RU2136640C1 - Способ изготовления взрывчатого вещества и взрывчатое вещество, полученное этим способом - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления взрывчатых веществ, позволяющему утилизировать отходы, включающие энергосодержащие материалы, а также к составу взрывчатого вещества, полученного этим способом. Изобретение направлено на использование топливных отходов, подлежащих нерациональному уничтожению (таких как твердое композитное ракетное топливо класса 1,3), для изготовления промышленных взрывчатых веществ, которые могут быть использованы в широком диапазоне взрывных работ (угледобыче, для возбуждения нефтяных скважин взрывом, взрывании горных пород, добычи руды и т.п.). Определенное заранее количество отходов предварительно измельчают и смешивают с бризантным взрывчатым веществом, находящимся в относительно текучем состоянии. Модифицированное взрывчатое вещество пригодно для использования обычным способом, в насыпной или расфасованной форме. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 8 табл.

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления взрывчатых веществ, позволяющему утилизировать отходы, которые включают энергосодержащие материалы, а также к составу взрывчатого вещества, полученного этим способом.

Сущность изобретения.

Известен способ использования отходов, включающих энергосодержащий материал путем смешения их с бризантным взрывчатым веществом (EP, заявка N 0474993, C 06 B 25/34).

Настоящее изобретение включает способ использования отходов, включающих энергосберегающий материал, путем смешивания их в измельченной форме и в определенном количестве с промышленным бризантным взрывчатым веществом. Смешивание производят, когда взрывчатое вещество находится в относительно текучей форме. Полученная смесь представляет собой модифицированное взрывчатое вещество, пригодное для использования при взрывных работах. Кроме того, настоящее изобретение относится к взрывчатому веществу, включающему определенное количество энергосодержащего материала в измельченной форме. Энергосодержащий материал находится в смеси с детонирующим взрывчатым веществом. Количество энергосберегающего материала устанавливается таким образом, что ингредиенты энергосодержащего материала принимают участие в процессе детонации.

Описание предпочтительного варианта реализации изобретения.

Значительную часть отходов, попадающих в настоящее время в окружающую среду, составляют энергосодержащие материалы, которые могут быть использованы как источник ресурсов, вместо того, чтобы усиливать нагрузку на окружающую среду. В настоящее время для того, чтобы избавиться от разнообразных материалов, относимых к отходам или вредным отходам, их захоранивают, сжигают на мусоросжигающих заводах, сжигают на открытом пламени и т.п. Однако значительная часть отходов приходится на долю материалов, которые по своему характеру являются преимущественно горючими или окислителями; или, в отдельных случаях, материал разрабатывается для получения стехиометрического равновесия химических реакций между ингредиентами, как в случае материала ракетного топлива. Настоящее изобретение позволяет использовать такие энергосодержащие материалы, которые в противном случае были бы направлены на сжигание, захоронение или от них избавлялись бы иным образом. В основном это достигается путем уменьшения размеров частиц энергосберегающих материалов за счет измельчения или перевода их в иную подходящую форму и последующего включения энергосодержащих материалов в состав промышленных взрывчатых веществ и получения таким образом модифицированного взрывчатого вещества.

Существует большое количество составов промышленных взрывчатых веществ, способы изготовления и применения которых хорошо известны. В особенности настоящее изобретение относится к модифицированию таких взрывчатых веществ, которые обычно имеют форму суспензий, водородсодержащих суспензий и эмульсий и находят широкое применение в угледобыче, для возбуждения нефтяных скважин взрывом, взрывания горных пород, добычи руды и т.п. Эти взрывчатые вещества отличаются очень высокой скоростью протекания химических реакций в заряде, что связано с волной детонации, которая распространяется по заряду со скоростью, превышающей скорость звука, обычно более 8000 фут/с (2400 м/с). Например, в буровых скважинах на карьерах химическая реакция завершается по всей длине заряда в скважине до того, как произойдет расширение в боковом направлении. Такая реакция позволяет максимизировать полезную работу, которая может быть получена за счет затрат на материалы и рабочую силу, поскольку практически все участвующие в реакции ингредиенты материала реагируют полностью.

Описанные выше взрывчатые вещества являются полужидкими или мягкими и могут непосредственно закачиваться в скважину или размещаться в трубах или мешковидных емкостях, что облегчает их закладку для взрывания. Действие любого конкретного взрывчатого вещества зависит от множества переменных факторов, таких как размер скважин или трубы, степень герметизации, размеры детонатора, температура, плотность, однородность ингредиентов, конкретные условия на месте проведения работ и т.п., причем значение этих переменных хорошо известно специалистам. Что касается настоящего изобретения, то были проведены испытания, в которых обращали внимание на влияние диаметра заряда, размеров и количества частиц энергосодержащего материала, типа взрывчатого вещества, температуры, при которой осуществляется детонация, в то время как остальные переменные оставались неизменными. В приведенных ниже примерах в качестве энерогосодержащего материала было выбрано избыточное твердое ракетное топливо.

Как указывалось выше, отходы, пригодные для использования в настоящем изобретении, являются той частью отходов, которая состоит из материалов, по природе своей относящихся к "горючим", к "окислителям" или к материалам, таким как твердое ракетное топливо, в которых горючие и окислительные ингредиенты находятся в химическом равновесии. Материалы этих трех типов обозначаются здесь все вместе как "энергосодержащие материалы" и находят применение в области взрывных работ и взрывчатых веществ.

Термины "горючее" и "окислитель" применяются здесь в смысле окислительно-восстановительной реакции, которая происходит между двумя химическими элементами или соединениями с образованием химической связи и выделением тепла, и в качестве продуктов реакции, различных элементов и соединений. Поэтому термин "горючее" относится к любому материалу, содержащему элементы или соединения, атомы или молекулы которых могут объединяться с кислородом и таким образом отдавать кислороду электроны с образованием химической связи и выделением, в ходе процесса, тепла. С другой стороны, термин "окислитель" относится к любому материалу, содержащему элементы или соединения, атомы или молекулы которых могут соединяться с водородом и таким образом получать электроны от водорода с образованием химической связи и выделением, в ходе процесса, тепла. Окислители не ограничиваются кислородосодержащими материалами и включают хлорсодержащие и фторсодержащие материалы, но не ограничиваются ими.

В настоящее время существует широкий выбор поставляемых промышленностью взрывчатых веществ, которые, благодаря высокой скорости волн детонации, идеально подходят для включения указанных энергосодержащих материалов. Обнаружено, что включение определенного количества энергосберегающих материалов в реально существующие взрывчатые вещества может осуществляться таким образом, что рабочие характеристики взрывчатого вещества ухудшаются в незначительной степени или не ухудшаются вообще и в некоторых случаях применения способствуют улучшению рабочих характеристик взрывчатого вещества.

Обычно взрывчатое вещество включает реагирующие ингредиенты, которые практически полностью вступают в химическое взаимодействие, обеспечивая таким образом практически максимально возможное выделение энергии. В предпочтительных вариантах настоящего изобретения энергосберегающие материалы включаются в состав этих взрывчатых веществ в процессе их изготовления или в другой подходящий момент перед их применением. Количество энергосберегающего материала и его форма таковы, что получаемый конечный продукт будет обеспечивать практически полное химическое взаимодействие всех ингредиентов, включая ингредиенты как исходного взрывчатого вещества, так и добавленного энергосберегающего материала, входящего в состав отходов. При каждом конкретном сочетании взрывчатого вещества и энергосодержащих материалов рекомендуется в контролируемых лабораторных условиях экспериментальным путем определять максимальное количество энергосберегающего материала, которое может быть эффективно использовано во взрывчатом веществе, форму, в которой его следует добавлять (например, в форме измельченных частиц или как суспензию, взвесь и т.п.), размер частиц и т.п. Применение настоящего изобретения особенно легко понять в случае использования энергосодержащего материала, находящегося в стехиометрическом равновесии, такого как твердое ракетное топливо, материала, который оказывается избыточным при нормальном производственном процессе в промышленности по производству твердотопливных ракетных двигателей. Когда энергосодержащий материал является по своей природе "горючим", может оказаться необходимым ввести во взрывчатое вещество определенное количество окислителя, или специально изготовленного, или из отходов с высоким содержанием окислителя; противоположная процедура осуществляется, когда энергосодержащие материалы, которые вводятся во взрывчатое вещество, являются по своей природе "окислителями".

В качестве примера таких энергосодержащих материалов можно указать на существование значительных ресурсов в форме избытка и излишков ракетного топлива, возникающих как в процессе производства топлива в промышленности по производству твердотопливных ракет, так и в связи с активным сокращением вооружений. Промышленность по производству твердотопливных ракет производит и в обозримом будущем будет производить твердое композитное ракетное топливо в избытке по сравнению с тем, что требуется для космических исследований и оборонных нужд.

Ежегодно миллионы фунтов ракетного топлива идут в отходы в качестве избыточных материалов после различных операций по переработке, исследованиям, разработкам и испытаниям. Так, например, каждая партия композитного ракетного топлива часто включает несколько сотен фунтов избыточного топлива, чтобы гарантировать полную заправку двигателя. Иногда рентгеновские или иные испытания показывают наличие неприемлемых раковин или дефектов в отлитом и термообработанном двигателе или части двигателя, что ведет к необходимости извлечения и удаления ракетного топлива. Кроме того, сокращение больших запасов вооружений как в Соединенных Штатах, так и в других странах, вызывает необходимость ликвидировать миллиарды фунтов ракетного топлива.

Композитные материалы ракетного топлива являются уникальным видом ресурсов благодаря тому, что они обладают стехиометрическим равновесием между входящими в их состав горючим и окислителем. Уничтожение такого важного вида ресурсов путем сжигания является не только расточительством но, в связи с ужесточением существующих ограничений и контроля, становится все более нежелательным с экономической точки зрения.

В отдельных случаях избыточное ракетное топливо, образующееся в процессе изготовления твердотопливных ракетных двигателей, принимает форму измельченного материала. Так, например, ракетные двигатели "разгружают" для того, чтобы изменить рабочие характеристики и показатели тяги путем растачивания внутреннего канала, в результате чего получаются стружки или мелкие частицы материала ракетного топлива. В соответствии с настоящим изобретением стружки ракетного топлива, полученные в результате механической обработки, во многих случаях будут подходить в качестве энергосодержащего материала для непосредственного включения в состав различных взрывчатых веществ в процессе их изготовления. Однако в большинстве случаев избыточное ракетное топливо, получаемое в процессе изготовления ракет, имеет форму сравнительно крупных блоков ракетного топлива. То же самое имеет место и в отношении материала ракетного топлива в крупных запасах вооружений, подлежащих сокращению. В соответствии с этим такие сравнительно крупные блоки ракетного топлива следует уменьшить в размерах, чтобы иметь возможность их использовать в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с настоящим изобретением энергосодержащие материалы измельчают до заранее определенного размера, чтобы использовать их в качестве примеси к взрывчатым веществам, благодаря чему значительная часть энергии частиц энергосодержащего материала принимает участие в процессе детонации. Применяемые здесь термины "частица" и "измельченная форма" включают конечный результат применения всех способов, которыми энергосодержащие материалы могут быть измельчены до частиц нужного размера вне зависимости от их конкретной конфигурации или однородности размеров или формы. Все способы измельчения, такие как крошение, размол, дробление, обстругивание и тому подобные считаются способами, подходящими для получения имеющих нужные размеры и форму частиц, обломков, кубиков, полосок и тому подобного из энергосодержащего материала, такого как ракетное топливо. Необходимо принять соответствующие меры предосторожности при таком измельчении, что связано с энергетическим характером материала. Измельчение ракетного топлива может потребовать, например, чтобы процесс осуществлялся под водой или под струями или потоком воды.

Основная часть в производстве твердотопливных ракетных двигателей приходится на долю композитных ракетных топлив класса 1,3 и 1,1. Хотя ракетные топлива 1,1 могут быть использованы для целей настоящего изобретения в форме энергосодержащего материала, предоставленная ниже информация относится к ракетному топливу 1,3. Обычно ракетное топливо 1,3 рассматривается в промышленности как относительно неопасный материал в том отношении, что детонатор, помещенный в блок материала в незамкнутой конфигурации, будет вызывать разрушения блока при минимальном возгорании или полном отсутствии возгорания частиц ракетного топлива. В соответствии с этим одним из неожиданных результатов настоящего изобретения является то, что материал, который обычно считается относительно неопасным и не подверженным детонации, становится, при включении его в состав взрывчатого вещества в соответствии с изобретением, активным участником процесса детонации.

Типичное ракетное топливо класса 1,3 включает по весу 66-72% перхлората аммония, 12-20% алюминиевого порошка, 4-6% жидкого полимера, 1-3% пластификатора, примерно 1% баллистического модификатора и менее 1% сшивателя полимеров. Некоторые виды ракетного топлива 1,3 содержат различные количества ускорителей горения, энергоусилителей, средств увеличения срока годности при хранении и т.п., которые следует учитывать при оценке возможного вреда при резании и определении мер предосторожности, которые следует принять. Конкретный вид ракетного топлива 1,3, использованный в процессе испытаний, описанных ниже, выключает по весу приблизительно 73% перхлората аммония, приблизительно 15,10% алюминия и приблизительно 11,9% полибутадиена в качестве связующего. Это композитное ракетное топливо будет упоминаться далее как ракетное топливо "Формулы А".

Во всех приведенных ниже примерах ракетное топливо использовалось для приготовления порций различного состава в измельченной форме. Ракетное топливо подвергали измельчению на серийной установке для измельчения (Hobart Manufacturing Company, Трой, шт. Огайо) с использованием лезвия 3/8 дюйма (9,5 мм). В процессе измельчения ракетное топливо непрерывно поливали значительным количеством воды, чтобы избежать возможного возгорания. В результате этой предосторожности к составу ракетного топлива было добавлено примерно 1-3% воды. В первых десяти порциях, указанных ниже, измельченное ракетное топливо находится в форме частиц длиной порядка 3,8 см (1,5 дюйма), шириной 0,6 см (0,25 дюйма) и толщиной 0,07 см (0,03 дюйма).

Как показано ниже, были испытаны три различных выпускаемых промышленностью типа взрывчатых веществ, в том числе два - суспензионных водосодержающих и одно - эмульсионное. Следует помнить, однако, что они являются всего лишь примерами суспензионных водосодержащих и эмульсионных взрывчатых веществ, которые могут быть использованы в рамках настоящего изобретения.

Примеры.

Суспензионное водосодержащие взрывчатое вещество на основе аминов.

В первом примере было использовано подходящее суспензионное водосодержащее взрывчатое вещество, которое известно под наименованием "600 SLX" и выпускается "Slurry Explosive Corporation", Оклахома Cити, шт. Оклахома. В табл. 1 (см. в конце описания) показаны четыре порции материала, приготовленные в соответствии с настоящим изобретением с использованием измельченного ракетного топлива формулы А, описанного выше, вместе с ингредиентами, образующими суспензионное водосодержащее взрывчатое вещество 600 SLX.

Для приготовления четырех опытных порций четырех составов, перечисленных в табл. 1, в котле из нержавеющей стали, снабженном нагревательной рубашкой и мешалкой, был приготовлен маточный раствор. В котел залили нужное количество воды, включили мешалку, после чего в котел добавили нужное количество гексаметилентетрамина ("уротропина"). Затем раствор уротропина нейтрализовали азотной кислотой с доведением значения pH до 4,5-5,5. Затем в раствор, находящийся в котле, добавили начальное количество нитрата аммония. Подача тепла и перемешивание продолжались до тех пор, пока нитрат аммония не растворился, а температура раствора не достигла 48,9^oC (120 градусов F).

После приготовления маточного раствора в небольшой порционный смеситель отмеривали нужные количества раствора. Примерно три четверти нитрата аммония, предназначенного для конкретной порции, указанной в табл. 1, добавляли затем в раствор в смесителе. После равномерного распределения нитрата аммония осуществляли предварительное смешивание и добавление к оставшейся части нитрата аммония агентов желатинизации, после чего полученный состав добавляли в смеситель. Через несколько минут после агента желатинизации добавляли измельченное ракетное топливо, за которым следовало добавление сшивателя. Смешивание продолжалось до достижения однородности порции при полном перемешивании всех ингредиентов и достижения нужной плотности. Сохраняющую вязкость суспензию укладывали в картонные трубы различного диаметра и выдерживали до завершения образования поперечных связей.

Суспензионное водосодержащее взрывчатое вещество на основе этиленгликоля.

Другим суспензионным водосодержащим взрывчатым веществом, которое находит широкое применение, является взрывчатое вещество на основе этиленгликоля, использованное во втором примере. С использованием этой водосодержащей суспензии и ракетного топлива формулы A, примененного как энергосодержащий материал, были приготовлены три порции для испытаний, перечисленные в табл. 2 в конце описания.

Как и в первом примере, для получения базы для сравнений в первой порции ракетное топливо не содержится. Как можно видеть в табл. 2, другие две порции содержит 20% и 40% по весу измельченного энергосодержащего материала формулы A.

Процедура смешивания практически аналогична описанной выше для суспензии на основе аминов. Маточный раствор для этих трех порций состоит из водного раствора аммония и солей нитрата натрия с ацетатом натрия и уксусной кислотой, добавленными в качестве буфера для pH. И в этом случае измельченное ракетное топливо формулы A добавили непосредственно перед включением в состав сшивателя. Следует отметить, что на плотность и значение pH в обоих примерах добавление измельченного материала ракетного топлива заметного воздействия не оказало.

Взрывчатое вещество эмульсионного типа.

В качестве эмульсионного материала для проверки взрывчатого вещества эмульсионного типа использовали эмульсию, поставляемую фирмой "Eldorado Chemical Corporation", Оклахома Сити, шт. Оклахома. В двух из этих трех опытных порций использовали одно измельченное ракетное топливо формулы A. В табл. 3 показаны конкретные составы каждой из трех порций эмульсионного материала (см. в конце описания).

Ракетное топливо вводили непосредственно в эмульсионный материал, загружая сначала в смеситель уже изготовленный, полужидкий эмульсионный материал с последующим добавлением к нему измельченного ракетного топлива. Смесь перемешивали до тех пор, пока частицы ракетного топлива не оказывались равномерно распределенными по эмульсии. Полученный полутекучий материал залили затем в цилиндрические емкости различного диаметра, предназначенные для испытаний.

Как можно видеть по приведенным примерам, энергосодержащий материал может быть добавлен во взрывчатые вещества, подлежащие отверждению до получения готовой продукции, еще до процесса отверждения. В некоторые взрывчатые вещества может оказаться предпочтительным добавить энергосодержащий материал к одному из ингредиентов, такому как нитрит аммония или вода, или к предшествующему продукту изготовления взрывчатого вещества. Когда взрывчатое вещество не отвердевает, но остается текучим, полутекучим или с вязкой консистенцией, подобно эмульсионной суспензии, энергосодержащий материал может быть добавлен в подходящий момент в процессе его изготовления или после него, когда оно находится в относительно текучем состоянии, допускающем смешивание энергосодержащего материала с взрывчатым веществом.

Испытания детонации.

Испытания на чувствительность (критический диаметр).

Испытаниям были подвергнуты десять различных составов, включающих ракетное топливо и взрывчатые вещества и помещенных в цилиндрические трубы. Для испытаний на чувствительность были использованы цилиндрические трубы диаметром от 5 см (2 дюймов) до 12,7 см (5 дюймов) и длиной приблизительно 61 см (24 дюйма). Заряд в каждом цилиндре, вне зависимости от диаметра, инициировали литым промежуточным детонатором весом 454 г (1 фунт). Заряды размещали на поверхности открытого детонационного участка в незамкнутом пространстве. Результаты испытаний показаны в табл. 4(см. в конце описания), в которой приведены скорость детонации (VOD) в метрах (футах) в сек плюс или минус 91,4 м (300 фут) в сек.

Из данных табл. 4 можно сделать вывод, что в случае суспензионных водосодержащих взрывчатых веществ на основе аминов увеличение содержания ракетного топлива обычно оказывает мало влияния на чувствительность материала при диаметре заряда 7,6 см (3 дюйма) и более. Общая тенденция заключается в некотором уменьшении скорости детонации при увеличении содержания материала ракетного топлива. В случае заряда диаметром 5,1 см (2 дюйма) при температуре 21,1^oC (70^oF) порция без ракетного топлива вообще не сдетонировала, в то время как при содержании ракетного топлива 10% и более детонация происходила. Это должно указать, что ракетное топливо в измельченной форме увеличивает чувствительность суспензионных водосодержащих взрывчатых веществ на основе аминов в заряде диаметром 5,1 см (2 дюйма). В случае материала на основе гликоля скорость детонации несколько уменьшается при увеличении содержания ракетного топлива в заряде диаметром 10,2 см (4 дюйма) при температуре 21,1^oC (70^oF), однако увеличивается при диаметре заряда 7,6 см (3 дюйма). При диаметре заряда материала на основе гликолей 5,1 см (2 дюйма) детонация не происходит во всех случаях. При температуре 4,5^oC (40^oF) заряд диаметром 10,2 см (4 дюйма), не включающий ракетного топлива, не детонировал, но в зарядах с 20% и 40% ракетного топлива детонация происходит. Результаты испытаний этих двух материалов показывают, что материал ракетного топлива повышает чувствительность и должен оказать благоприятное воздействие на осуществление детонации с ракетным топливом в тех случаях, когда при отсутствии ракетного топлива материал не сдетонирует.

Что касается эмульсионного состава, то общей тенденцией при повышении содержания ракетного топлива было уменьшение скорости детонации при всех диаметрах, причем наибольшее уменьшение имело место в зарядах с наименьшим диаметром. Результаты испытаний показывают также, что у этого взрывчатого вещества дополнительное включение ракетного топлива понижает чувствительность. Так, например, заряд диаметром 6,4 см (2,5 дюйма) с 20% ракетного топлива детонируют, в то время как заряд диаметром 6,4 см (2,5 дюйма) с 40% ракетного топлива не детонирует.

В соответствии с этим внесение измельченного ракетного топлива может, в случае некоторых взрывчатых веществ, повысить чувствительность этих веществ, в то время как в других случаях чувствительность будет уменьшаться. Кроме того, результаты испытаний показывают, что скорость детонации в одних случаях при увеличении содержания ракетного топлива уменьшается, а в других случаях увеличивается. Хотя в приведенном выше примере показаны составы, в которых доля ракетного топлива достигает 40%, следует понимать, что к взрывчатому веществу можно добавить большее количество ракетного топлива, не вызвав при этом гашения процесса детонации (т.е. "неудачи"). В случае каждого конкретного взрывчатого вещества к нему может быть добавлено определенное количество ракетного топлива и детонация все же произойдет. Приведенные выше данные показывают, что существует верхний предел добавления ракетного топлива, но нижнего предела не существует; даже при содержании в 1% частицы ракетного топлива примут участие в процессе детонации.

Верхний предел количества перемешанного ракетного топлива, которое может быть добавлено к любому конкретному взрывчатому веществу, представляет собой уровень, после которого дальнейшее увеличение указанного количества не допустит осуществления процесса детонации. Этот верхний предел можно определить путем приготовления опытных порций и схем испытания при различных диаметрах заряда для определенного взрывчатого вещества, пользуясь для этого процедурами, описанными выше. Путем постепенного увеличения количества ракетного топлива для каждого размера частиц можно определить верхнее предельное содержание ракетного топлива, допустимое для взрывчатого вещества любого размера. Аналогичным образом количество ракетного топлива, которое может быть принято любым конкретным взрывчатым веществом, зависит от размера и формы частиц ракетного топлива. Этот аспект изобретения будет рассмотрен ниже в связи с результатами испытаний двенадцати дополнительных порций материала, которые были составлены с использованием частиц ракетного топлива различных размеров.

Сопоставительные измерения энергии.

В дополнение к испытанию по определению скорости детонации, описанному выше, были проведены также подводные испытания измерения энергии, предназначенные для получения информации о сравнительном энергосодержании десяти вышеупомянутых порций. Каждый из десяти составов был упакован в пластмассовую тару диаметром 15,2 см (6 дюймов), длиной приблизительно 20,3 см (8 дюймов) и весом около 4500 г, в зависимости от плотности материала. Каждый из зарядов диаметром 15,2 см (6 дюймов) инициировали литым промежуточным детонатором весом 454 г (1 фунт). Эти испытания осуществлялись в соответствии с процедурами, описанными в Underwater Explosions by R.H. Cole, Princeton University Press, Princeton University, N.Y. (1948). Результаты испытания приведены в табл. V (см. в конце описания).

Для того, чтобы обеспечить анализ информации, приведенной в табл. 5, был произведен расчет относительных значений подводной энергии, причем измеренная энергия немодифицированного взрывчатого вещества (при нулевом содержании ракетного топлива) в каждой серии принималась равной 100. Соответствующие измеренные показатели энергии по остальным составам с ракетным топливом в каждой серии выражали после этого в процентах от значений для немодифицированного взрывчатого вещества из этой конкретной серии. Относительные значения подводной энергии приведены в табл. 6 (см. в конце описания).

Табл. 6 ясно показывает, что в тех случаях, когда конкретная взрывная работа требует максимальных значений суммарной энергии, полезным является добавление максимального количества измельченного ракетного топлива. Как было показано выше, верхнее предельное содержание определенного ракетного топлива в определенном взрывчатом веществе может определяться путем постепенного наращивания количества ракетного топлива в определенном взрывчатом веществе до величины, при которой детонация уже не происходит. Она должна стать верхним пределом для количества определенного ракетного топлива, которое может быть включено в состав определенного взрывчатого вещества. В связи с большим разнообразием взрывчатых веществ и отходов, включающих энергосодержащие ингредиенты, такие как ракетные топлива, возможно получение практически неограниченного количества комбинаций; а процедуры по испытанию отдельных порций, аналогичные описанным выше, должны осуществляться в отношении любой конкретной комбинации. В дополнение к максимальному количеству энергосодержащего материала, которое может быть введено в определенное взрывчатое вещество, важно также определить форму, а также оптимальный и максимальный размеры частиц энергосодержащего материала.

Влияние размеров частиц ракетного топлива.

Для того, чтобы определить влияние размеров частиц ракетного топлива при использовании его с одним из приведенных выше суспензионных водосодержащих взрывчатых веществ и с эмульсией, были приготовлены двенадцать образцов, по шесть для каждой из двух категорий взрывчатых веществ. По этой схеме определения испытаний к суспензионному водосодержащему взрывчатому веществу 600 SLX, применявшемуся ранее, добавляли по 25% по весу частиц ракетного топлива, причем частицы имели различные размеры. Ракетное топливо измельчали или кололи на шесть различных размеров, перечисленных ниже в табл. 7, от имеющих толщину всего 0,08 см (0,03 дюйма) и до кубиков в 2,54 см (1 дюйм). Каждую опытную порцию заливали в цилиндрические трубы четырех различных размеров, диаметром от 5,1 до 10,2 см (2-4 дюйма).

Аналогичным образом были приготовлены шесть опытных порций из эмульсии Eldorado Chemical Corporation, в которые добавили по 25% по весу частиц ракетного топлива. И в этом случае были смешаны и залиты в цилиндры четырех различных размеров шесть порций с частицами шести различных размеров. В табл. 7 приведены результаты испытаний (см. в конце описания).

Как и в предыдущих испытаниях, во всех двадцати порциях использовалось одно и то же композитное ракетное топливо формулы A класса 1.3. Кроме того, в каждом испытании использовали детонатор одинаковых размеров, представленный промежуточным детонатором массой в один фунт (2,5 см). Подводные энергетические испытания предусматривали загрузку каждого из двадцати составов в пластмассовые трубы диаметром 15,2 см (6 дюймов) и длиной приблизительно 20,3 см (8 дюймов). Результаты испытаний, приведенные в табл. 7, показывают, что определенная в ходе подводных испытаний суммарная энергия суспензионных водосодержащих взрывчатых веществ на основе аминов обычно имеет тенденцию к понижению при увеличении размеров части после достижения максимума при стружке размерами 0,46 см х 0,10 см х 6,4 см (0,18 дюйм х 0,04 дюйм х 2,5 дюйм). Аналогичным образом при определении скорости детонации в незамкнутом пространстве максимального значения скорость детонации достигает при диаметре заряда 10,2 см (4 дюйма) и при тех же размерах частиц, после чего уменьшается в остальных четырех порциях по мере увеличения размеров частиц. Что касается эмульсии, то определенная в ходе подводных испытаний суммарная энергия указывает на тенденцию к росту энергии при увеличении размеров частиц ракетного топлива. Однако испытание по определению скорости детонации показывает, что при меньших диаметрах заряда увеличение размеров частиц ракетного топлива препятствует детонации.

Приведенная в табл. 7 схема испытаний представляет результаты 60 отдельных испытаний с различными размерами труб и частиц. Эта таблица указывает на общий подход, которого следует придерживаться в связи с выбором размера частиц энергосодержащего материала, намеченного к включению во взрывчатое вещество, а также определением максимального размера частиц, превышение которого препятствует процессу детонации. Так, например, верхний предел содержания ракетного топлива и верхний предел размеров частиц ракетного топлива могут быть определены путем подготовки опытных образцов по схеме, сходной с показанной в табл. 7. Например, если кто-либо заинтересован во включении определенного ракетного топлива в конкретное взрывчатое вещество и стремится использовать полученный материал в скважине диаметром 10,2 см (4 дюйма), следует подготовить серию испытаний по определению скорости детонации при диаметре 10,2 см (4 дюйма) и подводных испытаний.

Одним из методов изучения использования энергосодержащего материала типа ракетного топлива могло бы быть использование частиц ракетного топлива различных размеров, как показано в табл. 7, и постепенное увеличение содержания ракетного топлива с 25% до 100% путем прибавления каждый раз по 5%. В соответствии с этим, если целью является максимизация использования ракетного топлива, следует стремиться к выявлению верхнего предела содержания ракетного топлива во взрывчатом веществе, при котором все еще происходит детонация. С другой стороны, если целью является получение максимальной суммарной энергии, можно разработать процедуру подводных испытаний, в результате которых можно было бы выявить оптимальное содержание ракетного топлива, а также оптимальные размеры частиц ракетного топлива, позволяющие получать максимальную суммарную энергию.

В соответствии с этим при любом конкретном сочетании энергосодержащего материала и взрывчатого вещества, предназначенных для определенной сферы применения или цели, существует оптимальный размер частиц и оптимальное содержание энергосодержащего материала, обеспечивающие получение нужного эффекта. Кроме того, при каждом таком конкретном сочетании энергосодержащего материала определяется верхнее предельное значение размеров частиц указанного ракетного топлива, превышение которого будет препятствовать процессу детонации.

Во всех указанных примерах ракетное топливо вводили в состав взрывчатого вещества путем измельчения ракетного топлива. Следует понимать, что возможны и другие способы введения ракетного топлива в состав взрывчатого вещества. например сравнительно большие куски ракетного топлива могут быть погружены в воду и с помощью подходящего механического или перемешивающего воздействия могут быть доведены до состояния суспензии. В этом случае размеры частиц могут быть самыми разнообразными, включая просто микроскопические. Твердый энергосодержащий материал может быть разделен на части так же, как и ракетное топливо, когда первый исходный энергосодержащий материал уже находится в форме частиц или гранул, он может быть введен непосредственно во взрывчатое вещество.

В соответствии с этим термины "частицы" и "измельченная форма", применяемые здесь, относятся и к продукту, полученному в результате использования различных возможных способов подготовки отходов, включающих энергосодержащий материал, для введения во взрывчатое вещество.

Приведенные выше конкретные примеры относятся непосредственно к энергосодержащим материалам со стехиометрическим равновесием. Однако, как уже упоминалось выше, способом, сходным или аналогичным обработке материалов ракетного топлива, упоминавшимся выше, можно обрабатывать также энергосодержащие материалы, являющиеся по своим химическим характеристикам "горючим" или "окислителем".

Примером отходов топливного типа являются тканевидные материалы, которые загрязняются ракетным топливом в процессе производства твердотопливных ракетных двигателей. В ходе производственного процесса применяются самые разнообразные тканевые материалы в виде ветоши, рукавиц и т.п., от которых, в конечном счете, необходимо избавиться; поскольку они загрязнены ракетным топливом, они считаются взрывоопасными и по этой причине не могут быть направлены на свалку. До последнего времени единственным способом избавиться от них было сжигание или в печах, или в открытом пламени.

Такой загрязненный ракетным топливом тканевый материал можно порезать или измельчить с помощью способов и устройств, применяемых при утилизации ветоши и тканей; однако при сильном загрязнении материалов процесс надо осуществлять или дистанционно, или под водой, или под струей воды. Полученные в результате нарезанные или нарубленные волокна тканевого материала могут быть затем введены во взрывчатое вещество способом, подобным описанному выше для случая введения измельченного ракетного топлива. Будучи введенным во взрывчатое вещество в количествах 5% или менее, эти материалы примут участие в химических реакциях, происходящих в процессе детонации; однако при добавлении к взрывчатому веществу большего количества такого материала следует добавлять и подходящие окислители, чтобы обеспечить практически полное участие всех ингредиентов в процессе реакции.

В процессе производства твердотопливных ракетных двигателей возникают и другие разнообразные отходы, загрязненные твердыми материалами ракетного топлива, такие как пластмассы, изделия из древесины, материалы на основе резины и т.п. И эти материалы можно измельчить различными способами, подобными рассматриваемым выше для тканевых материалов, загрязненных ракетным топливом. В соответствии с этим практически все разнообразные отходы, образующиеся в процессе производства твердотопливных ракетных двигателей, поддаются утилизации в соответствии с настоящим изобретением. Однако перед тем как ввести в состав взрывчатого вещества какое-либо ракетное топливо или материал, загрязненный ракетным топливом, важно знать химический состав применяемого ракетного топлива, поскольку некоторые виды ракетных топлив включают вредные материалы, такие как бериллий, которые могут вызвать загрязнения участка, на котором производятся взрывные работы. Загрязнение ветоши, изделий из пластмасс или древесины и тому подобного может иметь место и в других отраслях промышленности, таких, например, как нефтепереработка. В настоящее время такие загрязненные материалы захоранивают или сжигают; однако эти материалы аналогичным образом могут использоваться для включения в состав взрывчатых веществ в соответствии с настоящим изобретением.

С другой стороны, существуют различные отрасли промышленности, такие как заводы по производству химических удобрений, на которых ткани, пластмассы, древесина и другие материалы загрязняются химикатами, являющимися по своей природе окислителями, и которые также могут быть изменены или превращены в суспензию и добавлены к взрывчатому веществу в целях участия в процессе детонации.

Сказанное выше следует рассматривать просто в качестве примеров различных типов отходов, включающих энергосодержащие материалы, и большого разнообразия отходов, пригодных для использования в соответствии с настоящим изобретением. В некоторых случаях энергосодержащий материал может составлять сравнительно небольшую часть отходов; в других случаях отходы могут на сто процентов состоять из энергосодержащего материала, как это имеет место в случае отходов ракетного топлива, забракованного перхлората аммония или забракованного алюминиевого порошка (например, когда размеры частиц слишком неодинаковы для целей намеченного использования).

В приведенных выше примерах частицы ракетного топлива вводят во взрывчатые вещества суспензионного водосодержащего и эмульсионного типа. Однако аналогичным образом можно вводить частицы ракетного топлива для равномерного распределения и во взрывчатое вещество в иной форме, такой как гранулы. Одна форма такого взрывчатого вещества в гранулах находит широкое применение в промышленности и известна под наименованием ANFO (Ammonium Nitrate and Fuel Oil - Нитрат аммония с мазутом). Три испытанные порции, показанные в табл. 8 (см. в конце описания), были приготовлены с использованием соответственно 20% и 40% ракетного топлива в двух порциях, чтобы получить результаты испытаний для такого сочетания материала. Были проведены испытания, аналогичные тем, которые были выполнены в отношении взрывчатых веществ суспензионного типа, и полученные в ходе их результаты также включены в табл. 8.

Результаты этих испытаний показывают, что чувствительность ANFO возрастает при диаметре 10,2 см (4 дюйма); кроме того, как и в случае упомянутых вышек трех суспензионных веществ, общая или суммарная энергия заметно возрастает при увеличении содержания ракетного топлива.

Можно предположить, что приведенная информация и примеры испытаний могут послужить специалисту во взрывном деле основой для применения принципов, описанных здесь, к самым разнообразным сочетаниям и смесям отходов, включающих энергосодержащие материалы, со взрывчатыми веществами для эффективного использования энергии энергосодержащих материалов отходов путем участия в процессе детонации. В соответствии с этим специалистам в данной области техники должно быть ясно, что приведенное выше описание относится к нескольким предпочтительным вариантам реализации изобретения и что объем изобретения ограничен только приведенной ниже формулой изобретения.

Claims (17)

1. Способ изготовления взрывчатого вещества путем смешивания отходов, включающих энергосодержащий материал, с бризантным взрывчатым веществом, отличающийся тем, что материал отходов предварительно измельчают, причем для каждого конкретного сочетания взрывчатого вещества и энергосодержащего материала заранее определяют количество, форму, например - измельченные частицы, суспензия, взвесь и размер частиц измельченного энергосодержащего материала, при этом в качестве энергосодержащего материала отходов используют твердое композитное ракетное топливо класса 1.3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют твердое композитное ракетное топливо, содержащее окислитель и горючее.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют твердое композитное ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель в стехиометрическом соотношении.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют суспензионное бризантное взрывчатое вещество.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гранулированное бризантное взрывчатое вещество.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют водосодержащее суспензионное бризантное взрывчатое вещество.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что суспензионное бризантное взрывчатое вещество имеет эмульсионную основу.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве гранулированного бризантного взрывчатого вещества используют взрывчатое вещество типа нитрат аммония и мазут.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнее предельное значение размеров частиц энергосодержащего материала выбирают из условия, что любое дальнейшее увеличение размеров будет препятствовать детонации взрывчатого вещества.

10. Взрывчатое вещество, содержащее отходы, включающие энергосодержащий материал и бризантное взрывчатое вещество, отличающееся тем, что оно содержит предварительно измельченный материал отходов, количество, форма, например - измельченные частицы, суспензия, взвесь и размер измельченных частиц которого заранее определены для каждого конкретного сочетания взрывчатого вещества и энергосодержащего материала, при этом в качестве энергосодержащего материала отходов используется твердое композитное ракетное топливо класса 1.3.

11. Взрывчатое вещество по п. 10, отличающееся тем, что оно содержит суспензионное бризантное взрывчатое вещество.

12. Взрывчатое вещество по п. 10, отличающееся тем, что оно содержит гранулированное бризантное взрывчатое вещество.

13. Взрывчатое вещество по п. 11, отличающееся тем, что оно содержит водосодержащее суспензионное бризантное взрывчатое вещество.

14. Взрывчатое вещество по п.11, отличающееся тем, что суспензионное бризантное взрывчатое вещество имеет эмульсионную основу.

15. Взрывчатое вещество по п.10, отличающееся тем, что в качестве бризантного взрывчатого вещества оно содержит нитрат аммония.

16. Взрывчатое вещество по п.10, отличающееся тем, что в качестве гранулированного бризантного взрывчатого вещества оно содержит взрывчатое вещество типа нитрат аммония и мазут.

17. Взрывчатое вещество по п.10, отличающееся тем, что оно содержит отходы, включающие загрязненное твердое композитное ракетное топливо.

Images