NO147984B - Vann-i-olje-emulsjonssprengstoff. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår vann-i-olje-emulsjonssprengstoff som er detonerbart med en nr. 6 fenghette i patron-diametre på 32 mm eller mindre.

Vann-i-olje-emulsjonstypen av sprengmidler ble først publi-sert av Bluhm i US patent 3 447 978- Disse emulsjonstype-sprengmidler inneholder en vandig oppløsning av uorganisk oxyderende salt som er emulgert i den disperse fase i en kontinuerlig carbonholdig brenselfase, og i en jevnt fordelt gassformig bestanddel. Slike emulsjonstype-sprengmidler har mange fordeler over andre sprengmidler av vannoppslemningstypen, men de er ikke sprengkapselfølsomme. Slike materialer krever derfor en overdrager for å bevirke deres detonasjon.

I US Reissue Patent 28 06o angis tilsetningen av visse amin-nitratforbindelser til vann-i-olje-emulsjonspreparat ene for å sikre at når de først er detonert, vil eksplosjonen forplante seg nedover et 50 - 76 mm borehull. Bare tilsetningen av aminnitrater til de konvensjonelle vann-i-olje-emulsjonstyper av sprengmidler vil imidlertid ikke gjøre slike materialer sprengkapselfølsomme.

I US patent 3 770 522 foreslåes det at tilsetningen av materialer som trinitrotoluen, pentaerythritoltetranitrat og lignende til konvensjonelle vann-i-olje-sprengmidler vil gjøre dem sprengkapselfølsomme. Det er imidlertid vel kjent at slike materialer er sprengstoffer og er dyrere enn konvensjonelle best anddeler som inngår i vann-i-olje-emulsjonssprengmidler, og de erholdte produkter gir ikke tilstrekkelig ytelse i borehull av liten diameter, og er utilfredsstillende av andre grunner.

US patent 3 715 247 og 3 765 964 angir at vann-i-olje-emuls jonssprengstoffer kan fremstilles som bibeholder alle fordelene ved emulsjonssprengmidlene beskrevet ovenfor, men er sprengkapself ølsomme uten anvendelsen av en eksplosiv bestanddel. Disse to sistnevnte patenter angår tilsetningen av en detonasjons-sensibilisator eller katalysator, som en uorganisk metallforbind-else med atomnr. 13 eller høyere, og st rontiumforbindelser.

Hittil har derfor vann-i-olje-emulsjonstypen av sprengmidler vært gjort sprengkapself ølsomme ved tilsetning av en eksplosiv bestanddel, eller en spesifikk" detonas jonskatalysator .

Det har nu vist seg mulig å fremskaffe et forbedret vann-i-olje-sprengstoff som i diameter 32 mm eller mindre kan detoneres med en fenghette nr. 6, og som ikke inneholder noen eksplosiv bestanddel eller noen detonasjonskatalysator.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes således

et emulsjonssprengstoff av vann-i-olje-typen, som ikke inneholder noen eksplosiv bestanddel eller noen detonasjonskatalysator, og som består av: a) 3-10 vekt% med vann ublandbart, emulgert carbonholdig brensel som er flytende eller kan gjøres flytende

ved en temperatur under 93°C, fortrinnsvis mellom 43°C og 71°C, og som innbefatter et emulgeringsmiddel,

b) 10-25 vekt% vann,

c) 25-85 vekt% uorganisk oxyderende salt, valgt blant ammonium-, alkalimetall- og jordalkalimetall-nitra-ter og ammonium-, alkalimetall- og jordalkalimetall-perklorater,

d) 0-20 vekt% av et hjelpebrensel, og

e) en tilstrekkelig stor mengde, innenfor intervallet 0,25-10 vekt%, av et glassmateriale med lukkede cellehulrom til at sprengstoffet får en densitet i området

3 3

fra 1,1 g/cm til 1,25 g/cm .

Det nye emulsjonssprengstoff er særpreget ved at glassmaterialet med lukkede cellehulrom utgjøres av mikroballonger av størrelse 10-175^um, og at sprengstoffet i form av ladnigner av diameter 32 mm eller mindre lar seg detonere med en fenghette nr. 6.

I alminnelighet kan volumtettheten av glassmikroballon-gene være i området fra 0,10 til 0,40 g/cm 3. Noen foretrukne glass-mikroballonger som kan anvendes i emulsjonssprengstoffet ifølge oppfinnelsen, er de som selges av 3M Company, og som har en partikkelstørrelsesfordeling i området fra 10 til 160,um og en nominell størrelse i området fra 360 til 70.um, samt densitet i området fra 0,10 til 0,4 g/cm . De mest foretrukne av slike glassmikroballonger solgt av 3M Company omset-tes under varebetegnelsen "B15/250". Andre slike foretrukne glassmikroballonger selges under handelsbetegnelsen "Eccos-pheres" av Emerson & Cuming Inc. og har i alminnelighet et partikkelstørrelsesområde på fra 44 til 175 .um og en volum-tetthet på 0,15 til 0,4 g/cm . I alminnelighet kan emuls]ons-sprengstoffet ifølge oppfinnelsen inneholde fra 1 til 10 vekt% glassmikroballonger.

Generelt har det vist seg at man ved bare å gi emulsjonssprengstoffet en densitet innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse ved å inneslutte luftblærer eller porøse glassagglomerater og lignende i sprengstoffet, istedenfor glassmikroballonger av de angitte dimensjoner, ikke vil få

et fenghette nr. 6-følsomt emulsjonssprengstoff som vil detonere i ladninger av diameter 32 mm eller mindre ved densitet høyere enn 1,1 g/cm <3>. Det var således helt uventet at an-vendelse av de ovenfor beskrevne glassmikroballonger i vann-i-olje-emuls jonssprengstof fet ifølge oppfinnelsen ville bidra til å danne et fenghette nr. 6-følsomt sprengstoff, særlig i lys av det forhold at glassmikroballonger har vært anvendt i konvensjonelle vanngelsprengstoffer og at de ikke gir den samme effekt i slike vanngeler som de gjør i det foreliggende emulsjonssprengstoff.

Den carbonhoIdige brenselbestanddel som anvendes i emulsjonssprengstoffet ifølge oppfinnelsen, kan innbefatte de fleste hydrocarboner, f.eks. paraffiniske, olefiniske, naftheniske, aromatiske, mettede eller umettede hydrocarboner. Det foretrekkes at det carbonholdige brensel innbefatter

en kombina-

sjon av et voks og en olje. Voks med smeltepunkter på minst 27°C, og fortrinnsvis i området fra 43 "til 93°C, er i alminnelighet anvendbare. Eksempler på passende voksarter innbefatter slike som er avledet av petroleum, som petrolatumvoks, mikro-krystallinsk voks og paraffinvoks, mineralvoksarter, som ozo-cerit og montanvoks, animalske voksarter som spermacetvoks, og insektvoksarter som bivoks og kinesisk voks. Foretrukne voks-typer innbefatter monokrystallinsk voks identifisert ved handels-betegnelsene "INDRA 1153", "INDRA 5055-G", "INDRA 4350-E",

"INDRA 2126-E" og "INDRA 2119" solgt av Industrial Raw Materials Corporation, og en lignende voks solgt av Mobil Oil Corporation under varebetegnelsen "MOBIL 150". Eksempler på passende oljer innbefatter forskjellige petroleumoljer, forskjellige vegetabilske oljer og forskjellige kvaliteter av DNT; en høyt raffinert mineralolje solgt av Atlantic Refining Company under varebetegnelsen "ATREOL"; en hvit mineralolje solgt under varebetegnelsen "KAYDOL" av Witco Chemical Co., Inc., og lignende.

Den carbonholdige brenselkomponent vil også innbefatte emulgatoren som anvendes ifølge oppfinnelsen. Emulgatoren er en vann-i-olje-emulgator som dem som er avledbare av sorbitol ved forestring under fjernelse av et molekyl vann som sorbitan-fett - syreestere, f.eks. sorbitan-monolaurat, sorbitan-monooleat, sorbitan-monopalmitat, sorbitan-monostearat og sorbitan-tristearat. Andre nyttige materialer omfatter mono- og diglycerider av fett-dannende fettsyrer, såvel som polyoxyethylen-sorbitolestere, som polyethylen-sorbitol-bivoksderivatmaterialer og polyoxyethylen(4)-laurylether, polyoxyethylen(2)ether, polyoxyethylen(2)steryl-ether, polyoxyalkylen, oleyl/laurat, oljesyre-fosfat, substituerte oxazoliner og fosfatestere og blandinger derav og lignende.

I alminnelighet bør emulgatoren være tilstede i en mengde varierende fra 0,5 til 2 vekt% av totalpreparatet. Dessuten bør hydrocarbonbrenselsbestanddelen som innbefatter emulgatoren, være tilstede i en mengde i området fra 3 til 10 vekt% av totalpreparatet. Minst 1 vekt% av totalpreparatet bør være enten det ovenfor beskrevne voks eller olje eller en blanding derav. I alminnelighet kan inntil 9 vekt% av totalpreparatet være ovennevnte voks og inntil 9 vekt% av totalpreparatet kan være den ovenfor beskrevne olje.

Vann-i-olje-preparatene ifølge oppfinnelsen kan også inneholde inntil 20 vekt% hjelpebrensel, som aluminium, aluminium-legeringer, magnesium og lignende. Særlig aluminium foretrekkes som slikt hjelpebrensel.

Vann-i-olje-emulsjonene ifølge oppfinnelsen kan inneholde fra 10 til 25 vekt% vann. En mindre del av vannet kan erstattes med et vannoppløselig brensel som ethylenglycol; men vann er imidlertid foretrukket av økonomiske grunner og fordi det er et bedre oppløsningsmiddel for de uorganiske oxyderende salter.'

Det uorganiske oxyderende salt utgjør fra 25 til 86 vekt%

av emulsjonen ifølge oppfinnelsen. Det foretrekkes at det uorganiske oxyderende salt består hovedsakelig av ammoniumnitrat, skjønt inntil 20 vekt% av totalemulsjonen kan utgjøres av et annet uorganisk nitrat som et alkali- eller jordalkalimetallnitrat, og inntil 20 vekt% av totalemulsjonen kan utgjøres av et uorganisk perklorat som ammoniumperklorat eller et alkali- eller jordalkalimetallperklorat. Det foretrekkes at minst 25 vekt% av totalemulsjonen er ammoniumnitrat, og at ammoniumnitratet utgjør fra 25% til 65 vekt% av total-

emulsjonen. Dessuten kan relativt mindre mengder av andre oxyderende salter også være tilstede i emulsjonen ifølge oppfinnelsen. Når et annet uorganisk nitrat er tilstede i oxydasjonsmidlet, foretrekkes det at nitratet er natriumnitrat, skjønt f.eks. kal-iumnitrat og calciumnitrat også kan anvendes. Når et perklorat er tilstede, foretrekkes det dessuten at ammonium- eller natrium-perklorat anvendes, selv om f.eks. kalium- og calciumperklorat kan anvendes.

I sprengstoffene ifølge oppfinnelsen hvor det oxyderende salt utgjøres av ammoniumnitrat og annet uorganisk nitrat uten noe perklorat, foretrekkes det at minst 3 og inntil 20 vekt% av totalemulsjonen er det annet nevnte uorganiske nitrat. I slike tilfelle er det gunstigst at fra 5 til 10 vekt% av totalemulsjonen utgjøres av det annet uorganiske nitrat. Dessuten er det i dette tilfelle foretrukket at forholdet av ammoniumnitrat til det annet uorganiske nitrat er i området fra 5-7=1. Dessuten, når det oxyderende salt består av ammoniumnitrat og et perklorat-

salt uten noe annet uorganisk nitrat tilstede, foretrekkes det at perkloratet er tilstede i en mengde i området fra 3 til

20 vekt% av totalemulsjonen og helst fra 5 til

10 vekt% av totalemulsjonen. Også i dette tilfelle foretrekkes det at forholdet av ammoniumnitrat til perklorat er i området 5:1 til 7:1- I de mest foretrukne emulsjoner ifølge oppfinnelsen foretrekkes det at ammoniumnitrat, et annet nitrat, fortrinnsvis nat riumnitrat, og et perklorat er tilstede i relative mengder på ca. 5-6:1:1, hhv. ca. 6-7:1:0,5.

I alminnelighet er vann-i-olje-emulsjonssprengstoffene ifølge oppfinnelsen følsomme ved -7°C og lavere og har utmerket lagringsstabilitet. Det foretrekkes at vann-i-olje-emulsjoner som er beregnet på å anvendes under kolde betingelser og/eller lagres i mere enn 6 måneder, inneholder det uorganiske perklorat som en bestanddel av den uorganiske oxydasjonssaltdel av emulsjonen.

De forbedrede emulsjoner ifølge oppfinnelsen fremstilles fortrinnsvis ved å forblande vannet og de uorganiske oxyderende salter i en første forblanding, og det carbonholdige brensel og emulgeringsmiddel i en annen forblanding. De to forblandinger oppvarmes om nødvendig. Den første forblanding oppvarmes i alminnelighet inntil saltene er fullstendig oppløst (49 -

96°C), og den annen forblanding oppvarmes om nødvendig inntil det carbonholdige brensel er blitt flytende (i alminnelighet 49°C eller mere hvis voksmaterialer anvendes). Rorblandingene blandes så sammen og emulgeres, og derefter inkorporeres glass-mikroboblene deri i den ønskede grad (inntil tettheten er senket til det nødvendige område). Ved kontinuerlig fremstilling av emulsjonspreparatet foretrekkes det å fremstille en vandig opp-løsning inneholdende oxydasjonsmidlene i et kar og fremstille en blanding av de organiske brenselsbestanddeler, men uten emulgeringsmiddel i et annet kar, og derefter pumpe de to flytende blandinger og emulgeringsmidlet separat til en blandeanordning hvori de emulgeres. Derefter pumpes så emulsjonen til en blander hvori glass-mikroboblene og hjelpebrensel (om ønskes) tilsettes og blandes jevnt deri for å fullstendiggjøre vann-i-olje-emulsjonen. Den dannede emulsjon pakkes så gjennom en "Bursa"-fyller eller annen konvensjonell anordning i ønskede diametre.

De følgende eksempler er gitt for å lette forståelsen av oppfinnelsen o

Eksempel 1

Preparatene angitt i tabell 1, ble fremstilt ved å blande en forblanding av vann og de uorganiske oxydasjonsmidler ved 71°C, og en annen forblanding av carbonholdig brensel og emulgatoren ved 54°C. Den første forblanding ble så langsomt tilsatt til den annen forblanding under omrøring for å få en vann-i-olje-emulsjon. Derefter ble glass-mikroboblene og aluminium (hvor tilsatt) blandet inn i emulsjonen for å danne det endelige preparat.

Alle preparatene angitt i tabell 1, ble ekstrudert eller stampet i papirrør av 12,7 mm diameter, forseglet og derpå detonert med en konvensjonell nr. 6 elektrisk sprengkapsel. Dessuten har emulsjoner med samme sammensetning som preparatene 1-4 vært lagret i tidsrom inntil 2 år uten tap av følsomhet.

Eksempel 2

Preparatene angitt i tabell 2, ble fremstilt ved samme frem-gangsmåte som anvendt ved fremstilling av preparatene 1 - 4 i tabell 1.

Preparatene 5 og 6 i tabell 2 ble ekstrudert eller stampet

i papirrør med en diameter på 32 mm og preparatene 7 og 8 ble ekstrudert eller stampet i papirrør med 25,4 mm diameter, og alle ble forseglet og detonert med en konvensjonell nr. 6 elektrisk sprengkapsel.

Ovenstående eksempler viser at ekstremt følsomme sprengstoffer som er i form av vann-i-olje-typen av emulsjoner, kan fremstilles i henhold til foreliggende oppfinnelse. Vann-i-olje-emulsjonene ifølge oppfinnelsen er følsomme overfor konvensjonelle nr. 6 sprengkapsler og er egnet for detonering i små diametre (32 mm og mindre). Sprengstoffet er dessuten egnet som en overdrager for mindre følsomme sprengstoffer.

Foreliggende vann-i-olje-emulsjoner sensibiliseres uten anvendelsen av konvensjonelle høyeksplosiver og uten anvendelsen av spesielle initierings- eller detonasjonskatalysatorer, men har allikevel alle fordelene ved de konvensjonelle vann-i-olje-typen av emulsjoner som innbefatter: de vil ikke bevirke hodepine; de er sprengstoffer som har vannbestandighet som en iboende egenskap av deres fysikalske form; de er sprengstoffer som er sikre mot initiering av varme, riflekuler, slag, friksjon eller statisk elektrisitet; de er sprengstoffer som egner seg til kontinuerlig fremstilling og kan ekstruderes under produksjon; og de er ikke-korroderende, dvs. de er ikke særlig sure eller basiske.

Claims (9)

1. Emulsjonssprengstoff av vann-i-olje-typen, som ikke inneholder noen eksplosiv bestanddel eller noen detonasjonskatalysator, og som består av: a) 3-10 vekt% med vann ublandbart, emulgert carbonholdig brensel som er flytende eller kan gjøres flytende ved en temperatur under 93°C, fortrinnsvis mellom 43°C og 71°C, og som innbefatter et emulgeringsmiddel, b) 10-25 vekt% vann, c) 25-85 vekt% uorganisk oxyderende salt, valgt blant ammonium-, alkalimetall- og jordalkalimetall-nit-rater og ammonium-, alkalimetall- og jordalkali-metallperklorater, d) 0-20 vekt% av et hjelpebrensel, og e) en tilstrekkelig stor mengde, innenfor intervallet 0,25-10 vekt%, av et glassmateriale med lukkede cellehulrom til at sprengstoffet får en densitet i området fra 1,1 g/cm^ til 1,25 g/ cm?, karakterisert ved at glassmaterialet med lukkede cellehulrom utgjøres av mikroballonger av størrelse 10-175yUm, og at sprengstoffet i form av patroner av diameter 32 mm eller mindre lar seg detonere med en fenghette nr. 6.

2. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at minst 25 vekt% derav utgjø-res av ammoniumnitrat.

3. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 2, karakterisert ved at inntil 20 vekt% derav utgjø-res av et annet uorganisk nitrat.enn ammoniumnitrat.

4. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 3, karakterisert ved at det uorganiske nitrat er et alkalimetall- og/eller jordalkalimetallnitrat.

5. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 4, karakterisert ved at det uorganiske nitrat er natriumnitrat.

6. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 2, karakterisert ved at det inneholder inntil 20 vekt% perklorat.

7. 'Emulsjonssprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 0,5-2 vekt% emulgeringsmiddel.

8. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 1 - '7, karakterisert ved at hjelpebrennstoffet utgjøres av partikkelformig aluminium.

9. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 1-8, karakterisert ved at det carbonholdige.brensel inneholder voks med smeltepunkt minst 2 7°C i en mengde av 10-90 vekt% av dette brensel.