способ приготовления аммиачно-селитренных эмульсионных взрывчатых веществ (гранулита эт)

Формула изобретения

Способ приготовления аммиачно-селитренных эмульсионных взрывчатых веществ, включающий предварительную подготовку обратной водно-масляной эмульсии и смешение ее с гранулированной аммиачной селитрой и твердым горючим, отличающийся тем, что обратную водно-масляную эмульсию готовят с добавлением твердого горючего, например угля, или алюминиевого порошка, или пенополистирола, взятого в количестве 5 - 40 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к взрывных работ и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для изготовления эмульсионных аммиачноселитренных взрывчатых веществ (ВВ) на местах их потребления.

Аммиачноселитренные ВВ представляют собой смеси гранулированной аммиачной селитры (АС) с жидким горючим (простейшие ВВ) или с эмульсией (эмульсионные ВВ), в этом случае эмульсия представляет собой смесь жидкого горючего (нефтепродукта) с водой и эмульгатором. Взрывчатые вещества должны обладать нулевым кислородным балансом, т.е. их составы содержат сбалансированное количество окислителя (АС) и горючего, так аммиачноселитренные ВВ (игданиты) содержат 94,5% АС и 5,5% жидкого горючего.

Известен способ получения аммиачноселитренных ВВ [1], по которому ВВ получают путем механического смешения гранулированной АС и жидкого горючего - дизельного топлива (ДТ), взятых в количестве, необходимом для достижения нулевого кислородного баланса. Данный способ получения отличается простотой и доступностью и используется непосредственно на местах производства взрывных работ, что в настоящее время имеет большое значение ввиду дефицита заводских взрывчатых веществ.

Однако полученные по этому способу ВВ обладают невысокой энергией взрыва (теплота взрыва Q = 900-920 ккал/кг), вследствие чего они пригодны только для взрывания пород крепостью f 8 по шкале проф. М.М.Протодьяконова.

Известен способ приготовления эмульсионных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ - [2], заключающийся в предварительной подготовке обратной водомасленной эмульсии и смешении ее с твердой аммиачной селитрой и твердым горючим. Сущность способа заключается в том, что предварительно из нефтепродукта и воды (или раствора АС) готовят водно-масляную эмульсию типа "вода в масле", так называемую "обратную эмульсию", которую затем смешивают с гранулами АС и твердым горючим в количестве необходимом для достижения нулевого кислородного баланса. Водно-масляная эмульсия образуется при смешении нефтепродукта, содержащего эмульгатор (органический компонент) с водой. Полученная водно-масляная эмульсия представляет собой подвижную сметанообразную массу, состоящую из микрокапель воды, заключенных в оболочку органического компонента (нефтепродукта). Высокая дисперсность эмульсии - размер капель эмульсии порядка 100 мкм обуславливает ее повышенную вязкость и стабильность. Смешение гранулированной АС с твердым горючим и водно-масляной эмульсией повышает стабильность полученных ВВ, т.к. благодаря присутствию эмульгатора (поверхностно- активное вещество) и воды образуются мицеллы, при этом гидрофильные группы окружены гидрофильными, а гидрофобные - гидрофобными. Такое состояние является наиболее энергетически выгодным, т.е. система будет устойчивой. Благодаря наличию функциональных групп повышается удерживающая способность гранул АС, так как гидрофильные группы хорошо удерживаются на поверхности гранул АС, а гидрофобные - удерживают нефтепродукт. Вследствие этого в эмульсионных аммиачноселитренных ВВ практически отсутствуют процессы миграции нефтепродукта как при хранении ВВ, так и при его пневмозаряжании.

Данный способ получения аммиачноселитренных эмульсионных ВВ [2] наиболее близок предлагаемому способу и взят за прототип предлагаемого изобретения.

Таким образом, благодаря использованию водно-масляной эмульсии и твердого горючего получают стабильные при хранении и безопасные ВВ. Однако в процессе смешивания твердей аммиачная селитру, твердого горючего и водомасляной эмульсии, при добавлении тонкодисперсного (размер частиц 10-50 мк) твердодисперсного горючего (угля, алюминия и т.п.) в зоне перемешивания возникают концентрации аэрозоля значительно превышающие значения нижнего концентрационного предела взрываемости аэрозоля твердого горючего (для аэрозоле алюминия, например, НКП = 40 г/м³. Образование высоких концентраций аэрозоля твердого горючего в зоне приготовления взрывчатого вещества значительно повышает уровень опасности процесса приготовления ВВ.

Кроме того, схема технологического процесса при котором перемешивается твердая аммиачная селитра, тонкодисперсное твердое горючее и водно-масляная эмульсия из-за более высокой адгезионной способности последней по отношению к твердому горючему, чем к аммиачной селитре, приводит к образованию агрегатов из твердого горючего в виде окатышей размером 10-30 мм, что значительно снижает однородность получаемой взрывчатой смеси, а следовательно и резко уменьшает энергетические характеристики приготовленного ВВ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности приготовления и энергии взрыва получаемых взрывчатых веществ с одновременным улучшением их сыпучих свойств.

Поставленная задача достигается использованием обратной водно- масляной эмульсии, которую готовят с добавлением твердого горючего взятого в количестве 5-40 мас. %. В качестве твердого горючего используют уголь или алюминиевый порошок или полистирол, так как они обладают высокой теплотой сгорания (Q).

Добавление твердого горючего, обладающего высоким Q к водно-масляной эмульсии, с последующим смешиванием с аммиачной селитрой, позволяет значительно повысить безопасность процесса приготовления ВВ, однородность приготавливаемой смеси, и как следствие, его работоспособность A (энергию взрыва). Для этого используют любые твердые горючие с высоким Q и их смеси. Особенно эффективным в этом отношении представляется уголь, теплота сгорания которого доходит до 6600 ккал/кг и выше. Благодаря этому возможно изготовление высокоработоспособных (мощных) эмульсионных ВВ непосредственно на местах производства взрывных работ. Кроме повышения энергии взрыва добавление твердого горючего в эмульсию позволяет придать эмульсионным ВВ свойства сыпучести, что дает возможность готовить и заряжать предлагаемые эмульсионные ВВ (гранулит ЭТ) с использованием имеющихся технологий, пунктов приготовления и зарядного оборудования.

При изготовлении предлагаемых эмульсионных ВВ твердое горючее (алюминиевый порошок, уголь, пенополистирол) добавляют в эмульсию в количестве 5 - 40% от массы эмульсии. Добавление твердого горючего менее 5% резко снижает теплоту взрыва приготовляемого ВВ, а следовательно и его работоспособность. Чем выше процент добавленного твердого горючего, тем выше работоспособность получаемого ВВ, однако добавление его свыше 40% (уже 40,5%) нарушает кислородный баланс получаемого ВВ, а взрывание несбалансированного ВВ ведет к более высокому выделению ядовитых газов при взрыве, снижению эффективности взрыва, появлению негабарита и т.д.

В следующей таблице приведены значения теплоты взрыва и работоспособности предлагаемых эмульсионных ВВ в зависимости от% добавления твердого горючего на примере алюминиевого порошка. Данные получены расчетным путем, а также на основании экспериментальных работ, проведенных в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Пример осуществления способа.

Пример 1. Предлагаемый способ получения эмульсионного гранулята ЭТ был осуществлен в химической лаборатории АО "Жезказганцветмет". Для получения гранулята ЭТ было приготовлено 1000 г обратной водно-масляной эмульсии. Для приготовления использовалась смесительная установка "Сирена" (Златоустовский машиностроительный з-д) с электродвигателем. Перемешивание осуществлялось за счет акустических колебаний. В установку поместили 450 г (45% от массы эмульсии) воды и предварительно подготовленную смесь дизельного топлива с эмульгатором. В качестве эмульгатора использовали натриевую соль жирных карбоновых кислот (фракция C₁₂-C₂₁). Возможно использование и других эмульгаторов аналогичного типа. Смесь из дизельного топлива (464 г) и эмульгатора (36 г) нагрели до 70^oC и после полного растворения эмульгатора (при перемешивании) соединили с водой в установке "Сирена". Для приготовления эмульсии потребовалось 1,5 мин работы "Сирены". В остывшую водно-масляную эмульсию добавили 50 г (5% от массы эмульсии) алюминиевого порошка марки ПА-1. При перемешивании (вручную, механически) была получена устойчивая однородная эмульсия, не подверженная расслоению в течение 6-7 дн.

Известно, что для получения аммиачноселитренного ВВ с нулевым кислородным балансом на 94,5 г окислителя (аммиачной селитры) должно приходиться 5,5 г горючего. Используемый для получения эмульсии эмульгатор (соли жирных карбоновых кислот) также является горючим, поэтому полученный 1 кг эмульсии содержит 550 г горючего (464 г жидкого горючего (ДТ)+50 г твердого горючего (алюминиевый порошок)+36 г эмульгатора).

Решая пропорцию:

94,5 г окислителя (АС) -5,5 г горючего

X окислителя - 550 г горючего, находим X - необходимое количество окислителя гранулированной аммиачной селитры. X = 9450 г.

Гранулы АС (ГОСТ 2-85, марка А) в количестве 9450 г смешали с полученной эмульсией и получили 10450 г эмульсионного гранулята ЭТ с нулевым кислородным балансом и стабильного в течении двух недель. Испытания полученного гранулята ЭТ (с 5% добавлением Al-порошка) показали, что его теплота взрыва Q составляет 1000 ккал/кг, а работоспособность A - 350 см³, что выводит его по энергии взрыва на уровень гранулятов A-4, A-6, AC-4B.

Пример 2. Для приготовления обратной водно-масляной эмульсии было взято 450 г воды, 114 г дизельного топлива и 36 г эмульгатора. В полученную на установке "Сирена" эмульсию добавили 400 г (40% от массы эмульсии) алюминиевого порошка марки ПА-4 и после перемешивания соединили с расчетным количеством гранулированной аммиачной селитры. На 550 г горючего (114г ДТ + 400 г Al-порошка + 36 г эмульгатора) требуется 9450 г АС. После перемешивания полученной эмульсии (с 40% добавлением твердого горючего) с окислителем (гранулированном АС) было получено 10450 г гранулита ЭТ, теплота взрыва которого составила Q = 1242 ккал/кг, а работоспособность A = 410 см³, что сопоставимо с наиболее мощными ВВ - алюмотолом и граммоналом А-45, т.е. гранулит ЭТ можно использовать для взрывания крепких пород f10.

Испытания также показали, что предлагаемый гранулит ЭТ в отличие от прототипа имеет сыпучие свойства, что позволяет готовить и заряжать его с использованием уже разработанных технологий и оборудования.

На практике, вследствие очень высокой стоимости алюминиевого порошка использоваться гранулит ЭТ с добавлением Al-порошка в количестве 15% от массы эмульсии (или другие твердые горючие), что позволит получить мощное и экономически выгодное взрывчатое вещество.

Пример 3. Для приготовления водно-масляной обратной эмульсии в качестве твердого горючего был использован уголь пылевидный ТУ 12.36.210-91 дисперсностью до 0,07 мм.

В установку "Сирена" поместили 450 г (45% от массы эмульсии) воды и предварительно подготовленную смесь дизельного топлива с эмульгатором. В качестве эмульгатора использовали натриевую соль жирных карбоновых кислот (фракция C₁₇-C₂₁). Смесь из дизельного топлива (314 г) и эмульгатора (36 г) нагрели до 70^oC и после полного растворения эмульгатора (при перемешивании) соединили с водой в установке "Сирена". Для приготовления эмульсии потребовалось 1,5 мин работы "Сирены". В остывшую водно-масляную эмульсию добавили 200 г (20% от массы эмульсии) угольного порошка дисперсностью до 0,07 мм. При перемешивании была получена устойчивая эмульсия черного цвета, не подверженная расслаиванию в течение 6-7 дн.

На 550 г горючего (314 г ДТ + 200 г угля + 36 г эмульгатора) для нулевого кислородного баланса требуется 9450 г аммиачной селитры. Гранулы АС (ГОСТ 2-85, марка A) в количестве 9450 г смешали с полученной эмульсией и получили 10450 г эмульсионного гранулита ЭТ с нулевым кислородным балансом и стабильного в течение трех недель. Испытания полученного гранулита ЭТ (с 20% добавлением угольного порошка) показали, что его теплота взрыва Q составляет 1100 ккал/кг, а работоспособность A = 390 см (, что соответствует взрывчатым веществам с высокой энергией взрыва, пригодным для взрывания крепких пород f10.