водосодержащее морозоустойчивое экологически чистое взрывчатое вещество

Формула изобретения

1. Водосодержащее взрывчатое вещество, включающее окислитель - нитрат аммония, криогенную добавку, загуститель, структурирующие добавки и воду, отличающееся тем, что oно содержит комплексную систему - взрывчатый сенсибилизатор с химическим поглотителем галогенсодержащих токсичных газов, образующихся в результате взрывчатого превращения, в качестве взрывчатого сенсибилизатора он содержит утилизируемые материалы - пороха, топлива, взрывчатые вещества, окислители и/или их смеси в сочетании с нитратом аммония пористой структуры, а в качестве химического поглотителя галогенсодержащих токсичных газов, образующихся в результате взрывчатого превращения, - нитрат натрия, при этом во взрывчатом сенсибилизаторе соотношение утилизируемых материалов и нитрата аммония пористой структуры выбирается в зависимости от сенсибилизирующей активности утилизируемых материалов в диапазоне 90/10÷20/80 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония 35-76

утилизируемые пороха, топлива,

взрывчатые вещества, окислители и/или

их смеси в сочетании с нитратом аммония

пористой структуры и нитрат натрия 10-50

криогенная добавка 2-5

загуститель 1-3

структурирующие добавки 0,1÷2,0

вода 10÷18

2. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно содержит химический поглотитель галогенсодержащих токсичных газов, образующихся в результате взрывчатого превращения, в количестве 1 г-моль на каждый 1 г-атом галогена в расчете на формулу 1 килограмма утилизируемого материала.

3. Вещество по п.1, отличающееся тем, что поверхность всех компонентов комплексной системы обработана углеводородным маслом в количестве 2-5 мас.% к общему содержанию компонентов комплексной системы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области создания безопасных водогельных взрывчатых веществ (ВВ) для взрывных работ в горнодобывающей промышленности с использованием подлежащих утилизации индивидуальных взрывчатых веществ, порохов, топлив и их компонентов.

Известно водосодержащее морозоустойчивое взрывчатое вещество (Россия, патент №2176632 от 29.03.2001 г.; МКИ С 06 В 25/00; 25/04), содержащее в качестве взрывчатого сенсибилизатора измельченные пороха, топлива, взрывчатые вещества или их смесь.

Недостатком этого ВВ является то, что в качестве взрывчатого сенсибилизатора используется ограниченный круг порохов и топлив, а именно баллиститные ракетные твердые топлива (БРТТ), артиллерийские пороха (АП) и пироксилиновые пороха (ПП). Использование же широкого класса подлежащих утилизации смесевых твердых топлив (СТТ) и их компонентов не рассматривается. Это связано, с одной стороны, со сложностью обеспечения устойчивой детонации таких ВВ, а с другой стороны, с проблемой обеспечения экологической чистоты продуктов их взрывчатого превращения, т.к. продукты разложения СТТ, образующиеся в процессе горения или взрывчатого превращения, содержат, как правило, большое количество галогенсодержащих токсичных газов (HCl, HF, Cl, Cl₂ , ClO, СlО₂, Cl₂O, HOCl, ClF, ClF₃ , ClF₅, SF, SF₂, SF₃, SF₄, SF₅, SOF₂, F₂ и другие).

В вышеуказанном изобретении (пункт 3 формулы) для обеспечения устойчивой детонации ряда порохов и топлив предлагается дополнительное введение невзрывчатого сенсибилизатора в виде стеклянных или полимерных микросфер, что однако приводит к удорожанию ВВ и относительному снижению его энергетической мощности, т.к. данные невзрывчатые сенсибилизаторы являются энергетически неактивными балластными компонентами.

Известны также водогельные взрывчатые вещества (патент России №2180328 от 22.12.2000, МКИ 7 С 06 31/32; патент США кл.149-2, С 06 Н 45/00, С 06 В 33/08, №4038112, заявлено 12.05.75, №576644, опубл. 26.07.77; заявка 99114568/02 от 2.07.99, МКИ 7 С 06 В 31/40; патент №2023945, МКИ 6 С 06 В 31/28 от 25.02.92), которые, однако, имеют те же недостатки. Большинство из них также содержат дополнительно к взрывчатому сенсибилизатору балластный невзрывчатый сенсибилизатор - различные воздухосодержащие материалы (пустотелые микросферы, окислы металлов и т.п.).

Известны взрывчатые вещества (US 93171843 от 22.12.93, US 9316076 от 10.02.93, US 92877133 1.05.92, 140-2; 149-46 С 06 B 31/28), в которых дополнительную сенсибилизацию осуществляют путем химической реакции в процессе изготовления взрывчатого вещества с образованием дисперсии газовых пузырьков. Такой способ приводит к удорожанию себестоимости изготовления ВВ и не обеспечивает воспроизводимости детонационных свойств, т.к. трудно контролировать и регулировать структуру образовавшейся дисперсии газовых пузырьков, изменяющуюся в зависимости от условий техпроцесса и различных внешних факторов.

За прототип нами был выбран вариант (Россия, патент №2176632 от 29.03.01; МКИ С 06 В 25/00; 25/04), наиболее близкий по составу и способу изготовления. Данный прототип имеет ряд приведенных выше недостатков. Главным из них является то, что ассортимент утилизируемых порохов, топлив и взрывчатых веществ (БРТТ; АП; ПП), используемых в его составе в качестве сенсибилизатора, весьма ограничен с позиций экологической чистоты продуктов их взрывчатого превращения. Большинство же подлежащих утилизации смесевых твердых топлив и порохов и их компонентов содержат в своем составе вещества, образующие при разложении в процессе горения или взрывчатого превращения токсичные галогенсодержащие газы. Их использование в качестве взрывчатого сенсибилизатора в составе прототипа не предусмотрено.

Кроме того, присутствие в составе прототипа большого количества функциональных добавок, в том числе балластных (стеклянная микросфера, оксиды металлов), с точки зрения энергетики приводит к некоторому снижению оптимального значения мощности ВВ. С другой стороны, в их отсутствии не всегда обеспечивается стабильность детонационной активности ВВ, например, при использовании низкочувствительных топлив и порохов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание взрывчатого вещества с улучшенными по сравнению с прототипом эксплуатационными свойствами - повышенной экологической безопасностью, стабильностью детонационной активности независимо от состава утилизируемого материала при сохранении уровня морозостойкости взрывчатого вещества.

Технический результат достигается путем введения в состав взрывчатого вещества комплексной системы взрывчатого сенсибилизатора с химическим поглотителем токсичных газов и криогенной добавки.

Предложено:

Водосодержащее морозоустойчивое взрывчатое вещество, включающее окислитель - нитрат аммония, взрывчатый сенсибилизатор, криогенную добавку, загуститель, структурирующие добавки и воду, отличается тем, что содержит в качестве взрывчатого сенсибилизатора утилизируемые материалы - пороха, топлива, взрывчатые вещества, окислители и/или их смеси в сочетании с нитратом аммония (НА) пористой структуры и химический поглотитель галогенсодержащих токсичных газов, образующихся в результате взрывчатого превращения, - нитрат натрия, при следующем соотношении компонентов:

Компоненты предлагаемого ВВ взяты в следующем соотношении: мас.%:

- нитрат аммония 35...76

- комплексная система: взрывчатый

сенсибилизатор с химическим поглотителем

галогенсодержащих токсичных газов 10...50

- криогенная добавка 2...5

- загуститель 1...3

- структурирующие добавки 0.1...2.0

- вода 10...18

Положительный эффект от использования предлагаемого ВВ, содержащего комплексную систему взрывчатого сенсибилизатора с химическим поглотителем галогенсодержащих токсичных газов, заключается в том, что продукты взрывчатого превращения такого ВВ практически не содержат экологически вредных веществ при любом ассортименте и соотношении утилизируемых материалов в составе взрывчатого сенсибилизатора. Это позволяет расширить ассортимент утилизируемых материалов: порохов, топлив, взрывчатых веществ, окислителей и/или их смесей.

Компоненты, входящие в состав комплексной системы, выполняют следующие функции:

1. Утилизируемые материалы:

пороха, топлива, ВВ, окислители

и/или их смеси - взрывчатый сенсибилизатор

2. Нитрат аммония пористой

структуры - взрывчатый сенсибилизатор

3. НИТРАТ натрия - химический поглотитель

галогенсодержащих токсичных газов

и продуктов неполного

окисления углерода.

Причем соотношение их варьируется в зависимости от сенсибилизирующей активности утилизируемых порохов, топлив, ВВ, окислителей таким образом, чтобы кислородный баланс стремился к нулю. Содержание нитрата натрия выбирается при этом исходя из состава утилизируемого материала. Расчет осуществляется на формулу 1 килограмма утилизируемого материала при условии, что нитрат натрия берется к количестве 1 г-моль на 1 г-атом галогена в утилизируемом материале.

Соотношение утилизируемых материалов и нитрата аммония пористой структуры в составе комплексного взрывчатого сенсибилизатора выбирается в зависимости от сенсибилизирующей активности утилизируемых материалов в диапазоне - нитрат аммония пористой структуры/утилизируемый материал = 90/10...20/80.

При этом при использовании утилизируемых материалов любой мощности обеспечивается детонационная активность предлагаемого взрывчатого вещества и экологическая чистота продуктов его взрывчатого превращения.

Для обеспечения воспроизводимости детонационных свойств, в том числе стабильности срабатывания от детонационного импульса, после возможного воздействия различных атмосферных факторов (колебания температуры, давления, влажности воздуха) предлагается обрабатывать не подлежащие растворению компоненты комплексной системы (нитрат аммония пористой структуры и утилизируемые материалы) любым углеводородным маслом. Такая обработка создает защитную масляную пленку между твердым компонентом и водосодержащим гелем и дает следующие положительные результаты:

- предотвращает растворение пористого нитрата аммония при изменении условий равновесия насыщенного раствора, что могло бы привести к снижению детонационной чувствительности и мощности ВВ;

- предотвращает проникновение водного раствора в пористую структуру нитрата аммония, что могло бы привести к снижению эффекта сенсибилизации за счет уменьшения пористости.

Необходимое количество масла выбирается в пределах 2...5 мас.% к общему содержанию компонентов комплексной системы в зависимости от вязкостных характеристик используемого масла.

В таблице приведены основные характеристики различных вариантов предлагаемого ВВ в сравнении с прототипом.

Очевидно, что расширение ассортимента утилизируемых энергоемких материалов, в том числе образующих галогенсодержащие газы, при использовании комплексной системы сенсибилизации и поглощения токсичных газов не приводит к ухудшению основных эксплуатационных свойств ВВ при одновременном повышении его экологической безопасности и безопасности техпроцесса его изготовления.

Состав отработан и опробован с положительным эффектом в опытном производстве ФГУП “НИИПМ”.