СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕВОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВЕ ТВЕРДОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ С ЧАСТИЦАМИ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ, РАЗМЕРОВ И ПОРИСТОСТИ Российский патент 2019 года по МПК C06B31/28 C06B23/00 

Изобретение относится к области ведения взрывных работ, а именно, к изготовлению промышленных смесевых взрывчатых веществ (ВВ) типа АСДТ, а именно, к изготовлению взрывчатых веществ на основе твердой аммиачной селитры (АС) с жидкими нефтепродуктами (НП), в частности, дизельного топлива (ДТ). Предлагается способ изготовления данного типа ВВ, учитывающий особенности использования в составе ВВ аммиачной селитры с частицами различной формы, размеров и пористости, т.е. в виде гранул с различной плотностью и пористостью, а также частиц-фрагментов этих гранул.

Взрывчатые вещества типа АСДТ представляют собой механические смеси аммиачной селитры с различными горючими добавками, основными из которых являются жидкие нефтепродукты (дизельное топливо, масла). Для изготовления ВВ данного типа применяют аммиачную селитру различных марок и разновидностей, в частности, гранулированную с повышенной плотностью, пористую с различными значениями маслопоглощения и насыпной плотности. При этом перечисленные выше марки и разновидности аммиачной селитры могут быть применены одновременно в виде композиции в одном взрывчатом составе. В результате механических воздействий при переработке (транспортирование, перегрузка, хранение) аммиачной селитры и изготовлении ВВ, а также при модификационных превращениях в кристаллической структуре аммиачной селитры при изменении температуры, включая сезонные и суточные колебания, в областях фазовых переходов (минус 16,9 и плюс 32,3°С), возможно разрушение ее гранул с образованием частиц-фрагментов, отличающихся по форме, размерам, насыпной плотности, маслопоглощению и др. от исходных гранул аммиачной селитры.

Известен способ изготовления ВВ (RU 2333191 C1, С06В 31/28, 10.09.2008), которое содержит окислитель, жидкую и твердую горючие добавки. В качестве окислителя состав содержит смесь плотной и пористой гранулированной аммиачной селитры в соотношении 2:1 в виде полидисперсной структуры или смесь плотной гранулированной и порошковой аммиачной селитры в соотношении 5:1 в виде полидисперсной структуры. В качестве горючей добавки состав содержит смесь жидких нефтепродуктов и микросфер золы-уноса тепловых электростанций в соотношении от 6:1 до 3:1. Приготовление ВВ ведут в две стадии, при этом вначале смешивают жидкую и твердую горючие добавки между собой, а затем - с аммиачной селитрой. Обеспечивается высокая эффективность действия ВВ при безопасном уровне его чувствительности к механическим воздействиям. Недостатком данного способа получения ВВ является невысокая однородность получаемой смеси, связанная с отсутствием операции усреднения композиции селитр и признаков для осуществления визуального контроля качества смешивания.

Известен способ окрашивания аммиачной селитры для технических целей, обеспечивающий равномерную отличительную окраску гранул для возможности определения марки аммиачной селитры по внешнему виду гранул, т.е. по окраске гранул требуемой интенсивности (RU 2353581 G1, С01С 1/18, 27.04.2009). Однако, в данном техническом решении не рассматривается проблема повышения качества приготовления взрывчатых смесей, содержащих такую аммиачную селитру в сочетании с твердыми и жидкими горючими добавками.

Известен способ оценки однородности состава смесей гранулированной аммиачной селитры с жидкими горючими добавками из числа светлых нефтепродуктов, в частности, дизельного топлива, путем окрашивания дизельного топлива введением специальных маслорастворимых красителей, например, типа Судан (Демидюк Г.П. и др. Средства механизации и технологии взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ, М., Недра, 1975, с. 55-56; Емельянов В.И. и др., Техника и технология подготовки многолетнемерзлых пород к выемке, М., Недра, 1978, с. 207). К недостаткам этого способа относится необходимость использования специальных маслорастворимых красителей, которые ограничены в доступности, как правило, имеют высокую стоимость и требуют организации закупки нового продукта. Не менее существенным недостатком названного способа является проблематичность и отсутствие наглядности его использования при применении для изготовления смесевых ВВ жидких горючих добавок из числа темных нефтепродуктов, начиная от продуктов первичной переработки нефти и до отработанных нефтепродуктов и продуктов переработки твердых отходов по технологиям пиролиза, в результате блокировки проявления цветного окрашивания в монохроматической (цветной) области более интенсивным черным окрашиванием.

В качестве наиболее близкого аналога изобретения может быть использован способ изготовления промышленного взрывчатого вещества (ПВВ) (RU 2393138 C1, С06В 21/00, 27.06.2010), содержащего твердый сыпучий окислитель, твердые дисперсные добавки и жидкие добавки. Способ включает следующую последовательность операций: по меньшей мере один контейнер заполняют твердым сыпучим окислителем, в качестве которого может быть использован твердый сыпучий окислитель различных марок и разновидностей, и по меньшей мере один контейнер заполняют твердыми дисперсными добавками, после чего во вращающийся в направлении смешивания барабан смесителя загружают последовательно твердый сыпучий окислитель, жидкие добавки и твердые дисперсные добавки, образовавшуюся систему перемешивают, а затем полученную смесь выгружают путем вращения барабана в направлении выгрузки. Обеспечивается достаточно качественное смешивание компонентов ПВВ, однако, отсутствует возможность достоверной визуальной оценки качества смешивания и стабильности смеси при хранении.

Рассмотренные выше особенности применения в составе смесевых ВВ на основе аммиачной селитры различных марок, различающихся по способности к поглощению масла - маслопоглощению, с жидкими горючими добавками - маслами, обуславливают различие содержания масла в каждой из частиц аммиачной селитры, но могут быть доведены до условно однородного состояния на уровне равномерного взаимного распределения частиц смеси в массиве изготавливаемого взрывчатого вещества. Однородность смеси может быть обеспечена использованием специальных режимов совмещения путем соблюдения заданной последовательности во времени введения компонентов и их смешивания, а одним из известных и наиболее пригодных для технической реализации способов оценки однородности состава таких систем является использование красителей, приводящих к изменению видимого цвета (окрашиванию) смеси по сравнению с исходной аммиачной селитрой.

Техническая задача изобретения - получение смесевого взрывчатого вещества типа АСДТ на основе аммиачной селитры в твердом состоянии с различными характеристиками частиц по форме, размерам и пористости, а соответственно по маслопоглощению, с жидкими горючими добавками в виде нефтепродуктов, а также обеспечение возможности визуальной оценки однородности смеси при изготовлении и визуальной оценки физической стабильности (по перераспределению компонентов) при хранении ВВ.

Технический результат изобретения - повышение однородности и физической стабильности смесевого взрывчатого вещества типа АСДТ.

Способ изготовления смесевого ВВ на основе твердой аммиачной селитры включает механическое смешивание по меньшей мере двух разновидностей твердой аммиачной селитры по форме, размеру и пористости частиц с жидкими горючими добавками. Согласно изобретению, перед механическим смешиванием твердой аммиачной селитры с жидкими горючими добавками в виде жидких нефтепродуктов проводят окрашивание жидких нефтепродуктов путем смешивания их с по меньшей мере одной красящей добавкой черного цвета в количестве 0,05-25,0 мас. % от массы жидких нефтепродуктов, выбранной из группы, включающей сажу, технический углерод, древесный уголь, каменный уголь, краску типографскую, отработанные нефтепродукты, пиролизное масло, асфальтены, битумы и смолы сажистого цвета. В качестве твердой аммиачной селитры используют аммиачную селитру с маслопоглощением Мм меньше стехиометрического, принимаемого равным 5,6 мас. %, и аммиачную селитру с маслопоглощением М_Б больше стехиометрического, равного 5,6 мас. %. Сначала упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение меньше стехиометрического, смешивают со всем количеством окрашенных жидких нефтепродуктов, затем в полученную смесь вводят упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение выше стехиометрического, и перемешивают с получением однородной по окраске смеси. Сумма доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением больше стехиометрического С_Б и доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением меньше стехиометрического C_M равна 1 и выполняется соотношение: С_М⋅М_М+С_Б⋅М_Б≥5,6.

В качестве жидких нефтепродуктов могут быть использованы любые, применяемые в настоящее время для изготовления промышленных ВВ, в частности, дизельное топливо, топочный мазут, минеральные масла, отработанные нефтепродукты, продукты пиролиза твердых отходов или их смесь.

Жидкие нефтепродукты, например ДТ и масла, в исходном состоянии практически не имеют цвета окрашивания и после введения в аммиачную селитру при изготовлении смесей АСДТ не изменяют цвета частиц, что не позволяет производить оперативную оценку однородности смеси при изготовлении и стабильности смеси по перераспределению компонентов при хранении. Предварительное окрашивание жидких нефтепродуктов путем смешивания их с по меньшей мере одной красящей добавкой черного цвета в количестве 0,05-25,0 мас. % от массы жидких нефтепродуктов обеспечивает степень окрашивания достаточную для проведения дальнейшего визуального контроля однородности смеси при изготовлении ВВ и при его хранении. Указанный диапазон количественного содержания красящей добавки установлен с учетом проведенных экспериментов, которые показали, что использование красящей добавки в количестве больше 25 мас. % от массы жидких нефтепродуктов не целесообразно, поскольку приводит к существенному изменению реологических свойств жидкой горючей добавки с увеличением вязкости, а при использовании добавок с дисперсными твердыми пигментами (сажа и подобные ей вещества) к образованию не текучей суспензии в виде пасты, особенно при отрицательных температурах окружающей среды. Использование красящей добавки в количестве менее 0,05 мас. % от массы жидких нефтепродуктов не обеспечивает требуемую степень окрашивания. Согласно изобретению, предлагается использовать красящую добавку черного цвета, как наиболее контрастного для визуального контроля. В качестве источника черного цвета используют сажу, технический углерод, древесный уголь, каменный уголь, краску типографскую, отработанные нефтепродукты, пиролизное масло, асфальтены, битумы и смолы сажистого цвета, или их смесь. Данные добавки безопасны в условиях промышленного изготовления ВВ и не накладывают специфических ограничений на используемое технологическое оборудование, а также не являются дорогостоящими. Основной особенностью веществ, приводящих к окрашиванию в черный цвет, включая темные оттенки серого в промежуточных вариантах, является способность к поглощению излучения в видимой части спектра с минимальным отражением и, соответственно, с перекрытием всех цветных частей спектра.

В изобретении предлагается оптимизировать смешивание по маслопоглощению твердой аммиачной селитры, в качестве которой используют аммиачную селитру с маслопоглощением M_M меньше стехиометрического, которое для бескислородных углеводородных горючих по расчетам принимается равным 5,6 мас. %, и аммиачную селитру с маслопоглощением М_Б больше стехиометрического. Для изготовления смесевых взрывчатых веществ типа АСДТ по предлагаемому решению, преимущественно, используют смесители периодического действия. Причем сначала упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение меньше стехиометрического, смешивают со всем количеством окрашенных жидких нефтепродуктов, затем в полученную смесь вводят упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение выше стехиометрического, и перемешивают с получением однородной по окраске смеси. Соотношение долей аммиачной селитры с различным маслопоглощением в итоговой композиции селитры устанавливается по соотношению: при использовании двух разновидностей селитры, или при использовании нескольких разновидностей селитры. При этом сумма доли частиц аммиачной селитры с различным маслопоглощением обеспечивается равной единице. Данный режим смешивания обеспечивает максимально возможную однородность распределения компонентов в смеси. При первичном смешивании аммиачной селитры с малым маслопоглощением с избыточным количеством жидкого нефтепродукта - масла происходит предельно возможное насыщение частиц-гранул селитры маслом в массиве тела гранул, а избыток масла остается в межгранульном пространстве преимущественно в виде слоя-пленки на частицах селитры. При добавлении в эту систему частиц-гранул селитры с большим (повышенным) маслопоглощением избыток масла из межгранульного пространства переходит в частицы новых порций селитры в условно однородном режиме удаления пленки - "обтирания", что уменьшает вероятность перенасыщения отдельных частиц селитры с повышенным маслопоглощением избытком масла. Следует отметить, что для визуальной оценки самого факта и качества однородности смешивания в реальных условиях реализации способа могут быть использованы предварительно изготовленные образцы - эталоны смесей АСДТ.

Эффективность предлагаемого решения может быть продемонстрирована следующими примерами экспериментальных данных.

Маслопоглощение аммиачной селитры определялось по известной методике отделения (стекания) избытка масла под действием силы тяжести -статический метод "делительной воронки" или "бюретки", который используется при производстве и оценке качества аммиачной селитры для промышленных ВВ (см., например, ТУ2143-635-00209023-99, Москва, ГИАП, 2000 год).

Аммиачная селитра была использована в твердом состоянии в виде гранул и частиц - фрагментов гранул с различным маслопоглощением, а именно:

- аммиачная селитра гранулированная по ГОСТ 2-2013 со сроком хранения от даты изготовления не более 1 месяца, для которой показатель маслопоглощения по упомянутой выше методике составил 3,4%,

- аммиачная селитра гранулированная пористая (вспененная) по ТУ 2143-635-00209023 с показателем маслопоглощения - 6,8%,

- аммиачная селитра пористая по ТУ 2143-073-05761643-2013 с показателем маслопоглощения 12,3%,

- фрагменты гранул селитры по ГОСТ 2-2013 с размером менее 1,0 мм, образующиеся при длительном хранении в течение более 8 месяцев при переменных температурах от минус 17 до плюс 33°С или при специальной термической обработке - "поризации" в указанном выше интервале температур, для которых показатель маслопоглощения достигает 9,0%.

В качестве жидкой горючей добавки использовано дизельное топливо по ГОСТ 305 марки "летнее".

В качестве красителей - пигментов черного цвета использованы порошки для печатающей техники, взятые в количестве 0,05% от массы дизельного топлива, масло моторное отработанное не отстоянное темное в количестве 25% и продукты пиролиза твердых промышленных отходов в состоянии вязкой массы смеси твердых углеродных частиц и жидких компонентов в количестве 15% от массы жидкой горючей добавки (раствора красящей добавки в дизельном топливе). При этом экспериментально проверено и установлено, что, в предлагаемом диапазоне разновидностей красящих добавок и их содержания по отношению к окрашиваемой жидкой горючей добавке, влияние разновидности выбранной конкретной красящей добавки или их композиций на конечный результат - однородность окрашивания смеси АСДТ и способность к взрыву, не проявляется.

Качество смешивания компонентов оценивалось по внешнему виду смеси АСДТ, а процесс смешивания производился до однородного окрашивания системы на уровне гранул, которые в соответствии с маслопоглощением имели некоторое отличие в окрашивании между друг другом, но представлялись однородной массой с признаками "ряби" в целом. Эффективность предложенного решения по влиянию его на целевые взрывчатые характеристики оценивалась по величине диаметра d цилиндрического заряда длиной не менее 5d, в котором протекал устойчивый взрывной процесс по всей длине.

Количество всех компонентов для изготовления смесей было задано по массе из расчета по упомянутым выше соотношениям на суммарное количество смеси 100 кг. Масса навески жидкой горючей добавки составляла 5,6 кг (содержание ее в конечной смеси взрывчатой типа АСДТ - 5,6 мас. %), а масса навесок аммиачной селитры с различным маслопоглощением задавалась в соответствии с соотношением различных марок АС и итоговым содержанием АС в смеси - 94,4 мас. %.

Испытания готовых взрывчатых смесей проводились в лабораторно-полигонных условиях с заряжанием в цилиндрические оболочки из пластмасс и взрыванием полученных зарядов в соответствии с правилами ведения взрывных работ. А именно, для формирования зарядов ВВ на испытания по определению способности к взрыву - детонационной способности использовались цилиндрические оболочки-трубы из пластмассы с толщиной стенок 2-3 мм различного диаметра d и длиной не менее 5d. Испытания на способность зарядов из приготовленных смесей к взрыву проводили по методу «вверх-вниз», согласно которому при получении результата «отказ» в первом опыте последующий выполняли с зарядом большего размера до получения результата «взрыв» на всю длину. При получении в первом опыте результата «взрыв» последующий проводили с зарядом меньшего диаметра до получения результата «отказ» (см. таблицу).

Условия экспериментов и результаты представлены в таблице.

Пример 1 (см. таблицу).

Готовили навеску аммиачной селитры по ГОСТ 2-2013 в количестве 100*0,944*0,75=70,8 кг, а навеску пористой аммиачной селитры по ТУ 2143-073-05761643-2013 в количестве 100*0,944*0,25=23,6 кг. Сумма масс навесок жидкой горючей добавки, непористой гранулированной аммиачной селитры и пористой аммиачной селитры составила 100 кг.

Для приготовления смеси использовали смеситель барабанный типа "бетоносмеситель", вместимостью 250 дм³. В смеситель первоначально загружали всю навеску аммиачной селитры по ГОСТ 2-2013 (70,8 кг), а затем при перемешивании вливали всю навеску окрашенной жидкой горючей добавки (5,6 кг) и производили перемешивание до получения однородного окрашивания всей порции промежуточной смеси в цвет черного оттенка без признаков конгломератов (зон), свилей (слоев, полос) и др. с отличающейся интенсивностью окрашивания. После этого в смеситель, при перемешивании засыпали всю навеску пористой аммиачной селитры по ТУ 2143-073-05761643-2013 (23,6 кг) и производили перемешивание до получения однородного окрашивания конечной взрывчатой смеси. Окрашивание готовой смеси отличалось от такового для промежуточного продукта по интенсивности цвета черного оттенка и проявлением отличий в окрашивании отдельных гранул с признаками "ряби", но с равномерным распределением гранул с различным окрашиванием в общем массиве продукта.

Пример 2 (см. таблицу)

Процесс подготовки компонентов, порядка их ввода в смеситель и смешивания аналогичен примеру 1. Количество жидкой горючей добавки составляло 5,6 кг, аммиачной селитры по ГОСТ 2-2013 - 56,6 кг, аммиачной селитры в виде фрагментов гранул по ГОСТ 2-2013 после термической деструкции и фазовых переходов 38,8 кг соответственно.

Пример 3 (см. таблицу)

Процесс подготовки компонентов, порядка их ввода в смеситель и смешивания аналогичен примеру 1. Количество жидкой горючей добавки составляло - 5,6 кг, аммиачной селитры по ГОСТ 2-2013 - 33,0 кг, пористой вспененной аммиачной селитры по ТУ 2143-635-00209023-99 - 62,4 кг соответственно.

Изобретение относится к изготовлению промышленных смесевых взрывчатых веществ на основе твердой аммиачной селитры типа АСДТ. Способ включает механическое смешивание по меньшей мере двух разновидностей твердой аммиачной селитры по форме, размеру и пористости частиц с жидкими горючими. Перед механическим смешиванием аммиачной селитры с жидкими нефтепродуктами проводят окрашивание жидких нефтепродуктов путем смешивания их с по меньшей мере одной красящей добавкой черного цвета в количестве 0,05-25,0 мас.% от массы жидких нефтепродуктов. Красящую добавку выбирают из группы, включающей сажу, технический углерод, древесный уголь, каменный уголь, краску типографскую, отработанные нефтепродукты, пиролизное масло, асфальтены, битумы и смолы сажистого цвета. Сначала аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение меньше стехиометрического (М_М), смешивают со всем количеством окрашенных жидких нефтепродуктов, затем в полученную смесь вводят аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение выше стехиометрического (М_Б), и перемешивают с получением однородной по окраске смеси. Сумма доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением больше стехиометрического С_Б и доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением меньше стехиометрического С_М равна 1, и выполняется соотношение: С_М⋅М_М+С_Б⋅М_Б≥5,6 мас.%. Обеспечивается повышение однородности и физической стабильности смесевого взрывчатого вещества. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ изготовления смесевого взрывчатого вещества на основе твердой аммиачной селитры, включающий механическое смешивание по меньшей мере двух разновидностей твердой аммиачной селитры по форме, размеру и пористости частиц с жидкими горючими добавками, отличающийся тем, что перед механическим смешиванием твердой аммиачной селитры с жидкими горючими добавками в виде жидких нефтепродуктов проводят окрашивание жидких нефтепродуктов путем смешивания их с по меньшей мере одной красящей добавкой черного цвета в количестве 0,05-25,0 мас.% от массы жидких нефтепродуктов, выбранной из группы, включающей сажу, технический углерод, древесный уголь, каменный уголь, краску типографскую, отработанные нефтепродукты, пиролизное масло, асфальтены, битумы и смолы сажистого цвета, при этом в качестве твердой аммиачной селитры используют аммиачную селитру с маслопоглощением М_М меньше стехиометрического, принимаемого равным 5,6 мас.%, и аммиачную селитру с маслопоглощением М_Б больше стехиометрического, равного 5,6 мас.%, причем сначала упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение меньше стехиометрического, смешивают со всем количеством окрашенных жидких нефтепродуктов, затем в полученную смесь вводят упомянутую твердую аммиачную селитру, имеющую маслопоглощение выше стехиометрического, и перемешивают с получением однородной по окраске смеси, при этом сумма доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением больше стехиометрического С_Б и доли частиц аммиачной селитры с маслопоглощением меньше стехиометрического С_М равна 1 и выполняется соотношение: ΣC_iM_i≥5,6 мас.%, где M_i - маслопоглощение частиц разновидности аммиачной селитры, мас.%, C_i - доля частиц аммиачной селитры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют жидкие нефтепродукты, выбранные из группы, включающей дизельное топливо, топочный мазут, минеральные масла, отработанные нефтепродукты, продукты пиролиза твердых отходов или их смесь.