гранулированный или порошкообразный кристаллический продукт для производства промышленных взрывчатых веществ

Формула изобретения

1. Кристаллическая аммиачная селитра в гранулированном или порошкообразном виде для производства взрывчатых веществ, отличающаяся тем, что она имеет микроструктуру с размером доменов блоков от 20 до 120 нм и равномерную плотность распределения дислокации, при этом плотность распределения дислокации определена по формуле Р=3/Д², где Д - размер доменов блоков, нм.

2. Кристаллическая аммиачная селитра по п.1, отличающаяся тем, что гранулы выполнены сплошными или пористыми.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) и технологии их приготовления на основе гранулированных кристаллических продуктов, предназначенных для проведения взрывных работ в горнорудной промышленности и строительстве. Предложен гранулированный кристаллический продукт, сплошной или пористый, имеющий кристаллические и микрокристаллические дефекты (дислокации).

Известно ПВВ 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 могущества ПВВ на ее основе.

Известна также гранулированная пористая аммиачная селитра, смешиваемая с дизельным топливом, для получения ПВВ типа АС-ДТ, содержащая модифицирующую кристаллическую решетку добавку, порообразующие добавки и поверхностно-активные вещества, распределенные по телу гранул, а также кондиционирующие добавки на поверхности гранул [2]. Заявляемые характеристики состава устойчивы в течение ограниченного времени (порядка 6 месяцев), но что более существенно, степень равномерности распределения дизельного топлива в порах и межпоровом пространстве (между гранулами) окислителя определяется средним размером пор (пустот) в пористой структуре аммиачной селитры и степенью ее пористости (удельной поверхностью). Заявляемое соотношение АС:ДТ=94.4:5,6 соблюдается интегрированно (суммарно по объему получаемого продукта), но при этом локальная степень распределения топлива в окислителе (аммиачной селитре) должна быть существенно неравномерной, как и адсорбционная способность при динамическом воздействии, имеющем место при заряжании скважины или шпура, поскольку размеры пор и агломератов весьма велики. Поэтому заявляемый состав, сбалансированный по содержанию окислителя и нефтепродукта, все же не может обеспечить оптимального эффекта взрывного превращения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, по нашему мнению, является ПВВ, содержащее пористый гранулированный продукт в виде пористой гранулированной аммиачной селитры, имеющей дефекты кристаллической структуры в виде полых микросфер [3], например полимерных, в концентрации от 2 до 500 частей на миллион. Согласно патенту микросферы имеют оптимальный разброс диаметров от 2 до 150 мкм, что изначально предопределяет недостаточную степень равномерности распределения и удерживания в условиях заряжания скважин нефтепродукта в полостях окислителя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание промышленных взрывчатых веществ на основе кристаллического продукта (окислителя), гранулы которого содержат структурные несовершенства кристаллической решетки в виде дислокации, что позволит обеспечить повышенную восприимчивость продукта с такой микроструктурой к инициирующему (детонационному) импульсу при одновременном достижении полноты эффекта взрывного превращения ПВВ на основе такого продукта.

В заявляемом техническом решении поставленная задача решается тем, что гранулы кристаллического продукта дополнительно подвергают физическому воздействию, например, магнитно-импульсным способом, что приводит к разрушению микроструктуры кристаллов продукта и возникновению в них дефектов (дислокации).

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 дислокации, так и возникновению обратного процесса аннигиляции отдельных дислокации с восстановлением совершенной структуры. Кроме того, такие физические воздействия большой интенсивности могут способствовать разложению продукта в микрообластях, прилегающих к границам блочных несовершенств микроструктуры кристаллов. Так, если в качестве гранулированного продукта использовать поликристаллическую аммиачную селитру, то возможно разложение продукта с образованием азотной кислоты (сильного окислителя). Таким образом, воздействие на кристаллы твердого ВВ физическими полями различной интенсивности может обеспечить как сенсибилизацию продукта, приводящую к повышению его чувствительности к внешним воздействиям (например, инициирующему импульсу), так и ее снижению (флегматизации). В процессе возбуждения взрывного превращения в кристаллическом ВВ с несовершенной структурой повышение чувствительности продукта и его детонационной способности обеспечивается тем, что при прохождении детонационной волны происходит аннигиляция дислокации, приводящая к выделению в области дислокации значительной дополнительной (свободной) энергии, что, в свою очередь, приводит к микроразогревам кристаллов ВВ. Кроме того, блочные несовершенства кристаллов продукта приводят к увеличению скорости и полноты химического превращения и тем самым ускоряют процесс перехода от состояния инициирования начальным импульсом до полной детонации, при этом стабилизируется сам процесс детонации. При этом достижение полноты взрывного превращения ПВВ на основе такого продукта благоприятно сказывается на экологической обстановке при массовых взрывах, вследствие отсутствия в выбросах окислов азота.

Для достижения перечисленных эффектов в заявляемом техническом решении блочные несовершенства микроструктуры кристаллов продукта имеют размер доменов блоков от 20 до 120 нм, соответствующую высокую плотность и равномерность дислокации. Плотность дислокации рассчитывается по формуле

P=3/Д²,

где P - плотность дислокаций, см^-2; Д - размер доменов блоков микрокристаллической структуры, нм.

Плотность дислокации при размерах доменов 20 и 120 нм составляет соответственно 208×10 ⁶ и 7500×10⁶.

В качестве гранулированного продукта, как правило, может быть использована поликристаллическая сплошная или пористая аммиачная селитра, полученная известными способами.

Изменение характера и плотности распределения дислокации определялось методом рентгенографического и электронно-графического анализа посредством анализа уширения линий на дефектограммах, полученных на дифракторе ДРОН-4.

Анализ полученных результатов исследований позволил сделать следующие выводы:

1. Во всех исследованных образцах изменение микроструктуры аммиачной селитры обусловлено только изменением блочности поликристаллов продукта.

2. При обработке кристаллов аммиачной селитры физическими полями возрастающей интенсивности дефектность ее кристаллической решетки (уменьшение размеров блоков мозаичной структуры) поначалу возрастает (происходит сенсибилизация продукта), а затем падает (обратный процесс - флегматизация продукта).

В результате испытаний смесевых ПВВ, приготовленных с использованием модифицированной таким образом аммиачной селитры, установлено, что взрывные характеристики такого смесевого ПВВ в сравнении с традиционно получаемыми смесями изменились: достигается увеличение скорости детонации на 20-30%, а критический диаметр заряда может быть уменьшен в 2.0-2.5 раза.

Источники информации

1. А.с. № 136654, МКИ С06В 21/00, 1961 г.

2. Патент РФ № 2265002, МПК С06В 31/28, 2004 г.

3. Патент РФ № 2205167, МПК С06В 31/28, опубликовано 27.05.2003 г.

4. 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. М.: Недра, 1973, с.191-198.