СОСТАВ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C06B31/28 C06B21/00 C06B45/00 

Изобретение относится к области ведения взрывных работ и может быть использовано при изготовлении водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ для взрывания горного массива на разрезах в горнодобывающей промышленности.

В последние годы широкое применение в различных странах с развитой горнодобывающей промышленностью получили эмульсионные взрывчатые вещества, основу которых составляют обратные эмульсии типа "вода в масле" и специальные добавки для сенсибилизации. Эмульсии содержат, в основном, окислитель, жидкое горючее и эмульгатор.

В качестве окислителя обычно используют водные растворы нитратов и хлоратов аммония и металлов, а жидким горючим веществом являются органические виды топлива или их смеси (в материалах заявки использовано минеральное масло И-40).

Эмульгаторы являются важнейшим компонентом, поскольку от их эффективности зависит стабильность эмульсии. В качестве эмульгаторов применяют эфиры сорбита и жирных кислот, эфиры глицерина, неорганические соли высших алкиламинов и др.

Известна эмульсия для приготовления эмульсионного взрывчатого вещества, содержащая горючее, эмульгатор и водный раствор неорганических окислителей - нитраты аммония и натрия.

Технология изготовления заключается в том, что раздельно при температуре 80^oC растворяют в воде окислители и готовят смесь горючего и эмульгатора и добавляют к смеси раствор окислителей и эмульгируют [В.Л.Барон и др. техника и технология взрывных работ в США М., "Недра", 1989, стр.82-83]. Недостатком известной эмульсии является высокая температура кристаллизации раствора (68-72^oC), из-за чего теряется стабильность и ухудшаются взрывные характеристики взрывных веществ, изготовленных на основе этих эмульсий [В.Л.Барон и др. техника и технология взрывных работ США М., "Недра", 1989, стр. 85-86].

Известным является состав эмульсии, используемый в России для приготовления взрывного состава I класса "Порэмит-1". Эмульсия "Порэмита-1" содержит следующие компоненты (мас. %) [Технические условия ТУ 84-07511904-648-94. Эмульсия Порэмита-1. Зарегистрировано в Нижегородском центре стандартизации и метрологии N 030/003058 от 26.07.1994 г].

Нитрат аммония - 60-65
Нитрат натрия или кальция - 15-17
Жидкое горючее (индустриальное масло И-40) - 4-7
Эмульгатор ПТ - 1-3
Вода - 15-17
Добавка в эмульсию нитрата натрия или кальция селитры производится с целью повышения стабильности состава и регулирования кислородного баланса.

Способ приготовления известной эмульсии заключается в том, что при температуре 80^oC в воде растворяют нитраты аммония и натрия и отдельно при температуре 60^oC смешивают масло индустриальное И-40 и эмульгатор ПТ. Эмульгирование ведется при одновременной дозировке в заданных соотношениях раствора окислителей и смеси горючего с эмульгатором непрерывно при интенсивном перемешивании. Взрывчатое вещество получают путем сенсибилизации эмульсии методом насыщения мелкодисперсными газовыми пузырьками, получаемыми в результате реакции с нитритом натрия.

Существенным недостатком известной эмульсии является ее невысокая стабильность. При циклическом термостатировании (метод определения стабильности эмульсии) при температурах 20 и 80^oC эмульсия "Порэмита-1" выдерживает 3-5 циклов.

Кроме того, недостатком известного эмульсионного взрывчатого вещества является высокая температура продуктов взрыва (более 1630^oC), из-за чего "Порэмит-1" имеет высокую экзогенную пожароопасность, т.е. возможно воспламенение метана или угля и возникновение экзогенного пожара.

К недостаткам следует отнести также то, что раствор окислителей, из которого образуется дисперсная фаза, имеет температуру кристаллизации 60-72^oC, а применяются взрывчатые вещества при температурах 4 - 20^oC. Это способствует кристаллизации окислителя - затвердеванию эмульсии с последующим отказом при взрывах, срок годности ЭВВ данного состава не более 10 дней. В то же время высокая температура кристаллизации снижает технологичность процессов изготовления эмульсии. В местах, где затруднен обогрев коммуникаций, например поворотное колено, фланцевые соединения, возможна трубопроводная арматура, переохлаждение раствора окислителя с кристаллизацией и последующей забивкой транспортных линий.

В России применяется также эмульсионное взрывчатое вещество - Порэмит 1А [Технические условия ТУ 7511903-628-93 Порэмит 1А], в состав неорганических окислителей его эмульсии входит один нитрат аммония, но у его эмульсии самая низкая стабильность (1-2) цикла циклического темперирования).

Ближайшим по составу эмульсии и способам их изготовления является патент США N 4409044 "Водомаслянные эмульсионные взрывчатые вещества и способы их изготовления" МПК C 06 B 45/00. В данном патенте приведены составы водомаслянных эмульсионных взрывчатых веществ, содержащих, мас.%: вода 5-30, жидкое горючее 3-15, неорганический окислитель 20-80, эмульгатор 0,5-4, пламягасящий хладоагент и 0,02-2 стабилизаторов различных составов. Для снижения температуры взрыва в составы эмульсионных ВВ по патенту вводятся хлориды металлов в количестве до 4 мас.%. Они выполняют роль пламягасящих хладоагентов. Однако эти составы, кроме нитрата аммония, нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, которые снижают температуру кристаллизации раствора окислителей (56-63^oC), а также они дороги. Дополнительно для повышения стабильности введены в состав эмульсии специальные стабилизаторы, например камень гуар: 1,4 бис(п-толуидин) антрахинон.

Предметом настоящего изобретения является повышение стабильности эмульсии эмульсионного взрывчатого вещества при упрощении ее состава и способа изготовления.

Сущность изобретения заключается в том, что в составе эмульсии эмульсионного взрывчатого вещества, содержащей водный раствор неорганического окислителя, жидкое горючее, пламягасящий хладоагент - хлориды щелочных металлов, эмульгатор, в качестве хлоридов щелочных металлов вводят хлорид натрия или хлорид калия, или их смеси до пределов их растворимости в воде при температуре растворения, а в качестве неорганического окислителя использован один нитрат аммония, при этом обеспечено повышение стабильности эмульсии (более 13 циклов циклического темперирования).

Эмульсия, предлагаемая по изобретению, имеет следующий компонентный состав, мас.%:
Эмульгатор - 0,5-3,0
Жидкое горючее - 4,0-7,0
Хлорид натрия и/или хлорид калия - 4,5-5,5
Вода - 15-20
Нитрат аммония - Остальные до 100.

Хлориды щелочных металлов вводятся в пределах их растворимости в воде при температурах растворения. Так, например, растворимость NaCl в воде при температуре 80^oC составляет 27,54% и при содержании воды в составе 15%, вводится же NaCl в количестве 5,5% от готовой эмульсии, что в пересчете по отношению к воде составляет максимум 26,8%. Хлориды металлов находятся в дисперсной среде в растворимом виде в составе раствора окислителя. Введение дешевого хлорида натрия в указанных пределах позволило исключить из состава эмульсии дорогостоящие окислители - нитраты натрия, калия и кальция, также специальные стабилизаторы.

Способ получения предлагаемой эмульсии, как и в известных, включает раздельное приготовление водного раствора окислителя и смеси жидкого горючего с эмульгатором и последующее смешивание их при температуре 80^oC. Новым в способе является то, что сначала в воде растворяют хлориды натрия или калия, или их смесь, а затем нитрат аммония. Если раствор окислителей готовится в другой последовательности, то увеличивается время растворения и возможна выкристаллизация с образованием осадка, что отрицательно влияет на стабильность эмульсии.

Содержание хлоридов натрия или калия или их смеси в эмульсии в указанных выше пределах в дисперсной среде (раствор окислителя) в растворенном виде образует новое свойство с получением нового технического результата, которым является стабилизация эмульсии эмульсионного взрывчатого вещества, содержащей в качестве окислителя один нитрат аммония.

Повышение стабильности достигается за счет адсорбционно-сольватного фактора, т.к. ионы Na⁺ и Cl^- имеют более высокую теплоту гидратации, чем ионы NH+4

Введение хлоридов натрия или калия в указанных пределах также позволило снизить температуру кристаллизации раствора окислителей до 49-52^oC.

Количество вводимой добавки NaCl и KCl ограничено определенными пределами - от 4,5 до 5,5%.

Верхний предел содержания NaCl и KCl (5,5%) ограничивается условием растворимости данных веществ в воде при температурах приготовления раствора окислителей, в том ее количестве, которое входит в состав эмульсии. При содержании добавок NaCl и KCl менее 4,5% влияние их на основе характеристики незначительно, а стабильность эмульсии значительно снижается.

Для определения свойств предлагаемой эмульсии были изготовлены опытные образцы различных составов. Технология изготовления эмульсии в лабораторных условиях заключалась в том, что в одной емкости в воде при температуре 80^oC растворяли сначала NaCl или KCl, а затем в этом растворе при температуре 80^oC растворяли нитрат аммония. В другой емкости при температуре 60^oC перемешивали жидкое горючее и эмульгатор, а затем нагревали до 80^oC, после чего при тщательном перемешивании раствор из второй емкости переливали в первую. Полученная эмульсия имела светло-желтый цвет и была пластичная. Для определения взрывных характеристик на основе полученных эмульсий путем сенсибилизации нитритом натрия были приготовлены соответственно образцы эмульсионных взрывчатых веществ, результаты сравнительных испытаний которых приведены в табл. 1.

Результаты испытаний показывают, что ввод в состав хлоридов натрия или калия за счет уменьшения содержания нитрата аммония практически не изменяет основные характеристики взрыва (эффективность, бризантность). Причиной этого является то, что в данных соотношениях хлориды щелочных металлов являются катализаторами, обеспечивая полноту участия нитрата аммония в химических реакциях при взрыве. Существенно изменяются показатели, характеризующие стабильность (электроемкость, температура кристаллизации раствора окислителей) экзогенную пожароопасность (температура взрыва).

С целью определения термической стабильности предложенного состава эмульсии были проведены соответствующие испытания образцов (табл. 2).

Испытания проводились по двум методикам. По первой методике о термической стабильности судят по изменению электроемкости эмульсии при выдержке ее при температуре 80^oC. По второй методике определяют изменение электроемкости при циклическом темперировании.

Каждый цикл продолжался 6-8 часов и включал нагревание образца эмульсии в течение 1,5 часов до 80^oC с последующим охлаждением и выдержкой при температуре 20^oC и измерением электрической емкости по завершении темперирования в горячем и холодном состоянии.

При выдержке при температуре 80^oC после 52 часов образцы N 1, 2, 3 расслоились через 3, 9 и 28 часов соответственно, а остальные при выдержке от 4 до 7 суток, образец N 11 расслоился после выдержки в течение 58 часов.

При циклическом темперировании образцы N 1, 2, 3 выдержали 3, 6, 10 циклов соответственно, а остальные 14-15 циклов. Образец N 11 расслоился после 12 цикла.

На основании результатов испытаний можно сделать заключение, что при содержании хлоридов натрия или калия менее 4,5% их стабилизирующее действие снижается. Оно также снижается при повышении содержания хлоридов более 5,5%, т. е. наиболее оптимальным является состав эмульсии, содержащей хлориды в пределах 4,5-5,5%.

Подтвержденный в процессе испытаний технический результат наблюдался примерно в одинаковой степени, как при использовании только NaCl или KCl или их смесей.

Пример N 1. Осуществление предлагаемого способа иллюстрируется описанием приготовления образца N 4 эмульсии ЭВВ.

В навеску воды 150 г, нагретой до 80^oC, загружается навеска поваренной соли технической (NaCl) в количестве 55 г при интенсивном перемешивании и нагреве в пределах 80±5^oC. Навеска соли растворяется в течение 3 мин, затем по окончании растворения соли в раствор загружается 715 г нитрата аммония. Загрузка производится небольшими порциями, и следующую порцию загружают после полного растворения предыдущей и нагрева ее до 75-80^oC. Полностью раствор окислителей готовится в течение 14 мин.

В отдельной посуде готовится смесь жидкого горючего и эмульгатора в следующих весовых соотношениях соответственно - 55 г и 20 г. Смесь нагревается до 65^oC.

В аппарат эмульгирования заливают смесь нефтепродуктов, затем при интенсивном перемешивании добавляют раствор минеральных солей до полного эмульгирования смеси.

Пример N 2. Состав компонентов аналогичен приведенному в примере N 1, но последовательность приготовления раствора окислителей изменена. Сначала растворяют заданное количество нитрата аммония. Длительность растворения 19 мин, затем в горячий раствор вводится навеска соли. Время растворения соли 21 мин. При этом раствор солей был мутный, не прозрачный.

Предложенная эмульсия для эмульсионных взрывчатых веществ имеет следующие преимущества перед известными:
- повышается стабильность и снижается температура кристаллизации, т.е. NaCl и KCl проявляют стабилизирующие свойства,
- более простой компонентный состав, исключены дорогостоящие и дефицитные нитраты натрия или кальция и стабилизаторы, в качестве окислителя используется один нитрат аммония,
- сохраняются высокие бризантность и эффективность взрыва.

Изобретение относится к эмульсионным взрывчатым веществам (ЭВВ), в частности к эмульсиям для ЭВВ, которые могут быть использованы для взрывания горного массива на разрезах в горнодобывающей промышленности, а также способам получения таких эмульсий. Техническим результатом изобретения является получение эмульсии для ЭВВ, имеющей упрощенный состав и обладающей повышенной стабильностью. Согласно изобретению эмульсия для ЭВВ содержит, мас.%:
Эмульгатор - 0,5-3,0
Жидкое горючее - 4,0-7,0
Хлорид натрия и/или хлорид калия - 4,5-5,5
Вода - 15-20
Нитрат аммония - Остальное
Согласно предлагаемому способу сначала в воде растворяют хлориды щелочных металлов в пределах их растворимости при температуре растворения, затем вводят нитрат аммония и готовый раствор смешивают со смесью горючего с эмульгатором при температуре 80^oС. 2 табл., 2 с.п. ф-лы.

1. Состав эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, содержащий воду, неорганический окислитель, жидкое топливо, пламягасящий хладоагент - хлориды щелочных металлов и эмульгатор, отличающийся тем, что в качестве хлоридов щелочных металлов используют хлориды натрия или калия, или их смесь, которые вводят в состав в пределах их растворимости в воде при температуре растворения, обеспечивая стабильность эмульсии, а в качестве неорганического окислителя используют нитрат аммония, при следующем компонентном составе эмульсии, мас.%:
Эмульгатор - 0,5 - 3,0
Жидкое горючее - 4,0 - 7,0
Хлорид натрия и/или хлорид калия - 4,5 - 5,5
Вода - 15 - 20
Нитрат аммония - Остальное
2. Способ приготовления состава эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, включающий раздельное приготовление водного раствора неорганического окислителя и хладоагента и смеси горючего с эмульгатором с последующим смешиванием их при температуре 80^oC, отличающийся тем, что предварительно в воде растворяют хладоагент, в качестве которого используют хлорид натрия или хлорид калия, или их смесь, а затем добавляют окислитель, в качестве которого используют нитрат аммония.