Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества

Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества

Реферат

 

Изобретение относится к технологии получения водосодержащих взрывчатых веществ, используемых преимущественно в горнодобывающих отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в водном растворе, содержащем загуститель, при нагревании растворят до насыщения 30-60 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя, вводят в раствор окислителя при перемешивании жидкий сенсибилизатор, после чего в полученную суспензию вводят в качестве твердого сенсибилизатора остальные 40-70 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя в виде пористых гранул. В качестве жидкого сенсибилизатора могут быть использованы дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло или их смесь при расходе 4-7% от массы взрывчатого вещества. Достигаемый результат заключается в получении физически стабильного водоустойчивого взрывчатого вещества с равномерным объемным распределением жидкого сенсибилизатора. Взрывчатое вещество не содержит в своем составе дорогостоящие тротил или алюминий, обладает стабильными детонационными характеристиками при пониженной на 8-52^oC температуре смешения раствора окислителя с сенсибилизатором и, соответственно, температуре заряжания в скважину, что повышает безопасность ведения работ. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения водосодержащих взрывчатых веществ и может быть преимущественно использовано в горнодобывающих отраслях промышленности.

Известен способ получения водосодержащего взрывчатого вещества типа "сларри" (Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. М. : Недра, 1989, с.66-81), заключающийся в смешении жидкой и твердой фаз, при этом жидкой фазой является загущенный гуаргамом водный раствор окислителя, преимущественно нитрата аммония, который дополнительно структурируют солями хрома, алюминия, железа и др., а твердая фаза состоит из частиц твердого окислителя и горючих добавок, выполняющих в ряде случаев одновременно и роль сенсибилизатора. Из твердых горючих-сенсибилизаторов применяют тротил и алюминиевые порошки. Кроме них в состав взрывчатого вещества вводят дополнительные горючие добавки - порошки угля, серу, жидкие нефтепродукты и др.

Основными недостатками способа являются неудовлетворительные физическая стабильность и равномерность объемного распределения горючих компонентов взрывчатого вещества, в связи с чем для исключения расслаивания суспензии и для придания системе строго определенных вязкостно-гравитационных свойств непосредственно при заряжании в суспензию вводят дополнительное количество гуаргама и/или структурообразователя, т.е. процесс загущения продолжается во время прохождения смеси по зарядному шлангу и в самой скважине.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания.- М.: Недра, 1977, с.78-79), заключающийся в растворении при нагревании окислителя в водном растворе, содержащем загуститель, и смешении полученного раствора окислителя при температуре не ниже 90^oC с твердым сенсибилизатором, в качестве которого используют тротил или алюминий.

Основными недостатками способа являются неудовлетворительные физическая стабильность и водоустойчивость взрывчатого вещества, использование в качестве твердого сенсибилизатора дорогостоящих и дефицитных тротила или алюминия, а также высокие температуры смешения раствора окислителя с твердым сенсибилизатором и заряжания, что снижает безопасность ведения работ.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи получения физически стабильного водоустойчивого взрывчатого вещества, не содержащего в своем составе дорогостоящих и дефицитных тротила или алюминия, за счет использования эквивалентного количества более дешевого и общедоступного жидкого сенсибилизатора и повышения безопасности ведения работ в результате снижения температуры смешения раствора окислителя с сенсибилизатором и, соответственно, заряжания.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающем растворение при нагревании окислителя в водном растворе, содержащем загуститель, и смешение полученного раствора окислителя с твердым сенсибилизатором, в водном растворе, содержащем загуститель, растворяют до насыщения 30-60 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя, вводят в раствор окислителя при перемешивании жидкий сенсибилизатор, после чего в полученную суспензию вводят в качестве твердого сенсибилизатора остальные 40-70 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя в виде пористых гранул.

Решению поставленной задачи способствует то, что в качестве жидкого сенсибилизатора используют дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло или их смесь.

На решение поставленной задачи направлено также то, что жидкий сенсибилизатор вводят в количестве 4-7% от массы взрывчатого вещества.

В качестве окислителя используют преимущественно нитрат аммония, но могут быть использованы и его смеси с нитратами щелочных и щелочноземельных металлов, в частности натрия, калия, кальция, однако на заключительной стадии в качестве твердого сенсибилизатора используют исключительно нитрат аммония в виде пористых гранул.

Сущность изобретения заключается в том, что введение в насыщенный раствор окислителя при перемешивании жидкого сенсибилизатора сопровождается охлаждением получаемой суспензии и быстрой кристаллизацией окислителя, что приводит к образованию значительного числа микрокристаллических частиц окислителя, которые, благодаря большой избыточной поверхностной энергии, адсорбируют всю или большую часть вводимого жидкого сенсибилизатора и равномерно распределяют его по всему объему суспензии. Непоглощенная часть жидкого сенсибилизатора, если таковая имеется, адсорбируется пористыми гранулами окислителя при последующем смешении их с полученной суспензией.

При растворении в водном растворе, содержащем загуститель, до насыщения 30-60 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя и введении в качестве твердого сенсибилизатора остальных 40-70 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя в виде пористых гранул получают физически стабильное взрывчатое вещество, обладающее высокими детонационными характеристиками. Растворение в водном растворе, содержащем загуститель, менее 30 мас. % стехиометрически необходимого количества окислителя и введение в качестве твердого сенсибилизатора более 70 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя приводит к потере жидкотекучести смеси. Растворение в водном растворе, содержащем загуститель, более 60 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя и введение в качестве твердого сенсибилизатора менее 40 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя понижает детонационную способность взрывчатого вещества вплоть до отказа.

Использование в качестве жидкого сенсибилизатора дизельного топлива, мазута, минерального масла, растительного масла или их смеси обусловлено специфическими реологическими и физико-химическими свойствами этих веществ, что позволяет решить поставленную задачу получения физически стабильного водоустойчивого взрывчатого вещества, не содержащего в своем составе тротила или алюминия, и повышения безопасности ведения работ.

Введение жидкого сенсибилизатора в количестве 4-7% от массы взрывчатого вещества позволяет получить взрывчатое вещество с кислородным балансом, равным или близким к нулю.

Пример 1. В 1500 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4% полиакриламида, растворяют до насыщения при 38^oC 3870 г гранулированного нитрата аммония (30 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя). В раствор окислителя вводят при перемешивании 600 г дизельного топлива, после чего в полученную суспензию вводят 9030 г (70 мас.% стехиометрически необходимого количества окислителя) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 9,6; загуститель 0,4; нитрат аммония 86,0; дизельное топливо 4,0.

Часть полученной смеси заливают в картонную обечайку объемом 1 л, а остальное количество - в стальную трубу с внутренним диаметром 98 мм, толщиной стенки 8 мм и длиной 1500 мм с приваренным дном. После полной кристаллизации смеси в картонной обечайке замеряют ее плотность (d), отбирают пробы равной массы из верхней и нижней частей образца, анализируют их на содержание дизельного топлива (жидкого сенсибилизатора), после чего определяют коэффициент его распределения (K), равный отношению содержания жидкого сенсибилизатора в верхней и нижней частях образца. Из средней части образца отбирают пробу массой 200 г, помещают в 2 л стоячей воды при 20^oC и по степени выщелачивания окислителя в течение 1 ч определяют водоустойчивость смеси. Смесь в стальной трубе испытывают на полноту детонации при использовании в качестве промежуточного детонатора шашки из литого тротила массой 50 г.

Полученное взрывчатое вещество имеет плотность d=1,17 г/см³ при коэффициенте распределения K= 1,09. Водоустойчивость составляет 32,4%, детонация полная.

Пример 2. В 1500 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4% SiO₂, растворяют до насыщения при 75^oC 7740 г гранулированного нитрата аммония (60 мас. %). В раствор окислителя вводят при перемешивании 600 г минерального масла, после чего в полученную суспензию вводят 5160 г (40 мас. %) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 9,6; загуститель 0,4; нитрат аммония 86,0; минеральное масло 4,0. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d=1,29 г/см³ при K=1,10. Водоустойчивость 19,5%, детонация полная.

Пример 3. В 1125 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4,5% SiO₂, растворяют до насыщения при температуре 55^oC 2132,5 г гранулированного нитрата аммония, 925 г нитрата натрия и 790 г нитрата кальция (30 мас. %). В раствор окислителя вводят при перемешивании 1050 г растительного масла, после чего в полученную суспензию вводят 8977,5 г (70 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 7,16; загуститель 0,34; нитрат аммония 74,1; нитрат натрия 6,2; нитрат кальция 5,2; растительное масло 7,0. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,18 г/см³ при K=1,07. Водоустойчивость 22,4%, детонация полная.

Пример 4. В 1350 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4% SiO₂, растворяют до насыщения при 82^oC 5710 г гранулированного нитрата аммония, 400 г нитрата калия, 790 г нитрата натрия и 600 г нитрата кальция (60 мас. %). В раствор окислителя вводят при перемешивании 1050 г минерального масла, после чего в полученную суспензию вводят 5040 г (40 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 8,64; загуститель 0,36; нитрат аммония 71,67; нитрат калия 2,67; нитрат натрия 5,26; нитрат кальция 4,4; минеральное масло 7,0. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,26 г/см³ при K=1,09. Водоустойчивость 21,7%, детонация полная.

Пример 5. В 1400 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 14% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, растворяют до насыщения при 62^oC 4080 г гранулированного нитрата аммония и 1000 г нитрата натрия (40 мас.%). В раствор окислителя вводят при перемешивании 900 г мазута, после чего в полученную суспензию вводят 7620 г (60 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 8,03; загуститель 1,30; нитрат аммония 78,0; нитрат натрия 6,67; мазут 6,0. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,20 г/см³ при K = 1,07. Водоустойчивость 34,5%, детонация полная.

Пример 6. В 1400 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4,5 % SiO₂, растворяют до насыщения при 66^oC 5300 г гранулированного нитрата аммония и 700 г нитрата кальция (47 мас.%). В раствор окислителя вводят при перемешивании 204 г минерального масла, 204 г дизельного топлива, 204 г мазута и 204 г растительного масла, после чего в полученную суспензию вводят 6784 г (53 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас. %: вода 8,91; загуститель 0,42; нитрат аммония 80,56; нитрат кальция 4,67; минеральное масло 1,36; дизельное топливо 1,36; мазут 1,36; растительное масло 1,36. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,23 г/см³ при K=1,03. Водоустойчивость 17,2%, детонация полная.

Пример 7. В 1400 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4,5% SiO₂, растворяют до насыщения при 71^oC 7050 г гранулированного нитрата аммония (55 мас. %). В раствор окислителя вводят при перемешивании 744 г растительного масла, после чего в полученную суспензию вводят 5806 г (45 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас. %: вода 8,91; загуститель 0,42; нитрат аммония 85,71; минеральное масло 4,96. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,25 г/см³ при K=1,05. Водоустойчивость 18,8%, детонация полная.

Примеры 8, 9 осуществляют согласно примеру 7 при растворении различной доли окислителя, находящейся вне заявленных пределов.

Пример 8. В 1400 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4,5% SiO₂, растворяют до насыщения при 31^oC 3212 г гранулированного нитрата аммония (25 мас.%). В раствор окислителя вводят при перемешивании 750 г минерального масла, после чего в полученную суспензию вводят 9638 г (75 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Полученная смесь полностью теряет жидкотекучесть и загустевает.

Пример 9. В 1400 г водного раствора, содержащего в качестве загустителя 4,5% SiO₂, растворяют до насыщения при 81^oC 8352 г гранулированного нитрата аммония (65 мас.%). В раствор окислителя вводят при перемешивании 750 г минерального масла, после чего в полученную суспензию вводят 4498 г (35 мас.%) пористых гранул нитрата аммония. Получают 15000 г смеси состава, мас.%: вода 8,91; загуститель 0,42; нитрат аммония 85,67, минеральное масло 5,0. Смесь анализируют и испытывают согласно примеру 1.

Полученное взрывчатое вещество имеет d = 1,32 г/см³ при K = 1,12. Водоустойчивость 17,3%. При испытаниях на полноту детонации произошел отказ.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получить физически стабильное водоустойчивое взрывчатое вещество с равномерным объемным распределением жидкого сенсибилизатора (K = 1,03-1,10), не содержащее в своем составе дорогостоящие и дефицитные тротил или алюминий и обладающее высокими стабильными детонационными характеристиками. Кроме того, данный способ позволяет по сравнению с прототипом на 8-52^oC снизить температуру смешения раствора окислителя с сенсибилизатором и, соответственно, заряжания в скважину, что значительно повышает безопасность ведения работ, особенно при отбойке руд и пород, содержащих примеси сульфидов.

Формула изобретения

\\\1 1. Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающий растворение при нагревании окислителя в водном растворе, содержащим загуститель, и смешение полученного раствора окислителя с твердым сенсибилизатором, отличающийся тем, что в водном растворе загустителя растворяют до насыщения 30-60 мас. % стехометрически необходимого количества окислителя, вводят в раствор окислителя при перемешивании жидкий сенсибилизатор, после чего в полученную суспензию вводят в качестве твердого сенсибилизатора остальные 40-70 мас.% стехометрически необходимого количества окислителя в виде пористых гранул. \\\2 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого сенсибилизатора используют дизельное топливо, мазут, минеральное масло, растительное масло или их смесь. \\\2 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что жидкий сенсибилизатор вводят в количестве 4-7% от массы взрывчатого вещества.