av et sprengstoff av oppslemningstypen: de virker tilstrekkelig som et sensibiliseringsmiddel og synes å være inaktive mot det vandige miljø hvori de anvendes. Et typisk ammoniumnitratsprengstoff av oppslemningstypen i hvilket disse preparater har vært prøvet,

er som følger, idet mengdene er angitt i vektdeler:

Som oppløsningsmiddel har ethylenglycol, diethylenglycol og formamid vist seg å være helt ombyttbare. I denne mengde synes de ikke å ha noen virkning på sprengstoffets egenskaper. Forsøk har vist at et slikt system vil detonere riktig over et temperaturområde fra 0°C til minst 19°C, og i borehullstørrelser varierende fra 75 mm til 230 mm.

Disse sensibiliseringsmidler oppviser også, som nevnt ovenfor, en ganske bemerkelsesverdig grad av stabilitet. Forsøk med forpakkede sprengstoffer av oppslemningstypen har vist ikke mere enn minimal gassing ved lagring over tidsrom opptil 3 uker. Denne grad av stabilitet er mer enn tilstrekkelig for feltanvendelse, hvor forpakking av oppslemningene ikke vanligvis anvendes, av sikkerhetsgrunner.

Claims (17)

1. Et i det vesentlige ikke-støvende fint partikkelformig vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat, karakterisert ved at det inneholder, beregnet på vekten av aluminiumpulver, fra 5 til 20 vekt% av en polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 30 til 50 vekt% av et flytende medium valgt fra enten et hydrocarbonoppløsningsmiddel eller et polart oppløsningsmiddel som er i stand til å svelle eller oppløse polyvinylpyrrolidonharpiksen, som vann, ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid.

2. Preparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder, beregnet på vekten av aluminium, fra 5 til 20 vekt% av en polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 30 til 50 vekt% av et flytende hydrocarbonmedium.

3. Preparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder, beregnet på vekten av aluminium, fra 5 til 20 vekt% av en polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 30 til 50 vekt% av et polart oppløsningsmiddel som er i stand til å svelle eller oppløse polyvinylpyrrolidonharpiksen.

4. Preparat ifølge krav 1 - 3> karakterisert ved at det inneholder, beregnet på vekten av aluminiumpulver, fra 10 til 15 vekt% av en polyvinylpyrrolidonharpiks.

5. Preparat ifølge krav 1 - 4> karakterisert ved at minst 90% av aluminiumpulveret passerer en 325 mesh Tyler sikt.

6. Preparat ifølge krav 1-5, karakterisert ved at minst 90% av aluminiumpulveret har en størrelse fra 2 U-m til 10 um.

7. Freparat ifølge krav 1-6, karakterisert ved at hydrocarbonet er white spirit eller kerosen.

8. Preparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inneholder 30 - 40 vekt% hydrocarbon beregnet på vekten av aluminium.

9. Preparat ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at det polare oppløsnings-middel er ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid.

10. Preparat ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at det inneholder ca. 30 vekt% polart oppløsningsmiddel, beregnet på vekten av aluminium.

11. Fremgangsmåte ved fremstilling av i det vesentlige ikke-støvende finpartikkelformig vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat , karakterisert ved at: (a) en partikkelformig aluminiumpåmatning findeles i et hydrocarbonmedium og i nærvær av fra 5 til 20 vekt%, beregnet på vekten av aluminiumpåmatning, av et polyvinylpyrrolidonharpiks-pulver inntil en ønsket aluminiumpartikkelstørrelse er oppnådd, og derefter fjernes hovedmengden av hydrocarbonmedium for å få et preparat inneholdende fra 30% til 50 vekt%, beregnet på vekten av aluminium , av hydrocarbonet; og (b) derefter fortrenges, om ønskes, det gjenværende hydrocarbonmedium fra preparatet ved å tilblande det fra 30% til 50 vekt%, beregnet på vekten av aluminiumpulver, av et polart oppløsnings-middel valgt fra gruppen vann, ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid, som er i stand til å svelle eller oppløse polyvinylpyrrolidon, og derefter skille det fortrengte hydrocarbon fra preparatet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at der som hydrocarbon anvendes white spirit eller kerosen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at findelingen fortsettes inntil minst 90% av aluminiumpulveret er av en størrelse som vil passere en 325 mesh Tyler sikt.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at findelingen fortsettes inntil minst 90% av aluminiumpulveret har et størrelsesområde fra 2^,um til 10^,um.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at tilstrekkelig hydrocarbon fjernes til at der fåes et preparat inneholdende, beregnet på vekten av aluminium, fra 30 til 40% hydrocarbon.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at hydrocarbonet fjernes slik at man får et preparat med ca. 30% polart oppløsningsmiddel.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at der som polart oppløs-ningsmiddel anvendes ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid.