UA58528C2 - Патронована вибухова емульсія - Google Patents

Abstract

Патронована вибухова емульсія водно-масляного типу сенсибілізована диспергованим газом і містить нітрат амонію (60-70%), нітрат натрію (8-14%), воду (4-7%), пальне на основі вуглеводнів (0,5-5%), емульгатор (0,5-5%), алюміній (12-18%). Сума вмістів нітрату амонію та нітрату натрію складає від 70% до 80%, а сума вмістів нітрату амонію, нітрату натрію, води, пального на основі вуглеводнів, емульгатора та алюмінію складає від 95% до 100%. Вибухова емульсія є безпечною при застосуванні та виробництві, їй притаманна енергія і потужність динамітів, вона особливо придатна для висаджування твердих порід.

Description

Опис винаходу

Цей винахід стосується загальних питань застосування промислової вибухівки для цивільних потреб.

Винахід відноситься до новітніх патронованих вибухових емульсій, які придатні, зокрема, для висаджування твердих порід в кар'єрах або на заводських майданчиках.

Патроновані вибухові емульсії водно-масляного типу добре відомі спеціалістам цієї галузі.

До їх складу входять: дисперсна водна фаза у вигляді крапельок водного розчину неорганічних окисних солей, 70 незмішувана з водою однорідна органічна фаза, в якій дисперговані згадані вище крапельки, емульгатор, що утворює емульсію водяних крапельок у всьому об'ємі однорідної органічної фази, дисперсна газова фаза, яка рівномірно диспергована в емульсії і яка підвищує чутливість емульсії до запалювання, кожна бульбашка диспергованого газу діє як ділянка перегрівання.

В порівнянні із звичайним динамітом, який містить від 2595 до 4595 нітрогліцерину, згадані вище вибухові 12 емульсії безпечні для застосування, а їх виробництво помітно вдосконалене. З іншого боку, вони помітно менш потужні і виділяють менше вибухової енергії.

Фахівці цієї галузі довгий час шукали вибухові емульсії зазначеного вище виду, яким були б притаманні безпека і чутливість до запалювання відомих патронованих вибухових емульсій та потужність динамітів, тобто, швидкість детонації в області б00Ом/с, виміряна в об'ємі, обмеженому діаметром 8Омм, при загальній енергії, виміряній під водою, що перевищує приблизно 1100Окал/г.

Добре відомо, що з метою підвищення швидкості детонації вибухових речовин збільшують їх густину. Однак у випадку патронованих вибухових емульсій, сенсибілізованих диспергованою газовою фазою, підвищення густини тягне за собою зменшення вмісту газової фази в об'ємі, а отже, зменшує чутливість до запалювання.

Це зменшення чутливості можна компенсувати шляхом введення до композицій сенсибілізуючих молекул, с таких, як нітрит гідразину та органічні нітрати, зокрема, нітрати аміну, наприклад, нітрат метиламіну, або Ге) введення, як альтернативи, каталізаторів реакції, таких, як хлорид міді, або ж таких ще більш реактивних окислювачів, як хлорати або перхлорати.

Однак, використання таких стабілізуючих молекул, каталізаторів та/або хімічно активних окислювачів тягне за собою помітний ризик непередбачуваних піротехнічних випадків. Це спричинено тим, що органічні нітрати, со хлорати та перхлорати є особливо небезпечними при поводженні з ними, нітрат гідразину нестабільний, а с металеві каталізатори можуть реагувати з нітратом амонію, неорганічною окисною сіллю, яку на практиці завжди застосовують в композиціях, окремо або в суміші з іншими окисними солями. о

Наприклад, в документі ЕР 598 115 описано потужні вибухові емульсії на основі нітрату амонію, що містять с нітрат аміну та/або нітрат гідразину як сенсибілізатор. 3о В патенті США 4 371 408 описано вибухові емульсії на основі нітрату амонію та нітрату натрію, о сенсибілізованих нітратом аміну із вмістом СисСі» як каталізатора детонації.

Відомим практичним заходом є також уведення алюмінію у вибухові емульсії з метою підвищення їх енергії.

Однак, на практиці збільшення вмісту алюмінію обмежується тим фактом, що енергетичний вихід, який є « відношенням між виміряною енергією і теоретично розрахованою енергією, в цьому разі сильно зменшується. З 50 Крім того, відомо, що при зростанні вмісту алюмінію швидкість детонації зменшується через зменшення с вмісту за масою газоподібних продуктів у продуктах розпаду.

Із» На основі цієї теорії і цих експериментальних даних для обізнаного спеціаліста видається неймовірним отримати емульсії, які мали б усі бажані властивості та особливості, що були відмічені вище.

Однак, ця упереджена думка була подолана.

Виявилося, зокрема, несподівано, що шляхом комбінування вагового вмісту нітрату амонію і нітрату натрію в і-й досить конкретних межах, у відсутності інших неорганічних солей, сенсибілізуючих молекул, як наприклад,

Ге | органічних нітратів або нітрату гідразину, та металевих каталізаторів, а також шляхом ретельного вибору природи та вагового вмісту інших складових, особливо вмісту води та алюмінію, можна отримати вибухові і-й емульсії, які мають чутливість до запалювання та безпечність застосування і виробництва, характерні для ка 20 стандартних патронованих вибухових емульсій, і в той же час вони мають робочі характеристики звичайних динамітів, тобто, швидкість детонації в області 6000 м/с, виміряну в об'ємі, обмеженому діаметром 8Омм, і со загальну енергію, виміряну під водою, понад 11ООкал/г, яка може перевищувати навіть 12ООкал/г, при енергетичному виході, що перевищує 8095.

Таким чином, предметом цього винаходу є новітні патроновані вибухові емульсії водно-масляного типу, які 22 сенсибілізовані диспергованою газовою фазою і які містять нітрат амонію, нітрат натрію, воду, пальне на

ГФ) основі вуглеводнів, емульгатор і алюміній.

Характерними особливостями новітніх вибухових емульсій є: о ваговий вміст нітрату амонію - між 6095 та 70965, ваговий вміст нітрату натрію - між 895 та 1496, бо ваговий вміст води - між 495 та 795, ваговий вміст пального на основі вуглеводнів - між 195 та 495, ваговий вміст емульгатора - між 0,595 та 495, ваговий вміст алюмінію між-1295 та 1890, сума вагових вмістів нітрату амонію та нітрату натрію складає між 7095 та 8090, бо сума вагових вмістів нітрату амонію, нітрату натрію, води, пального на основі вуглеводнів, емульгатора та алюмінію складає між 9595 та 10095, переважно, між 9890 та 100905, а ще краще - між 9995 та 100905.

Наведені вище вагові вмісти показані відносно сенсибілізованої вибухової емульсії, і потрібно розуміти, що границі включаються до розгляду.

Запропоновані згідно з винаходом новітні вибухові емульсії, зокрема, не мають у своєму складі хлоратів та перхлоратів, наприклад, хлоратів та перхлоратів амонію, лужних металів або лужно-земельних металів, не мають сенсибілізуючих молекул, таких, як органічні нітрати; наприклад, нітрати алкіламіну та нітрати алканоламіну, або таких, як нітрати гідразину, наприклад, нітрат гідразину та нітрат метилгідразину, а також не мають металічних каталізаторів реакції, таких, як хлорид міді. 70 Крім того, пальним на основі вуглеводнів може бути суміш кількох видів пального на основі вуглеводнів, а емульгатором може бути суміш кількох емульгаторів.

Пальне на основі вуглеводнів може бути аліфатичним, циклоаліфатичним або ароматичним, а також насиченим або ненасиченим. Можна відмітити, наприклад, толуол, ксилоли, уайт-спірит, керосин, мазут, парафіни, масла, зокрема, парафінові масла або нафтенові масла, жирні кислоти та їх похідні, воски та їх суміші, тобто, будь-яка суміш принаймні двох згаданих складових.

Пальне на основі вуглеводнів вибирається, переважно, з групи, до складу якої входять масла, воски та парафіни, а також їх суміші.

Емульгатором може бути будь-який емульгатор, добре відомий фахівцям як такий, що сприяє фізичній стабільності водно-масляних емульсій шляхом зниження міжфазного натягу між двома фазами емульсії.

Емульгатор вибирають переважно з групи, до складу якої входять полімерні емульгатори, які одночасно мають і гідрофільні, і гідрофобні ланцюги, наприклад, похідні полізобутилену та похідні бурштинового ангідриду, аміни, особливо ті, що містять від 12 до 24 атомів вуглецю, ефіри жирних кислот, такі, як сорбітан моноолеат, сорбітан лаурат, сорбітан пдльмітат та сорбітан стеарат, алкіларилові ефіри сульфокислоти та їх суміші. сч

Алюміній у контексті даного винаходу використовують мілко подрібненим, переважно у вигляді порошку.

Розміри його часточок загалом складають від 0,1ммк до 250ммк, а краще між 0,5ммкта 150ммк. (8)

Вибухові емульсії згідно з винаходом сенсибілізують диспергованою газовою фазою за способом, добре відомим фахівцям галузі.

Серед найбільш відомих способів введення газової фази у вибухові емульсії можна відмітити механічне со зо Змішування, виділення газу на місці з допомогою хімічних реактивів та введення пористого матеріалу, що містить закриті комірки, наприклад, скляних або пластикових мікросферичних газоконтейнерів, крупинок с пінополістиролу або зольного пилу. Можна також комбінувати різні способи, наприклад, одночасно ю застосовувати хімічні реактиви і мікросфери.

Згідно з даним винаходом перевага віддається способу виділення газу на місці з допомогою хімічних со реактивів, зокрема, з використанням нітритів, таких, як нітрит натрію, який при реакції з амонієвими іонами ю нітрату амонію зразу починає виділяти азот. Ця реакція може бути прискорена підвищенням температури та/або каталізатором, таким, як сечовина, тіосечовина або тіоціанат.

У варіанті здійснення винаходу, якому віддається найбільша перевага, вибухові емульсії згідно з винаходом містять від 13 до 17 об'ємних відсотків диспергованої газової фази, а краще від 14 до 16 об'ємних відсотків. «

Згідно з одним із варіантів здійснення винаходу, якому віддається перевага, сума вагового вмісту нітрату з с амонію і нітрату натрію складає між 7395 та 7795, а краще - між 74905 та 76905. . Згідно з іншим варіантом здійснення винаходу, якому віддається перевага, ваговий вміст нітрату амонію а складає між 6195 та 6790, а краще - між 62905 та 6595.

Згідно ще з одним варіантом здійснення винаходу, якому віддається перевага, ваговий вміст води складає між 4,590 та 6,596, а краще - між 5905 та боб. с Згідно ще з одним варіантом здійснення винаходу, якому віддається перевага, ваговий вміст алюмінію складає між 1395 та 1790, краще - між 13,595 та 16,595, а ще краще - між 14905 та 16905. со Згідно ще з одним варіантом здійснення винаходу, якому віддається перевага, ваговий вміст емульгатора «сл складає між 1,595 та 495, а краще - між 295 та 3,595.

Згідно ще з одним варіантом здійснення винаходу, якому віддається перевага, ваговий вміст пального на де основі вуглеводнів складає між 0,790 та 495, краще - між 0,895 та 395, а ще краще - між 195 та 2905. с Крім того, густина вибухових емульсій згідно з винаходом переважно знаходиться між 1,26 та 1,40, в кращому варіанті між 1,28 та 1,37, їх швидкість детонації, виміряна в об'ємі, обмеженому діаметром 80 мм, складає від 550О0м/с до 630Ом/с, в кращому варіанті від 575Ом/с до бЗООм/с, а їх реальна загальна енергія, в визначена під водою, складає від 1100кал/гдо 1400кал/г, в кращому варіанті від 1200Окал/гдо 14О0Окал/г.

Вибухові емульсії згідно з винаходом можуть бути отримані по аналогії з будь-яким процесом, вже відомим

Ф) для отримання вибухових водно-масляних емульсій, які сенсибілізовані диспергованою газовою фазою і містять ка нітрат амонію, нітрат натрію, воду, пальне на основі вуглеводнів, емульгатор і алюміній.

На першому етапі можна, наприклад, приготувати: во 1) водну фазу шляхом розчинення нітрату амонію і нітрату натрію у воді при температурі, наприклад, між 1007 та 105"С, в резервуарі, обладнаному системою нагрівання та системою перемішування.

У випадку хімічного газоутворення на цьому етапі до газової фази може бути доданий в оптимальних кількостях згаданий вище каталізатор реакції, як то: сечовина, тіосечовина або тіоціанат. 2) жирну фазу, що складається з пального на основі вуглеводнів і, звичайно, емульгатора, шляхом 65 перемішування складових разом при температурі, наприклад, в області 95"С в резервуарі, обладнаному системою нагрівання та системою перемішування.

На цьому етапі емульгатор можна також не вводити до пального на основі вуглеводнів.

Далі на другому етапі готується водно-масляна емульсія, безперервним або періодичним способом.

Згідно з періодичним способом приготування після введення у змішувач необхідних кількостей водної фази, жирної фази і емульгатора, якщо він не був уведений в жирну фазу, можна отримати емульсію, використовуючи для цього турбоміксер, і одночасно гомогенізувати її, наприклад, з допомогою змішувача з лопатями у вигляді листка конюшини.

Згідно з безперервним способом приготування обидві фази і емульгатор, якщо він не був уведений в жирну фазу, закачуються з допомогою дозувальних насосів у підвідні трубопроводи емульсієутворюючої машини. 70 Після цього на третьому етапі в отриману емульсію вводяться різні активуючі присадки, тобто, алюміній, хімічне джерело газу та/або мікросфери.

Згідно з періодичним способом приготування алюміній, мікросфери та/або хімічне джерело газу вводяться в емульсію, переважно, шляхом змішування у змішувачі, який використовується для приготування емульсії, або в змішувачі з планетарною системою перемішування.

Згідно з безперервним способом приготування активуючі присадки вводяться, переважно, безперервно, наприклад, з допомогою шнека в перемішуючий пристрій, в який наливається також водно-масляна емульсія з емульсієутворюючої машини.

Далі приготовані таким чином сенсибілізовані вибухові емульсії закладаються, після першого охолодження, яке не є обов'язковим, вручну або автоматично, в оболонки, наприклад, паперові або пластикові, з допомогою 2о патроно-оснащувального обладнання, що добре знайоме спеціалістам.

Після цього отримані патрони піддаються загальному охолодженню, наприклад, за допомогою холодної води або холодного повітря, залежно від природи оболонки, аби стабілізувати отриману кінцеву емульсію.

Наведені нижче приклади, які не вносять обмежень, ілюструють винахід та переваги, що він їх надає.

Приклади 1 і 2: Вибухові емульсії згідно з винаходом сч

Нижче наведено ваговий склад приготованих вибухових емульсій: о 111 прилади |прякадо) со з сч ю со

ІС в)

Приклад 1 а) Приготування водної фази 74,3 вагових частин нітрату амонію, 13,8 вагових частин нітрату натрію і 0,04 вагової частини тіосечовини розчиняють при температурі від 1007" до 105"С в 6,6 вагових частинах води в резервуарі, обладнаному « 70 бистемою нагрівання та системою перемішування. з с б) Приготування жирної фази Суміш, яка складається з: - 3,7 вагових частин емульгатора, який є сумішшю із співвідношенням 40/60 за вагою, відповідно, сорбітан :з» моноолеату і полімера, до складу якого входять полізобутиленові ланцюги з гідрофільними кінцями, приєднаними через функції бурштинового ангідриду, - 1,6 вагових частин пального на основі вуглеводнів, яке є сумішшю із співвідношенням 10/35/20/35 за с вагою, відповідно, нафтенового мінерального масла з температурою займання вище 100"7С, твердого парафіну з температурою плавлення вище 50"С, рідкого парафіну з температурою займання вище 1507С та бо мікрокристалічного воску з температурою плавлення вище 50"7С, с гомогенізують при 95"С в іншому резервуарі, який також обладнано системою нагрівання та системою перемішування. зо в)п її риготування емульсії з додаванням активуючих присадок со Водна фаза а) та жирна фаза б) в подальшому завантажуються в змішувач, де з допомогою турбоміксера готується емульсія при одночасному гомогенізуванні суміші за допомогою змішувача, що має лопаті у вигляді листка конюшини. Температура в зміщувачі підтримується процесом між 1057 та 11076.

Після отримання гомогенної стабільної емульсії в змішувач додається 17,7 вагових частин алюмінієвого порошку з розміром часточок 0 - 150мкм (середній діаметр порядку 8Омкм), при перемішуванні та підтримуванні (Ф. температури, після чого, безпосередньо перед етапом закладання в патрон, додається 0,09 вагової частини ко нітрату натрію. г) Закладання вибухової емульсії в патрони во Отриману на етапі в) вибухову емульсію, температуру якої підтримують, далі закладають в патрони, що являють собою пластикові оболонки, які потім затискуються з обох боків так, щоб отримати приблизно циліндричні патрони довжиною, наприклад, порядку З2Омм і діаметром порядку 8Омм.

Маса вибухової емульсії, яка завантажується в кожну оболонку, визначається очевидними параметрами: об'ємом потрібного патрону, густиною вибухової емульсії, яка вимірюється перед закладанням у патрон і перед д5 додаванням нітриту натрію, та бажаним об'ємним вмістом газової фази (приблизно 15905).

Коли вибухова емульсія, закладена в оболонку, займає весь об'єм патрону, об'ємний вміст газової фази доводять до бажаного, після чого хімічну реакцію утворення азоту зупиняють різким пониженням температури емульсії, чого легко досягти, розпилюючи на патрони холодну воду.

Приклад 2

Процес проводять, як у Прикладі 1, але з наступними відмінностями: а) Приготування водної фази

Використовується 74,9 вагових частин нітрату амонію (замість 74,3), 13,9 вагових частин нітрату натрію (замість 13,8) і 6,7 вагових частинах води (замість 6,6). б) Приготування жирної фази 70 Використовується 3,2 вагових частин емульгатора (замість 3,7) та 1,3 вагових частин пального на основі вуглеводнів (замість 1,6).

Фізичні та детонаційні характеристики вибухових емульсій, які були отримані звичайними, добре відомими спеціалістам, способами, є наступними:

І ння с о

Claims (9)

Формула винаходу

1. Патронована вибухова емульсія водно-масляного типу, що сенсибілізована дисперсною газовою фазою і со містить нітрат амонію, нітрат натрію, воду, пальне на основі вуглеводнів, емульгатор і алюміній, яка відрізняється тим, що с ваговий вміст нітрату амонію складає від 6095 до 70905, ю ваговий вміст нітрату натрію складає від 895 до 14965, ваговий вміст води складає від 495 до 790, (ге) ваговий вміст пального на основі вуглеводнів складає від 0,595 до 590, ю ваговий вміст емульгатора складає від 0,595 до 5905, ваговий вміст алюмінію складає від 1295 до 1895, сума вагових вмістів нітрату амонію та нітрату натрію складає від 7095 до 8090, сума вагових вмістів нітрату амонію, нітрату натрію, води, пального на основі вуглеводнів, емульгатора та « дю алюмінію складає від 9595 до 100905. з

2. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що ваговий вміст води складає від 595 до с боб. :з»

3. Патронована вибухова емульсія за пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що ваговий вміст алюмінію складає від 13,595 до 16,595.

4. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що сума вагових вмістів нітрату амонію та сл 395 нітрату натрію складає від 73905 до 77905.

5. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що її густина складає від 1,26 до 1,40. (ее)

6. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що швидкість її детонації, виміряна в сл об'ємі, обмеженому діаметром 80 мм, складає від 5500 м/с до 6300 м/с.

7. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що її реальна загальна енергія, визначена ко 50 під водою, складає від 1100 кал/г до 1400 кал/г. со

8. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що об'ємний вміст диспергованої газової фази в ній складає від 1395 до 17905.

9. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що пальне на основі вуглеводнів вибирають із групи, до складу якої входять масла, воски, парафіни та їх суміші. 59 10. Патронована вибухова емульсія за п. 1, яка відрізняється тим, що емульгатор вибирають із групи, до ГФ) складу якої входять аміни, ефіри жирних кислот, алкіларилові ефіри сульфокислоти, полімери, що одночасно ГФ містять гідрофільні і гідрофобні ланцюги, та їх суміші. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних бо мікросхем", 2003, М 8, 15.08.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. б5