Wynalazek niniejszy dotyczy ladunków do mechanizmów tlokowych, wprawianych w ruch cisnieniem gazu, albo do nabojów rozsadzajacych, zawierajacych naczynie odporne na cisnienie oraz podatne na ci¬ snienie urzadzenie wydmuchowe, a zwla¬ szcza dotyczy ladunków, zawierajacych mieszaniny, w których azotan amonu jest glównym albo jedynym skladnikiem wy¬ twarzajacym gaz.Jesli azotan amonu ogrzewa sie do tem¬ peratury 160 — 260^0 w przestrzeni o- twartej i pod zwyklym cisnieniem, to na¬ stepuje rozklad na bezwodnik podazota- wy oraz wode, wedlug równania: NH4N03 = 2H20 + N20 Rozklad ten, aczkolwiek egzotermiczny, wymaga nieprzerwanego dostarczania cie¬ pla. Reakcja ta jest dobrze znana meto¬ da laboratoryjna wytwarzania bezwodni¬ ka podazotawego i doswiadczenie wykaza¬ lo, ze w ciagu wytwarzania tego zwiazku nalezy unikac nadmiernego dostarczania ciepla, gdyz w przeciwnym razie azotan amonu móglby samorzutnie wybuchnac/ Jezeli azotan amonu jest dodany do mate¬ rialu palnego, np, materialu weglowego lub mialko rozdrobnionego metalu, mogacego podlegac gwaltownemu utlenianiu tlenem azotanu amonowego, to rozklad tak otrzy¬ manej mieszaniny jest o wiele bardziej egzotermiczny od rozkladu samego azota¬ nu amonowego. Podobnie jak sam azotananionu, mieszaniny takie sa czesto zbyt ma¬ lo wrazliwe na zapalanie albo posiadaja zbyt mala zdolnosc ido samopodtrzymywa- ncgo rozkladu, zfwlaszczi* przy ogrzewaniu miejscowym w otwartej przestrzeni, a z drugiej strony niektóre z nich sa jeszcze zbyt sklonne do wybuchu przy ogrzewaniu w przestrzeni zamknietej. Wrazliwosc na zapalanie oraz na samopodtrzymywany rozklad przy miejscowym ogrzewaniu w przestrzeni otwartej zalezy od rodzaju materialu palnego oraz od jego ilosci w stosunku do ilosci azotanu amonowego.Przy uzyciu skladników weglowych, jako materialu pednego, wrazliwosc ta wzrasta wraz ze wzrostem ilosci tego materialu weglowego oraz wzrasta ilosc wytwarza¬ nego tlenku wegla podczas spalania na niekorzysc dwutlenku wegla. Jak naleza¬ loby oczekiwac, wchodza tu w gre równiez inne czynniki, np. stan agregacji oraz kon¬ solidacja mieszaniny.Jako przyklad wplywu stosunkowej i- losci azotanu amonowego na latwosc zapa¬ lania mozna podac, ze stala mieszanina 80 czesci wagowych azotanu amonowego i 6 czesci wagowych wegla drzewnego, pomi¬ mo iz jest teoretycznie zrównowazona mie¬ szanina palna, w której istnieje ilosc azo¬ tanu amonowego dostateczna do utlenienia wegla calkowicie na dwutlenek wegla, nie jest ona jednakze zdolna do podtrzymywa¬ nia swego rozkladu pod zwyklym cisnie¬ niem, jesli zostanie ogrzana miejscowo* np. za pomoca zapalnika. Z drugiej strony mie¬ szanina w tej samej postaci, zlozona z 80 czesci wagowych azotanu amonowego i 12 czesci wagowych wegla drzewnego, pali sie zupelnie latwo pod zwyklym cisnieniem po zapaleniu jej za pomoca takiego samego zapalnika, aczkolwiek ilosc stosunkowa a- zotanu amonowego w tym przypadku wy¬ starcza zaledwie do utlenienia wegla na tlenek wegla. Pierwsza mieszanina pod cisnieniem wykazuje wieksza sklonnosc do wybuchu niz druga.Wedlug wynalazku niniejszego opisany ladunek do urzadzen, wprawianych w dzia¬ lanie cisnieniem gazu, zawiera mieszanine gazotwórcza oraz niedetonujacy zapalnik, który sam przez sie nie wystarcza do spo¬ wodowania znacznego ogólnego wzrostu temperatury ladunku, wymieniona zas mie¬ szanina gazotwórcza sklada sie zasadniczo albo przewaznie z azotanu amonowego i jako uczulacz zawiera tlenek chromu oraz zwiazek chromowy, zdolny do wytwarzania tlenku chromowego podczas ogrzewania w obecnosci azotanu amonowego, tak iz mie¬ szanina gazotwórcza jest zdolna do ulega¬ nia samorzutnemu rozkladowi bez de¬ tonacji, jesli zostanie zapalona w jednym miejscu i pod zwyklym cisnieniem za po¬ moca wymienionego zapalnika.Najlepszymi materialami uczulajacymi do uzycia w ladunkach wedlug wynalazku niniejszego sa dwuchromiany albo chro¬ miany amonu lub potasu, lecz mozna rów¬ niez stosowac chromiany albo wielochro- miany innych potasowców, np. sodu, chro¬ mian zas olowiu i chlorek chromowy wyka¬ zuja równiez slabe dzialanie uczulajace i sa równiez objete zakresem wynalazku ni¬ niejszego. Przypuszczalnie aktywnym czyn¬ nikiem uczulajacym jest swiezo wytworzo¬ ny tlenek chromowy, gdyz stwierdzono, ze efekt uczulania swiezo przygotowanym po¬ piolem, otrzymanym przez ogrzewanie dwuchromianu amonowego, z czasem male¬ je. Rozumie sie, ze ladunek moze zawie¬ rac skladniki rózne od azotanu amonowe¬ go, zdolne do reakcji z odpowiednimi zwiazkami chromu w celu wytworzenia tlenku chromowego przy ogrzewaniu. Ta¬ kie skladniki i zwiazki nalezy uwazac za równowazne z chromianami lub wielochro- mianami, wymienionymi powyzej.Zawartosc chromianu lub wielochro- mianu zwykle nie przekracza 20% wago¬ wych zawartosci azotanu amonowego, lecz w wiekszosci przypadków dostateczna jest ilosc o wiele mniejsza. Zwykle wystarcza — 2 -stosowac 1 — 10% wagowych chromianu w stosunku do ilosci azotanu amonowego.Ladunki wedlug wynalazku cechuje zatem mala ilosc popiolu po spaleniu.Mieszaniny gazotwórcze, stosowane wedlug niniejszego wynalazku, w nieobec¬ nosci uczulacza z tlenku chromowego sa zdolne do samorzutnego gazotwórczego rozkladu! bez detonacji albo do spowodo- wania znacznego i ogólnego wzrostu tem¬ peratury, o ile znajduja sie w przestrzeni zamknietej pod cisnieniem oraz sa zapala¬ ne za pomoca miejscowego i ograniczone¬ go zapalnika albo tez jesli znajduja sie pod cisnieniem zwyklym i sa ogrzewane dostatecznie. Takie mieszaniny oprócz azo¬ tanu amonowego moga zawierac pewna i- losc materialu utleniajacego sie, np. pal¬ nych materialów weglowych. Odpowiedni¬ mi materialami utleniajacymi sie sa: skro¬ bia, wegiel drzewny, torf, maka drzewna, wlókna roslinne, naturalne i sztuczne zy¬ wice, woski, bitumy, weglowodory, mydla, tluszcze, oleje oraz niektóre inne materia¬ ly organiczne, mniej palne lub niepalne ma¬ terialy, np. polimery aldehydu mrówko¬ wego, weglan i dwuweglan amonu, szcza¬ wian amonu, mocznik, guanidyna i inne azotowe substancje organiczne, a nawet pewne nieorganiczne materialy azotowe, np. wodorotlenek hydrazyny. W razie po¬ trzeby mieszaniny te moga zawierac rów¬ niez drobne ilosci materialów nieorganicz¬ nych, np. krzemionke, kaolin, weglan magnezu, wapno i t. d., które wywieraja wplyw na rozklad azotanu amonowe¬ go.Uczulajacy zwiazek chromowy najle¬ piej jest rozdzielic równomiernie w calej mieszaninie gazotwórczej, przy czym uczu¬ lony material mozna wytwarzac dodajac zwiazku chromowego do azotanu amono¬ wego przed albo po dodaniu do tego ostat¬ niego wszelkich innych pozadanych sklad¬ ników. Mieszanie to uskutecznia sie przez mielenie.W ladunkach wedlug wynalazku niniej¬ szego uczulona mieszanine zapala sie za pomoca miejscowego i ograniczonego za* palnika, tj. zapalnika, który sam przez sie nie wystarcza do spowodowania znacznego wzrostu temperatury w calym ladunku. Za¬ palnik, stosowany wedlug niniejszego wy¬ nalazku, powinien byc niewybuchowy oraz musi byc zdolny do wytworzenia plomienia! zaru lub iskry w zetknieciu z mieszanina gazotwórcza. Jako przyklady takiego za¬ palnika mozna wymienic elektryczny zapal¬ nik prochowy, bezpieczny zapalnik elek¬ tryczny albo ladunek drobnego bezdym¬ nego prochu lub ladunek kordytu, zapala¬ ny za pomoca splonki. Rozumie sie, ze za¬ stosowanie splonki w ten sposób do wpra¬ wienia w dzialanie zapalnika, wytwarza¬ jacego plomien, nie jest równowazne ze stosowaniem detonatora i nie powoduje niebezpieczenstwa wybuchu mieszaniny ga¬ zotwórcze).Przy uzyciu ladunków wedlug wyna» lazku niniejszego cisnienie, pod którym gaz zostaje wytworzony, znacznie wzrasta w miare postepowania rozkladu, lecz cha¬ rakterystyczna ceche niniejszego wynalaz¬ ku stanowi, ze obecnosc czynnika uczula¬ jacego nie wplywa w znaczniejszym stop¬ niu na sklonnosc mieszaniny do wybuchu w zwyklych warunkach. Rozklad znacznej ilosci ladunku nastepuje w temperaturze nizszej od tej, do której nalezaloby ogrzac mieszanine nie uczulona przed rozpocze¬ ciem rozkladu. Wytwarzanie cisnienia o- siaga sie dzieki temu stopniowo.Urzadzenie do rozsadzania za pomoca ladunku wedlug wynalazku sklada sie z wysokopreznego naczynia metalowego, za¬ opatrzonego w podatne na cisnienie urza¬ dzenie wydmuchowe oraz w niedetonujacy zapalnik i naladowanego uczulona miesza¬ nina azotanu amonowego. Zapalnik moze stanowic elektryczny zapalnik prochowy, lecz mozna równiez stosowac zapalniki ty¬ pu, opisanego w patencie angielskim — 3 —tir 431 950. W urzadzeniach rozsadzajacych tego typu ilosc materialu dajacego sie u- tleniac w mieszaninie z azotanem amonu powinna byc zasadniczo dostateczna do zapewnienia nieznacznego tylko wytwarza* nia wolnych tlenków azotu podczas spala¬ nia.W takich urzadzeniach rozsadzajacych na ogól najlepiej jest, jesli stosunek azo¬ tanu amonowego i materialu dajacego sie utleniac jest taki, ze w produktach spalania nie otrzymuje sie Wcale tlenku wegla lub otrzymuje sie zaledwie mala jego ilosc.Zwlaszcza w bezpiecznych urzadzeniach rozsadzajacych w kopalniach zagazowa¬ nych lub zawierajacych pyl weglowy sto¬ sunek azotanu amonowego i materialu da¬ jacego sie utleniac nalezy dobrac tak, aby obecne materialy weglowe ulegaly calkowi¬ temu spalaniu na dwutlenek wegla i wode.Mieszaniny azotanu amonowego tego typu nie zawsze sa same przez sie dosc wrazli¬ we, aby podtrzymac to spalanie pod zwy¬ klym cisnieniem, jesli zostana zapalone za pomoca miejscowego i ograniczonego za¬ palnika, wobec czego wynalazek niniejszy jest szczególnie cenny przy wytwarzaniu odpowiednich ladunków do urzadzen roz¬ sadzajacych opisanego typu.Przy wytwarzaniu mieszanin do rozsa¬ dzania w ten sposób, a zwlaszcza do uzyt¬ ku w kopalniach zagazowanych albo za¬ wierajacych pyl weglowy, weglan lub dwu¬ weglan amonu albo inne materialy niepal¬ ne, dajace podczas utleniania duza obje¬ tosc gazu, sa szczególnie korzytne, jako materialy do reakcji z nadmiarem tlenu w mieszaninie azotanu amonowego. Takie materialy, jak weglan lub dwuweglan amo¬ nu, same przez sie ulegajace pod dziala¬ niem ciepla rozkladowi z wytwarzaniem gazów, mozna wprowadzac w wiekszych ilosciach, niz to jest potrzebne do zrówno¬ wazenia tlenu; wtedy sluza one do uzytecz¬ nego celu przyczyniajac sie do zwiekszenia wywiazanego cisnienia oraz do miarkowa¬ nia osiaganej temperatury. Umiarkowane ilosci tych zwiazków mozna korzystnie wprowadzic przez proste domieszanie, lecz jesli pozadane jest wprowadzenie wiek¬ szych ilosci takich materialów, wygodniej jest czesto stosowac co najmniej czesc we¬ glanu amonowego w postaci ziarnistej, do¬ brze rozprowadzonej w reszcie mieszani¬ ny, która sama moze posiadac postac pro¬ szku lub postac ziarnista i która zawiera azotan amonu oraz uczulacz i, korzystnie, dostateczna ilosc materialu weglowego w celu zrównowazenia mieszaniny.Mieszanina azotanu amonowego, stoso¬ wana w urzadzeniach rozsadzajacych we¬ dlug wynalazku niniejszego, moze byc utworzona z jakiejkolwiek egzotermicznej mieszaniny gazotwórczej, opisanej w pa¬ tencie angielskim nr 430 258. Zgodnie z tym opisem te mieszaniny gazotwórcze stosuje sie lacznie z niedetonujaca miesza¬ nina grzejna w znacznej ilosci. Wedlug wynalazku niniejszego mieszaniny gazo¬ twórcze stosuje sie w obecnosci zwiazku chromowego, jako uczulacza, tak iz mie¬ szaninom nadaje sie zdolnosc do podtrzy¬ mywania wlasnego rozkladu, jesli zostana one zapalone za pomoca miejscowego i o- graniczonego zapalnika, tj. za Jomoca za¬ palnika z 30 — 100 ziarnkami prochu.Jesli urzadzenia rozsadzajace, opisane powyzej, maja byc uzyte w kopalniach ob¬ fitujacych w gazy lub pyl, to jest rzecza pozadana, aby organiczny skladnik palny, obecny w mieszaninie, posiadal pewna ogniotrwalosc, aby mozna bylo zmniejszyc niebezpieczenstwo wywiania takiego sklad¬ nika w stanie niezuzytym lub zaledwie cze¬ sciowo zuzytym i jeszcze plonacym albo zaledwie zapalonym. Takie nadawanie ogniotrwalosci mozna uskuteczniac za po¬ moca impregnacji solami nadajacymi ognio¬ trwalosc, np. fosforanem lub siarczanem, wolframianem sodowym, alunem lub borak¬ sem.Ladunek wedlug wynalazku moze bycumieszczany w mechanicznym urzadzeniu, wprawianym w dzialanie cisnieniem gazu, np. za pomoca tloka i U d~ Urzadzenie to zawiera odpowiednie naczynie lub zbiornik, jako generator gazu, oraz ladunek uczu¬ lonej mieszaniny azotanu amonowego, a takze niedetonujacy zapalnik, jak opisa¬ no powyzej. Przy takim uzyciu ladunku jest zwykle rzecza pozadana, aby ilosc da¬ jacego sie utleniac materialu nie tylko by¬ la dostateczna do zapobiezenia powstawa¬ niu wolnych tlenków azotu albo innych gazów nagryzajacych, lecz wystarczala równiez do wytworzenia stosunkowo duzej ilosci gazu trwalego. Przy utlenianiu mate¬ rialu, zlozonego z wegla oraz wodoru i za¬ wierajacego lub nie zawierajacego pewnej ilosci tlenu w swym skladzie, calkowite utlenienie na dwutlenek wegla i wode daje mniejsza objetosc gazu trwalego, niz utle¬ nienie na tlenek wegla i wodór, gdyz w tym ostatnio wymienionym przypadku nie nalezy oczekiwac zmniejszenia sie objeto¬ sci produktów, spowodowanego skrople¬ niem sie pary wodnej. Podczas wprawiania w dzialanie urzadzenia mechanicznego mo¬ ze to miec pewne znaczenie, wobec czego nie zawsze pozadane jest zmniejszanie ilo¬ sci wytwarzanego tlenku wegla, jak w przypadku rozsadzania.Przyklad I. 100 czesci wagowych azo¬ tanu amonowego miele sie dobrze z 6 cze¬ sciami dwuchromianu amonowego i 6 cze¬ sciami wegla drzewnego w miazdzarce walkowej dopóty, az skladniki zostana do¬ brze zmieszane. Wegla drzewnego dodaje sie dopiero wtedy, gdy azotan amonu i dwuchromian amonu zostana z lekka zmie¬ szane. Luzny proszek w luznej warstwie o grubosci 1,75 cm jest zdolny do podtrzy¬ mywania swego wlasnego spalania, jesli zostanie zapalony z jednego konca za po¬ moca zapalnika, natomiast mieszanina, wy¬ tworzona w podobny sposób, lecz zawie¬ rajaca tylko azotan amonu i wegiel drzew¬ ny, nie podtrzymywala procesu swego spa¬ lania sie po zapaleniu jej w podobny spo¬ sób. Aby usunac nadmiar tlenu z miesza¬ niny i stworzyc dalsze zródlo cisnienia gazu oraz obnizyc temperature spalania, nieraz dodawano dalej do mieszaniny, za¬ wierajacej wszystkie trzy skladniki, jesz¬ cze 20 czesci dwuweglanu amonowego. Tak otrzymany proch byl jeszcze zdolny do podtrzymywania procesu swego spalania sie po zapaleniu miejscowym. Pewna ilosc tego prochu umieszczono wraz z zapalni¬ kiem, zlozonym z lontu o 100 ziarnach prochu, w naczyniu odpornym na cisnie¬ nie i posiadajacym urzadzenie wydmucho¬ we, podatne na cisnienie.Takie urzadzenie jest odpowiednie do rozsadzania bezpiecznego.Przyklad IL Mieszanine 80 czesci sproszkowanego azotanu amonowego, 8 czesci sproszkowanego chromianu potaso¬ wego, 2 czesci skrobi i 1 czesci kaolinu mie¬ lono razem dopóty, az skladniki ulegly do¬ skonalemu zmieszaniu. Do otrzymanego proszku domieszano jedna trzecia jego wa¬ gi ziarnistego dwuweglanu amonowego.Mieszanine uzyto w urzadzeniach rozsa¬ dzajacych w sposób opisany w przykla¬ dzie I.Przyklad III. Mieszanine azotanu a- monowego, skrobi, dwuchromianu amono¬ wego i kaolinu w stosunku 80 : 2 : 5 : 1 zmielono z dostateczna iloscia wody na gesta paste, a nastepnie rozpostarto war¬ stwami okolo 6 mm grubymi i wysuszono.Wyschle ciasto polamano i przesiano oraz wzieto ziarna, które zostaly zatrzymane na sicie o 20 oczkach na 25 mm, lecz przeszly przez sito o 6 oczkach na 25 mm. Do mate¬ rialu ziarnistego dodano Vs w stosunku do jego ilosci wagowej zziarnowanego dwu¬ weglanu amonowego o ziarnach w przybli¬ zeniu tych samych rozmiarów. Ladunek 215 gramów mieszaniny wprowadzono do wysokopreznego urzadzenia, utworzonego ze stalowej rury o pojemnosci 680 cm3, wydmuchujacego pod cisnieniem 1920 — 5 —kg/cm2. Do naczynia tego wprowadzono równiez elektryczny lont prochowy, zawie¬ rajacy 100 ziarn prochu czarnego, jako za¬ palnik. Zaladowane urzadzenie, wypróbo¬ wane przez zapalenie w chodniku zawiera¬ jacym 9% metanu w mieszaninie z powie¬ trzem lub w chodniku, zawierajacym pyl weglowy, nie spowodowalo pozaru.Przyklad IV, Przyklad ten wyjasnia zastosowanie maki drzewnej, której nada¬ no ogniotrwalosc. 10 czesci maki drzewnej zanurzono w roztworze, zawierajacym 2 czesci wagowe siarczanu amonowego i 2 czesci wagowe fosforanu dwuamonowego, rozpuszczonego w mozliwie malej ilosci wody, oraz mieszano make drzewna z roz¬ tworem w ciagu kilku godzin. Tak potrak¬ towana make drzewna wysuszono nastep¬ nie i zmieszano z mieszanina azotanu amo¬ nowego, zasadowego weglanu magnezowe¬ go oraz dwuchromianu amonowego w sto¬ sunku: 5 czesci maki drzewnej na 7 czesci azotanu amonowego oraz % czesci dwu¬ chromianu amonu i xfa czesci zasadowego weglanu magnezowego. Mieszanine uzyto w urzadzeniu rozsadzajacym w sposób opi¬ sany w przykladzie I, przy czym zapalnik skladal sie z 60-ziarnowego lontu procho¬ wego. Zaladowane urzadzenie bylo odpo¬ wiednie do uzycia w zagazowanych albo zawierajacych pyl kopalniach.Przyklad W 7 czesci galarety mineral¬ nej zmieszano z uprzednio przygotowana mieszanina 80 czesci azotanu amonowego oraz 8 czesci dwuchromianu amonu i z mieszaniny tej wytloczono kulki. Miesza¬ nina ta, zdolna do podtrzymywania swego Wlasnego spalania z wytwarzaniem dwu¬ tlenku wegla i pary wodnej, byla polaczo¬ na z zapalnikiem, wytworzonym z malego ladunku krzemionkowo-saletrzanego, zapa¬ lanego za pomoca splonki. Otrzymany la¬ dunek byl odpowiedni do uzycia w me¬ chanicznych urzadzeniach, wprawianych w dzialanie cisnieniem gazu.Przyklad VI. Ladunek, jak w przy¬ kladzie V, zawieral mieszanine, przygoto¬ wana przez stloczenie w postaci naboju mieszaniny, zawierajacej 80 czesci wago¬ wych azotanu amonowego, 10 czesci bitu¬ mu i 5 czesci dwuchromianu amonowego.Nieco lagodniej plonace mieszaniny o- trzymuje sie, o stosunku skladników: 80 : 5 : 5 oraz 80 : 2 :3 zamiast 80 : 10 : 5.Przyklad VII. Ladunek, jak w przy¬ kladzie V, zawiera mieszanine, wytworzo¬ na przez stloczenie w ksztalcie preta mie¬ szaniny 80 czesci azotanu amonowego, 5 czesci paraldehydu mrówkowego oraz 5 czesci dwuchromianu amonowego.Ziarno prochu wazy 0,067 g. PL