NO315849B1 - Poröst prillet ammoniumnitrat, fremgangsmåte for fremstilling og anvendelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører som angitt i krav l<*>"s ingress et porøst prillet produkt, basert på ammoniumnitrat, en fremgangsmåte som angitt i kravene 8 og 9, samt en anvendelse som angitt i krav 10. ;I det etterfølgende anvendes betegnelsen "porøs prillet" for å angi et partikkelformig ammoniumnitrat som inneholder mindre enn 0,5 vekt prosent, fortrinnsvis mindre enn 0,2 vekt prosent vann. ;OPPFINNELSENS BAKGRUNN. ;Porøst prillet ammoniumnitrat blir vanligvis anvendt som en av komponentene i eksplosive blandinger anvendt i gru-veindustrien. ;Eksempelvis blandes porøst, prillet ammoniumnitrat med brenselolje til å danne den eksplosive blanding kjent som ammoniumnitrat brenselolje (ANFO) og med en emulsjon til å danne tungt ANFO, med eller uten foregående tilsetning av brensel. ;Av omkostningshensyn og/eller for å kontrollere den totale eksplosive kraft av en spesiell sats så blir lavdensitet-sammoniumnitrat prill ofte foretrukket og forskjellige fremgangsmåter er foreslått for fremstilling av et slikt produkt. Generelt vedrører slike fremgangsmåter prilling av mindre konsentrerte oppløsninger av ammoniumnitrat. ;Ved den mer nylige fremgangsmåte oppnås slik lav densitet ved "ingraining" en densitetsnedsettende blanding, så som hule mikrosfærer, med ammoniumnitratpartikler i en konsentrasjon i størrelsesorden 0,05 - 10 vekt%. ;Fordi det ble innsett at en økning av konsentrasjonen i mikrosfærene ville føre til en nedsettelse av densiteten av den resulterende prill, ble konsentrasjoner bort fra den nedre ende av det overfor nevnte område foretrukket. Det er funnet at visse fordelaktige sprengningsresultater kan oppnås med en eksplosiv blanding innbefattende et slikt produkt inneholdende mikrosfærer i en meget lav konsentrasjon og hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et slikt produkt, samt fremgangsmåte ved fremstilling derav. ;SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN ;I henhold til foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et porøst prillet ammoniumnitratprodukt, i form av en krystallinsk matriks som har hule mikrosfærer inkorporert i matriksen og er særpreget med det som er angitt i krav l"s karakteriserende del, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-7. ;Det er funnet at et slikt produkt, sammenlignet med til-svarende produkter som ikke innbefatter slike mikrosfærer, ikke bare har en noe lavere densitet under samtidig bibe-holdelse av akseptabel mekanisk styrke, men også at mikrosfærene bibringer en meget høyere følsomhet for detone-ringsinitiering til en eksplosiv blanding så som ANFO eller tung ANFO, hvori et slikt produkt er innbefattet. ;Tilstedeværelse av mikrosfærene vil også forbedre reprodu-serbarheten av detonasjonsprosessen fordi oppbygning til full detonasjon fra initiering skjer raskere. Det er også funnet at ved å anvende et slikt produkt ved perimeter-sprenging i tunneler og bulksprenging i brutt mark, vil i forhold til standardproduktet, føre til akseptable etter-spreningsresultater. Som følge av fullstendig detonasjon vil tilstedeværelse av NO^ som følge av partiell detonasjon i brutt mark, også forsvinne. ;Det vil forstås at selv om den øvre ende av mikrosfærekon-sentrasjonen i produktet i henhold til foreliggende oppfinnelse nærmer seg den nedre ende, i henhold til den tidligere nevnte fremgangsmåte, så ville fagmannen som kjen-ner til en slik tidligere fremgangsmåte ikke søkt ned til slike lave konsentrasjoner, fordi han ville være oppmerk-som på det faktum at hensikten med den tidligere metode, d.v.s. å fremstille en prill med lavere densitet enn den som var standard, ikke kunne oppnås ved slike lave konsentrasjoner av mikrosfærer. ;De forbedrede sprengningsresultater holdt med sprengstoff-blandingen inneholdende et produkt med den lave konsentrasjonen av mikrosfærer, i henhold til oppfinnelsen, er således helt uventet for fagmannen. ;Ytterligere kan mikrosfærene omfatte minst en av de føl-gende: polymerballonger, glassballonger, hule metallsfærer, naturlige porøse produkter, så som "Perlite", ceno-sfærer så som flyveaske "floaters", eller lignende. ;Fortrinnsvis bør mikrosfærene ha de følgende fysikalske egenskaper i sluttproduktet: ;Det vil forstås at når mikrosfærene omfatter polymerballonger så velges de slik at de vil ekspandere til de ovenfor gitte størrelser, under prilling av ammoniumnitratet. ;Fortrinnsvis omfatter mikrosfærene polymere mikroballonger med en størrelse i det prillede produkt i området 2,0 - 150um. Det er funnet at produktet kjent som <*>Expancel 910" er ekstremt nyttig i så henseende, selv om omfanget av oppfinnelsen ikke er påtenkt å være begrenset til en slik forbindelse.

"Expancel 910" omfatter hule mikrosfærer med et poly-merskall omfattende en kopolymer av akrylnitril og polyvi-nyliden diklorid, sammen med et esemiddel omfattende et egnet hydrokarbon, så som isobutan. Under prillingsbeting-elsene som beskrevet i det etterfølgende vil mikrosfærene ekspandere til en størrelse på ca. 50um. Selv om sfærene vil komprimeres under påvirkning av en sjokkbølge vil de etterpå gjeninnta sin form. Ytterligere i henhold til oppfinnelsen vil det prillede ammoniumnitrat også innbefatte kalksten.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen kan det porøse, prillede ammoniumnitrat innbefatte 70,0 - 99,9 vekt prosent ammoniumnitrat inneholdende mikrosfærer som angitt ovenfor og 30,0 - 0,1 vekt prosent kalksten.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan porøsiteten av ammoniumnitratet forbedres ytterligere ved å innbefatte en gass i ammoniumnitratet under prilleprosessen.

Søker har funnet at passasjer dannet i et slikt prillet ammoniumnitrat ved inneslutning av gass kan forbedre porø-siteten av produktet uten vesentlig å påvirke dets meka-niske styrke. Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan gassen utvikles in situ i ammoniumnitratet via en egnet kjemisk reaksjon. Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan gassen omfatte karbondioksid som dannes ved spaltning av et egnet karbonat i surt medium. Karbonatet kan omfatte ethvert egnet uorganisk salt av karbonsyre, så som eksempelvis kalium - og/eller natriumkarbonat, eller alterna-tivt kan karbonatet omfatte et mindre oppløselig salt.

Det vil forstås at det porøse prillede ammoniumnitrat ofte vil inneholde en viss surhet, som reagerer med tilsatt natriumkarbonat til å gi karbondioksid. Fortrinnsvis omfatter karbonatet kaliumkarbonat som er til stede i produktet i en konsentrasjon i området 0,01 - 1,00 vekt prosent .

Det er funnet at kaliumnitrat som dannes ved omsetning mellom tilsatt kaliumkarbonat og salpetersyre til stede i ammoniumnitratet virker som en krystallmodifiserende be-standdel for ammoniumnitrat og således forøker den meka-niske styrke av ammoniumnitratet, samt heve overgangstem-peraturen (32°C) for krystallovergang mellom II krystallformer og III krystallformer. Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan det prillede ammoniumnitrat innbefatte kollodialt silika som tjener til å gjøre ammoniumnitratets overflate hardere.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan det kollodiale silika tilveiebringes ved å tilsette til det ikkeprillede ammoniumnitrat kiselsyre og/eller polykiselsyre og/eller vannglass i en tilstrekkelig konsentrasjon, fortrinnsvis i en mengde på 0,1 - 10 vekt prosent for å sikre en akseptabel sprøhet og bruddstyrke.

Oppfinnelsen omfatter også anvendelse av produktet i sprengstoffer så som eksplosiv blanding, spesielt ANFO og/eller tungt ANFO.

Det er funnet at de nevnte forbedrede egenskaper av et slikt produkt bibeholdes etter pneumatisk ladning av et ANFO-type sprengstoff dannet fra det porøse prillede produkt og brenselolje i forholdet 94:6, som normalt anvendes for slikt sprengstoff.

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen innbefatter fremgangsmåten ved fremstilling av et porøst prillet produkt, spesielt porøst prillet ammoniumnitrat, trinnet å tilsette hule mikrosfærer i en konsentrasjon i en mengde på 0,01 - 500 ppm til produktet under prilling av produktet.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen omfatter det prillede produkt ammoniumnitrat. Fortrinnsvis omfatter de hule mikrosfærer minst en av de ovennevnte typer.

Ytterligere i henhold til dette trekk ved oppfinnelsen tilsettes mikrosfærene ved et punkt under prilleprosessen, hvor det flytende produkt er oppdelt i små dråper.

Når polymere mikroballonger anvendes så vil denne fremgangsmåte tjene til å minimalisere tiden som slike sfærer kan påvirkes av den høye temperatur som hersker i prilleprosessen.

Når andre typer mikrosfærer anvendes kan den nevnte fremgangsmåte tjene til å nedsette tiden under hvilken mikrosfærene utsettes for eventuelt tilstedeværende surt produkt. De nevnte tilsetningspunkter kan være lokalisert ved: (a) i senter av en konvensjonell type av en prillebøtte, (b) ved stammen av en immnstykkeprille-enhet (shower head type), (c) ved injeksjonspunktet for tilfellet av et panne gra-nulert materiale.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen innbefatter fremgangsmåten trinnet å tilsette til det uprillede ammoniumnitrat et karbonat og/eller kollodialt silika på ethvert velegnet punkt i prosessen før prilling finner sted, gass-dannelse fra karbonatet finner fortrinnsvis sted i dråpene før størkning på en slik måte at gassboblene er små og jevne og at gassutviklingen ikke er for rask. Således kan eksempelvis når en konvensjonell type prillemunnstykke eller roterende bøtte anvendes for prilleoperasjonen, karbonatet innføres ved hjelp av et atomiseringsmunnstykke lokalisert inne i et slikt apparat på et sted atskilt mellom dets innløp og utløp.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGEN.

En utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte skal be-skrives ved hjelp av eksempel med henvisning til den ved-lagte tegning som er et skjematisk lengdesnitt gjennom et apparat egnet for utførelse av fremgangsmåten.

BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORM.

I dette arrangement anvendes en konvensjonell type av en konisk formet (dusjhode) prillemunnstykke 10 for å prille ammoniumnitrat. Munnstykket 10 har et rørformet innløp 11 gjennom hvilket aluminiumnitratoppløsningen som skal pril-les kan innmates til to atskilte i tverretningen utstrek-kende diffusjonsplater 12 og 13 og føres derfra via e lOOum sikt 14 og munnstykkeplaten 15 som ammoniumnitrat-dråper 16.

Munnstykket 10 er også forsynt med et langstrakt utfør-selsrør 17 som løper ned langs siden av munnstykket 10 og som er bøyd over dets lengde som indikert. Røret 17 som har en fremre ende som går gjennom en åpning i munnstykket 10 til innersiden av munnstykket 10 og har et innløp 18 og et utløp 19 lokalisert inne i munnstykket 10. Selv om ut-løpet 19 som er forbundet med en vidvinklet sprøyteanord-ning 20, er vist å være båret på undersiden av diffusorplaten 12, kan den i realiteten være lokalisert på et hvilket som helst sted over lengden av munnstykket 10. Om nødvendig kan diffusorplatene 12 og 13 utelates.

Mikrosfærene og/eller kaliumkarbonatoppløsningen nødvendig i foreliggende fremgangsmåte, innføres gjennom innløpet 18 og føres ned gjennom røret 17 og via utløpet 19 og avgis i en atomisert form fra sprøyteanordningen 20 inn i nitrat-dusjen som passerer fra diffusorplaten 12 til diffusorpla-te 13.

Selv om silika kolloidet nødvendig i prosessen kan tilsettes hovednitratoppløsningen før prilling, så er det i henhold til den foretrukne fremgangsmåte å fremstille en opp-løsning av silika kolloidet og tilsette denne oppløsningen enten i seg selv eller i forbindelse med karbonatoppløs-ningen til prillemunnstykket 10 via innløpet 11. Den sist-nevnte tilsetning i prilleprosessen forhindrer deling av silika kolloidet og hindrer blokkering i prosessutstyret.

Den dannede prill omfatter en krystallinsk matriks av ammoniumnitrat i hvilken mikrosfærene er innarbeidet.

Tabell 1 viser noen av egenskapene funnet for produktet i henhold til oppfinnelsen.

Kommentarer:

(1) Dette er belastningen i N nødvendig for å bryte en prill. (2) Dette representerer prillens motstand mot abrasjon forårsaket av en luftstrøm og uttrykkes som prosentandel av prillebrekkasje forårsaket av de resulterende abra-sjonskrefter. (3) Dette uttrykker den økende densitet for priller når en eksplosiv blanding inneholdende prillene pneumatisk la-des i et borehull. (4) Det kan bemerkes at bulk fysikalske egenskaper for prillen er nesten uendret ved tilsetning av 2 ppm mikrosfærer.

Produktet i henhold til oppfinnelsen kan anvendes på konvensjonell måte for å fremstille en typisk 94:6 ANFO-type eksplosiv blanding.

Tabell 2 viser detonasjonsresultater som er oppnådd med en slik eksplosiv blanding.

Kommentarer:

(1) Tallene angir den lavest nummererte detonator som initierer ANFO. Detonatorene anvendt inneholdt de følgende sprengstoffer (tilnærmede mengder):

Sensitiviteten ble bestemt i 26 mm innelukkede ladninger, som ble pneumatisk ladet ved anvendelse av utstyr og driftsbetingelser som er vanlig ved smale årebrytninger som er vanlig i sydafrikanske gull- og platinagruver og ved tunnelsprenging. (2) Kritisk diameter er definert av Meyer, i "Explosi-ves", første utgave, fra Verlag Chemie som den minimale diameter av en eksplosiv sats ved hvilken detonasjon frem-deles finner sted. Den kritiske diameter ble bestemt for innelukkede ladninger som var pneumatisk ladede. (3) Detonasjonshastighet (VOD) er definert i den samme kilde som for nr.l som detonasjonens forplantningshastig-het i et sprengstoff. Den uttrykkes i enhetslengde pr. enhet st id pr. m/s. (4) VODér er for 26 mm diameter innesluttede ladninger som var pneumatisk ladede. (5) VOD verdiområdet ble oppnådd for forskjellige lad-ningsdensiteter, hvilket på sin side er avhengig av tryk-ket i den pneumatiske ladningsanordningen under ladepro-sessen. (6) VOD for ladninger helt ned i 210 mm diameter borehull i brutt sandsten. (7) Den modifiserte PPAN var en ammoniumnitrat prill inneholdende 2 ppm "EXPANCEL 910" mikroballonger.

Det kan bemerkes fra tabell 2 at følsomheten for initiering er høyere enn for standarden under ladebetingelsen anvendt ved evalueringen, slik at den kritiske diameteren for produktet er mindre. Detonasjonshastigheten for blandingen i henhold til oppfinnelsen er generelt også lavere enn den for standarden.

Sensitiviteten for mekanisk håndtering ble bestemt ved fremgangsmåten i henhold til anbefalingene fra United Na-tions, vedrørende "Transportation of Dangerous Goods", og produktet i henhold til oppfinnelsen ble funnet å være fo-renelig med standarden.

Det er funnet at et sikkert og meget effektivt, billig ANFO sprengstoff tilveiebringes i henhold til oppfinnelsen, som utviser forbedret følsomhet for initiering og med reproduserbare detonasjonshastigheter over et bredt område av sprengstoffborehulldiametre og pneumatiske ladnings-trykk. En av nøkkelfordelene som ble observert ved anvendelse av et slikt sprengstoff i underjordiske gruver er markant forbedrede takbetingelser og følgelig sikrere om-givelser. Ved overflateanvendelse er utmerkede sprengings-resultater observert, spesielt når det benyttes i krevende anvendelser, så som sprenging i dype hull eller høyfraktu-rert eller ekstremt "competent" materialer.

Også for tilfelle av tungt ANFO så blir den forbedrede detonasjonshastighet for produktet i henhold til oppfinnelsen en fordel fremfor kjente systemer. Dette også fordi effektiviteten av tunge ANFO systemer i realiteten er avhengig av følsomheten for blandingen når denne eksponeres til statiske og dynamiske trykk.

Claims (10)

1. Porøst prillet produkt, basert på ammoniumnitrat i form av en krystallinsk matriks hvori er innarbeidet hule mikrosfærer så som polymerballonger, glassballonger og/eller hule metallsfærer, karakterisert ved at mikrosfærene er innarbeidet i matriksen i en mengde på 2 - <500 ppm.

2. Prillet produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at mikrosfærene har de følgende fysikalske egenskaper i sluttproduktet: Størrelse: 2 - 1500um Densitetsområde: 0,015 - 0,39 g/cm<3>Temperaturstabilitet: Stabile ved prosesstemperaturer i området 130 - 170°C i et tidsrom tilstrekkelig til å effektuere prilling under prilleprosessen. Bruddstyrke: I stand til å motstå 9,81 MPa trykk, eller være i stand til å innta den opprinnelige form etter støtdeformasj on.

3. Prillet produkt ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mikrosfærene omfatter polymere mikroballonger med en størrelse i det prillede produkt i området 2,0 - 150um.

4. Prillet produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mikrosfærene omfatter en kopolymer av akrylnitril og polyvinylidenklorid inneholdende et blåsemiddel omfattende et hydrokarbon så som isobutan.

5. Prillet produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det ytterligere inneholder kalksten, fortrinnsvis slik at produktet inneholder 70,0 - 99,9 vekt prosent ammoniumnitrat og 30,0 - 0,1 vekt% kalksten.

6. Prillet produkt ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ammoniumnitratet er gasset under prillingen, eksempelvis ved at gass er utvik-let in situ i ammoniumnitratet via en kjemisk reaksjon, så som spaltning av et karbonat i et surt medium, eksempelvis kalsiumkarbonat i en mengde på 0,01 - 1,0 vekt prosent.

7. Prillet produkt ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder kollodialt silika ved at det til det uprillede ammoniumnitrat er tilsatt kiselsyre og/eller polykiselsyre og/eller vannglass i en tilstrekkelig mengde, fortrinnsvis 0,1 - 10 vekt%, for å sikre en akseptabel disintergrerings- og bruddstyrke.

8. Fremgangsmåte ved fremstilling av det prillede porøse produkt ifølge hvilke som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at det under prilleprosessen tilsettes mikrosfærer så som polymere ballonger, glassballonger eller hule metallsfærer, når produktet under prilleprosessen er oppdelt i dråper, idet tilsetningen skj er: (a) i sentrum av en prillebøtte, (b) i tilførselsrøret for en munnstykkeprilleenhet (dusjhodetype), eller (c) i tilførselsrøret for en injeksjon, for tilfelle av pannegranulert materiale.

9. Fremgangsmåte som i krav 8, karakterisert ved å tilsette til det uprillede ammoniumnitrat et karbonat og/eller kollodialt silika på et hvilket som helst egnet punkt i prosessen før prillingen finner sted, hvor gassgenerering fra karbonatet fortrinnsvis finner sted i dråpene før størkning på en slik måte at gassboblene er små og jevne og at gassutviklingen ikke skjer for raskt.

10. Anvendelse av det faste prillede produkt i henhold til kravene 1 - 7 i sprengstoffer så som ANFO eller tungt ANFO.