СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕНСИБИЛИЗИРУЮЩИХ МИКРОСФЕР Российский патент 2003 года по МПК C06B21/00 C06B45/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к эмульсионным взрывчатым веществам (ЭВВ), применяемым на разрезах, в шахтах и рудниках.

Более конкретно изобретение относится к способам получения полых стеклянных микросфер, входящих в состав ЭВВ и обеспечивающих повышение их взрывчатых характеристик, таких как скорость и минимальный диаметр детонации, стабильность свойств при различных внешних давлениях и температурах применения, длительных строках хранения.

Известен способ изготовления полых стеклянных микросфер [1], включающий варку стекла натрийкальцийборсиликатного состава с газообразователем, температура диссоциации которого выше температуры варки стекла, механическое дробление полученного стекла до мелкого порошка (размер частиц около 10 мкм), распыление и нагревание стеклянного порошка в газовом пламени до температуры выше температуры диссоциации газообразователя, расплавления частиц стекла и образования внутри расплавленных частиц стекла газовых полостей, флотационное разделение в воде образовавшихся полых стеклянных микросфер от частиц стекла с непрореагировавшим газообразователем, сушку всплывших в воде микросфер и утонувших частиц стекла.

Высушенные до влажности 0,2-0,3% микросферы используют для сенсибилизации ЭВВ, а утонувшие частицы стекла возвращают на повторное нагревание в газовом пламени.

Изготовленные описанным способом стеклянные микросферы в зависимости от состава и температуры плавления исходного стекла и других технологических режимов получения характеризуются низкой истинной плотностью - от 0,1 до 0,36 г/см, высокой прочностью на гидродинамическое сжатие - от 30 до 110 кг/см² (10% - уровень разрушения).

Высокая химическая стойкость натрийкальцийборсиликатного стекла препятствует взаимодействию его с раствором окислителей, что обеспечивает сохранение структуры эмульсии и взрывчатых характеристик полученного эмульсионного ВВ при длительном хранении.

Сенсибилизирующая способность стеклянных микросфер с натрийкальцийборсиликатным составом оболочек позволяет получать эмульсионные ВВ, детонирующие от одного капсюля-детонатора в открытых зарядах диаметром 36-40 мм.

Недостатками описанного способа изготовления микросфер являются высокие требования к исходным компонентам для получения плава стекла, сложность технологии получения микросфер, большие энерго- и трудозатраты. Описанные недостатки обуславливают высокую цену изготовления микросфер.

Известен способ изготовления сенсибилизирующих микросфер, входящих в состав взрывчатого вещества, включающий отделение образующихся при пылевидном сжигании каменного угля полых микросфер с алюмосиликатным составом оболочек от других продуктов сгорания угля (2).

Изготовление полых стеклянных микросфер при пылевидном сжигании угля на тепловых электростанциях является побочным процессом и носит случайный характер, зависящий от марок и зольности сжигаемых углей, режимов их сжигания.

Малое время нахождения в высокотемпературной зоне пламени котлов тепловых электростанций и большие колебания состава исходных компонентов не позволяют полностью пройти процессам стекловарения в оболочках микросфер, что обуславливает их низкие физико-химические характеристики.

Микросферы с алюмосиликатным составом оболочек составляют до 1% от массы твердых продуктов сжигания угля на тепловых электростанциях и поэтому их запасы на поверхностях прудов-отстойников шлакоотвалов значительны и постоянно пополняются.

Полученные описанным способом алюмосиликатные микросферы являются дешевыми, но они не обеспечивают стабильности детонации ЭВВ в зарядах диаметром 36-40 мм. В присутствии алюмосиликатных микросфер ЭВВ не инициируются электродетонатором при взрывании на открытой поверхности, но они инициируются электродетонатором при взрывании в канальной мортире или стальной трубе.

Через 15-25 суток у ЭВВ с алюмосиликатными микросферами снижаются взрывчатые характеристики и они уже не инициируются электродетонатором даже при взрывании в мортире.

Снижение взрывчатых характеристик ЭВВ объясняется тем, что при контакте алюмосиликатных микросфер с эмульсией между ними происходит физико-химическое взаимодействие, разрушающее структуру эмульсии и уменьшающее прочность оболочки микросфер.

Недостатки описанного способа изготовления микросфер, принятого за прототип, включающего отделение образовавшихся при пылевидном сжигании каменного угля стеклянных полых микросфер с алюмосиликатным составом оболочек от других твердых продуктов сгорания, согласно изобретению, устраняются тем, что в полученные микросферы вводят 1-8% борной кислоты и нагревают смесь до температуры 200-500^oС. Положительный эффект предлагаемого способа достигается за счет изменения физико-химических свойств оболочек микросфер.

Силикаты поверхности стеклянных микросфер, вступая во взаимодействие с водой или с влагой воздуха, гидролизуются. Щелочные силикаты образуют при этом едкую щелочь и гель кремниевой кислоты. Щелочь может свободно вымываться или оставаться на поверхности стекла, а гель кремниевой кислоты остается на поверхности стекла в виде более или менее равномерного слоя. Слой геля кремниевой кислоты замедляет процесс дальнейшего разрушения стекла.

Если поверхность стекла не омывается водой, а подвергается воздействию лишь паров воды, то едкие щелочи или получающиеся из них в результате взаимодействия этих щелочей с углекислотой карбонаты постепенно накапливаются на поверхности стекла, образуя мельчайшие капли. При длительном соприкосновении капли концентрированного раствора щелочи со стеклом происходят глубокие разрушения поверхности.

Борная кислота является очень слабой кислотой. Однако при нагревании, вследствие меньшей летучести борной кислоты, она вытесняет из солей как угольную, так и другие кислоты. Кипящий концентрированный раствор борной кислоты разлагает щелочные сульфаты и многие карбонаты. При нагревании борная кислота теряет воду с образованием борного ангидрида. Большая часть воды удаляется при 200^oС.

Борный ангидрид, являясь кислотным окислом, активно взаимодействует с большинством окислов или их карбонатов и в первую очередь с окислами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соответствующие соли. Важным свойством борного ангидрида является способность его к вытеснению окиси кремния из силикатных стекол. Расплавленный борный ангидрид реагирует с поверхностными слоями оболочек микросфер, взаимно проникая друг в друга. Чем выше температура, продолжительность нагрева и чем больше введено в состав микросфер борной кислоты, тем сильнее изменяется химический состав оболочек микросфер, приобретая свойства алюмоборосиликатных стекол. При этом заплавляются местные разрушения и дефекты оболочек микросфер.

Алюмоборосиликатные стекла в сравнении со стеклами другого состава обладают наибольшей химической и термической стойкостью. Термическая стойкость обусловлена малым коэффициентом линейного расширения боросодержаших стекол. Меньший коэффициент линейного расширения поверхности оболочек обработанных алюмосиликатных микросфер обуславливает переход их в сжатое состояние при охлаждении микросфер, что повышает прочность оболочек.

Нижний предел нагрева смеси микросфер с борной кислотой - 200^oС обусловлен температурой интенсивного образования ангидрида бора. Процесс взаимодействия борного ангидрида с оболочками микросфер ускоряется с повышением температуры. Верхняя граница нагрева - 500^oС обосновывается условием отсутствия размягчения алюмосиликатных оболочек микросфер.

С применением полученных микросфер были изготовлены опытные образцы ЭВВ. Для их изготовления использовалась окислительно-восстановительная эмульсия, применяемая при изготовлении известного ЭВВ-порэмита 1. Эта эмульсия механически смешивалась с полученными предлагаемым способом сенсибилизирующими микросферами. Изготовленные таким образом ЭВВ патронировались в полиэтиленовые ампулы разного диаметра и подвергались испытаниям. У патронов ЭВВ определялся критический диаметр детонации, характеризующий их детонационную способность. Исследовалась зависимость критического диаметра детонации ЭВВ от количества введенной в микросферы с алюмосиликатным составом оболочек борной кислоты при инициировании электродетонатором зарядов, взрываемых на открытой поверхности. Испытуемые образцы ЭВВ содержали 2% по массе микросфер. Результаты испытаний приведены в таблице.

Максимальной детонационной способностью обладают ЭВВ с микросферами, полученные при введении в алюмосиликатные микросферы 1-8% борной кислоты. Введение в состав алюмосиликатных микросфер более 8% борной кислоты нецелесообразно, так как детонационная способность ЭВВ не повышается, а стоимость изготовленных микросфер растет.

ЭВВ с полученными предлагаемым способом микросферами с течением времени не изменяют взрывчатых свойств. Их детонационная способность остается неизменной в течение года.

ЭВВ с полученными предлагаемым способом сенсибилизирующими микросферами могут устойчиво детонировать в зарядах диаметром 36 мм при взрывании электродетонатором на открытой поверхности.

Источники информации
1. Технические условия ТУ 6-48-91-92.

2. Патент Российской Федерации 2055064, кл. С 06 В 31/28, С 06 В 45/08, 27.02.96 (прототип).

Изобретение относится к горному делу, а именно к эмульсионным взрывчатым веществам (ЭВВ), применяемым на разрезах, в шахтах и рудниках и более конкретно к способам изготовления сенсибилизирующих микросфер, входящих в состав взрывчатых веществ. Согласно изобретению, способ изготовления сенсибилизирующих микросфер, входящих в состав взрывчатого вещества, включает отделение образующихся при пылевидном сжигании каменного угля полых микросфер с алюмосиликатным составом оболочек от других продуктов сгорания угля, смешение полученных полых микросфер с 1-8 мас.%, борной кислоты и нагревания смеси до температуры 200-500^oС. Изобретение направлено на создание способа изготовления сенсибилизирующих микросфер, позволяющих получать взрывчатые вещества, включающие эти микросферы, которые устойчиво детонируют в зарядах при взрывании на открытой поверхности и не изменяют взрывчатых свойств в течение времени. 1 табл.

Способ изготовления сенсибилизирующих микросфер, входящих в состав взрывчатого вещества, включающий отделение образующихся при пылевидном сжигании каменного угля полых микросфер с алюмосиликатным составом оболочек от других продуктов сгорания угля, отличающийся тем, что в образованные полые микросферы смешивают с 1-8 мас. % борной кислоты и нагревают смесь до температуры 200-500^oС.