СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 1997 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к технологии получения водосодержащих взрывчатых веществ, используемых в основном в горнодобывающих отраслях промышленности.

Известен способ получения водосодержащего взрывчатого вещества типа "сларри" (Кук М. А. Наука и промышленных взрывчатых веществах. М. Недра, 1980, с. 25, 28, 289 310; Барон В. Л. Кантор В. Х. Техника и технология взрывных работ в США. М. Недра, 1989, с. 66 81), заключающийся в смешении жидкой и твердой фаз, при этом жидкой фазой является загущенный гуаргамом водный раствор окислителя, преимущественно нитрата аммония, который дополнительно структурируют солями хрома, алюминия, железа и др. а твердая фаза состоит из частиц твердого окислителя и горючих добавок, выполняющих в ряде одновременно и роль сенсибилизатора. Из твердых горючих-сенсибилизаторов применяют тротил и алюминиевые порошки. Кроме них в состав взрывчатого вещества вводят дополнительные горючие добавки порошки угля, серу, жидкие нефтепродукты и др.

Основными недостатками способа являются недостаточные физическая стабильность и равномерность объемного распределения компонентов взрывчатого вещества, поэтому помимо придания системе строго определенных вязкостно-гравитационных свойств посредством регулирования количества гуаргама и структурообразователя, соотношения жидкой и твердой фаз, гранулометрического состава последней и др. во избежание расслаивания суспензии непосредственно при заряжании в нее вводят дополнительное количество гуаргама и/или структурообразователя, так что процесс загущения продолжается во время прохождения смеси по зарядному шлангу и в самой скважине. Кроме того, получение взрывчатого вещества типа "сларри" возможно лишь при использовании в качестве загустителя гуаргама6 что приводит к повышенному содержанию в смесях воды, так как 1 ч. гуаргама берет на себя 2 6 ч. воды, не участвующей в растворении окислителя.

Наиболее близким к изобретению является способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (Поздняков З. Г. Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. М. Недра, с. 78 -79), заключающийся в приготовлении загущенного водного раствора окислителя и смешения его с тротилом, который берут в количестве 20 35% от массы взрывчатого вещества, причем перед смешением температуру раствора поддерживают не ниже 90^oC во избежание преждевременной кристаллизации.

Данный способ характеризуется недостаточно равномерным объемным распределением тротила, обусловленным его плавлением и большей плотностью по сравнению с горячим раствором окислителя, высокой температурой смешения; сложностью работы с высококонцентрированным раствором окислителя из-за опасности преждевременной кристаллизации и забивки оборудования.

Кроме того, способ предусматривает высокий расход тротила, который является дорогим, дефицитным и экологически вредным веществом. Замена хотя бы части тротила на эквивалентное количество жидкого горючего в данном способе невозможна из-за несмешиваемости жидких компонентов взрывчатого вещества.

Задача изобретения получение взрывчатого вещества с более равномерным объемным распределением его компонентов, уменьшение расхода дорогостоящего дефицитного и экологически вредного тротила без ухудшения взрывных характеристик получаемого взрывчатого вещества, а также снижение температуры смешения раствора окислителя с тротилом.

Задача достигается тем, что в способе получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающем приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и смешение его с твердым горючим, согласно изобретению перед смешением с твердым горчим в загущенный водный раствор окислителя дополнительно вводят жидкое горючее, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до температуры на 5 15^oC ниже температуры начала кристаллизации окислителя, причем общий расход горючего составляет 10 - 16, а расход жидкого горючего 2 5% от массы взрывчатого вещества.

Задача достигается также тем, что в качестве жидкого горючего используют дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло.

В качестве окислителя используют преимущественно нитрат аммония, однако могут быть использованы и его смеси с нитратами щелочных и щелочноземельных металлов, в частности натрия, калия, кальция.

В качестве твердого горючего используют в основном тротил или его смесь с алюминием, однако может быть использованы и другие виды горючего, например карбамид.

В насыщенном загущенном водном растворе окислителя имеется большое число субмикрокристаллических зародышей, которые до наступления видимой кристаллизации (латентный период) находятся в кинетическом равновесии с раствором. По мере охлаждения на первом этапе возникновения устойчивых зародышей они представляют собой гелеподобные частицы критического размера, обладающие большой избыточной поверхностной энергией. При введении жидкого горючего в загущенный водный раствор окислителя и последующем охлаждением при перемешивании полученной массы до температуры на 5 15^oC ниже температуры начала кристаллизации окислителя жидкое горючее адсорбируется за счет компенсации избыточной энергии на поверхности первоначальных зародышей и первичных микрокристаллов, препятствуя возможности их дальнейшего роста и стимулируя образование новых аналогичных микрокристаллических частиц, которые в свою очередь сорбируют жидкое горючее. Более того, жидкое горючее распределяется и удерживается не только на поверхности микрокристаллических частиц, но и входит в структуру более упорядоченных и крупных формирований, образующихся по мере охлаждения массы, что обеспечивает физическую стабильность взрывчатого вещества и исключительно равномерное объемное распределение жидкого горючего, а также большую поверхность контакта между окислителем и жидким горючим.

Равномерно распределенное на поверхности микрокристаллических частиц окислителя, жидкое горючее играет роль смазки между отдельными частичками, что существенно улучшает реологические свойства смесей, способствуя более равномерному объемному распределению вводимого твердого горючего и улучшению текучести масс, что позволяет снизить температуру смешения с твердым горючим (тротилом) ниже температуры начала кристаллизации без опасения преждевременного схватывания массы и забивки оборудования.

При введении жидкого горючего в загущенный водный раствор окислителя и последующем охлаждении при перемешивании полученной массы до температуры менее чем на 5^oC ниже температуры начала кристаллизации окислителя количество образующихся микрокристаллических частиц недостаточно для адсорбции на их поверхности всего введенного жидкого горючего, в результате чего происходит расслаивание компонентов смеси. При последующем смешении с твердым горючим температура смеси понижается, но процесс кристаллизации идет по пути образования относительно крупных частиц за счет кристаллизации окислителя или его плава на холодной поверхности частиц твердого горючего, что делает невозможным равномерное объемное распределение как жидкого, так и твердого горючего.

При введении жидкого горючего в загущенный водный раствор окислителя и последующем охлаждении при перемешивании полученной массы до температуры более чем на 15^oC ниже температуры начала кристаллизации окислителя возникает опасность преждевременного загустевания массы в результате смешения с твердым горючим, сопровождающимся дальнейшим снижением температуры.

Общий расход горючего, составляющий 10 16% и расход жидкого горючего в количестве 2 5% от массы взрывчатого вещества позволяет получить взрывчатое вещество с кислородным балансом, равным или близким к нулю.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты могут быть более наглядно проиллюстрированны следующими примерами.

Пример 1. В 1700 г водного раствора, содержащего 6% SiO₂, растворяют при 105^oC 16300 г гранулированного нитрата аммония применяемого в промышленности. В раствор окислителя, имеющий температуру кристаллизации t_кр 100^oC, вводят 400 г минерального масла, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до 85^oC Δt 15^oC) и смешивают с 1600 г тротила. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 8; загуститель (SiO₂) 0,5; нитрат аммония 81,5; масло 2; тротил 8.

Часть полученной смеси заливают в мерный цилиндр объемом 1 л, а остальное количество в стальную трубу с внутренним диаметром 98 мм, толщиной стенки 8 мм и длиной (высотой) 1500 мм с приваренным дном. После полной кристаллизации образца смеси в цилиндре замеряют его плотность (d, г/см³), отбирают пробы из верхней и нижней части образца, анализируют их на содержание жидкого и твердого горючего, после чего определяют коэффициенты распределения жидкого (K_ж.г.) и твердого (K_т.г.)горючего, равные отношению содержания горючего в верхней и нижней части образца.

Смесь в стальной трубе испытывают на полноту детонации из литого тротила массой 50 г.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,56; K_ж.г.= 1,09; K_т.г.= 0,96. Детонация полная.

Пример 2. В 1700 г водного раствора, содержащего 6% полиакриламида, растворяют при 100^oC 15100 г нитрата аммония. В раствор окислителя, имеющего t_кр 95^oC, вводят 400 г мазута, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до 80^oC Δt 15^oC), и смешивают с 800 г карбамида, 1000 г карбамида, 1000 г тротила и 1000 г порошкообразного алюминия. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 8; загуститель (полиакриламид) 0,5; нитрат аммония 75,5; мазут 2; тротил 5; карбамид 4; алюминий 5. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,58; K_ж.г.= 1,11; K_т.г. 0,96. Детонация полная.

Пример 3. В 3100 г водного раствора, содержащего 3,2% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), растворяют при 75^oC 12000 г нитрата аммония и 2900 г нитрата кальция. В раствор окислителя, имеющего t_кр.= 79^oC, вводят 1000 г дизельного топлива, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до 74^oC (Δt 5^oC) и смешивают с 1000 г тротила. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 15; загуститель (КМЦ)- 0,5; нитрат аммония 60; нитрат кальция 14,5; дизельное топливо 5; тротил 5. Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,53; K_ж.г.= 1,08; K_т.г.= 0,95. Детонация полная.

Пример 4. В 2100 г водного раствора, содержащего 5% SiO₂, растворяют при 90^oC 14700 г нитрата аммония. В полученный раствор окислителя, имеющего t_кр.= 86^oC, вводят 1000 г минерального масла после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до 81^oC Δt 5^oC), и смешивают с 800 г карбамида и 1400 г тротила. При этом получают 20000 г смеси состава, мас. вода 10; загуститель (SIO₂)- 0,5; нитрат аммония 73,5: масло 5; тротил 7; карбамид 4. Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,56; K_ж.г.= 1,1; K_т.г.= 0,96. детонация полная.

Пример 5. Проводят операции по примеру 2, за исключением того, что полученную массу охлаждают до температуры 90^oC Δt 5^oC).

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,56; K_ж.г.= 1,1; K_т.г.= 0,95. Детонация полная.

Пример 6. Проводят операции по примеру 3, за исключением того, что полученную массу охлаждают до 64^oC ( Δt 15^oC).

Полученное взрывчатое вещество имеет d 1,53; K_ж.г.= 1,06; K_т.г.= 0,96. Детонация полная.

Пример 7. Проводят операции по примеру 4, за исключением того, что полученную массу охлаждают до 71^oC (Δt 15^oC).

Полученное взрывчатое вещество имеет d 1,56; K_ж.г.= 1,09; K_т.г.= 0,97. Детонация полная.

Пример 8. В 1920 г водного раствора, содержащего 6,25% SiO₂, растворяют при 100^oC 15080 г нитрата аммония и 600 г нитрата калия. В раствор окислителя, имеющего t_кр.= 95^oC, вводят 500 г индустриального масла, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до 85^oC ( Δt 10^oC) и смешивают с 1900 г тротила. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 9; загуститель (SiO₂) 0,6; нитрат аммония 75,4; нитрата калия 3; минеральное масло 2,5; тротил 9,5. Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,58; K_ж.г.= 1,02; K_т.г.= 0,99. Детонация полная.

Пример 9. В 1600 г водного раствора, содержащего 3,9% ПАА, растворяют при 100^oC 14730 г нитрата аммония и 590 г нитрата натрия. В раствор окислителя, имеющего t_кр.= 95^oC, вводят 480 г растительного масла, после чего полученную массу охлаждают до 85^oC (Δt 10^oC), и смешивают с 800 г карбамида и 1600 тротила. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 8,7; загуститель (ПАА) 0,3; нитрат аммония 73,65; нитрат натрия 2,95; масло 2,4; карбамид 4; тротил 8. Полученную смесь анализируют и испытывают пр примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,59; K_ж.г.= 1,03; K_т.г.= 0,98. Детонация полная.

Пример 10. В 1700 г водного раствора, содержащего 5,88% КМЦ, растворяют при 95^oC 14900 г нитрата аммония, 600 г нитрата натрия и 440 г нитрата калия. В раствор окислителя, имеющего t_кр. 90^oC, вводят 560 г мазута, после чего полученную массу охлаждают до 80^oC (Δt 10^oC) и смешивают с 1000 г тротила и 800 г порошкообразного алюминия. Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 8; загуститель (КМЦ) 0,5; нитрат аммония - 74,5; 3 нитрат натрия 3; нитрат калия 2,2; масло 2,8; тротил 5: алюминий 4. Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,59; K_ж.г.= 1,02; K_т.г.= 0,98. Детонация полная.

Пример 11. Проводят операции, анализ и испытания по примеру 8, за исключением того, что перед смешением с тротилом полученную массу выдерживают при 85^oC без перемешивания в течение 1 часа.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,58; K_ж.г.= 1,04; K_т.г.= 0,99. Детонация полная.

Примеры 12 и 13 соответствуют осуществлению способа по примеру 8 при различной температуре охлаждения полученной массы, находящейся вне заявленного предела.

Пример 12. Проводят операции по примеру 8, за исключением того, что полученную массу охлаждают при перемешивании до 92^oC (Δt3^oC). Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,59; K_ж.г. 1,6; K_т.г.= 0,92. Детонация длина разрушенного участка стальной трубы составила 40% общей длины.

Пример 13. Проводят операции по примеру 8, но за исключением того, что полученную массу охлаждают при перемешивании до 75^oC (Δt 20^oC). При последующем смешении с 1900 г тротила смесь загустела.

Пример 14 (прототип). В 1700 г водного раствора, содержащего 5,88% ПАА, растворяют при 100^oC 14300 г нитрата аммония. В полученный раствор окислителя вводят при температуре 90^oC и перемешивают 4000 г тротила, Получают 20000 г смеси состава, мас. вода 8; загуститель (ПАА) 0 0,5; нитрат аммония 71,5; тротил 20. Полученную смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d 1,62; K_т.г.= 0,84. Детонация полная.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получить физически стабильное водосодержащее взрывчатое вещество с достаточно равномерным объемным распределением жидкого горючего (K_ж.г.= 1,02 - 1,11).

Кроме того, данный способ позволяет по сравнению с прототипом уменьшить на 30% и более расход дорогостоящего, дефицитного и экологически вредного тротила, повысить равномерность объемного распределения твердого горючего (K_т.г.= 0,95 0,99), а также снизить температуру смешения с тротилом ниже температуры начала кристаллизации раствора окислителя, что повышает безопасность проведения работ.

Сущность изобретения: перед смешением загущенного водного раствора окислителя с твердым горючим в раствор дополнительно вводят жидкое горючее, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до температуры на 5 -15^oC ниже температуры начала кристаллизации окислителя, причем общий расход горючего составляет 10 - 16%, а расход жидкого горючего 2 - 5% от массы взрывчатого вещества. В качестве жидкого горючего может быть использовано дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло. Способ позволяет получить физически стабильное водосодержащее взрывчатое вещество с высокой степенью равномерности объемного распределения жидкого и твердого горючего, уменьшить на 30 % и более расход дорогостоящего, дефицитного и экологически вредного тротила, снизить температуру смешения раствора окислителя с твердым горючим, что повышает безопасность проведения работ. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающий приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и смешение его с твердым горючим, отличающийся тем, что перед смешением с твердым горючим в загущенный водный раствор окислителя дополнительно вводят жидкое горючее, после чего полученную массу охлаждают при перемешивании до температуры, на 5 15^oС ниже температуры начала кристаллизации окислителя, причем общий расход горючего составляет 10 16% а расход жидкого горючего 2 5% от массы взрывчатого вещества. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого горючего используют дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло.