способ приготовления промышленного взрывчатого вещества

Формула изобретения

1. Способ приготовления промышленного взрывчатого вещества на основе аммиачной селитры, включающий смешение и пропитку гранул аммиачной селитры жидким горючим, отличающийся тем, что смешение и пропитку гранул аммиачной селитры жидким горючим осуществляют в сплошной суспензионной фазе, при этом одновременно осуществляют разрушение микроструктуры кристаллов аммиачной селитры путем ультразвукового воздействия на суспензию, а затем осуществляют отжим пропитанных жидким горючим гранул аммиачной селитры от избытка жидкого горючего.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжим пропитанных жидким горючим гранул аммиачной селитры от избытка жидкого горючего осуществляют при ультразвуковом воздействии на суспензию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии приготовления промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) на основе гранулированной аммиачной селитры и жидкого горючего, предназначенных для проведения взрывных работ в горно-рудной промышленности и строительстве.

Известен способ приготовления промышленных взрывчатых веществ из гранулированной аммиачной селитры с применением пропитки ее жидким горючим, согласно которому гранулы селитры сначала обрабатывают жидким горючим, а затем покрывают порошкообразным горючим материалом, например алюминиевой пудрой [1]. Поскольку гранулированная селитра имеет характерный размер порядка (0.5-3.0) мм, то распределение горючего и окислителя в такой смеси будет существенно неоднородным, что приведет к потере мощности ПВВ на ее основе.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ приготовления ПВВ на основе гранулированной селитры и жидкого горючего [2], согласно которому перед смешением гранулам аммиачной селитры и капелькам распыляемого топлива сообщают равные противоположные электрические заряды, что приводит к повышению физической стабильности получаемой взрывчатой смеси. Вызывает сомнение утверждение авторов о равенстве по абсолютной величине электрических зарядов столь разнородных по размерам и трибоэлектрической природе частиц, что предопределяет наряду со свойственной такой взрывчатой смеси неоднородностью также невозможность дополнительного введения в таким образом обрабатываемую взрывчатую смесь токопроводящих горючих добавок (например, алюминия).

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа приготовления ПВВ на основе гранулированной аммиачной селитры и жидкого горючего, обладающих существенной однородностью по распределению в их объеме горючего и окислителя, что позволит повысить эффективность применения таких ПВВ как за счет повышения скорости их детонации, так и улучшения восприимчивости к инициирующему импульсу.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе приготовления ПВВ смешение и пропитку гранул аммиачной селитры жидким горючим осуществляют в сплошной суспензионной фазе одновременно с операцией разрушения микроструктуры кристаллов аммиачной селитры путем ультразвукового воздействия на суспензию, чем достигается интенсификация взаимосвязанных процессов образования дефектов (дислокации и трещин) в кристаллической структуре селитры и проникновения в нее жидкой фазы. Это приводит к увеличению однородности впитывания гранулами селитры жидкого горючего вследствие образования в гранулах селитры микропористой структуры. Проведение последующей операции отжима требуется для удаления несвязанных излишков жидкого горючего.

Другое отличие заключается в том, что операцию отжима гранул аммиачной селитры от избытка жидкого топлива также осуществляют при ультразвуковом воздействии на суспензию. Это позволяет избавиться от излишков жидкой горючей фазы и обеспечить требуемый кислородный баланс взрывчатой смеси. Таким образом, например, достигается оптимальное содержание дизельного топлива в смеси с аммиачной селитрой (3-6% об.).

Известно [4], что физические воздействия на кристаллическую структуру твердых ВВ типа магнитоимпульсного, СВЧ или ультразвукового воздействия различной интенсивности могут как способствовать развитию структурных несовершенств кристаллической решетки в виде дислокаций, так и возникновению обратного процесса аннигиляции отдельных дислокации (с антипараллельными векторами Бюргера) с восстановлением совершенной структуры. Таким образом, воздействие на кристаллы твердого ВВ физическими полями различной интенсивности могут привести как к сенсибизации кристаллического ВВ, приводящей к повышению его чувствительности к внешним воздействиям (например, инициирующему импульсу), так и ее снижению (флегматизации). В процессе возбуждения взрывного превращения в кристаллических ВВ с несовершенной структурой и прохождение детонационной волны аннигиляция дислокации, приводящая к выделению значительной дополнительной свободной энергии и способная привести к локальным микроразогревам кристаллов ВВ, приводит в итоге как к повышению чувствительности ВВ, так и его детонационной способности.

Установлено также [3], что в жидкой составляющей смесевых ВВ подобную роль способны выполнять поверхностные слои молекул полостей или газовые включения. При резком сокращении поверхности (сжатии полости) свободная энергия слоя, обусловленная поверхностным натяжением, должна уменьшаться, а кинетическая энергия молекул, остающихся на свободной поверхности, увеличивается, что приводит к «вскипанию» жидкости в окрестностях дефекта, разрушению границы полости и быстром заполнении ее молекулами жидкости. Этот процесс способен активировать разложение многих молекул. Вероятность возникновения таких активных полостей в кристаллах с несовершенной микроструктурой значительно возрастает. Таким образом, процессом можно управлять, варьируя размеры и плотность распределения образуемых в кристаллической структуре аммиачной селитры трещин и дислокаций и содержания жидкого топлива в требуемых соотношениях.

В процессе исследования рентгенографический анализ размеров и плотности хаотически распределенных и микроблочных структурных несовершенств обработанных предлагаемым способом поликристаллов аммиачной селитры осуществлялся методом анализа уширения линий, полученных дифрактограмм. Пределы применимости метода следующие: регистрируемая плотность распределения дислокации 5·10⁹ см^-210 ¹³ см^-2, размеры микроблоков 2 нмD200 нм. Съемку производили на рентгеновском дифракторе ДРОН-4. При приготовлении образцов для анализа полученные гранулы аммичной селитры (форма 4 орторомбической кристаллической структуры с табличными значениями периодов решетки а=5,441 , b=5,753 , с=4,929 ), частично пропитанные дизельным топливом, растирали в порошок между двумя листами кальки. Фазовый анализ полнопрофильной дифрактограммы в угловом диапазоне 20-120° с шагом 0,1° проводили по профилю линий (200)-(400) с шагом 0,03°.

Исследуемые параметры ведения процесса разрушения микроструктуры поликристаллов аммиачной селитры в дизельном топливе при ультразвуковом воздействии на полученную суспензию варьировались в диапазоне расхода удельной энергии воздействия в пределах от 100 до 500 кДж/м³ при времени обработки порядка 2-140 с и частоте воздействия 18-50 кГц. В результате экспериментально было подтверждено, что изменение интенсивности и частоты воздействия могут как способствовать развитию структурных несовершенств кристаллической решетки аммиачной селитры в виде дислокаций, так и увеличению размеров микроблоков селитры при дальнейшем увеличении энергии ультразвукового воздействия.

В результате ультразвукового воздействия на суспензию аммиачной селитры с дизельным топливом интенсивностью порядка 350 кДж/м³ при времени воздействия 15-120 с плотность распределения дислокационных несовершенств возрастала в 7,5 раза в сравнении со стандартным образцом, не подвергаемым физическому воздействию.

Таким образом, согласно изобретению, положительный эффект способа приготовления взрывчатой смеси аммиачной селитры с дизельным топливом достигается также выбором интенсивности N/V и времени ультразвукового воздействия на суспензию как в процессе разрушения структуры селитры и ее пропитки жидким топливом, так и на стадии отжима. За комплексный параметр оценки эффективности осуществления этих процессов можно, следовательно, выбрать удельную энергию ультразвукового воздействия К, вводимую на стадии приготовления взрывчатой смеси для достижения требуемого технологического эффекта: К=(N/V)×=р×, где N - средняя за период мощность ультразвукового излучения; V - полезный объем аппарата смешения; р - среднее акустическое давление в обрабатываемой среде. Установлено, что процесс разрушения микроблочной структуры аммиачной селитры может быть осуществлен при частоте ультразвуковых колебаний порядка 18 кГц, удельном расходе энергии порядка 350 кДж/м³ при времени обработки порядка 15-30 с.

В результате испытаний приготовленной данным способом пробы ПВВ на основе аммиачной селитры и дизельного топлива с объемным содержанием последнего в количестве порядка 6% установлены следующие изменения взрывчатых характеристик полученного продукта в сравнении со штатным: увеличение скорости детонации более чем в 1,3 раза и уменьшение критического диаметра заряда, изготовленного стандартным способом, в 2-2,5 раза. Увеличивается полнота детонации, снижается объем вредных выбросов, повышается экологическая безопасность применения промышленных взрывчатых веществ.

Источники информации

1. А.с. №136654, МКИ С 06 В 21/00, 1961 г.

2. А.с. №1376508, МКИ С 06 В 21/00, 2001 г.

3. Дубнов Л.Б., Сухих В.А., Тимошевич И.И. О связи несовершенств кристаллической решетки с возбудимостью твердых взрывчатых веществ при механическом воздействии. В кн.: Взрывное дело. 1973, с.191-198.

4. Ефремовцев П.Н. К вопросу создания экологически безопасных взрывчатых веществ (ВВ). В кн.: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития. Том 2. МГГУ, 2003 г., с.26-28.