NO793866L - Aluminiumpulver-sprengstoffoppslemnings-sensibiliseringsmiddel - Google Patents

Description

Aluminiumpulversprengstoffo<p>pslemningssensibili-seringsmiddel.

Foreliggende oppfinnelse angår et finpartikkelformig aluminiumpulver. Mere spesielt angår oppfinnelsen et finpartikkelformig aluminiumpulverpreparat egnet for.anvendelse som sensibili-seringsmiddel i sprengstoffer av oppslemniningstypen på vannbasis.

Finpartikkelformig aluminiumpulvere, inneholdende partikler som stort sett passerer en 325 mesh Tyler skikt, og innbefatter partikler med størrelser ned til noen få^um, har mange anvendelser: i maling, blekk og lignende belegningspreparater er de vel innarbeidet, mens en nyere anvendelse er som sensibiliserings-middel i sprengstoffer av oppslemningstypen. Alle anvendelser av partikkelformig aluminium hvor fine partikkelstørrelser er til--stede, har imidlertid en vesentlig ulempe: aluminiumpulver av yum-størrelse utgjør en alvorlig fare idet det er tilbøyelig til støveksplosjoner. Denne meget alvorlige fare har begrenset, og begrenser fremdeles, den kommersielle anvendelse av slike aluminiumpulvere, særlig hvis angjeldende operasjon kan involvere nærværet, på et eller annet trinn, av et tørt aluminiumpulver.

Ved en rekke anvendelser kan disse problemer enten for-minskes tilstrekkelig, eller enndog overvinnes, ved å sikre at pulvere er fullstendig belagt til alle tider med en organisk væske (dette kalles vanligvis en "fuktet" tilstand). Det bør merkes at

i det store og hele er vann ikke en egnet fuktevæske, da finpulveri-sert aluminium reagerer spontant med vann under frigjørelse av hydrogengass, denne egenskap utnyttes ved noen anvendelser av slike pulvere, f.eks. ved fremstilling av lett^betong i alminnelighet er fuktevæsken som anvendes, et hydrocarbonmateriale, som paraffin eller White spirit (et hydrocarbonmateriale med et koke-punkt på ca. 150 190°C)..

Skjønt disse fuktede systemer er langt mindre farlige enn

et tørt aluminiumpulver, er det ikke en fullstending løsning på

alle håndteringsproblemer av to forskjellige grunner. Den første er at i en viss grad erstattes, et problem med et annet:, en støv-eksplosjonsfare erstattes med en oppflamningsfare. Den annen er at meget ofte kan nærværet av hydrocarbonvæsken som anvendes til å fukte pulvere, ikke tolereres, da det fører til komplikasjoner ved den påtenkte sluttanvendelse. Denne vanskelighet blir akutt i systemer på vannbasis som inneholder lite eller ingen organiske oppløsningsmidler. Representative vandige systemer i hvilke nærværet av enndog minimale mengder hydrocarboner er uønsket, er sement og betong-skumningssystemer, og sprengstoffer av oppslemm ningstypeh på vannbasis.

Aluminiumpulver som anvendes for å sensibilisere vann-baserte oppslemningssprengstoffer må oppfylle to fordringer.

Først må pulveret være tilstrekkelig aktivt til å virke som en sprengstoffsensibilisator, fortrinnsvis uten bistand av en over-drager som TNT eller PETN: d.v.s. det er ønskelig at den sensibili-serte sprengstoffoppslemning er fenghettefølsomt. For det annet må aluminiumpulveret som anvendes som sensibilisator, ikke være så reaktivt at det reagerer med vann som er tilstede i oppslemningen. I et ekstremt tilfelle kan en slik reaksjon føre til totaltap, ved oppløsning, av sensibiliseringspulveret. I et mel-lomliggende tilfelle vil en slik reaksjon både utvikle gassbobler i oppslemningen, og også belegge aluminiumpartiklene med et oxydlag. Begge disse er forhold som kan ha farlige følger.

Hvis sensibilisatoren går tapt, vil den anbragte oppslemning (f.eks. i et borehull i et dagbrudd) i det hele tatt ikke detonere. Hvis store gassbobler og/eller en sterkt oxydert sensibilisator er tilstede, vil en slik anbragtoppslemning og "død"

og vil enten ikke eksplodere i det hele tatt, eller vil ikke detonere ordentlig.

For anvendelse som sensibilisator for sprengstoff kreves således et finpartiklet aluminiumpulver som er ikke-støvende,

er ureaktivt overfor vann, er relativt fritt for hydrocarbon og som er tilstrekkelig reaktivt til å fremme detonasjon, fortrinnsvis ved å være fenghettefølsomt. Mot disseønskemål må settes det faktum at den industrielt mest bekvemme fremgangsmåte for å fremstille finpartiklet aluminium, av en størrelse egnet for anvendelse som sensibilisator, er å findele aluminium i et hydro-

carbonmedium som kerosen eller white spirit.

Det har vært foreslått, å overvinne disse vanskeligheter

og derved fremskaffe et aluminiumpulverpreparat som er i stand til å virke tilfredsstillende som sensibilisator i et oppslemningssprengstoff på vannbasis, ved å male aluminiumet i en kulemølle i et hydrocarbonmedium og i nærvær av en polyvinylpyrrolidonharpiks. Hydrocarbonet anvendt som malemedium kan så fjernes ved å bringe det fuktige preparat i kontakt med en væske som er enten

et oppløsningsmiddel for, eller vil svelle, polyvinylpyrrolidon-ha.rpiksene. Passende væsker til dette formål er vann, ethanol, ethylenglycol, diethylenglycol og formamid. Ved denne fremgangsmåte fåes et aluminiumpreparat som er fullt i stand til å virke som en sensibilisator i et vannbasert oppslemningssprengstoff. Disse preparater er effektive i borehull ned til 76 mm i diameter. Slike preparater inneholder fra 5 til 20 vekt% polyvinylpyrrolidon, beregnet på vekten av aluminiumpulveret tilstede i sprengstoffet. Et foretrukket område for polyvinylpyrrolidonharpiks er fra 10% til 15%.

Disse sprengstoffer som i alminnelighet inneholder 10 til 15% polyvinylpyrrolidon, har imidlertid vist seg å ha en ulempe. Det har vist seg at selv når et organisk.oppløsningsmiddel anvendes, i stedet for vann, i fortrengningstrinnet, er tilstrekkelig separasjon av aluminiumpulver/polyvinylpyrrolidonpreparater fra hydrocarbonvæsken anvendt i maletrinnet, vanskelig. I praksis har det vist seg at minst 10% av hydrocarbonet alltid blir tilbake i aluminiumpreparatet, hvilket kompliserer dets riktige inkorpo-rering i en oppslemning.

Det har nu vist seg at denne ulempe kan overvinnes ved å minske mengden av polyvinylpyrrolidon til mengder langt under den tidligere foreslåtte lavere grense på 5%. Hvis et nivå på ca. 1% anvendes, hvilket er en tiendedel av mengden som er foretrukket i de tidligere preparater, vil man ganske forbausende få en sensibilisator som, foruten fordelene oppvist av de tidligere systemer, er både fenghettefølsomt og vil detonere tilstrekkelig i mindre hull, i det minste ned til 38 mm diameter. I virkeligheten synes den nedre grense å være ca. 0,1% polyvinylpyrrolidon, beregnet på vekten av det tilstedeværende aluminium, ved hvilket punkt prepa ratene begynner å oppvise en uønsket støyfare etter fjernelse av hydrocarbonet.

Ved et første aspekt av foreliggende oppfinnelse fremskaffes der således en fremgangsmåte for fremstilling av et vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat som omfatter å findele et partikkelformig aluminiummateriale i et hydrocarbonmedium, og i nærvær av fra ca. o,l% til under 5 vekt%, beregnet på vekten av anvendt aluminium,

av et polyvinylpyrrolidonharpikspulver inntil en ønsket aluminium-partikkelstørrelse er nådd, og deretter fjerne hoveddelen av hydrocarbonmediumet for å få et aluminiumpastapreparat som inneholder 15-30 vekt% hydrocarbonmedium.

Bekvemt er vektforholdet av hydrocarbonmedium til aluminium tatt for findelingstrinnene ca. 2:1. Passende hydrocarboner er de vanlige des.tillatf raks joner som selges under forskjellige navn, som white spirit og kerosen. Kerosentypene foretrekkes da de i alminnelighet har et høyere flammepunkt.

Fortrinnsvis anvendes ikke mindre enn 0,25% polyvinylpyrrolidon, beregnet på vekten av tapt aluminium, fordi selv om en tilstrekkelig sensibilisator kan fåes ved et nivå så lavt som ca. 0,1%, er det ved nivåer under 0,25% en tendens for aluminium-pulverpartiklene å agglomerere eller sveises sammen under malingen. Dessuten viser det seg ved nivåer på ca. 0,1% en tilbøyelighet

til dannelse av fritt støv i filterkaken, hvilket er meget uønsket da dette støv utgjør en eksplosjonsfare. Et. nivå på ca. 1%, d.v.s.

i området 0,5% til 1,5%, foretrekkes, da det synes at man ved dette nivå oppnår optimale egenskaper.

Typisk er partikkelstørrelsen av aluminiumet i det ferdige produkt slik at 80% derav vil passere en 325 mesh Tyler skikt,

idet partiklene i alminnelighet har et størrelsesområde fra 2^,um til 10^,um.

Fortrinnsvis inneholder den ferdige pasta så lite hydrocarbonmedium som mulig. I det store og hele bør fjernelse av hydrocarbonmediet ved vanlige fysikalske separasjonsmetoder gi et aluminiumpastapreparat inneholdende fra 15% til 30% hydrocarbonmedium.

Aluminiumet anvendt for å fremstille pulvere kan være et hvilket som helst egnet lite alumj.ni.ummateri.ale, f.eks, luft-blåst pulver, eller oppka.ppet ,£olie. Pet anvendte aluminium be-høver heller ikke å være rent, både aluminium og dets legeringer kan anvendes. Det er imidlertidønskelig å unngå legeringer som inneholder elementer kjent for å være skadelige når anvendt i sprengstoffer: f.eks. legeringer inneholdende betraktelige mengder av kobber og sink har vist seg å skade detonasjonshastigheten når de anvendes som brensel i et ammoniumnitrat/brenselsolje-oppslemningssprengstoff.

En hvilken som helst egnet findelingsmetode kan anvendes

for å få pulveret. En enkel kulemølle er helt tilfredsstillende.

I et annet aspekt fremskaffer oppfinnelsen et i det vesentlig ikke-støvende finpartiklet aluminiumpulverpreparat inneholdende, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, fra 0,1% til under 5% av en polyvinylpyrrolidonharpiks og fra 15% til 30% av

et hydrocarbonvæskemedium.

Til mange formål er det ønskelig å være i stand til å fjerne hydrocarbonmediet fra aluminiumpulveret. En hovedulempe ved de tidligere foreslåtte preparater som vanligvis inneholder ca. i0% til 15% polyvinylpyrrolidonharpiks, er at minst ca. 10%

av hydrocarbonet som er tilstede i pastaen, blir tilbake når det fortrenges. Ved de lavere nivåer av polyvinylpyrrolidon som anvendes ved foreliggende oppfinnelse, har det vist seg at både langt mer avhydrocarbonmediet kan fjernes, og 'også mindre for-trengningsmedium er nødvendig. I den tidligere prosess anvendes ca. 30 vekt% organisk oppløsningsmiddel, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium. Dette svarer til 60% til 100 vekt% organisk oppløsningsmiddel basert på vekten av tilstedeværende hydrocarbonmedium, da pastaene inneholder fra 30 til 50 vekt% hydrocarbon basert på vekten av aluminium. Det har nu vist seg at ved de lavere nivåer av nolyvinylpyrrolidonharniks ifølge oppfinnelsen, er fra 20% til 50 vekt% organisk oppløsningsmiddel, beregnet på vekten av tilstedeværende hydrocarbonmedium, effektivt til å fjerne hydrocarbonmediet, og videre, at mer enn 97% av hydrocarbonmediet kan fjernes (d.v.s. fra en pasta inneholdende 30 vekt% hydrocarbon, beregnet på vekten av aluminium, vil mindre enn 1% hydrocarbon bli tilbake i systemet). Denne grad av effek-

tivitet ved hydrocarbonfjernelsé er helt uventet da polyvinylpyrrolidon er. en yannoppløselig. hydrofi.1 polymer. Det synes også at enkel fortrengning av hydrocarbonet ved knaing av pastaen med vann er mere effektiv ved de lavere nivåer av polyvinylpyrrolidon ifølge oppfinnelsen.

Ved et tredje aspekt av oppfinnelsen fremskaffes således

en fremgangsmåte for fremstilling av et i det vesentlige ikke-støvende finpartiklet vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat som inneholder under ca. 1 vekt% hydrocarbon, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, hvilken fremgangsmåte omfatter å findele en partikkelformig aluminiumpåmatning i et hydrocarbonmedium, og i nærvær av 0,1% til under 5 vekti av det anvendte aluminium, av et polyvinylpyrrolidonharpikspulver inntil en ønsket partikkelstørrelse er nådd; å skille fra overskudd av hydrocarbonmedium for å få en pasta inneholdende fra ca. 15% til ca. 30% hydrocarbonmedium; å fortrenge hydrocarbonmediet fra preparatet ved å blande det med fra ca. 20% til ca. 50 vekt%, beregnet på vekten av tilstedeværende hydrocarbonmedium, av vann eller et polart organisk oppløsningsmiddel for polyvinyl<p>yrrolidon, og deretter skille det fortrengte hydrocarbonmedium fra aluminiumpreparatet.

Et fjerde aspekt av oppfinnelsen omfatter et i det vesentlige ikke-støvende finpartiklet vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat inneholdende, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, fra 0,1% til under 5 % av en polyvinylpyrrolidonharpiks,

og fra ca. 3% til ca. 15 vekt% vann eller et polart organisk opp-løsningsmiddel for polyvinylpyrrolidon, f.eks. ethylalkohol, diethylenglycol, ethylenglycol eller formamid. Fortrinnsvis■er det polare organiske oppløsningsmiddel ethylenglycol, diethylenglycol eller formamid, idet ethylenglycol er det foretrukne oppløs-ningsmiddel .

Aluminiumpulverpreparatene ifølge oppfinnelsen er, som de tidligere foreslåtte preparater inneholdende høyere nivåer av polyvinylpyrrolidon, særlig egnet for anvendelse i oppslemningstypen av vannholdige sprengstoffer. Som ved de tidligere preparater oppviser de en ønsket grad av stabilitet overfor det vandige miljø hvori de anvendes. I motsetning til disse tidligere systemer opp viser de tre ytterligere fordeler, av hvilke deres evne til nesten total hydroca.rbonf.jern.el.se. er den mest nyttige fra et praktisk standpunkt. De vil også detonere tilfredsstillende i borehull med mindre diameter, f.eks. er vellykkede detoneringer vært utført ved 38 mm, og de oppviser også fenghettefølsomhet når de anvendes i et typisk sprengstoff, som det følgende (vekt-deler) :

Til en slik oppslemning tilsettes fra 1% til 10% aluminiumsensibi-liseringspreparat, fortrinnsvis inneholdende ca. 1% polyvinylpyrrolidon, beregnet på tilstedeværende aluminium. Et slikt sys-tem er fenghettefølsomt til detonasjon i et 38 mm diameter hull under anvendelse av en standard høyenergi-fenghette.

I den foregående beskrivelse er det omtalt at preparatene ifølge oppfinnelsen bare inneholder aluminiumpulver, polyvinylpyrrolidonharpiks , noe hydrocarbon og noe polart organisk oppløs-ningsmiddel, avhengig av om tilleggstrinnene for fjernelse av hoveddelen av hydrocarbonet har vært anvendt. Disse preparater må ikke betraktes på en slik begrenset måte, da de kan inneholde andre materialer, vanligvis i små mengder, som tas med vanligvis for å forbedre deres håndteringsegenskaper. Slike materialer er velkjent i faget, og innbefatter f.eks. overflateaktive midler for å bistå dispergeringen av preparatet ifølge oppfinnelsen i et oppslemningssprengstoff på vannbasis.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat, karakterisert ved at en partikkelformig aluminiumpåmatning findeles i et hydrocarbonmedium og i nærvær av fra 0,1% til under 5 vekt%, beregnet på vekten av anvendt aluminium, av et polyvinylpyrrolidonharnikspulver, inntil en ønsket aluminiumpar-. tikkelstørrelse er nådd, og deretter å fjerne det meste av hydrocarbonmediet for å få et aluminiumpastapreparat inneholdende 15% til 30 vekt% hydrocarbonmedium.

2. Fremgangsmåte ifølge krav l,ved fremstilling av et i det vesentlige ikke-stø vende finpartiklet vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat i det vesentlige inneholdende under ca. 1 vekt% hydrocarbon, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, . karakterisert ved at en partikkelformig aluminiumpåmatning findeles i et hydrocarbonmedium, og i nærvær av fra 0,1% til under 5 vekt% av det anvendte aluminium, av et polyvinylpyrrolidonharpikspulver inntil.en ønsket partikkelstørrelse er nådd; at overskudd av hydrocarbonmedium fraskilles for å få en pasta inneholdende fra 15%. til 30% hydrocarbonmedium; å fortrenge hydrocarbonmediet ved å tilblande fra 20% til 50 vekt%, beregnet på vekten av tilstedeværende hydrocarbonmedium, av vann eller et polart organisk oppløsningsmiddel for polyvinylpyrrolidon, og deretter skille det fortrengte hydrocarbonmedium fra aluminiumpreparatet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert , v'ed at vektforholdet av hydrocarbonmediet til anvendt aluminium fra findelingstrinnet er ca. 2:1.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at der anvendes fra 0,25% til 5,0 vekt%, beregnet på vekten av anvendt aluminium, av polyvinylpyrrolidonharpikspulver.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at. der anvendes fra 0,5% til 1,5 vekt%, beregnet på vekten av anvendt aluminium, av polyvinyl-. pyrrolidonharpikspulver'.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at der anvendes ca. 1 vekt%, beregnet på vekten av anvendt aluminium, av polyvinylpyrrolidonharpikspulver.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at aluminiumet findeles til en partikkelstørrelse slik at 90% derav vil passere en 325 mesh Tyler skikt.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at aluminiumet findeles til en partikkelstørrelse slik at 90% derav har en.størrelse i området fra 2^ um til 10^,um.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1-8, karakterisert ved at den partikkelformige aluminiumpåmatning omfatter aluminium og legeringer derav.

10. Et i det vesentlige ikke-støvende finpartiklet aluminiumpulverpreparat, karakterisert ved at det vesentlig inneholder, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, 0,1% til under 5% av en polyvinylpyrrolidonharpiks, og 15% til 30% av et hydrocarbonvæskemedium.

11. Et i det vesentlige ikke-støvende finpartiklet vanndispergerbart aluminiumpulverpreparat, karakterisert ved at det, beregnet på vekten av tilstedeværende aluminium, inneholder under 1% av et hydrocarbonmedium; fra 0,1% til under 5% av en polyvinylpyrrolidonharpiks; og fra 3 til 15 vekt% vann eller et polart organisk oppløsnings-middel for polyvinylpyrrolidon.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at der som polart organisk opp^ løsningsmiddel velges ethylalkohol, diethylenglycol, ethylenglycol og/eller formamid.

13. Fremgangsmåte ifølge kra,v 2, karakterisert ved at der som polart organisk opp-løsningsmiddel anvendes ethylenglycol, diethylenglycol og/ eller formamid.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at der som polart organisk opp--løsningsmiddel anvendes ethylenglycol.

15. Preparat ifølge krav 11, karakterisert ved at det polare organiske opp-løsningsmiddel er ethylalkohol, diethylenglycol, ethylenglycol og/eller formamid.

16. Preparat ifølge krav 11, karakterisert ved at det polare organiske opp-løsningsmiddel er ethylenglycol, diethylenglycol og/eller formamid.

17. Preparat ifølge krav 11, karakterisert ved at det polare organiske opp-løsningsmiddel er ethylenglycol.

18. Preparat ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at det partikkelformige aluminium omfatter aluminium og legeringer derav.