SE459419B - Foerfarande foer framstaellning av ett emulsionsspraengaemne av typen vatten-i-olja, en braenslefas foer anvaendning vid saadant foerfarande samt ett spraengaemnessystem - Google Patents

Description

10 ZS 459 419 i sprängningsoperationer, vilket system innefattar säkerhetsât- gärder som i stor utsträckning eliminerar de risker som varit in- volverade i hittills använda konventionella system. Ännu ett ändamål med uppfinningen är åstadkommande av ett förfarande, varigenom distribution av gasningssystemets komponen- ter i emulsionen tillförsäkras så att man erhåller jämn fördel- ning av hålrum eller bubblor av innesluten gas.

Föreliggande uppfinning baserar sig på en helt ny idé för åstadkommande av emulsíonssprängämnessystem av typen vatten-i -olja, vilket system i princip tillhandahålles i tvådelad form, vari en del innefattar en vattenhaltig fas av oxiderande salt innehållande åtminstone en men ej samtliga komponenter i ett gasningssystem och den andra delen innefattar en kolhaltig bränslefas innehållande de återstående komponenterna av nämnda gasningssystem.

Uttrycket "gasningssystem" såsom det användes häri avser ett system innefattande minst två komponenter, och ej förrän samtliga komponenter av systemet bringats tillsammans kommer gas att utveck- las för alstring av hålrum eller bubblor av innesluten gas i emul- sionssprängämnet.

Enligt en sida av uppfinningen àstadkommes sålunda ett för- farande för framställning av ett emulsionssprängämne av typen vat- ten-i-olja genom emulgering av en vattenhaltig fas av oxiderande salt i en kolhaltig bränslefas och införande rum genom användning av ett gasningssystem. i emulsionen av hål- Baserat på den allmän- na idén enligt uppfinningen karakteriseras ett sådant förfarande av att minst en men ej samtliga komponenter av nämnda gasnings- system fördelas i åtminstone en del och företrädesvis den övervä- gande delen eller hela bränslefasen,och att saltfasen sedan emul- geras i bränslefasen innehållande nämnda komponent. Vid sammanfö- randet av de två faserna göres gasningssystemet komplett och gas frigöres från systemet till bildning av jämnt fördelade hålrum genom hela emulsionssprängämnet.

Många gasníngssystem kan tänkas användas i anslutning till föreliggande uppfinning och med uttrycket "komponent" som användes i detta sammanhang avses endera fysikaliska komponenter såsom ke- miska substanser i fast, flytande eller gasform , eller funktionella komponenter, såsom upphettning el. likn. Aktiveringen av gasnings- systemet kan sålunda åstadkommas genom upphettning samtidigt med eller efter det att emulgeringen ägt rum. Det är även tänkbart att ZS 459 419 aktivera gasningssystemet genom reaktion mellan en komponent när- varande í bränslefasen med en annan komponent närvarande i salt- fasen.

Ett speciellt föredraget gasningssystem är baserat på kompo- nenterna syra, nitrit och urea eller tíourea, varvid minst en av nämnda komponenter är närvarande i bränslefasen och de återstående är närvarande i saltfasen innan emulgering äger rum.

Vid en annan utföringsform av förfarandet enligt uppfinning- en kan aktiveringen av gasningssystemet äga rum genom upphettning, och vid en sådan utföringsform kan bränslefasens komponent aktive- ras i anslutning till eller efter emulgering av bränslefasen med en saltfas av en högre temperatur. Genom användning av en moderat upp- hettad saltfas kan tillräcklig temperaturhöjning i den relativt mindre bränslefasen lätt uppnås och värmeöverföringsproblem vid be- handling av en färdig emulsion kan undvikas.

Enligt en annan sida av uppfinningen åstadkommes en bränsle- fas för användning som kontinuerlig fas jämte en diskontinuerlig vattenfas av oxiderande salt i emulsionssprängämnen av typen vatten- i-olja, varvid en sådan bränslefas innefattar ett kolhaltígt bräns- le och minst en men ej samtliga komponenter i ett gasningsssystem.

I en sådan bränslefas kan nämnda komponent vara ett finfördelat pul- ver som är olösligt i bränslefasen. Förbättrad kontroll och bubbel- storleksfördelning erhålles när nämnda komponent upplöses i bränsle- fasen eller när nämnda komponent är en vätska som är emulgerad i bränslefasen. Det senare alternativet är föredraget även bl.a. på grund av att koncentrationen av komponenten i den vätska som in- emulgeras i bränslefasen kan användas som ytterligare parameter för kontroll och på grund av att det ger en snabbare gasningsreak- tion.

Enligt en utföringsform av uppfinningen kan nämnda i bränsle- fasen närvarande komponent vara del av ett system, som är av en typ som frigör gas vid upphettning. Nämnda komponent kan vara ut- vald ur gruppen bestående av nitrosoföreningar, diisocyanater, karbonater, vätekarbonater och peroxider.

Såsom angivits tidigare i föreliggande framställning kan nämn- da komponent vara av den typ varigenom gaser frigöres genom reaktion med minst en annan komponent. Nämnda komponent kan även vara del av ett system, vilket är av den typen att gas frigöres vid surgöring.

Ett speciellt föredraget gasningsmedel eller -system är ett 459 419 som är baserat på nitrit och urea, vilket vid syraaktivering fri- gör gas i enlighet med en eller bådadera av följande reaktioner: I + SH 0 2 Il C0(NH2)2 + 2 HNO2 ----a C02 + ZNZ 2C0(NH2)2 + ZHNO2 ----à ZNZ + ZHCNO + 4H2O I allmänhet är det att föredra att alstra gaser av låg lös- lighet i emulsionssprängämnet, såsom väte, syre och speciellt kvä- ve. Förskjutning mot den föredragna andra reaktionen kan erhållas genom högt urea/nitritförhållande, exempelvis över ca 1:1 och före- trädesvis över ca 3:1. Syran sättes lämpligen till saltfasen och nitrítet till bränslefasen. Urea kan tillsättes endera fasen men företrädesvis till bränslefasen, eftersom den ej är stabil i salt- fasen under längre tidsperioder vid förhöjd temperatur.

Enligt ännu en sida av uppfinningen åstadkommas ett emulsions- sprängämnessystem av typen vatten-i-olja i form av en tvådelad för- packning. I ett sådant system innefattar en förpackningsdel en vat- tenhaltíg fas av oxiderande salt innehållande minst en men ej samt- liga komponenter i ett gasningssystem, medan den andra förpacknings- en kolhaltig bränslefas innehållande de återstående nämnda gasningssystem. När syra användes för att aktivera gasníngssystemet är det föredraget att pH i den vatten- haltíga saltfasen ligger väl under neutralt, lämpligen under ca och i synnerhet under ca 4. Sänkning av pH i vattenfasen är kon- ventionell inom tekniken och kan åstadkommas genom användning av exempelvis en svag organisk syra, såsom vinsyra eller malinsyra..

Starka syror kan naturligtvis även användas. delen innefattar komponenterna av Det bör observeras, att uppfinningen ej är inskränkt till de speciella gasningssystem som omnämnes häri och att vilket som helst gasningssystem är användbart som baserar sig på minst två komponenter. Ur praktisk synpunkt måste åtminstone den ena kompo- nenten utgöras av en fysikalisk substans vare sig den föreligger i fast, flytande eller gasformíg form, medan den andra komponenten eller komponenterna kan vara endera fysikaliska sådana eller funk- tionella sådana eller bådadera. Uppenbarligen kan många gasnings- medel användas, såsom de som tidigare omnämnts och speciellt ammo- niumvätekarbonat och natriumvätekarbonat och även natriumacid. Två- komponentsystem innefattar karbonater och syra, peroxider och kata- lysatorer, hydraginer och oxidationsmedel etc. Lämpliga system av- slöjas i ovannämnda US-patent, vars innehåll införlivas häri ge- nom hänvisning därtill. 459 419 Eftersom de två delarna av sprängämnessystemet enligt upp- finningen som sådana icke är explosiva behöver inga känsliga pro- dukter hanteras och transporteras innan blandningsoperationen ä- ger rum. En sådan blandningsoperation kan ske vilken som helst tidpunkt fram till ankomsten till stället för sprängämnets använd- ning. Det är speciellt föredraget att blanda de tvâ delarna i sprängämnessystemet på platsen, varigenom ingen transport av fär- digt sprängämne behöver ske.

Den exakta sammansättningen av emulsionssprängämnessystemet enligt föreliggande uppfinning är ej kritisk och konventionella komponenter kan användas. Sålunda kan som vattenhaltig fas eller lösning, som innehåller oxiderande salt och som bildar en diskon- tinuerlig emulsionsfas, användas ammoniumnitrit eller natriumnit- rit, eller vilket som helst annat konventionellt oxiderande salt eller blandningar därav.

Den kolhaltiga bränslekomponenten som bildar en kontinuerlig emulsionsfas är helt konventionell inom tekniken och innefattar vanligen en olje- eller vaxkomponent, en vax- och en oljekomponent, en vaxkomponent och en komponent av polymert material eller en vax- h komponent och en polymert modifierad oljekomponent. Beträffande de- taljer avseende ingredienserna hänvisas till US-patentet 3 447 978, vars innehåll införlivas häri genom hänvisningen därtill.

Sprängämnessystemet enligt uppfinningen kan även på konven- tionellt sätt innehålla ett eller flera emulgeringsmedel och även hjälpbränslen, såsom aluminiumpulver. Emulgeringsmedlet innehàlles företrädesvis i bränslefasen.

En emulsion enligt uppfinningen kan exempelvis innefatta ca 3 till 10 viktprocent av ett bränsle innefattande ett emulgerings- medel, ca 8 till ZS viktprocent vatten, ca 50 till 86 viktprocent oorganiska oxiderande salter och ca 0 till 20 víktprocent av ett ytterligare bränsle, såsom aluminium. Även den använda kvantiteten gasningsmedel är konventionell inom tekniken, och sådana kvantiteter användes i allmänhet, vilka resulterar i en densitet hos emulsíonssprängämnet som ligger inom intervallet ca 0,9 till ca 1,3 kg per dm3 eller tillräcklig för önskad känslighet. I allmänhet är gasbubblor inom storleksinter- vallet 10 till 150/um föredragna.

Det nya med emulsionssprängämnessystemet enligt uppfinningen utformat som system med tvådelad förpackning har flera fördelar 459 419 jämfört med den konventionella tekniken. Sålunda medör tekniken med aktivering av gasningssystemet genom blandning av de tvâ del- arna av systemet i jämn distribution av innesluten gas i emul- sionen. Dessutom underlättas blandning av gasningsmedlet göres av en relativt liten kvantitet, genom det faktum, del därav först introduceras i bränslefasen , som ut- att en , som sedan blandas med vattenfasen, varigenom en bättre distribution av gasningsmed~ let erhålles. Vidare möjliggör systemet med tvådelad förpackning säkrare transport, eftersom ingendera av de två delarna i sig ut- gör ett sprängämne.

Ur praktisk synpunkt underlättar sprängämnessystemet enligt uppfinningen rengöring av tankar och utrustning, vilket resulterar i ett minimum av förlust av beståndsdelar.

Investeringskostnaderna för bildning av en anläggning reduceras med hänsyn till förenkling- en av den använda utrustningen.

Ur transportsynpunkt kan dessutom bränslefasen, som utgör endast en mindre del av det k0mbínerade_ systemet, tillhandahållas som en färdigberedd blandning, emot fasen innehållande oxiderande salt konventionella ingredienser, medan där- , som lätt kan erhållas från tillhandahållas vid eller nära stället för emulsionens användning.

Om saltfasen och bränslefasen blandas vid en temperatur över- stigande gasinneslutningstemperaturen kan kompositionen senare för- tjockas genom kylning eller härdning av en förnätningsbar bränsle- komponent för kvarhällande av gasen i kompositionen. Kompositionen bibringas även företrädesvis dess slutliga form för förtjockning, exempelvis fylles på patroner, överföres till film eller direkt i ett borrhål.

Ehuru gasningsmetoden enligt uppfinningen är använd- bar vid samtliga dessa situationer är den av speciellt värde för massframställning vid sprängstället, i synnerhet vid överföring för slutlig gasning och förtjockning direkt i borrhälet, varvid viskositeten även kan avpassas'för att förhindra efterföljande inflytning i sprickor etc.

Uppfinningen kommer nu att illustreras ytterligare genom konkreta exempel, vilka emellertid ej får betraktas såsom inskränk- ande omfattningen av uppfinningen såsom den ianspråktagits. I följ- ande exempel avser givna delar och procenttal vikten om ej annat an- ges.

EXEMPEL 1 Ett sprängämncssystem i enlighet med uppfinningen framställ- 459 419 es under användning av följande beståndsdelar: Fas med oxiderande salt En vattenlösníng beredes under användning av ammoniumnitrat (617,5 g), natriumnítrat (167,5 g), vatten (155 g) och vinsyra (1,0 g), varvid den bildade lösningen har ett pH av ca 3,8.

Bränslefas Denna bränslefas består av vax (S0 g) och som emulgeringsme- del Span® 80 (10 g) Csorbitanmonoolenat salufört av Atlas Chemie AG, Västtyskland). Som gasningskomponenter användes natriumnitrit (1,07 g) och urea (4,67 g) upplösta i vatten (8,67 g). Samtliga ingredienser i bränslefasen blandas noggrannt vid ca 6S°C, varvid vattenlösningarna bildar droppar om ca 2-5/um i vaxet.

Den enligt ovan framställda saltfasen emulgerar sedan in i bränslefasen vid ca 60°C under användning av en konventionell hus- hållsblandare till bildning av en emulsion med en densitet i kyla av 1,05. Den bildade emulsionen innehåller innesluten gas jämnt fördelad däri bildad vid blandning av de tva faserna till följd av saltfasens sura pH. Den slutliga kompositionens stelningspunkt är ca 50°C. “ EXEMPQL; Exempel 1 upprepas men under användning av 0,8 g natriumnit- rit och 3,5 g urea tillsammans med oförändrad mängd vatten i gas- ningssystemet. Den erhållna emulsionen har en densitet i kyla av 1,10.

EXEMPEL 3 Exempel 1 upprepas under användning av 0,61 g natriumnitrit och 2,68 g urea, varvid de övriga beståndsdelarna är desamma. Den- síteten hos den erhållna kompositionen i kyla är 1,19.

EXEMPEL 4 Exempel 1 upprepas åter men denna gång under användning av 0,46 g natriumnitrit och 2,03 g urea. Den erhållna emulsionen har en densitet i kyla av 1,27.

EXEMPEE_§ Exempel 1 upprepas bortsett ifrån att följande gasningssys- « tem användes: natríumnitrit (1,07 g), urea (4,67 g), vatten (8,67 g) och aluminiumpulver (50,0 g). Proceduren i exempel 1 följes result- erande i en emulsion med en densitet i kyla av 1,05.

EXEMPEL 6 Proceduren i exempel 5 upprepas men under användning av 0,75 g 459 419 natriumnítrit och 3,2 g urea. Den i detta exempel erhållna emul- sionen har en densitet i kyla av 1,13.

EXEMPEL 7 Proceduren i exempel 1 upprepas men under användning av följ- ande beståndsdelar: Fas med oxiderande salt Ammoniumnítrat (752 g), vatten (188 g) och vinsyra (1,0 g).

Bränslefas Vax (50 g) och Spanø 80 (10 g) , varvid gasningskomponenterna består av natríumnitrit (0,46 g) Proceduren i exempel 1 följes och en emulsion erhålles, vilken har en densitet i kyla av 1,20 och en stelningspunkt av ca S0°C.

Det kan tilläggas att i samtliga ovanstående exempel vatten- fasen bildas genom upplösning av dess beståndsdelar i vatten vid en temperatur av ca 60°C.

De i ovanstående exempel 1 till 7 framställda sprängämnes- emulsíonerna testas efter kylning till omgivningstemperatur i 10 cm PVC-rör och initieras med 0,5 kg höghastighetsprimer (Startex A, varumärke Nitro'Nobel, Sverige). Detonatíonshastigheterna i meter per sekund anges í tabellen nedan. De tre hastighetskolumn- erna som återges i nämnda tabell avser en lagringsperiod för resp. emulsioner om 2 veckor, 8 veckor respektive 12 veckor.

Ex. nr. Hastighet efter: 2 veckor 8 veckor 12 veckor 1 S170 S150 S090 2 S220 5050 5120 3 5400 5230 5280 4 5560 S270 5210 S290 S300 5180 6 5460 S390 S410 7 S280 5280 5110 I följande konkreta exempel användes alternativa avser viktprocent. gasnings- system. Alla siffrorna Ü exemplen EXEMPEL 8 bränslefas Olja Sorbitolmonooleat ,14 1,00 , urea (Z,03 g) och vatten (8,67 g). 459 419 Fast Na BH4 (dispergerat i bränslefasen) 0,07 Fas av oxiderande salt Ammoníumnitrat 61,70 Natríumnitrat 16,50 Vatten 15,59 När den heta (60°C) oxiderande lösningen emulgerades in i bränslefasen ägde snabb gasning rum till bildning av en densitet av 1050 kg/m3I EXBMPEL 9 Bränslefas Olja 4,72 Sorbitolmonooleat 0,94 % vattenlösning 1,00 av NH4HC03 Fas av oxiderande salt Ammoníumnitrat 70,87 Vatten 17,72 Ytterligare bränsle dispergerat i bränslefasen Pulverformígt Al 4,75 När den heta (62°C) oxiderande lösningen emulgerades in i bränslefasen ägde snabb gasning rum till bildning av en densitet av 1100 kg/m3. ÉXEMPEL m Bränslefas Vax 4,84 Sorbitolmonooleat 0,76 NaHCO 1,5 (10% šösning i vatten emulgerad i vaxet) Fas av oxiderande salt Ammoníumnítrat 58,20 Natriumnitrat 15,50 Vatten 14,55 Vinsyra 0,10 Ytterligare bränsle díspergerat i bränslefasen Pulverformígt A1 4,55 När oxidationsdelen emulgerades in i bränslefasen ägde gas- níng rum resulterande i en densitet av 980 kg/m3.

Claims (13)

459 419 '° PATENTKRAV

1, Förfarande för framställning av ett emulsionsspräng- ämne av typen vatten-i-olja genom emulgering av en vatten- haltíg saltfas av oxíderande salt i en kolhaltig bränslefas och införande i emulsionen av håligheter genom användning av ett gasningssystem baserat på minst två komponenter, varvid åtminstone den ena komponenten utgöres av en fysikalisk substans, medan den andra komponenten eller komponenterna antingen utgöres av en ytterligare fysikalisk substans som genom kemisk reaktion med den första komponenten genererar gas, eller utgöres av upphettning, som genom temperaturhöj- ning aktiverar den första komponenten att fríföra gas, k a n n e t e c k n a t därav. att åtminstone en men ej samtliga komponenter av nämnda gasningssystem fördelas i át- minstone en del av bränslefasen, och att saltfaseu sedan emulgeras i bränslefaseh innehållande nämnda komponent, var- vid gasningssystemet göres komplett vid sammanförande av saltfas och bränslefas, varvid systemet utvecklar jämnt för- delade hålrum eller bubblor av innesluten gas i sprángämnet. emulsíons-

2. Förfarande enligt patentkravetl. k ä n n e L e c k n a t darav. att nämnda komponent fördelas vid den övervägande de~ len av bränslefasen före emulgering.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2. k ä n n e - t e c k n a t därav, att nämnda komponent aktiveras genom upphettning i anslutning till eller efter emulgeríngen.

4. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav. att nämnda komponent aktiveras genom en i saltfasen närvarande komponent. // 459 419

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k - n a t därav. att gasningssystemet innefattar komponenterna syra. nitrit och urea eller tiourea, varvid minst en av nämnda komponenter är närvarande i bränslefasen och de åter- tående är närvarande 1 saltfasen före emulgeringen.

6. Förfarande enligt patentkravet 3. k ä n n e t e c k - n a t därav, att aktivering genom upphettning sker genom emulgering av bränslefasen med en saltfas av högre temperatur.

7. System för framställning av ett emulsionssprängämne av typen vatten-i-olja genom emulgering av en vattenhaltig saltfas av oxiderande salt i en kolhaltlg bränslefas och in- förande i emulsionen av håligheter genom användning av ett gasnlnssystem baserat på minst två komponenter, varvid åt- minstone den ena komponenten utgöres av en fysikalisk subs- tans medan den andra komponenten eller komponenterna antingen utgöres av en ytterligare fysikalisk substans som genom ke- misk reaktion med den första komponenten genererar gas, ell- ler utgöres av upphettning. som genom temperaturhöjning ak- tiverar den första komponenten att frigöra gas, k ä n n e - t e c k n a t av en tvådelad förpackning, vari en förpack- ningsdel innefattar en vattenhaltig saltfas av oxiderande salt innehållande minst en men ej samtliga komponenter av gasningssystemet och den andra förpackningsdelen innefattar en kolhaltig bränslefas innehållande de återstående kompo- nenterna av nämnda gasningssystem, varvid gasningssystemet göres komplett vid sammanförande av saltfas och bränslefas, varvid systemet utvecklar jämnt fördelade hålrnm eller bub- blor av innesluten gas i emulsionssprängämnet.

8. Bränslefas för framställning av ett emulsionsspräng- ämne av typen vatten-i-olja genom emulgering av en vatten- haltig saltfas av oxiderande salt i en kolhaltig brânslefas och införande i emulsionen av håligheter genom användning av ett gasningssystem baserat på minst tvâ komponenter. varvid åtminstone den ena komponenten utgöres av en fysikalisk 459 419 /4 substans. medan den andra komponenten eller komponenterna antingen utgöres av en ytterligare fysikalisk substans som genom kemisk reaktion med den första komponenten genererar gas, eller utgöres av upphettning, som genom temperaturhöj- ning aktiverar den första komponenten att frigöra gas. k ä n n e t e c k n a t därav. att den innefattar ett kol- haltigt bränsle och fördelat däri minst en men ej samtliga komponenter av gasningssystemet. varvid nämnda komponent är olöslig i bränslefasen och föreligger i bränslefasen i form av emulgerad vätskefas.

9. Bränslefas enligt patentkravet 8, nent är del av ett system. vari nämnda kompo- vilket är av den typ att gas fri- göras vid upphettning.

10. Bränslefas enligt patentkravet 9" vari nämnda kompo- nent är utvald bland dinitrosoföreningar, diisocyanater, karbonatea, vätekarbonater och peroxider.

11. Bränslefas enligt patentkravet 3. vari nämnda kompo- nent är av den typ, vari gas frigöras genom reaktion med minst en annan komponent.

12. Bränslefas enligt patentkravet 3. vari nämnda kompo- nent är del av ett system, vilket är av den typ som frigör gas vid surgöring.

13. Bränslefas enligt patentkravet 12, ningsmedel vari nämnda gas- eller -system innefattar nitrit och urea eller tiourea. 14, Bränslefas enligt patentkravet l3,varí molförhållan- det urea till nitrít är över ca 1:1.