Способ получения взрывчатого вещества

Способ получения взрывчатого вещества

Реферат

 

Изобретение относится к способам получения взрывчатых веществ, используемых, в основном, в горнодобывающих отраслях промышленности для отбойки горной массы открытым и подземным способами. Сущность изобретения заключается в том, что часть окислителя предварительно растворяют в воде при нагревании, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании жидкое горючее в количестве 25-55% от массы раствора окислителя, после чего смешивают образовавшуюся суспензию с остальной частью окислителя до обеспечения содержания жидкого горючего 4-7 мас.%, при этом жидкое горючее вводят в раствор окислителя со скоростью не более 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя. Перед смешением с остальной частью окислителя суспензия может быть охлаждена до полной кристаллизации. При смешении суспензии с остальной частью окислителя возможно дополнительное введение жидкого горючего в количестве до 2,5% от массы остальной части окислителя. В качестве жидкого горючего используют мазут, минеральное масло, растительное масло, дизельное топливо или их смесь. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам получения взрывчатых веществ, используемых, в основном, в горнодобывающей отрасли промышленности для отбойки горной массы открытым и подземным способами.

Известен способ получения взрывчатого вещества (Поздняков З.Г., Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. М. : Недра, 1977, с. 91-93), заключающийся в смешении пористого гранулированного окислителя (нитрата аммония) с дизельным топливом или другими видами жидкого горючего.

Основными недостатками способа являются использование пористых сортов окислителя, низкая насыпная плотность заряда, составляющая 0,78-0,85 г/см³, а также недостаточная физическая стабильность взрывчатого вещества, обусловленная частичным стеканием жидкого горючего при длительном заряжании.

Известен способ получения взрывчатого вещества (заявка РСТ N 17132, кл. С 06 В 31/28, 1991), заключающийся в смешении непористого гранулированного окислителя (нитрата аммония) с жидким горючим, полученным на основе нафтенового или парафинового масла и обладающего повышенной вязкостью.

Основным недостатком указанного способа является использование специальных высоковязких сортов жидкого горючего. Кроме того, жидкое горючее и в этом случае частично стекает в нижние слои заряда при длительном заряжании.

Известен способ получения взрывчатого вещества (патент РФ N 1811520, кл. С 06 В 31/28, 1989), заключающийся в смешении гранулированного окислителя (нитрата аммония) с жидким горючим при введении мелкодисперсных загущающих добавок.

Способ характеризуется недостаточно равномерным объемным распределением жидкого горючего, преимущественным использованием дорогостоящих и дефицитных мелкодисперсных пылящих добавок, а также невысокой насыпной плотностью заряда.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения взрывчатого вещества (патент США N 3764421, кл. 149-46, 1973), заключающийся в смешении гранулированного окислителя (нитрата аммония) и жидкого горючего (дизельного топлива), введении в полученную смесь воды в количестве 1-8% от массы смеси, перемешивании смеси до полного смачивания гранул нитрата аммония водой, вызревании полученной массы до полного превращения гранул нитрата аммония в мелкодисперсные частицы и дополнительном перемешивании смеси до обеспечения плотности продукта, превышающей плотность исходной смеси гранулированного нитрата аммония и дизельного топлива.

Основным недостатком способа является недостаточно высокая физическая стабильность получаемого взрывчатого вещества, обусловленная частичным стеканием жидкого горючего в нижние слои заряда при длительном заряжании, что приводит к неравномерному объемному распределению жидкого горючего. Способ также характеризуется многостадийностью, большими материальными потоками, сложностью аппаратурного оформления и длительностью процесса. Более того, длительное перемешивание и вызревание взрывчатого вещества требует принятия дополнительных мер безопасности.

Цель изобретения - повышение физической стабильности взрывчатого вещества и улучшение равномерности объемного распределения жидкого горючего при одновременном упрощении способа и повышении безопасности ведения работ.

Цель достигается тем, что в способе получения взрывчатого вещества путем смешения окислителя, жидкого горючего и воды, согласно изобретению, предварительно растворяют часть окислителя в воде при нагревании, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании жидкое горючее в количестве 25-55% от массы раствора окислителя, после чего смешивают образовавшуюся суспензию с остальной частью окислителя до обеспечения содержания жидкого горючего 4-7 мас.%, при этом жидкое горючее вводят в раствор окислителя со скоростью не более 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя.

Цель достигается также тем, что перед смешением с остальной частью окислителя суспензию охлаждают до полной кристаллизации.

Решению поставленной задачи способствует то, что при смешении суспензии с остальной частью окислителя дополнительно вводят жидкое горючее, которое берут в количестве до 2,5% от массы остальной части окислителя.

На решение поставленной задачи направлено также то, что в качестве жидкого горючего используют мазут, минеральное масло, растительное масло, дизельное топливо или их смесь.

В качестве окислителя используют преимущественно нитрат аммония, однако могут быть использованы и его смеси с нитратами щелочных и щелочноземельных металлов, в частности, натрия, калия, кальция.

Введение в раствор окислителя при перемешивании жидкого горючего сопровождается естественным охлаждением суспензии и кристаллизацией окислителя, которая в зависимости от количества и скорости введения жидкого горючего протекает по-разному. При введении жидкого горючего в количестве 25-55% от массы раствора окислителя со скоростью не более 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя в результате естественного охлаждения происходит быстрая кристаллизация окислителя, при этом скорость выпадения осадка такова, что образующаяся твердая фаза представлена в основном глобулами аморфного вещества, обладающими большой удельной поверхностью и поэтому способными адсорбировать необходимое количество жидкого горючего, обеспечивая тем самым получение физически стабильного взрывчатого вещества при равномерном объемном распределении жидкого горючего.

При введении указанного количества жидкого горючего в раствор окислителя со скоростью более 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя кристаллизация окислителя протекает настолько быстро, что получаемая суспензия теряет жидкотекучесть еще до полного введения необходимого количества жидкого горючего, что влечет резкое ухудшение объемного распределения жидкого горючего и расслаивание полученной массы.

Введение жидкого горючего в раствор окислителя в количестве, меньшем 25% от массы раствора окислителя, нецелесообразно по причине того, что для получения сбалансированного взрывчатого вещества потребуется либо увеличение доли растворяемого окислителя, что ведет к повышению содержания воды в полученном взрывчатом веществе и неоправданному увеличению затрат на растворение окислителя, либо дополнительное введение жидкого горючего в количестве, большем, чем могут удержать гранулы остальной части окислителя, что ведет к получению физически нестабильного взрывчатого вещества.

Введение в раствор окислителя жидкого горючего в количестве, большем 55% от массы раствора окислителя, приводит к неполной адсорбции вводимого количества горючего частицами окислителя и расслаиванию получаемой суспензии и тем самым к получению недостаточно физически стабильного взрывчатого вещества.

Содержание жидкого горючего в смеси 4-7 мас.% обеспечивает получение физически стабильного взрывчатого вещества с кислородным балансом, равным или близким к нулю.

Последовательность проведения операций в соответствии с заявленным способом способствует повышению физической стабильности взрывчатого вещества и улучшению равномерности объемного распределения жидкого горючего при одновременном упрощении способа и повышении безопасности ведения работ.

Охлаждение суспензии до полной кристаллизации преследует цель получения массы, которая содержит до 35 мас.% жидкого горючего, т.е. имеет резко отрицательный кислородный баланс, вследствие чего не является взрывоопасной, а поэтому может доставляться при необходимости непосредственно к местам приготовления и использования взрывчатого вещества.

Дополнительное введение жидкого горючего в количестве до 2,5% от массы остальной части окислителя позволяет уменьшить долю растворяемой части окислителя, а следовательно снизить содержание воды во взрывчатом веществе и затраты на растворение окислителя.

Пример 1. 1812 г окислителя в виде гранулированного нитрата аммония растворяют при 106^oC в 158 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1084 г мазута (55% от массы раствора) со скоростью 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя, и образовавшуюся суспензию смешивают с 16948 г гранулированного нитрата аммония. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 93,8; мазут 5,42; вода 0,78. Половину смеси засыпают в стальную трубу с внутренним диаметром 98 мм, толщиной стенки 8 мм и длиной (высотой) 1350 мм с приваренным днищем и испытывают на полноту детонации при использовании в качестве промежуточного детонатора шашки из литого тротила массой 50 г. Вторую половину смеси засыпают в полиэтиленовую трубу аналогичных размеров со съемным перфорированным днищем. Через 1, 3 и 5 сут из верхней и нижней частей трубы отбирают пробы и анализируют на содержание жидкого горючего, после чего определяют коэффициенты стекания (К₁, К₃ и К₅ соответственно), равные отношению содержания жидкого горючего в верхней и нижней частях трубы. Вытекание горючего из трубы контролируют визуально. Насыпную плотность заряда (d, г/см³) определяют как среднее значение замеров в обеих трубах.

Полученное взрывчатое вещество имеет: насыпную плотность d = 0,95; коэффициенты стекания К₁ = 0,98; К₃ = 0,98; К₅ = 0,98, что свидетельствует о высокой физической стабильности заряда. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 2. 2717 г нитрата аммония растворяют при 80^oC в 479 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 800 г (25% от массы раствора) дизельного топлива со скоростью 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя и образовавшуюся суспензию смешивают с 16004 г нитрата аммония. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 93,60; дизельное топливо 4,00; вода 2,40. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,94; К₁ = 0,97; К₃ = 0,97; К₅ = 0,97. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 3. 1949 г нитрата аммония растворяют при 100^oC в 217 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1191 г (55% от массы раствора) минерального масла со скоростью 0,0017 г/с на 1 г раствора окислителя и образовавшуюся суспензию смешивают с 15155 г нитрата аммония и 1488 г нитрата натрия. Получают 20000 г смеси состава. мас.%: нитрат аммония 85,52; нитрат натрия 7,44; минеральное масло 5,96; вода 1,08. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,97; К₁ = 0,98; К₃ = 0,98; К₅ = 0,98. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 4. 4170 г нитрата аммония растворяют при 95^oC в 526 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1174 г (25% от массы раствора) растительного масла со скоростью 0,0010 г/c на 1 г раствора окислителя и образовавшуюся суспензию смешивают с 12120 г нитрата аммония и 2010 г нитрата калия. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 81,47; нитрат калия 10,05; растительное масло 5,87; вода 2,63. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,96; К₁ = 0,98; К₃ = 0,98; К₅ = 0,98. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 5. 3065 г нитрата аммония, 200 г нитрата натрия и 140 г нитрата калия растворяют при 105^oC в 340 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1400 г (37% от массы раствора) минерального масла со скоростью 0,006 г/с на 1 г раствора окислителя, образовавшуюся суспензию охлаждают до полной кристаллизации и смешивают с 10335 г нитрата аммония, 3000 г нитрата натрия и 1520 г нитрата калия. Получают 20000 г смеси состава, мас. %: нитрат аммония 67,00; нитрат натрия 16,00; нитрат калия 8,30; минеральное масло 7,00; вода 1,70. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,94; К₁ = 0,95; К₃ = 0,95; К₅ = 0,95. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 6. 2250 г нитрата аммония растворяют при 80^oC в 397 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 663 г (25% от массы раствора) дизельного топлива со скоростью 0,014 г/с на 1 г раствора окислителя, образовавшуюся суспензию охлаждают до полной кристаллизации и по истечении 1 сут смешивают с 16281 г нитрата аммония, дополнительно вводя 409 г (2,5% от массы остальной части окислителя) отработанного минерального масла. Получают 20000 г состава, мас.%: нитрат аммония 92,66; дизельное топливо 3,3; минеральное масло 2,05; вода 1,99. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,93; К₁ = 0,96; К₃ = 0,96; К₅ = 0,96. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 7. 1908 г нитрата аммония растворяют при 105^oC в 161 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 890 г (43% от массы раствора) минерального масла со скоростью 0,01 г/с на 1 г раствора окислителя и образовавшуюся суспензию смешивают с 15272 г нитрата аммония и 1466 г четырехводного нитрата кальция, дополнительно вводя 252 г (1,5%) дизельного топлива. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 85,90; нитрат кальция (в пересчете на безводный) 5,39; минеральное масло 4,45; дизельное топливо 1,26; вода 3,00. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,95; К₁ = 0,97; К₃ = 0,97; К₅ = 0,97. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Пример 8. Осуществляют операции по примеру 3 за исключением того, что минеральное масло вводят со скоростью 0,0005 г/с на 1 г раствора окислителя.

Результаты анализа и испытаний идентичны полученным в примере 3.

Примеры 9-13 соответствуют осуществлению способа вне заявленных пределов режимных параметров.

Пример 9. Осуществляют операции по примеру 1 за исключением того, что мазут вводят со скоростью 0,020 г/с на 1 г раствора окислителя. Полученная суспензия полностью теряет жидкотекучесть до того, как вводят все количество мазута, в результате чего 1/3 часть его отслаивается, покрывая поверхность закристаллизовавшейся суспензии.

Пример 10. Осуществляют операции по примеру 2 за исключением того, что дизельное топливо вводят со скоростью 0,022 г/с на 1 г раствора окислителя. Полученная суспензия теряет жидкотекучесть к моменту окончания введения дизельного топлива, при этом 1/4 часть его отслаивается в свободном виде.

Пример 11. 4487 г нитрата аммония растворяют при 80^oC в 633 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1057 г (20% от массы раствора) дизельного топлива со скоростью 0,01 г/с на 1 г раствора окислителя и полученную суспензию смешивают с 13658 г нитрата аммония. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 90,73; дизельное топливо 5,29; вода 3,98. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,95; К₁ = 0,96; К₃ = 0,96; К₅ = 0,96. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - неполная (участок трубы длиной 270 мм остался неразрушенным).

Пример 12. 2250 г нитрата аммония растворяют при 80^oC в 397 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 529 г (20% от массы раствора) дизельного топлива со скоростью 0,01 г/с на 1 г раствора окислителя и полученную суспензию смешивают с 16281 г нитрата аммония, дополнительно вводя 543 г (3,3%) дизельного топлива. Получают 20000 г смеси состава, мас.%: нитрат аммония 92,66; дизельное топливо 5,35; вода 1,99. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет: d = 0,95; К₁ = 0,94; К₃ = 0,90; К₅ =0,85. Из трубы вытекло 142 г дизельного топлива. Детонация - полная.

Пример 13. 1623 г нитрата аммония растворяют при 100^oC в 180 мл воды, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании 1082 г (60% от массы раствора) минерального масла со скоростью 0,01 г/с на 1 г раствора окислителя. По окончании введения горючего образовавшаяся суспензия загустела, а 1/10 часть жидкого горючего осталась непоглощенной.

Пример 14 (прототип). 17954 г гранулированного нитрата аммония смешивают с 1146 г дизельного топлива, добавляют к смеси 900 г воды, перемешивают до полного смачивания гранул нитрата аммония, выдерживают полученную массу в течение 10 сут, после чего дополнительно перемешивают. Получают 20000 г смеси состава, мас. %: нитрат аммония 89,77; дизельное топливо 5,73; вода 4,5. Смесь анализируют и испытывают по примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет насыпную плотность d = 0,98 и коэффициенты К₁ = 0,97; К₃ = 0,95 и К₅ = 0,94, которые свидетельствуют о частичном стекании дизельного топлива в нижние слои заряда, т.е. о недостаточной физической стабильности заряда. Вытекание горючего отсутствует. Детонация - полная.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получить по сравнению с прототипом более физически стабильное взрывчатое вещество (К₁ = К₃ = К₅) с достаточно равномерным объемным распределением жидкого горючего (К_1,3,5 = 0,95-0,98) и насыпной плотностью заряда d = 0,94-0,97, которая может быть повышена до 1,05-1,20 при пневмозаряжании скважин. Кроме того, обеспечивается упрощение способа получения взрывчатого вещества и повышение безопасности ведения работ.

Формула изобретения

1. Способ получения взрывчатого вещества путем смешения окислителя, жидкого горючего и воды, отличающийся тем, что предварительно растворяют часть окислителя в воде при нагревании, вводят в полученный раствор окислителя при перемешивании жидкое горючее в количестве 25 55% от массы раствора окислителя, после чего смешивают образовавшуюся суспензию с остальной частью окислителя до обеспечения содержания жидкого горючего 4 7 мас. при этом жидкое горючее вводят в раствор окислителя со скоростью не более 0,018 г/с на 1 г раствора окислителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешением с остальной частью окислителя суспензию охлаждают до полной кристаллизации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смешении суспензии с остальной частью окислителя дополнительно вводят жидкое горючее, которое берут в количестве до 2,5% от массы остальной части окислителя.

4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что в качестве жидкого горючего используют мазут, минеральное масло, растительное масло, дизельное топливо или их смесь.