Водосодержащее морозоустойчивое экологически чистое взрывчатое вещество
Владельцы патента RU 2246473:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" ( ФГУП "НИИПМ") (RU)
Изобретение относится к области создания безопасных водогельных промышленных взрывчатых веществ для взрывных работ в горнодобывающей промышленности с использованием подлежащих утилизации индивидуальных взрывчатых веществ, порохов, топлив и их компонентов. Предложено водосодержащее взрывчатое вещество, содержащее нитрат аммония, криогенную добавку, загуститель, структурирующие добавки, воду и комплексную систему - взрывчатый сенсибилизатор с химическим поглотителем галогенсодержащих токсичных газов, образующихся в результате взрывчатого превращения. Изобретение направлено на создание экологически безопасного взрывчатого вещества со стабильной детонационной активностью независимо от состава утилизируемого в нем материала. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
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”.
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.
