NO175814B - Fremgangsmåte ved fremstilling av frittflytende ammoniumnitratpartikler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av frittflytende ammoniumnitratpartikler under anvendelse av et uorganisk belegg. Oppfinnelsen fremkommer av kravene,

Ammoniumnitrat (AN) har sterk tendens til kakning selv ved lave vanninnhold, dvs. partiklene kleber sammen og vil derved ikke lenger være frittflytende. Et annet problem forbundet med ammoniumnitrat er dets overgang fra én krystallmodifikasjon til en annen. Spesielt overgangen fra modifikasjon III-IV ved omkring 32°C kan resultere i dannelse av støv og økte kakningsproblemer. Denne faseovergang avhenger til en viss grad av vanninnholdet til ammoniumnitratpartiklene.

Det er kjent flere metoder for å håndtere ovennevnte problemer. For det første anvendelse av forskjellige typer belegg. Men hvis ammoniumnitratet skal brukes i sprengstoffer som AN FO eller emulsjonssprengstoffer, kan belegget medføre problemer for fremstilling og anvendelse av sprengstoffet. Eksempler på belegg som kan gi problemer når belagt ammoniumnitrat anvendes i sprengstoff, er konvensjonelle antikakningsbelegg omfattende aminer eller sulfonater med eller uten inert pulver.

Faseovergangen ved 32°C kan hindres eller reduseres ved tilsats av magnesiumnitrat til AN-smelten før partikulering. Men denne metoden krever at smeiten fordampes inntil et vanninnhold på omkring 0,5 vekt% før partikulering for å oppnå rimelige kakningsegenskaper til partiklene. Slik superinndampning er ikke anvendelig ved fremstilling av porøs AN eller krystall AN. Følgelig vil AN stabilisert mot faseomvandling i de fleste tilfeller trenge et antikakningsbelegg.

I europeisk patent nr. 95814B er det beskrevet en metode for fremstilling av ikke-kakende ammoniumnitratgranuler. Denne metoden omfatter fasestabilisering ved hjelp av en spesiell kjøleprosedyre. Partiklene er fortrinnsvis belagt med et organisk belegg og så et uorganisk pulver før lagring.

Videre er det i japansk patentpublikasjon nr. J61291411-A beskrevet AN partikler som har lav tendens til kakning. Pulver-formige ammoniumnitratpartikler blandes med et sink ammoniumsulfat som har mindre enn 5 molekyler krystallvann pr. molekyl og et metalloksyd mikropulver. Mengden sulfat er 0,05-1 vekt% av ammoniumnitratet. Selv om tendensen til kakning reduseres ved denne metode, medfører antikakningsmidlet lett dannelse av støv. Det tilsatte sulfat og metalloksyd vil også medføre problemer hvis AN skulle bli anvendt i sprengstoffer. Spesielt i emulsjonssprengstoffer ville ovenfor nevnte middel føre til destabilisering av emulsjonen.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse var å komme frem til en metode for fremstilling av frittflytende AN partikler, spesielt AN krystaller som kunne anvendes i sprengstoffer som ANFO- og emulsjonssprengstoffer.

Et annet formål var å fremstille frittflytende AN partikler uten å måtte senke vanninnholdet til AN løsningen eller smeiten under 3-4% før partikulering.

Et ytterligere formål var å oppnå frittflytende AN partikler uten bruk av organiske antikakningsmidler og pulver som talkum, kaolin, SiC>2 etc.

Oppfinnerne undersøkte først forskjellige måter å løse problemene relatert til krystall AN som skulle brukes i sprengstoffer. Det nye stabiliserings-beleggmiddel skulle ikke endre vesentlig krystallstrukturen til AN partiklene og skulle også være forenlig med de forskjellige komponenter i sprengstoffet. For å unngå problemer under krystallisasjonen ble det besluttet å se på et nytt belegg og ikke tilsette kjemikalier som krystallmodifiserere til AN løsningen før krystallisasjon eller partikulering. I lys av det faktum at nærværende fritt vann i AN partiklene øker sannsynligheten for faseomvandling og kakning, prøvde oppfinnerne å finne et belegningsmiddel som kunne binde nærværende fritt vann og/eller hindre AN partiklene fra å absorbere vann fra omgiv-elsene, dvs. fuktighet fra luften under lagring. Kjente uorganiske midler som talkum eller sink ammoniumsulfat kunne til en viss grad redusere mengden nærværende fritt vann, men anvendelse av slike midler ble ekskludert av hensyn til problemene og mangelen på forenlighet med sprengstoffene. Det ble da overrask-ende funnet at anvendelse av salt, som i seg selv har sterk tendens til kakning, kunne resultere i frittflytende AN partikler. Dette kunne oppnås ved å sprøyte en vandig løsning av saltene på AN partiklene og så tørke til en slik grad at mengden nærværende fritt vann tilsvarte det som kunne bindes som krystallvann til nevnte salter. Denne prosedyre resulterte i et belegg som heftet til AN partiklene, og det ble ikke observert noen støvdannelse. Denne måte å nærme seg problemet på ble videreutviklet, og forskjellige saltløsninger ble testet både på krystall AN partikler og prillete eller granulerte partikler. Den siste type partikler kunne også fasestabiliseres ved tilsats av MgO eller Mg(N03)2 til AN smeiten eller løsningen før partikulering. Ovennevnte undersøkelse viste at vandige løsninger av uorganiske salter som danner hydrater med minst ett molekyl krystallvann kunne anvendes. Spesielt ble løsninger av magnesium-eller kalsiumnitrat funnet å gi stabile belegg som gjorde AN partiklene frittflytende. Slik belagte AN partikler kunne også anvendes i sprengstoffer, til og med emulsjonssprengstoffer, uten å gi noen problemer slik som destabilisering.

Oppfinnelsens omfang er som definert i de tilknyttede krav.

Oppfinnelsen er ytterligere forklart og vist i de følgende eksempler.

Eksempel 1

Dette eksemplet viser fremstilling av AN krystaller under anvendelse av den samme teknikk som for prillet AN for å oppnå stabilisert AN. Varierende mengder av magnesiumnitrat ble tilsatt konsentrerte AN løsninger, og løsningene ble kjølt under 10°C. Da ble AN krystaller inneholdende magnesiumnitrat utfelt. Krystallene ble tørket i fluid bed ved omkring 50°C og analysert med hensyn til vanninnhold og kakningstendens. AN krystallene fra disse testene inneholdt 0,1-0,6 vekt% magnesiumnitrat, til en viss grad avhengig av mengden magnesiumnitrat tilsatt til AN løsningen før kjøling. Alle disse krystallene hadde sterk kakningstendens.

Mol Mg(N03)2/mol AN varierte fra 1/7 til 1/12.

Fra disse eksemplene ble følgende konklusjoner trukket:

a) Det er meget vanskelig å kontrollere magnesiumnitrat-innholdet i AN krystallene når magnesiumnitrat til-settes til en AN løsning. b) Systemet AN-Mg(N03)2~H2° binder vannet ganske sterkt når likevekt er oppstått mellom (AN-Mg(NO3)2"hydrat

krystaller).

Eksempel 2

Dette eksemplet viser fremstilling ifølge oppfinnelsen av belagte AN partikler. Fuktige AN krystaller inneholdende 0,3-1% H20 ble ved 50°C påsprøytet en vandig løsning av 35-45 vekt% magnesiumnitrat (MgN) i mengder tilsvarende 0,5-1 vekt% MgN i AN produktet. Løsningen ble sprøytet på i et tynt lag på varme AN krystaller på et transportbelte. Krystallene ble etter påsprøyt-ning transportert til en tørketrommel hvor de ble tørket ved produkttemperatur på 70-80°C. Krystallene ble så kjølt ned til omkring 25°C og analysert med hensyn på vanninnhold og kakningstendens. AN krystaller uten noe som helst additiv og AN krystaller kondisjonert med sulfonatinneholdende antikakningsmiddel ble brukt som referanse.

De forskjellige AN kry stal lprodukter ble lagret i 1 måned i 25 kg papirsekker og utsatt for varierende lagringstrykk. Resultatet av disse lagringstestene er vist i Tabell I. Kakningstendens rangert fra 1-6 er angitt for produktene ved lagringstrykk varierende fra 0,0-0,5 kg/cm<2.> Forholdet mol H20/mol Mg(N03)2, angitt som H20/MgN, er også angitt for de forskjellige produkter. Produktene ifølge oppfinnelsen er sprøytet med en MgN løsning i mengder tilsvarende 0,4 og 1 vekt% MgN som angitt i tabellene for de respektive testserier.

Indeksene brukt for kakningstendens er:

1,0 frittflytende

2,0 noe kakning

3,0 vesentlig kakning

4,0 hardt produkt

5,0 meget hardt produkt

6,0 hard som sten

Eksemplene 1 og 2 viser at for å oppnå gode antikakningseffekter bør vanninnholdet i AN partiklene reduseres til en nivå tilsvarende Mg(N03)2 • 6 H20 eller lavere.

MgN kan ha 2, 4 eller 6 mol krystallvann.

Ytterligere tester viste at produkter som skal lagres i flere måneder ved relativt høyt trykk fortrinnsvis bør ha et vanninnhold tilsvarende Mg(N03)2 • 4 H20 eller mindre.

Eksempel 3

Dette eksemplet viser anvendelse av kalsiumnitrat (CN) i stedet for MgN som belegningsmiddel. CN kan ha 2, 3 eller 4 mol krystallvann.

Satser med 5 kg hver med krystall AN partikler ble varmet til 40°C og overført til en roterende trommel i hvilken vandige CN løsninger ble sprøytet på partiklene ved en temperatur på 70°C. Produktet ble så tørket i en fluid bed. De forskjellige mengder og konsentrasjoner til CN løsningene sprøytet på partiklene er angitt i Tabell II. Disse produktene ble lagret i 1 måned i 2 kg papirposer ved et lagringstrykk på 0,5 kg/cm<2>. Vanninnholdet i det tørkede produkt og de respektive kakningstendenser er angitt i Tabell II.

Dette eksempel viser at krystall AN partikler belagt med CN kan inneholde langt mer vann enn partikler uten belegg og fremdeles ha lavere kakningstendens. Eksemplene visere videre at maksimum vanninnhold for partiklene bør tilsvare mindre enn 4 mol vann pr. mol CN på partiklene, fortrinnsvis bør vanninnholdet i partiklene under tørking bringes ned til mindre enn 2 mol H2O/1110I CN som vist i Tabell II.

Eksempel 4

Dette eksemplet viser fremstilling ifølge oppfinnelsen av AN prills. AN prills med en temperatur på 25°C ble påsprøytet en 75% vandig MgN løsning på 120°C i en kondisj oneringstrommel. MgN løs-ningen krystalliserte idet den kom i kontakt med de kalde AN partiklene og dannet et fast belegg på prillsene. Tilsats av 2,6% av en slik løsning ga AN prills med et belegg av MgN.2H20/MgN.4H20 i en mengde på 2 vekt% av totalvekten til de belagte prills.

Produktet ble testet med hensyn på vanninnhold og kakningstendens og sammenlignet med prills uten belegg.

Dette eksemplet viser at belegging av AN prills med MgN forbedrer dramatisk lagringsegenskapene til AN prills.

Eksempel 5

Dette eksemplet viser kakningstendens ved varierende lagringstrykk for forskjellige typer AN partikler, med og uten MgN belegg som anvendes før tørketrinnet.

Lagringstesten varte i 1 måned. AN partiklene ble lagret i 25 kg sekker som ble utsatt for de varierende trykk angitt i Tabell IV.

Dette eksemplet viser at partikler belagt med MgN vil være tilnærmet f rittf lytende selv når de har vært lagret ved 0,5 kg/cm<2> i motsetning til AN krystaller eller prills uten belegg og som da vil være harde og nesten gått over i en blokk av fast AN.

Ved foreliggende oppfinnelse har oppfinnerne vært i stand til å fremstille frittflytende AN som kan anvendes direkte i sprengstoffer, til og med emulsjonssprengstoffer. Denne metoden krever ikke inndampning av AN løsningen til mere enn 96-97% AN og er anvendelig på AN granuler, prills og krystaller. Dette medfører at den dyre superinndampningen ikke lenger vil være nødvendig for å oppnå frittflytende partikler. Metoden omfatter anvendelse av et uorganisk belegg sprøytet på AN partiklene i form av en vandig løsning før tørketrinnet. Det foretrukne belegg er magnesium-og/eller kalsiumnitrat som har mindre enn sin maksimum mengde av hydratvann, dvs. mindre enn henholdsvis 6 eller 4 krystallvann pr. molekyl nitrat.

Belegging av AN partiklene med 0,1-3 vekt% av ovennevnte nitrat har ingen negativ effekt på sprengstoffer som de anvendes i, i motsetning til konvensjonelle antikakningsmidler. AN partikler fremstilt ifølge oppfinnelsen er frittflytende selv etter flere måneders lagring.

Den enkle fremstillingsmetoden og allsidigheten til det nye belegningsmidlet, som er anvendelig på alle typer AN partikler, er fordeler av stor betydning.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av frittflytende ammoniumnitrat partikler, omfattende anvendelse av et uorganisk belegg, karakterisert ved at ammoniumnitratpartiklene før sluttørking og lagring belegges ved påsprøytning med en vandig løsning av minst ett uorganisk salt som danner salthydrater med minst ett molekyl krystallvann og at partiklene tørkes til et vanninnhold mindre eller lik maksimum mengde av krystallvann som kan bindes til nevnte uorganiske salter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en vandig løsning av magnesium- og/eller kalsiumnitrat sprøytes på ammoniumnitratpartiklene i en mengde tilsvarende 0,1-3 vekt% av de belagte partikler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en vandig løsning av magnesiumnitrat sprøytes på ammoniumnitratpartiklene som så tørkes til et vanninnhold mindre eller lik vanninnholdet i et belegg med Mg(N03)2•6H20 tilsvarende et forhold mol H20/mol MgN < 6.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en vandig løsning av kalsiumnitrat sprøytes på ammoniumnitratpartiklene som så tørkes til et vanninnhold < vanninnholdet i et belegg av Ca(N03)2•4H2O tilsvarende et forhold mol I^O/mol CN <<> 4.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ammoniumnitratpartiklene er ammoniumnitratkrystaller.