NO147556B - Fenghette-foelsomt vann-i-olje-emulsjonssprengstoff - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedrede sprengstoffer. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen vann-i-olje-emulsjons-sprengstoffer med en diskontinuerlig vannfase og en kontinuerlig oljefase eller ikke-vannblandbar flytende, organisk fase. Sprengstoffene omfatter (a) avsluttende dråper av en vandig oppløsning av uorganiske, oksyderende salter, (b) et ikke-vannblandbart, flytende organisk brensel som danner en kontinuerlig fase hvorigjennom dråpene er disper-gert, (c) et emulgerende middel som danner en emulsjon av dråpene av oppløsning av oksyderende salt gjennom den kontinuerlige, flytende, organiske fase og (d) perlitt med liten partikkelstørrelse. Bruken av perlitt med liten partikkelstørrelse gjør preparatet fenghette-følsomt. Som benyttet her, betyr uttrykket "fenghette-følsomt at preparatet er detonerbart med en nr. 8 fenghette ved 2 0°C i en ladningsdiameter på 32 mm eller mindre.

Forskjellige tilnærminger er blitt benyttet for å frem-stille fenghette-følsomme vann-i-olje-emulsjonssprengstof-fer. Eksplosive bestanddeler såsom trinitrotoluen og pentaerytritoltetranitrat; detoneringssensitiviserende midler eller katalysatorer såsom henholdsvis en uorganisk metallforbindelse med atom nr. 13 eller større og strontium-forbindelser og mikrokuler eller mikrobobler av glass er blitt benyttet som sensitiviserende midler. Disse sensitiviserende midler er imidlertid relativt kostbare og når det dreier seg om eksplosive bestanddeler krever de forsiktig håndtering.

Foreliggende oppfinnelse representerer en forbedring i forhold til tidligere kjente sprengstoffer ved at man kan oppnå fenghette-følsomhet med en bestanddel som hverken er farlig eller kostbar og som allikevel vil gjøre vann-i-olje-sprengstoffer fenghette-følsomme. Den ikke farlige og relativt billige bestanddel er perlitt med liten partikkelstørrelse som er beskrevet i det etterfølgende.

Perlitt er til nå blitt benyttet som et tetthetsreduserende middel i konvensjonelle oppslemmingssprengstoffer med en kontinuerlig vannfase og er blitt foreslått for bruk i vann-i-olje sprengstoffer f. eks. i spalte 3 i US-PS 3 765

964. Dette patentet benytter imidlertid en strontium-ion de-toneringskatalysator for å oppnå fenghettefølsomhet i stedet for perlitt med en kritisk partikkelstørrelse som i den foreliggende oppfinnelse. Perlitt som er blitt benyttet eller foreslått for bruk opptil nå, har hatt en vesentlig større gjennomsnitlig partikkelstørrelse enn ifølge den foreliggende oppfinnelse, og vil derfor, ikke gjøre preparatet fenghette-følsomt slik som perlitt med mindre partikkelstørrelse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Dette forholdet i sensitivitet er illustrert i de etterfølgende eksempler.

Foreliggende oppfinnelse angår således et fenghettefølsomt vann-i-olje emulsjonssprengstoff som har en densitet i området 0,9 - 1,4 g/cm 3, og som består av et vann-ublandbart, flytende organisk brennstoff som kontinuerlig fase, et emulgerende middel og perlitt som sensitiviserende middel, og dette sprengstoff karakteriseres ved at perlitten har en gjennomsnitlig partikkel-størrelse i området fra 100 til 150 ym, der 90% av partiklene er mindre enn 300 ym, og inngår i en mengde av 1-8 vekt-%, basert på det totale sprengstoff.

Det oksyderende salt eller salter velges fra gruppen som be-, står av ammonium og alkalimetallnitrater og perklorater. Mengden oksyderende salt som benyttes er vanligvis fra ca. 45 til ca. 94 vekt-% av det totale preparat og fortrinnsvis fra ca. 60 til ca. 86%. Det oksyderende salt er fortrinnsvis ammoniumnitrat (AN) alene (fra ca. 50 til ca. 80 vekt-%) eller sammen med natriumnitrat (SN) (opptil 30 vekt-%). Kaliumnitrat-perklorater og mindre mengder CN kan imidlertid også benyttes. Fortrinnsvis alt det oksyderende salt oppløses i den vandige saltoppløsning under fremstillingen av preparatet. Etter fremstillingen og avkjøling til værelsestemperatur, kan imidlertid noe av det oksyderende salt felles ut fra oppløsningen. Siden oppløsningen er tilstede i preparatet som små, avsluttede, dispergerte dråper, vil krystall-størrelsen av eventuelle utfelte salter bli fysisk hemmet. Dette er et fortrinn siden det tillater større kontakt mellom det oksyderende middel og brennstoff.

Vann benyttes i en mengde på fra ca. 2 til ca. 30 vekt-% basert på det totale preparat. Det benyttes fortrinnsvis i mengder på fra ca. 5 til ca. 20% og fortrinnsvis fra ca.

8 til ca. 16%. Vann-ublandbare, organiske væsker kan del-vis erstatte vann som oppløsningsmiddel for saltene, og slike væsker kan også virke som brennstoff for preparatet. Videre virker visse organiske væsker som frysepunktsned-settende midler og reduserer størkningspunktet for de

oksyderende salter i oppløsning. Dette kan øke følsomheten og håndterligheten ved lave temperaturer. Blandbare, flytende brennstoffer kan omfatte alkoholer såsom metylalkohol, glykoler såsom etylenglykoler, amider såsom formamid og

analoge væsker som inneholder nitrogen. Som kjent, vil mengden total væske som benyttes variere etter størknings-punktet for saltoppløsningen og de ønskede fysikalske egenskaper.

Det ikke-blandbare, flytende, organiske brennstoff som danner den kontinuerlige fase i preparatet, er tilstede i en mengde på fra ca. 1 til ca. 10%, og fortrinnsvis i en mengde på fra ca. 3 til 7%. Den faktiske mengde som benyttes kan variere avhengig av de spesielle, ikke-blandbare brennstoffer og eventuelle ytterligere brennstoffer som benyttes. Når fyringsolje eller mineralolje benyttes som eneste brennstoff, benyttes de fortrinnsvis i mengde på fra ca. 4 til ca. 6 vekt-%. De ikke-blandbare, organiske brennstoffer kan være alifatiske, alicykliske og/eller aromatiske og kan værer mettet og/eller umettet, så lenge de er flytende ved fremstillingstemperaturen. Foretrukne brennstoffer omfatter mineralolje, voks, parafinoljer, benzen, toluen, xylener og blandinger av flytende hydro-karboner som vanligvis benevnes petroleumsdestillater såsom bensin, kerosen og dieseloljer. Spesielt foretrukne flytende brennstoffer er mineralolje og nr. 2 fyringsolje. Tallolje, fettsyrer og derivater og alifatiske og aromatiske nitroforbindelser kan også benyttes. Blandinger av hvilke som helst av de ovennevnte brennstoffer kan benyttes. Det er spesielt foretrukket å kombinere spesifikke brennstoffer med spesifikke emulgerende midler som beskrevet nedenunder.

Eventuelt og i tillegg til det ikke-blandbare, flytende, organiske brennstoff, kan faste stoffer eller andre flytende brennstoffer eller begge benyttes i utvalgte mengder. Eksempler på faste brennstoffer som kan benyttes er finfordelte aluminiumpartikler, finfordelte, karbonholdige metarialer såsom gilsonitt eller kull; finfordelt, vege-tabilsk korn såsom hvete, og svovel. Blandbare, flytende brennstoffer som også virker som flytende fortynnere er nevnt ovenfor. Disse ytterligere faste og/eller flytende brennstoffer kan vanligvis tilsettes i mengder som går opp til 15 vekt-%. Om man ønsker dette, kan uoppløst, oksyderende salt tilsettes oppløsningen sammen med et hvilket som helst fast eller flytende brennstoff.

De emulgerende midler som anvendes i sprengstoffet ifølge oppfinnelsen kan være de som vanligvis benyttes og forskjellige typer er nevnt i de ovennevnte patenter. Det emulgerende middel benyttes i en mengde på fra ca. 0,2 til ca. 5 vekt-%. Det benyttes fortrinnsvis i en mengde på

fra ca. 1 til ca. 3%. Man får et synergistisk resultat når spesielle emulgerende midler kombineres med spesielle, flytende, organiske brennstoffer. F.eks. er 2-(8-hepta-decenyl)-4,4-bis(hydroksymetyl)-2-oksazolin sammen med

raffinert mineralolje et meget effektivt emulgerende middel og flytende organiske brenselssystem.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen reduseres fra sin natur-lige densitet på nær 1,5 g/cm 3, primært ved tilsats av perlitt ifølge oppfinnelsen. Perlitten bør dispergeres jevnt gjennom hele sprengstoffet. Andre densitetsreduserende midler kan også benyttes. Gassbobler kan fanges i sprengstoffet under mekanisk blanding av de forskjellige bestanddeler. Et densitetsreduserende middel kan tilsettes for å senke densiteten ved kjemiske midler. En mindre mengde (0,01 til ca. 0,2%,eller mer) av et gassdannende middel såsom natriumnitrit, som dekomponerer kjemisk og frembringer gassbobler, kan benyttes for å redusere densiteten. Små hule partikler såsom glasskuler, styroskum-kuler og plast-mikroballonger kan også tilsettes. To eller flere av de ovenfor beskrevne, vanlige, gassdannende midler kan benyttes samtidig.

Perlitt som anvendes i sprengstoffet ifølge oppfinnelsen har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse fra 100 til 150 ym og fortrinnsvis fra 100 til 120 ym. Fortrinnsvis er ca. 90% av partiklene mindre enn 300 ym, og helst på ca.

200 ym. Perlitt tilsettes i mengder på fra 1 til 8 vekt-% basert på det totale preparat og fortrinnsvis i mengder på fra 2 til 4%. Perlitt er kommersielt tilgjengelig under varemerket "GT-2 3 Microperl", "GT-4 3 Microperl" og "Dicalite DPS 20". Et produkt som benevnes "Insulite" svarer også til det angitte størrelsesområdet. De fysiske egenskaper av disse produkter er gitt nedenfor.

En av hovedfordelene ved vann-i-olje-sprengstoffer i forhold til en oppslemming med kontinuerlig vannfase, er at fortyk-nings- og fornetningsmidler ikke er nødvendige for stabilitet og vannmotstand. Slike midler kan imidlertid tilsettes om man ønsker dette.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen fremstilles ved fortrinnsvis først å oppløse det eller de oksyderende salt eller salter i vann (eller vandig oppløsning av vann og et bland-bart, flytende brennstoff) under oppvarming på fra ca. 25

til ca. 110°C.avhengig av størkningspunktet for saltopp-løsningen. Det emulgerende middel og ikke-blandbare, flytende organiske brennstoff tilsettes deretter til den vandige oppløsningen fortrinnsvis oppvarmet til den samme temperatur som saltoppløsningen, og den resulterende blanding omrøres tilstrekkelig heftig til å invertere fasene og frembringe en emulsjon av den vandige oppløsning i en kontinuerlig, flytende, hydrokarbon-brennstoffase. Vanligvis kan dette oppnås stort sett spontant med rask omrøring.

(Preparatet kan også fremstilles ved å tilsette den vandige oppløsning til den organiske væske.) Omrøringen bør fort-settes inntil preparatet er jevnt. Perlitt og eventuelle andre faste bestanddeler tilsettes deretter og innrøres i sprengstoffet.

Det har vist seg å være spesielt gunstig på forhånd å oppløse det emulgerende middel i det flytende, organiske brennstoff før tilsetningen av det organiske brennstoff til den vandige oppløsning. Fortrinnsvis tilsettes brennstoffet og det emulgerende middel som er oppløst på forhånd til den vandige oppløsning ved omtrent oppløsningens temperatur. Dette gjør det mulig for emulsjonen å dannes raskt og med liten omrøring.

Følsomhet og stabilitet i sprengstoffene kan forbedres ved

å føre dem gjennom et system med høy skjærkraft for å bryte opp den dispergerte fase i ennu mindre dråper før tilsetningen av perlitt. Denne ytterligere behandling gjennom en kolloidmølle har vist en forbedring av reologi og yteevne.

Som en ytterligere illustrasjon av oppfinnelsen, inneholder tabell I sprengstoffer og detoneringsresultater av foretrukne slike ifølge oppfinnelsen. Alle sprengstoffene var fenghette-følsomme i små diametere.

Tabell II viser virkningen av å benytte forskjellige mengder perlitt med liten partikkelstørrelse i ladninger med minst diameter. Sprengstoff A som inneholdt bare 0,50% perlitt ga ikke en stabil detonering; men sprengstoff B som inneholdt 0,99% perlitt detonerte tilfredsstillende.

Tabell III er en sammenligning mellom sprengstoffer som inneholder forskjellige typer perlitt. Sprengstoffene A-F inneholdt perlitt med den krevede, lille partikkelstørrelse,

og alle disse sprengstoffer var fenghette-følsomme som angitt. Sprengstoff G inneholdt perlitt med relativt stor partikkel-størrelse og var ikke fenghette-følsom selv om det inneholdt like mye perlitt som sprengstoffene A-C. Sprengstoff H inneholdt også grov perlitt som sprengstoff G, men i vesentlig større mengder. Denne store mengde var nødvendig for å gi den samme densitet som sprengstoffene A-F. Siden sprengstoff H viste seg å være fenghette-følsomt (selv om deto-neringshastigheten er lavere enn for sprengstoffene A-F),

var en tilstrekkelig mengde perlitt med liten partikkel-størrelse tilstede i den generelt grove blanding til å gi slik følsomhet. Således kunne man påvise at perlitt i sprengstoff H ga en fenghette-følsomhet bare hvis man benyttet en stor mengde.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen kan pakkes, f.eks. i

form av sylindriske pølser eller kan lades direkte i et borehull for etterfølgende detonering. I tillegg kan de pumpes eller ekstruderes fra en pakke eller en beholder til et borehull. Avhengig av forholdet mellom vann- og olje-faser, er sprengstoffene ekstruderbare og/eller pumpbare med vanlig utstyr. Viskositeten i sprengstoffene kan imidlertid øke med tiden avhengig av om de oppløste, oksyderende salter felles ut fra oppløsningen og i hvilken utstrek-ning de gjør dette.

Den lave temperatur, følsomhet ved liten diameter og den foreliggende vannavstøtelighet i sprengstoffene gjør dem anvendelige og økonomisk gunstige for de fleste formål.

Nøkkel; a 2-(8-heptadecenyl)-4,4-bis(hydroksymetyl)-2-oksazolin b Grefco, Inc. "GT-23 Microperl" c Grefco, Inc. "GT-43 Microperl" d Leni Block Co. "msulite" e Det første tall er fenghettenummer og desimaltallet er detoneringshastighet i km/sek.

Nøkkel:

a 2-(8-heptadecenyl)4,4-bis(hydroksymetyl)-2-oksazolin. b Grefco, Inc. "Dicalite DPS-20"

c Desimaltallet er detoneringshastighet i km/sek.

F = feil, D = detonering

d Disse lave gjennomsnittlige hastigheter angir ufullsten-dig detonering.

e Detonering for minimum forsterker basert på støynivå og fravær av ureagert sprengstoff, med stabil detonering er tvilsom under hensyntagen til de lave hastigheter.

Claims (3)

1. Fenghette-følsomt vann-i-olje-emulsjonssprengstoff som har en densitet i området 0,9 - 1,4 g/cm 3, og som består av et vann-ublandbart, flytende, organisk brennstoff som kontinuerlig fase, en emulgerbar, vandig, uorganisk saltoppløsning som diskontinuerlig fase, et emulgerende middel og perlitt som sensitiviserende middel, karakterisert ved at perlitten har en gjennomsnitlig partikkelstørrelse i området fra 100 til 150 ym, der 90% av partiklene er mindre enn 300 ym, og inngår i en mengde av 1-8 vekt-%, basert på det totale sprengstoff.

2. Sprengstoff ifølge krav 1,karakterisert ved at perlitten har en gjennomsnitlig partikkelstørrelse på fra 100 til 120 ym og ved at ca. 90% av partiklene er mindre enn 200 ym.

3. Sprengstoff ifølge krav 3,karakterisert ved at perlitt et tilstede i en mengde på fra 2 til 4 vekt-%, basert på det totale sprengstoff.