ПОРИСТЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ПРОДУКТ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ПРОДУКТА Российский патент 2003 года по МПК C06B31/28 C06B45/00 C06B21/00 

Настоящее изобретение относится к пористому гранулированному продукту, в частности к пористой гранулированной аммиачной селитре.

В этом описании термин "пористый гранулированный" применяют для обозначения порошкообразного продукта, который, в том случае, если это аммиачная селитра, содержит менее 0,5%, предпочтительно менее 0,2% по массе воды в расчете на всю массу.

Пористую гранулированную аммиачную селитру обычно применяют в качестве одного из компонентов взрывчатых составов, применяемых в горной промышленности. Так, например, пористую гранулированную аммиачную селитру смешивают с жидким топливом для образования взрывчатой композиции, известной как жидкое топливо аммиачной селитры (ANFO), и с эмульсией для образования высоковязкого ANFO с предварительной добавкой топлива или без добавки.

По причине экономичности и/или для регулирования общей мощности конкретного заряда взрывчатого вещества часто предпочитают гранулы аммиачной селитры низкой плотности, и для получения такого продукта разработаны различные способы. В общем, такие способы относятся к гранулированию низкоконцентрированных растворов аммиачной селитры.

В более современном способе такая низкая плотность достигается за счет вкрапления композиции, уменьшающей плотность, например, полых микросфер, с частицами аммиачной селитры в концентрации порядка 0,05-10% по массе в расчете на всю массу.

Поскольку было установлено, что увеличение концентрации микросфер может привести к снижению плотности полученной гранулы, то концентрация в сторону от нижнего конца упомянутого интервала была благоприятной.

Заявитель установил, что со взрывчатым составом, включающим такой продукт, содержащий такие микросферы в значительно меньшей концентрации, можно достичь определенных преимущественных результатов при взрывании, и целью настоящего изобретения является обеспечение такого продукта и способа его получения.

Согласно настоящему изобретению получен пористый гранулированный продукт, в частности пористая гранулированная аммиачная селитра в форме кристаллической матрицы, который имеет полые микросферы, включенные в матрицу, в концентрации от 0,01 до 500 частей на миллион.

Кроме того, согласно настоящему изобретению пористый гранулированный продукт содержит аммиачную селитру.

Заявителем было установлено, что такой продукт, если его сравнить с подобными продуктами, которые не включают в себя такие микросферы, имеет не только несколько меньшую плотность и при этом сохраняет его приемлемую механическую прочность, но также то, что микросферы сообщают гораздо более высокую чувствительность взрывчатому составу, например ANFO или высоковязкому ANFO, который включает такой продукт, к началу детонации.

Присутствие таких микросфер также улучшает постоянство процесса детонации, поскольку ускоряется нарастание от инициирования до полной детонации. Также установлено, что при применении такого продукта при взрывании по периметру во время проходки горизонтальной выработки и массовой взрывной отбойки в разрушенной породе в отличие от стандартного продукта достигаются приемлемые результаты после взрывания. К тому же благодаря полной детонации исключается присутствие NO_x, образующегося в результате частичной детонации в разрушенной породе.

Следует отметить, что хотя верхний предел концентрации микросфер в продукте согласно настоящему изобретению приближается к нижнему пределу концентрации в упомянутом известном способе, однако средний специалист в этой области техники, которому известен такой способ, не рискнет применять такую низкую концентрацию, поскольку он знает, что с такой низкой концентрацией микросфер не будет достигаться цель известного способа, т.е. получение гранул более низкой плотности, чем стандартная плотность.

Улучшенные результаты взрывания, достигаемые с взрывчатым составом, содержащим продукт с более низкой концентрацией микросфер согласно настоящему изобретению будут соответственно полностью неожиданными для такого специалиста в данной области техники.

Кроме того, согласно настоящему изобретению микросферы могут содержать по меньшей мере одно из следующего: полимерные шарики; стеклянные шарики; полые металлические сферы; природные пористые продукты, например перлит; полые сферические частицы, например флотационная зола или т.п.

Предпочтительно микросферы имеют следующие физические свойства в конечном продукте: размер - 5-1500 мкм; интервал плотности - 0.015-0,39 г/см³.

Температуростойкость: устойчивы при рабочих температурах 130-170^oC в течение времени, достаточного для осуществления гранулирования во время процесса гранулирования.

Сопротивление разрушению: способны выдерживать усилие величиной, по меньшей мере, 100 кг/см² или способны восстанавливать свою форму после ударной деформации.

Следует отметить, что если микросферы содержат полимерные шарики, то выбирают такие шарики, чтобы они увеличивались в объеме до указанных выше размеров во время гранулирования аммиачной селитры.

Предпочтительно, микросферы включают полимерные микросферы, размер которых находится между 2,0 и 150 мкм в гранулированном продукте.

Заявитель установил, что продукт, известный как Expancel 910, может быть очень полезным в этой связи, однако, объем настоящего изобретения не ограничен этим продуктом.

Продукт Expancel 910 содержит микросферы, имеющие полимерную оболочку, включающую в себя сополимер акрилонитрила и поливинилидендихлорида вместе с порообразователем, содержащим соответствующий углеводород, например изобутан. При описанных дальше условиях гранулирования микросферы увеличиваются в объеме до размера примерно 50 мкм. Хотя под действием ударной волны микросферы будут сжиматься, однако, потом они будут восстанавливать свою форму.

Кроме того, согласно настоящему изобретению пористая гранулированная аммиачная селитра включает в себя известняк.

Согласно предпочтительной форме настоящего изобретения пористая гранулированная аммиачная селитра может включать в себя от 70.0 до 99.9% по массе в расчете на всю массу аммиачной селитры, содержащей микросферы, от 30.0 до 0.1% по массе известняка.

Согласно настоящему изобретению можно также дополнительно увеличить пористость аммиачной селитры путем ввода в аммиачную селитру газа во время процесса гранулирования.

Заявитель установил, что каналы, образующиеся в такой гранулированной аммиачной селитре при включении в нее газа, могут улучшить пористость такого продукта без излишнего влияния на его механическую прочность. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением газ образуется в аммиачной селитре на месте посредством соответствующей химической реакции.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением газом является двуокись углерода, которая образуется в результате разложения соответствующего карбоната в кислой среде.

Карбонат может содержать любую соответствующую водорастворимую неорганическую соль угольной кислоты, например карбонат калия и/или карбонат натрия, либо он может содержать менее растворимую соль.

Следует отметить, что пористая гранулированная аммиачная селитра неизменно содержит некоторую долю кислоты, которая вступает в реакцию с добавленным карбонатом, образуя двуокись углерода.

Предпочтительно, карбонат содержит карбонат калия, который присутствует в продукте при концентрации между 0.01 и 1.00% по массе в расчете на всю массу.

Заявитель установил, что нитрат калия, который образуется в реакции между добавленным карбонатом калия и азотной кислотой, присутствующей в аммиачной селитре, действует в качестве модификатора формы кристалла для аммиачной селитры, таким образом сообщая повышенную механическую прочность аммиачной селитре и повышая температуру перехода (32^oС) кристалла между формой II кристалла и формой III кристалла.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением гранулированная аммиачная селитра может включать в себя коллоидную двуокись кремния, которая служит для отверждения поверхности аммиачной селитры.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением коллоидную двуокись кремния получают путем добавления в негранулированную аммиачную селитру кремниевой кислоты, и/или поликремниевой кислоты, и/или жидкого стекла в концентрации, предпочтительно, между 0.1 и 10% по массе в расчете на всю массу, достаточной для обеспечения приемлемой хрупкости и сопротивления разрушению.

Настоящее изобретение также включает в пределах его объема взрывчатый состав, особенно ANFО и/или ANFO с высокой вязкостью, включающий в себя гранулированную аммиачную селитру согласно настоящему изобретению, содержащую микросферы.

Заявитель установил, что упомянутые улучшенные свойства такого продукта сохраняются после пневматической загрузки взрывчатого состава типа ANFO, полученного из пористых гранул и жидкого топлива в соотношении 94:6, обычно применяемом для такого взрывчатого состава.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения пористого гранулированного продукта, в частности пористой гранулированной аммиачной селитры, включает в себя стадию добавления к продукту полых микросфер в концентрации между 0.01 и 500 частями на миллион во время процесса гранулирования продукта.

Далее, согласно настоящему изобретению пористый гранулированный продукт содержит аммиачную селитру.

Предпочтительно полые микросферы включают, по меньшей мере, один из упомянутых типов.

Кроме того, согласно этому аспекту изобретения микросферы добавляют в процессе гранулирования аммиачной селитры в такие точки, где жидкий продукт разделяется на капли.

При применении полимерных микросфер такой способ служит для уменьшения времени, в течение которого может оказывать влияние на микросферы высокая температура, преобладающая во время процесса гранулирования.

Когда используют другие типы микросфер, упомянутый способ служит для сокращения времени, в течение которого такие микросферы подвергаются действию любой водной кислой среды, которая может присутствовать.

Упомянутые точки добавления микросфер могут быть расположены:
(а) в центре бадьи обычного типа, применяемой для гранулирования;
в) на стержне соплового устройства (типа душевой головки) гранулирования;
(с) в точке инжекции в чане, применяемом для гранулирования материала.

Кроме того, согласно настоящему изобретению способ включает в себя стадию добавления к негранулированной аммиачной селитре карбоната и/или коллоидной двуокиси кремния в любой точке процесса до осуществления гранулирования, при этом из карбоната до отверждения выделяется газ, предпочтительно в капле, таким образом, что образуются маленькие пузырьки газа, которые являются равномерными, однако, выделение газа происходит не слишком быстро.

Так, например, когда используют обычный тип сопла для гранулирования или вращающуюся бадью для операции гранулирования, карбонат можно вводить с помощью форсунки, расположенной внутри такого устройства в пространстве между входом и выходом.

Один вариант способа согласно настоящему изобретению будет описан на примере со ссылкой на приложенный чертеж, представляющий схематический вид в продольном разрезе устройства для осуществления настоящего способа.

Для гранулирования аммиачной селитры в этом устройстве применяют обычное сопло 10 для гранулирования конической формы (типа душевой головки). Сопло 10 имеет цилиндрическое впускное отверстие 11, через которое раствор аммиачной селитры, подлежащий гранулированию, подают в две поперечно разнесенные в пространстве тарелки 12 и 13 диффузора, пропускают из устройства через сито 14 с размером ячеек 100 мк и сопловой сегмент 15 в виде капель 16 аммиачной селитры. Сопло 10 также снабжено продолговатой выпускной трубой 17, проходящей вниз к стороне сопла 10, и, как показано, она изогнута по ее длине. Труба 17, имеющая передний конец, проходящий через отверстие сопла внутрь сопла 10, содержит впускное отверстие 18 и выпускное отверстие 19, расположенное внутри сопла 10. Хотя выпускное отверстие 19, соединенное с разбрызгивателем 20, имеющим большой угол раствора, расположено, как показано, на нижней стороне тарелки 12 диффузора, однако, в действительности оно может быть расположено в любом месте вдоль сопла 10. Также, если это потребуется, тарелки 12 и 13 диффузора можно исключить.

Микросферы и/или раствор карбоната калия, необходимые в этом способе, вводят через впускное отверстие 18 для их прохождения по трубе 17, и они выходят через выпускное отверстие 19 в распыленной форме из разбрызгивателя 20 в струю аммиачной селитры, проходящую из тарелки 12 диффузора в тарелку 13 диффузора.

Хотя коллоидную двуокись кремния, необходимую в процессе, можно добавлять в раствор нитрата до гранулирования, однако, предпочтительный способ заключается в приготовлении раствора коллоидной двуокиси кремния и добавлении этого раствора отдельно или вместе с раствором карбоната в сопло для гранулирования 10 через впускное отверстие 11.

Эта последняя добавка в процессе гранулирования препятствует желатинированию коллоида двуокиси кремния и блокированию технологического оборудования.

Образованная гранула содержит кристаллическую матрицу из аммиачной селитры, в которую включены микросферы.

Таблица 1 показывает некоторые свойства, обнаруженные для продукта согласно настоящему изобретению.

Продукт согласно настоящему изобретению можно применять обычным способом для получения типичного взрывчатого состава ANFO типа (на основе аммиачной селитры и жидкого топлива) обычно в соотношении 94:6.

Таблица 2 показывает результаты взрыва, полученные с таким взрывчатым составом.

Чувствительность измеряли в зарядах (26 мм в диаметре) взрывчатого состава, заполняющих весь объем зарядной камеры, которые загружали пневматически с использованием оборудования и рабочих условий, обычно применяемых на золотых и платиновых приисках ЮАР в выемках в узких золотоносных пластах и при горизонтальных выработках в породе.

2) Критический диаметр определяли по Мейеру "Взрывчатые вещества", первая редакция из Verlag Chemil, как минимальный диаметр заряда взрывчатого состава, при котором может все же происходить детонация. Критический диаметр измеряли для зарядов взрывчатого состава, заполняющих весь объем зарядной камеры, которые загружали пневматически.

3) Скорость детонации (СД) определяли с применением того же источника как для 1, как скорость распространения детонации во взрывчатом составе. Она выражена в единицах длины за единицу времени, например, в м/с.

4) Указанные значения скорости детонации относятся к зарядам взрывчатого состава диаметром 26 мм, заполняющим весь объем зарядной камеры, которые загружали пневматически.

5) Интервал значений скоростей детонации (СД) получили с различной плотностью загрузки, которая также зависит от давления в пневматическом загрузочном устройстве во время процесса загрузки.

6) Скорость детонации зарядов, заложенных в шпуры диаметром 210 мм в отбитый песчаник.

7) Модифицированная пористая гранулированная аммиачная селитра /РРА представляет гранулу аммиачной селитры, содержащую 2 части /миллион микросфер Expancel 910.

Из таблицы 2 можно увидеть, что чувствительность к инициированию выше, чем у стандартного взрывчатого состава в условиях загрузки, применяемых во время оценки, и что критический диаметр продукта небольшой. Скорость детонации состава согласно настоящему изобретению обычно также ниже, чем у стандартного состава.

Чувствительность к механической обработке испытывали способами в соответствии с рекомендованными Объединенной Нацией способами транспортировки опасных грузов, и было установлено, что продукт согласно настоящему изобретению заслуживает сравнения со стандартным.

Заявителем установлено, что согласно настоящему изобретению получен безопасный и высокоэффективный дешевый взрывчатый состав на основе аммиачной селитры и жидкого топлива, который демонстрирует улучшенную чувствительность к инициированию детонации при совместимых скоростях детонации в пределах широкого интервала диаметров взрывных скважин и давления во время пневматической загрузки. Одним из основных преимуществ, отмечаемых во время применения такого взрывчатого состава в подземных рудниках, являются значительно улучшенное состояние кровли и, следовательно, безопасная для работы окружающая среда. Во время применения на поверхности достигаются превосходные результаты взрыва, особенно, когда его используют в необходимых применениях, например взрывание в глубоких скважинах или в сильно трещиноватых, либо очень надежных породах.

Кроме того, в случае применения высоковязкого взрывчатого состава ANFO (на основе аммиачной селитры и жидкого топлива) улучшенная чувствительность продукта согласно настоящему изобретению к детонации предлагает преимущество в сравнении с известными системами. Это потому, что эксплуатационные свойства высоковязких систем ANFO зависят по существу от чувствительности смеси, когда она подвергается статическому и динамическому давлению.

Следует отметить, что без отклонения от сущности изобретения и/или объема формулы изобретения могут быть сделаны многие изменения в деталях, касающихся нового продукта и способа.

Изобретение относится к технологии получения пористого гранулированного продукта в виде пористой гранулированной аммиачной селитры. Предложен пористый гранулированный продукт в виде пористой гранулированной аммиачной селитры, имеющей форму кристаллической матрицы, с включенными в нее полыми микросферами в концентрации от 2 до 500 частей на миллион. Также предложен способ получения этого продукта, при котором микросферы вводят в аммиачную селитру во время гранулирования, и взрывчатый состав на основе аммиачной селитры и жидкого топлива, содержащий вышеуказанный продукт. Изобретение направлено на создание пористого гранулированного продукта в виде пористой гранулированной аммиачной селитры, взрывчатого вещества, содержащего этот продукт, и способ его получения, позволяющих достичь улучшенных результатов взрывания за счет снижения концентрации микросфер в пористой гранулированной аммиачной селитре. 3 с. и 12 з.п.ф-лы, 3 табл., 1 ил.

1. Пористый гранулированный продукт в виде пористой гранулированной аммиачной селитры, имеющей форму кристаллической матрицы, которая содержит полые микросферы в концентрации от 2 до 500 частей на миллион. 2. Пористый гранулированный продукт по п. 1, отличающийся тем, что микросферы содержат, по меньшей мере, одно из следующего: полимерные шарики, стеклянные шарики, полые металлические сферы. 3. Пористый гранулированный продукт по п. 1 или 2, отличающийся тем, что микросферы имеют диаметр 5-1500 мкм, интервал плотности 0,015-0,39 г/см², устойчивы при рабочих для осуществления гранулирования температурах 130-170^oС во время процесса гранулирования, способны выдерживать усилие, по меньшей мере, величиной 100 кг/см² или способны восстанавливать свою форму после ударной деформации. 4. Пористый гранулированный продукт по п. 1 или 3, отличающийся тем, что микросферы содержат полимерные шарики размером от 2 до 150 мкм. 5. Пористый гранулированный продукт по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что микросферы имеют полимерную оболочку, включающую в себя сополимер акрилонитрила и поливинилдендихлорида вместе с порообразователем, содержащим углеводород, например изобутан. 6. Пористый гранулированный продукт по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит известняк. 7. Пористый гранулированный продукт по п. 6, отличающийся тем, что он содержит от 70 до 99,9 мас. % аммиачной селитры и от 30 до 0,1 мас. % известняка. 8. Пористый гранулированный продукт по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что он содержит газ, введенный во время ее гранулирования. 9. Пористый гранулированный продукт по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коллоидную двуокись кремния. 10. Пористый гранулированный продукт по п. 9, отличающийся тем, что в качестве коллоидной двуокиси кремния он содержит кремниевую кислоту, и/или поликремниевую кислоту, и/или жидкое стекло в концентрации от 0,1 до 10 мас. %. 11. Взрывчатый состав на основе аммиачной селитры и жидкого топлива, содержащий пористый гранулированный продукт в виде гранулированной аммиачной селитры по любому из пп. 1-10. 12. Способ получения пористого гранулированного продукта в виде гранулированной аммиачной селитры, включающий подачу водного раствора аммиачной селитры в устройство для гранулирования с образованием капель, введение полых микросфер в распыленной форме в капли и отверждение капель с образованием гранул, отличающийся тем, что вводят полые микросферы в концентрации от 2 до 500 частей на миллион. 13. Способ получения пористого гранулированного продукта по п. 12, отличающийся тем, что микросферы содержат, по меньшей мере, одно из следующего: полимерные шарики, стеклянные шарики, полые металлические сферы. 14. Способ получения пористого гранулированного продукта по п. 12 или 13, отличающийся тем, что микросферы вводят в одну из следующих точек во время процесса гранулирования: в центр устройства для гранулирования, выполненного в виде бадьи обычного типа для гранулирования, на стержень устройства для гранулирования, выполненного в виде сопла для гранулирования, например, типа душевой головки, в точку инжекции устройства для гранулирования, выполненного в виде чана для гранулирования. 15. Способ получения пористого гранулированного продукта по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что в устройство для гранулирования к раствору аммиачной селитры добавляют карбонат и/или коллоидную двуокись кремния до образования капель, так что в каплях до их отверждения выделяется газ.