ЭМУЛЬСИОННЫЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C06B31/28 C06B23/00 B01F17/00 

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам, используемым в горнорудной промышленности для инициирования скважинных и шпуровых зарядов, для отбойки блочного камня, для создания кумулятивных и накладных зарядов.

Эмульсионные взрывчатые составы (ЭВС) обладают высокими эксплуатационными и взрывчатыми характеристиками и широкое применяются в горнодобывающей отрасли. Наибольшее распространение получили составы для ведения взрывных работ скважинными зарядами на земной поверхности. Особенностью таких составов является выполнение их в виде дисперсии водного раствора солей-окислителей в смеси с углеводородным горючим и эмульгатором в присутствии сенсибилизаторов. Сенсибилизацию эмульсионных взрывчатых веществ осуществляют в основном физическим (стеклянными или полимерными микросферами, алюмосиликатными микросферами из отходов ТЭЦ или вспененным перлитовым песком)или химическим путем (водными растворами нитрита натрия с различными добавками, понижающими температуру кристаллизации растворов).

Например, в патенте №2222519, опубл. 27.01.2004 г. описана патронированная взрывчатая эмульсия типа вода-в-масле, сенсибилизированная дисперсной газовой фазой, содержащая нитрат аммония, нитрат натрия, воду, углеводородную горючую добавку, эмульгатор и алюминий, в которой суммарное содержание нитрата аммония и нитрата натрия составляет 70-80 мас. %, а суммарное содержание нитрата аммония, нитрата натрия, воды, углеводородной горючей добавки, эмульгатора и алюминия составляет 95-100 мас. %.

В патенте №2307819, опубл. 10.10.2007 описан способ изготовления патронируемого эмульсионного взрывчатого вещества путем приготовления водного раствора окислителя, приготовления масляного компонента и последующего смешения водного раствора окислителя, масляного компонента и сенсибилизатора, представляющего собой стеклянные или полимерные микросферы или перлитовый песок. Водный раствор окислителя готовят при постоянном перемешивании путем введения карбамида в воду, нагретую до 35-45°С, нагревания полученного раствора до 60-70°С, постепенного введения в него нитрата металла, нитрата натрия или нитрата кальция, нагревания полученного раствора до 75-85°С, введения нитрата аммония с последующим перемешиванием полученного раствора при 80-90°С. Масляный компонент готовят путем подачи эмульгатора в нагретое до 50-60°С индустриальное масло с последующим перемешиванием и нагреванием полученной смеси до 73-78°С.

В указанных решениях готовый продукт представляет собой жидкий состав, патронированный в бумажные или полимерные капсулы. Жидкая форма состава обуславливает ограничения в его применении. Критический диаметр детонации составляет не менее 20 мм. Кроме того, данные составы невозможно патронировать в виде шашек малого диаметра или шашек со сквозными каналами.

Известен эмульсионный взрывчатый состав (патент РФ №2123488, опубл. 20.12.1998), в котором окислительная основа из водного раствора аммиачной селитры с добавками нитратов натрия или кальция, или аммония хлорнокислого, или нитрата метиламина, или динитрата этилендиамина, или натрия хлорнокислого, а углеводородная фаза состоит из смеси индустриального масла с добавками петролатума или парафина, или битума в смеси с эмульгатором - продуктом конденсации полиолефина с малеиновымангидридом и алканоламином или полиолом, или смеси этих продуктов с эфирами жирных кислот фракции С_17-25 или эфирами жирных кислот талового масла с глицерином или полиглицерином, илипентаэритритом, а в качестве сенсибилизатора применяются раствор нитрита натрия, или его смесь с раствором формальдегида в соотношении 3:1 или микросферы из стекла, полимера, отходов ТЭЦ или перлита.

По своим свойствам состав отвечает большинству требований при ведении горных взрывных работ, однако при заряжании нарушенных (трещиноватых) массивов или скважин первых рядов при температуре применения более 60°С состав частично уходит из скважин по трещинам. Это, с одной стороны, приводит к повышению удельного расхода ПВВ, а с другой может стать причиной снижения эффекта взрыва или его полному отказу в скважине.

Наиболее близким по компонентному составу является эмульсионный взрывчатый состав для формирования шпуровых зарядов (патент РФ №2520483, опубл. 27.06.2014), содержащий в качестве окислительной фазы водный раствор аммиачной и натриевой или кальциевой селитр и карбамид, а в качестве углеводородной фазы расплав парафина мелкокристаллического или церезина, индивидуально или их смесь, с эмульгатором для промышленных эмульсионных взрывчатых веществ индивидуально или указанным эмульгатором с канифолью талловой, или живичной сосновой, или их смесью, а в качестве сенсибилизатора - водный раствор нитрита натрия, или полимерные микросферы, или их смесь. Эффект изобретения достигают равновесным соотношением компонентов с обеспечением нормируемой плотности эмульсионного вещества, равной 1,00-1,20 г/см³ (принят за прототип).

В упомянутых выше составах (патент РФ №2123488, патент РФ №2520483) применяются в качестве эмульгаторов поверхностно активные вещества, представляющие собой жидкости при температурах применения. Одним из основных недостатков данных составов является снижение их твердости при незначительном повышении температуры, что обуславливает потерю стабильности формы состава.

Технической задачей заявляемого изобретения является получение эмульсионного взрывчатого состава в твердой форме, обладающего высокими взрывчатыми характеристиками (скорость детонации, бризантность, работоспособность) и сохраняющего стабильность формы в процессе хранения, транспортировки и применения.

Технический результат заявляемого изобретения - состав эмульсионного взрывчатого вещества, предназначенный для формования зарядов в виде патронов, кумулятивных зарядов либо шашек детонаторов для ведения взрывных работ на земной поверхности и в условиях подземных выработок, обладающий стабильностью формы в процессе хранения, транспортировки и применения и высокими взрывчатыми характеристиками.

Технический результат достигается тем, что эмульсионный взрывчатый состав на основе матричной эмульсии содержит воду, окислительную фазу, включающую аммиачную селитру или ее смесь с натриевой или кальциевой селитрой, углеводородную фазу, включающую церезин или микрокристаллический воск и эмульгатор и в качестве сенсибилизатора водный раствор нитрита натрия или стеклянные или полимерные микросферы, при этом горючая фаза включает в качестве эмульгатора сорбитан полиизобутиленсукцинового ангидрида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Натриевая, кальциевая селитры или перхлорат аммония 5-25,0 Вода 5,0-20,0 Церезин, микрокристаллический воск или их смеси с предельными углеводородами с точкой каплепадения более 60°С 4,0-7,0 Сорбитан полиизобутиленсукцинового ангидрида 0,5-2,0 Водный раствор нитрита натрия (концентрация 5-25%) 0,5-2,0 Стеклянные или полимерные микросферы 0,4-5,0 Аммиачная селитра Остальное до 100%

Технический результат также достигается тем, что эмульсионный взрывчатый состав получают на основе матричной эмульсии из дисперсии водного раствора солей-окислителей в среде на основе расплавленного церезина или микрокристаллического воска с температурой каплепадения не менее 60°С и твердого эмульгатора с введением сенсибилизирующей добавки, при этом процесс ведут при температуре 85-95°С и полученную эмульсию заполняют в форму для формирования в виде патронов, кумулятивных зарядов или шашек-детонаторов с последующим охлаждением.

Заявляемый эмульсионный взрывчатый состав включает горючую (углеводородную) фазу, окислительную фазу и сенсибилизирующую добавку.

В качестве горючей фазы используют расплав церезина или микрокисталлического воска с температурой каплепадения не менее 60°С, или их смеси с парафинами, петролатумом, стеариновой кислотой и другими смесями предельных углеводородов с точкой каплепадения не ниже 60°С в сочетании с эмульгатором. В качестве эмульгатора матричная эмульсия содержит твердый эмульгатор - сорбитан полиизобутиленсукцинового ангидрида. Также эмульсия может дополнительно содержать эмульгатор в жидкой форме, например РЭМ 101CP (PIBSA) или продукт конденсации полиизобутиленсукцинового ангидрида с триэтаноламином или полиамином и эфиров жирных кислот или олеиновой кислоты с сорбитаном в соотношениях, обеспечивающих проявление синергетического эффекта в соотношении 65-70/35-30 или полиизобутиленсукциновый ангидрид, или его смеси с аминами жирных кислот.

Окислительная фаза содержит раствор аммиачной селитры или ее смеси с другими окислителями (кальциевая селитра, натриевая селитра и перхлорат аммония).

Сенсибилизацию эмульсионного ВВ осуществляют либо химическим путем с добавлением раствора нитрита натрия с тиомочевиной, выступающей в качестве катализатора газификации, либо механическим путем добавкой стеклянных, полимерных или сополимерных микросфер.

При этом компоненты заявляемого эмульсионного взрывчатого состава взяты в следующем соотношении (мас.%):

Натриевая, кальциевая селитры или перхлорат аммония 5-25,0 Вода 5,0-20,0 Церезин, микрокристаллический воск или их смеси с предельными углеводородами с точкой каплепадения более 60°С 4,0-7,0 Твердый эмульгатор 0,5-2,0 Водный раствор нитрита натрия (концентрация 5-25%) 0,5-2,0 Или стеклянные или полимерные микросферы 0,4-5,0 Аммиачная селитра Остальное до 100%

В заявляемом изобретении состав содержит твердый эмульгатор сорбитан полиизобутиленсукцинового ангидрида, который повышает твердость состава и его стабильность. Для повышения стабильности также дополнительно могут применяться стеклянные или полимерные микросферы.

При получении предохранительного состава дополнительно может быть включена добавка пламегасителя, например хлористый натрий или хлористый калий.

Для целей применения заявляемого состава в сульфидных рудах в раствор окислителя дополнительно вводят ингибитор химической стойкости, например, карбамид.

Способ получения эмульсионного взрывчатого состава.

В обогреваемый реактор с мешалкой загружается расчетное количество воды и окислителя и готовится раствор при температуре 85-90°С, в него могут добавляться карбамид, тиомочевина, хлорид калия в зависимости от назначения состава. В реакторе происходит растворение окислителя до получения однородного раствора. В другом обогреваемом реакторе с мешалкой готовится горючая фаза: загружается церезин или микрокристаллический воск при температуре 85-95°С или его смеси с вышеуказанными компонентами, добавляется предварительно расплавленный эмульгатор.

Раствор окислителя непрерывно, при скорости вращения мешалки до 3000 об/мин, подается в полученную смесь горючего с эмульгатором, в течение 5-10 минут происходит смешение фаз и образуется обратная эмульсия окислителя в горючем. Для сенсибилизации в полученную эмульсию добавляются микросферы или газогенерирующая добавка. Полученный взрывчатый состав заполняется в определенную форму в виде патронов, кумулятивных зарядов либо шашек детонаторов. После охлаждения состав приобретает твердую пластичную форму.

Примеры осуществления технического решения:

В таблице 1 представлены компонентные составы приготовленных ЭВС по патенту РФ №2123488 (образцы 1-3) и заявляемому изобретению (образцы 4-15), а также результаты испытаний изготовленных из них зарядов диаметром 40 мм и шашек с каналом диаметром 75 мм.

Результаты сравнительных испытаний составов по предполагаемому изобретению и прототипов, обобщенные в таблице, показывают, что в составах по предполагаемому изобретению реализованы технические результаты, заявленные в цели изобретения.

Преимущества заявляемого решения:

- возможность получения пластичного состава в твердом состоянии любой конфигурации (формы);

- оптимальный компонентный и количественный состав продукта обеспечивает высокую скорость детонации и минимальный критический диаметр, что существенно расширяет область его применения.

Группа изобретений относится к промышленным взрывчатым веществам, используемым в горнорудной промышленности для инициирования скважинных и шпуровых зарядов, для отбойки блочного камня, для создания кумулятивных и накладных зарядов, а также способу получения эмульсионного состава. Эмульсионный взрывчатый состав на основе матричной эмульсии содержит воду, окислительную фазу, включающую аммиачную селитру в смеси с натриевой или кальциевой селитрой, углеводородную фазу, включающую церезин или микрокристаллический воск, и эмульгатор. В качестве сенсибилизатора использован водный раствор нитрита натрия или стеклянные или полимерные микросферы. В качестве эмульгатора использован сорбитан полиизобутиленянтарного ангидрида. Состав характеризуется следующим соотношением компонентов, мас.%: натриевая, кальциевая селитры или перхлорат аммония 5-25,0; вода 5,0-20,0; церезин, микрокристаллический воск или их смеси с предельными углеводородами с точкой каплепадения более 60°С 4,0-7,0; сорбитан полиизобутиленянтарного ангидрида 0,5-2,0; водный раствор нитрита натрия концентрацией 5-25% 0,5-2,0 или стеклянные или полимерные микросферы 0,4-5,0; аммиачная селитра - остальное до 100%. Эмульсионный взрывчатый состав на основе матричной эмульсии получают из дисперсии водного раствора солей-окислителей в среде на основе расплавленного церезина или микрокристаллического воска с температурой каплепадения не менее 60°С и твердого эмульгатора с введением сенсибилизирующей добавки. Процесс ведут при температуре 85-95°С. Полученную эмульсию заполняют в форму для формирования в виде патронов, кумулятивных зарядов или шашек-детонаторов с последующим охлаждением. Обеспечивается стабильность формы в процессе хранения, транспортировки и применения и высокие взрывчатые характеристики. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Эмульсионный взрывчатый состав на основе матричной эмульсии, содержащий воду, окислительную фазу, включающую аммиачную селитру в смеси с натриевой или кальциевой селитрой, углеводородную фазу, включающую церезин или микрокристаллический воск, и эмульгатор и в качестве сенсибилизатора водный раствор нитрита натрия или стеклянные или полимерные микросферы, отличающийся тем, что горючая фаза включает в качестве эмульгатора сорбитан полиизобутиленянтарного ангидрида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Натриевая, кальциевая селитры или перхлорат аммония 5-25,0 Вода 5,0-20,0 Церезин, микрокристаллический воск или их смеси с предельными углеводородами с точкой каплепадения более 60°С 4,0-7,0 Сорбитан полиизобутиленянтарного ангидрида 0,5-2,0 Водный раствор нитрита натрия концентрацией 5-25% 0,5-2,0 или стеклянные или полимерные микросферы 0,4-5,0 Аммиачная селитра Остальное до 100%

2. Эмульсионный взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что матричная эмульсия дополнительно содержит в качестве эмульгатора РЭМ 101СР или продукт конденсации полиизобутиленянтарного ангидрида с триэтаноламином или полиамином и эфиров жирных кислот или олеиновой кислоты с сорбитаном в соотношениях, обеспечивающих проявление синергетического эффекта в соотношении 65-70/35-30.

3. Эмульсионный взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что горючая фаза дополнительно содержит предельные углеводороды с точкой каплепадения более 60°С.

4. Эмульсионный взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что матричная эмульсия дополнительно содержит тиомочевину в количестве 0,5-2,0 мас.%.

5. Эмульсионный взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что матричная эмульсия дополнительно содержит карбамид в количестве 0,5-5,0 мас.%.

6. Эмульсионный взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что матричная эмульсия дополнительно содержит калий хлористый в количестве 5,0-9,0 мас.%.

7. Способ получения эмульсионного взрывчатого состава по п.1 на основе матричной эмульсии из дисперсии водного раствора солей-окислителей в среде на основе расплавленного церезина или микрокристаллического воска с температурой каплепадения не менее 60°С и твердого эмульгатора с введением сенсибилизирующей добавки, отличающийся тем, что процесс ведут при температуре 85-95°С и полученную эмульсию заполняют в форму для формирования в виде патронов, кумулятивных зарядов или шашек-детонаторов с последующим охлаждением.