СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2010 года по МПК C06B31/28 C06B21/00 C06B45/32 

Изобретение относится к безопасным способам изготовления неводоустойчивых гранулированных промышленных взрывчатых веществ (ВВ).

Существуют гранулированные и порошкообразные промышленные ВВ.

Гранулированные ВВ пригодны для механизированного заряжания, т.к. гранулы не спрессовываются и не зависают вследствие этого в бункерах зарядных машин.

К их недостаткам можно отнести тот факт, что при заряжании взрывчатым веществом заполняется не весь объем заряда (не используется свободное межгранульное пространство). Вследствие этого уменьшается объемная концентрация энергии взрывчатого вещества (кДж/л), уменьшаются бризантный (дробящий) и фугасный (метательный) полезные эффекты взрыва.

Порошкообразные ВВ непригодны для механизированного заряжания, так как частицы порошка спрессовываются: от тряски в процессе перевозок и под собственным весом. Вследствие этого происходит зависание порошка в бункере зарядной машины, что делает зарядку скважин порошкообразными ВВ невозможной.

К достоинствам порошкообразных ВВ можно отнести относительно высокую насыпную плотность порошка в сравнении с гранулами из того же материала. Вследствие этого увеличивается объемная концентрация энергии взрывчатого вещества (кДж/л), увеличиваются бризантный (дробящий) и фугасный (метательный) полезные эффекты взрыва.

Известен взрывчатый состав, в котором для увеличения мощности в простейшие взрывчатые вещества - смесь аммиачной селитры и нефтепродукта - вводится индивидуальное взрывчатое вещество - гранулотол в виде гранул - патент РФ №2120929, С06В 31/42, 1998 г.

Недостаток известного ВВ - незаполненность межгранульного пространства.

Прототипом изобретения является способ изготовления скважинного заряда, включающий заполнение скважины взрывчатой смесью, в качестве которой используют взрывчатую смесь, включающую порошкообразное взрывчатое вещество и гранулированное взрывчатое вещество - гранулит, или граммонит, или граммотол, или граммонал, или гранулотол, или их мсесь в любом соотношении, а в качестве порошкообразного взрывчатого вещества она содержит аммонит, или аммонал, или диамон, или их смесь в любом соотношении, при следующем содержании компонентов, мас.%:

- гранулированное взрывчатое вещество - 65-75,

- порошкообразное взрывчатое вещество - 35-25,

патент РФ №2205168, С06В 45/02, 2003 г.

Недостатком прототипа является излишнее содержание порошкообразного компонента 25-35 мас.%, так как прототип не учитывает реальный свободный объем между частицами применяемого гранулированного ВВ. Избыток в составе порошкообразного компонента приводит к его слеживаемости (комкованию). При транспортировании готовые заряды будут принимать форму тары, отличную от цилиндрической, то есть от внутренней формы скважин, в которые должны размещаться, что сделает процесс зарядки невозможным без предварительного механического разминания патронов.

В связи с этим технической задачей, решаемой изобретением, является создание неслеживающегося смесевого ВВ на основе гранул и порошка, при изготовлении которого будет учитываться реальный свободный объем межгранульного пространства, который, в свою очередь, будет лишь частично (90-95% объемных) заполнен порошком.

Эта задача решена так, что в способе изготовления взрывчатого вещества, включающем механическое смешивание гранулированной или пористой аммиачной селитры с дизельным топливом, после смешивания в полученную смесь добавляют в объеме, на 5-10% меньшем объема межгранульного пространства, порошок аммиачной селитры или смесь, состоящую из 79 мас.% порошка аммиачной селитры и 21 мас.% порошка тринитротолуола, или смесь, состоящую из 94 мас.% порошка аммиачной селитры и 6 мас.% порошка алюминия или магния, или ферросилиция, при этом гранулированную или пористую аммиачную селитру, порошок аммиачной селитры и дизельное топливо используют в стехиометрическом соотношении.

В предлагаемом способе изготовления взрывчатого вещества межгранульное пространство заполнено порошком, в основном состоящим из того же взрывчатого вещества - аммиачной селитры, что и гранулы. Причем дисперсность порошка непринципиальна, т.к. даже части расколотой пополам гранулы аммиачной селитры будут входить в свободное межгранульное пространство. Замена части порошка аммиачной селитры порошком тринитротолуола или порошком алюминия или магния, или ферросилиция позволяет дополнительно повысить энергетику взрывчатого вещества и его восприимчивость к первичным средствам инициирования.

Основной полезный эффект от применения в гранулах и порошке одного и того же материала заключается в том, что и частицы гранул, и частицы порошка обладают одной гравиметрической плотностью. Вследствие этого при транспортировании и операциях, связанных с перетариванием (пересыпанием), не будет происходить сегрегации гранул и частиц порошка за счет разности их плотностей, а ВВ сохранит однородность. Следует отметить, что в промышленных взрывчатых веществах под порошком подразумевают сыпучий материал со средним размером частиц d, находящимся преимущественно в диапазоне 0,05 мм<d<0,5 мм (Генералов М.Б. «Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ», М. ИКЦ Академкнига, 2004, стр.27).

Существенным фактором, определяющим эффективность предлагаемого способа, является отношение в изготавливаемой смеси ВВ объемов гранулированного материала и порошка. Необходимый для получения эффективной смеси объем порошка должен быть на 5-10% меньше объема межгранульного пространства. В этом случае гранулы будут находиться в механическом зацеплении между собой, создавая жесткий каркас, внутри которого будут распределены микрообъемы порошка. Даже если порошок «слежится», то при пересыпании гранулы легко придут в движение и произойдет перетирание слежавшихся микрообъемов порошка (по принципу шаровой мельницы).

В случае избытка в смеси количества порошка (как в прототипе) гранулы уже не будут входить в соприкосновение. При длительном хранении или транспортировании порошок будет слеживаться, но восстановить сыпучесть смеси уже будет проблематично, т.к. слежавшийся материал будет препятствовать движению гранул и перетиранию в процессе движения слежавшегося материала.

Так как рассматриваемое нами ВВ является смесью аммиачной селитры (компонент-окислитель) и нефтепродуктов (компонент-топливо), то встает вопрос о последовательности смешивания указанных компонентов (гранулы селитры, порошок селитры, нефтепродукт).

Установлено, что если в смесь гранул и порошка селитры вводить нефтепродукт, то в этом случае крайне тяжело добиться однородности смеси из-за необходимости затрат большого количества времени на перемешивание.

Минимальное время перемешивания для получения однородной смеси затрачивается только в том случае, если сначала обработать нефтепродуктом гранулы и только потом ввести расчетное количество порошка. Причем нефтепродукт вводится в гранулы сразу во всем количестве (с учетом того количества, которое должно было пойти на обработку порошка). После добавления порошка он впитает в себя излишки нефтепродукта с гранул и смесь приобретет однородность.

Смешение производится порционно в закрытых смесителях гравитационного типа («пьяная бочка», «автобетоносмеситель»).

Взрывчатые вещества, представляющие собой смеси невзрывчатых компонентов, получают все большее применение. Смесь гранулированной аммиачной селитры и нефтепродукта (в частности - дизельного топлива) известна как гранулит-игданит. Смесь молотой (порошкообразной) аммиачной селитры и нефтепродукта известна как «диамон». Смеси между собой игданита и диамона, в заданных пропорциях, для достижения эффекта плотной упаковки (заполнения межгранульного пространства) ранее не применялись.

В Таблице для иллюстрации приведены примеры экспериментально полученных результатов, подтверждающих данные выводы.

Исследовались образцы гранулированной аммиачной селитры (АС) марки «А» по ГОСТ 2-85.

Изготовитель - ОАО «Азот» г.Березняки Пермской обл. Изготовитель - ОАО «Азот» г.Кемерово 1. Определение плотности (г/см³). 1.1. Насыпная плотность, без предварительного утрамбовывания встряхиванием: в мерный стакан известных объема (по верхней кромке) и массы насыпали АС. Верхний уровень выравнивали шпателем. Стакан, наполненный таким образом АС, взвешивали на весах. Определяли чистый вес АС по разности массы заполненного и пустого стакана. Значение плотности определяли как отношение массы АС к объему стакана. По результатам трех измерений (результат выводили как среднее арифметическое) для каждого образца, были получены значения плотностей: 0,99 0,99 1.2. Плотность предварительно утрамбованных встряхиванием образцов; в мерный стакан известных объема (по верхней кромке) и массы, при постоянном встряхивании насыпали АС. Верхний уровень выравнивали шпателем. Стакан, наполненный таким образом АС, взвешивали на весах. Определяли чистый вес утрамбованной АС по разности массы заполненного и пустого стакана. Значение плотности определяли как отношение массы утрамбованной АС к объему стакана. По результатам трех измерений (результат выводили как среднее арифметическое) для каждого образца, были получены значения плотностей: 1,04 1,04÷1,05 1.3. Плотность гранул: в стакан известных объема и массы, насыпали АС и слегка встряхивали. Также шпателем выравнивали уровень АС по верхней кромке стакана. Определяли массу АС в стакане (нетто). Затем из мерной пипетки в стакан с АС наливали дизельное топливо (не растворяющую АС жидкость) до верхней кромки стакана. По рискам, нанесенным на мерную пипетку, определяли объем отлитого в стакан с АС дизельного топлива. Из объема стакана вычитали объем отлитого дизельного топлива и получали объем гранул АС. Значение плотности гранул определяли как отношение массы АС в стакане (нетто) к определенному объему гранул (объем стакана за вычетом объема, потраченного на заполнение межгранульного пространства дизтоплива). По результатам одного измерения для каждого образца были получены значения плотностей: 1,62 1,65 Объем межгранульного пространства (мл/мл): соответствует количеству объема дизельного топлива, затраченного на опыты по п.1.3 для заполнения межгранульного пространства; 0,358 0,364 2. Удерживающая способность АС к нефтепродуктам (увеличение % массы образца после обработки его нефтепродуктом - абсорбирующая способность): Общая методика. В пластиковый стаканчик делали навеску 100 грамм АС (для каждого образца АС). Эту навеску обрабатывали нефтепродуктом с избытком. Обработанную таким образом АС перекладывали горкой на чистую сухую фильтровальную бумагу, не допуская просыпания АС, и выдерживали 5 минут для удаления излишков нефтепродукта. Выдержанный таким образом образец перекладывали горкой на другую чистую фильтровальную бумагу и также выдерживали 5 минут. И еще раз повторяли эту операцию (всего три манипуляции с одним образцом). Затем определяли массу обработанной нефтепродуктом АС (излишки нефтепродукта удалены). По отношению масс обработанного образца и чистого образца (100 грамм) определяли удерживающую способность АС конкретно к каждому нефтепродукту. Таким образом определяли удерживающую способность: 2.1. К дизельному топливу марки «З» ГОСТ 305-82: 3,36 3,58 2.2. К дизельному топливу марки «Л» ГОСТ 305-82: 3,64 4,38 2.3. К минеральному маслу марки «И-20А» ГОСТ 20799-88: 4,36 5,38

Из таблицы видно (п.1.4.), что свободный объем межгранульного пространства находится на уровне 30-35%.

Также наглядно видно (п.2), что гранулированная аммиачная селитра по ГОСТ 2-85 не способна удержать требуемые для соблюдения стехиометрии 5-5,5% нефтепродукта. Порошок, полученный размалыванием гранул аммиачной селитры до фракции менее 100 мкм, способен впитывать до 20% масс нефтепродукта, т.к. удержание нефтепродукта происходит за счет адгезионных и капиллярных сил, возникающих в канальцах между мелкими частичками селитры.

Гранулы аммиачной селитры при изготовлении на заводах обрабатывают антислеживающими добавками. В частности, добавляют железистые соли жирных кислот (например - стеарат железа - соль железа и стеариновой кислоты). Стеарат железа - водонерастворимая соль, вследствие чего гранулы селитры, обработанные стеаратом железа, приобретают некоторую водостойкость, т.е. замедляется процесс растворения селитры при ее попадании в воду.

В последнее время появилась так называемая гранулированная «пористая» аммиачная селитра, отличающаяся от гранулированной селитры ГОСТ 2-85 (плотной) тем, что гранулы имеют не монолитную структуру, а внутри гранул имеются канальцы и полости, сообщающиеся с внешней средой. Это увеличивает площадь поверхности гранулы и влечет за собой увеличение удерживающей способности к нефтепродуктам. Кроме того, выпускается пористая аммиачная селитра с добавкой стеарата железа. Пористая селитра лучше размалывается в порошок, т.к. ее прочность меньше за счет наличия внутри гранулы пустот. Пористую селитру также предлагается использовать как в качестве гранул, так и в виде порошка (после размалывания).

Проведенные исследования также показали, что в качестве порошкообразного материала можно использовать порошкообразное взрывчатое вещество «аммонит 6ЖВ», представляющее собой смесь порошка аммиачной селитры - 79 мас.% и 21 мас.% порошкообразного тринитротолуола.

Проведенные исследования также показали, что в смеси, состоящей из 94 мас.% порошка аммиачной селитры, часть порошкообразного материала в количестве 6 мас.% можно заменить металлическими порошками алюминия, или магния, или ферросилиция.

Изобретение относится к безопасным способам изготовления неводоустойчивых гранулированных промышленных взрывчатых веществ. Способ изготовления взрывчатого вещества включает механическое смешивание гранулированной аммиачной селитры с дизельным топливом, добавление в полученную смесь в объеме, на 5-10% меньшем объема межгранульного пространства, порошка аммиачной селитры или смеси, состоящей из 79 мас.% порошка аммиачной селитры и 21 мас.% порошка тринитротолуола, или смеси, состоящей из 94 мас.% порошка аммиачной селитры и 6 мас.% порошка алюминия или магния, или ферросилиция. При этом гранулированную аммиачную селитру, порошок аммиачной селитры и дизельное топливо используют в стехиометрическом соотношении. Изобретение позволяет получить взрывчатое вещество высокой плотности, обладающее повышенными взрывчатыми характеристиками - скоростью детонации, чувствительностью к инициирующему импульсу, объемной концентрацией энергии. 1 табл.

Способ изготовления взрывчатого вещества, включающий механическое смешивание гранулированной аммиачной селитры с дизельным топливом, отличающийся тем, что после смешивания в полученную смесь добавляют в объеме, на 5-10% меньшем объема межгранульного пространства, порошок аммиачной селитры или смесь, состоящую из 79 мас.% порошка аммиачной селитры и 21 мас.% порошка тринитротолуола, или смесь, состоящую из 94 мас.% порошка аммиачной селитры и 6 мас.% порошка алюминия, или магния, или ферросилиция, при этом гранулированную аммиачную селитру, порошок аммиачной селитры и дизельное топливо используют в стехиометрическом соотношении.