кристаллы нитрата аммония, бризантное взрывчатое вещество на основе нитрата аммония и способ получения

Формула изобретения

1. Бризантное взрывчатое вещество, включающее аммоний-нитратный компонент и органический углеродсодержащий горючий компонент, причем указанный аммоний-нитратный компонент включает кристаллы нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 мкм и дополнительно один или более чем один модификатор габитуса кристаллов.

2. Бризантное взрывчатое вещество по п.1, в котором указанный один или более чем один модификатор габитуса кристаллов представлен аминами.

3. Бризантное взрывчатое вещество, включающее от 75 до 98 мас.% аммоний-нитратного компонента и от 2 до 8 мас.% органического углеродсодержащего горючего компонента, причем указанный аммоний-нитратный компонент включает кристаллы нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 мкм и один или более чем один модификатор габитуса кристаллов в концентрации от 0,001 до 2 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

4. Бризантное взрывчатое вещество по п.3, дополнительно включающее воду в концентрации от менее 1 до 15 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

5. Бризантное взрывчатое вещество по п.3, в котором указанный один или более чем один модификатор габитуса кристаллов представлен аминами.

6. Бризантное взрывчатое вещество по п.3, в котором указанный один или более чем один модификатор габитуса кристаллов представлен додециламином или октадециламином.

7. Способ получения бризантного аммоний-нитратного взрывчатого вещества, включающий стадии: (1) образования аммоний-нитратного компонента посредством смешивания водного раствора нитрата аммония с одним или более чем одним модификатором габитуса кристаллов, причем концентрация указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов составляет от 0,001 до 2,0 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества, (2) образование из указанного аммоний-нитратного компонента кристаллов нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 мкм и (3) смешивание органического углеродсодержащего горючего компонента с указанными кристаллами нитрата аммония, причем концентрация указанного органического углеродсодержащего горючего компонента составляет приблизительно от 2 до 8 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

8. Способ по п.7, в котором указанную стадию образования указанных кристаллов нитрата аммония осуществляют посредством впрыскивания указанного аммоний-нитратного компонента через сопло в присутствии вспомогательного воздушного потока с образованием указанных кристаллов нитрата аммония.

9. Способ по п.8, в котором температура указанного вспомогательного воздушного потока составляет от приблизительно 20°С до приблизительно 50°С.

10. Способ по п.7, включающий дополнительную стадию объединения указанных кристаллов нитрата аммония и указанного органического углеродсодержащего горючего с одной или более чем одной добавкой во время указанного процесса смешивания.

11. Способ по п.7, включающий дополнительную стадию нагревания указанного раствора нитрата аммония до температуры от 85 до 100°С перед смешиванием с указанным одним или более чем одним модификатором габитуса кристаллов с образованием указанного аммоний-нитратного компонента.

12. Способ по п.7, в котором добавляют воду при концентрации от менее 1 до 15 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

13. Способ по п.8, в котором указанная стадия смешивания органического углеродсодержащего горючего с указанными кристаллами нитрата аммония включает впрыскивание органического углеродсодержащего горючего через указанное сопло с указанным аммоний-нитратным компонентом.

14. Способ получения кристаллов нитрата аммония, включающий стадии: (1) соединение одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов с водным раствором нитрата аммония, (2) образование из указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного водного раствора нитрата аммония, кристаллов нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 мкм посредством распыления указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного водного раствора нитрата аммония.

15. Способ по п.14, в котором указанную стадию распыления осуществляют посредством впрыскивания указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного водного раствора нитрата аммония, через распылительное сопло в присутствии вспомогательного воздушного потока.

16. Способ по п.15, в котором температура указанного вспомогательного воздушного потока составляет от приблизительно 20°С до приблизительно 50°С.

17. Способ по п.14, в котором указанные кристаллы нитрата аммония образуют посредством впрыскивания указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного водного раствора нитрата аммония, через высокоскоростное сужающееся-расширяющееся сопло в присутствии вспомогательного воздушного потока.

18. Способ по п.17, в котором температура указанного вспомогательного воздушного потока составляет от приблизительно 20°С до приблизительно 50°С.

19. Способ по п.14, в котором указанный раствор нитрата аммония содержит приблизительно от 70 до 90 мас.% нитрата аммония и его нагревают до температуры от 85 до 100°С перед добавлением указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов.

20. Способ по п.14, в котором указанный один или более чем один модификатор габитуса кристаллов представлен аминами.

21. Кристаллы нитрата аммония, полученные способом по п.14.

22. Кристаллы нитрата аммония по п.21, которые предназначены для образования бризантного взрывчатого вещества при объединении с органическим углеродсодержащим горючим компонентом.

Описание изобретения к патенту

Область применения изобретения

Изобретение в целом относится к взрывчатым веществам и бризантным взрывчатым веществам, в частности к кристаллам нитрата аммония, аммоний-нитратному бризантному взрывчатому веществу и способу его получения.

Уровень техники

Взрывчатые вещества или бризантные взрывчатые вещества, в частности аммоний-нитратные взрывчатые вещества, используют в широком разнообразии промышленных применений от горных работ до разведки полезных ископаемых и гражданского строительства. В настоящее время существует три главных класса промышленных взрывчатых веществ, которые основаны на нитрате аммония. Этими тремя классами являются НАДТ (тип взрывчатых веществ из гранул нитрата аммония и дизельного топлива), водные гели (суспензионные взрывчатые вещества) и эмульсии на основе нитрата аммония. Каждая форма взрывчатого вещества имеет свои особенные преимущества и недостатки.

НАДТ является дешевым взрывчатым веществом с низкой скоростью детонации и плохой водоустойчивостью. НАДТ также имеет относительно низкую плотность, составляющую приблизительно 0,85 г/см³, что приводит к сравнительно низкой относительной энергии взрывчатого вещества. Изготовление гранул нитрата аммония взрывчатого типа обычно осуществляют в больших колонных аппаратах для гранулирования, где создают частицы размером приблизительно от -8 до +30 согласно размеру сит Тайлера. Так как гранулы имеют природную тенденцию к слеживанию или прилипанию друг к другу их обычно сушат после образования и покрывают различными агентами, предотвращающими слеживание, чтобы способствовать получению сыпучего продукта.

Водные гели получают из водного раствора нитрата аммония с различными взрывчатыми активаторами или без них. Водные гели можно образовать различной плотности, и они могут иметь относительную энергию взрывчатого вещества в широком диапазоне. Можно получить продукты как с высокой, так и с низкой скоростью детонации, которые проявляют относительно хорошую водоустойчивость. Недостатками водных гелей является их высокая себестоимость, которая делает их значительно более дорогими, чем НАДТ.

Эмульсии - третий основной класс взрывчатых веществ на основе нитрата аммония, также изготавливают из водного раствора нитрата аммония, который активируют полыми стеклянными шариками или микросферами и который также содержит некоторое количество НАДТ или гранул нитрата аммония. Можно изготавливать эмульсии с различной плотностью и с широким интервалом относительных энергий взрывчатого вещества. Эмульсии могут иметь высокую или низкую скорость детонации и имеют отличную водоустойчивость. Как и в случае водных гелей, эмульсии являются дорогостоящими в изготовлении, что приводит к установлению значительно более высоких цен, чем цены на продукты НАДТ.

Таким образом, продолжает существовать потребность в недорогом взрывчатом веществе или бризантном взрывчатом веществе на основе нитрата аммония, лишенном или в основном лишенном недостатков, имеющихся у НАДТ, в то же время проявляющем некоторые из преимуществ, имеющихся у водных гелей и эмульсий. Также существует потребность в аммоний-нитратном кристаллическом продукте, который можно легко транспортировать и использовать для получения такого бризантного взрывчатого вещества.

Раскрытие изобретения

В изобретении, таким образом, предложены стабилизированные кристаллы нитрата аммония и бризантное взрывчатое вещество НАДТ, которое может быть изготовлено с плотностью, которую можно задавать, чтобы она подходила к разнообразию различных специальных применений или требований. Бризантное взрывчатое вещество согласно изобретению обладает скоростями детонации, в целом находящимися за пределами таковых в случае с традиционным НАДТ, и его можно получать с разнообразной степенью чувствительности. Также показано, что продукт согласно изобретению проявляет относительно хорошую водоустойчивость по сравнению со стандартным НАДТ. Изготовление выполняют посредством способа, который является как безопасным, так и обеспечивающим возможность получения по требованию бризантного взрывчатого вещества рентабельным способом.

Соответственно в одном из аспектов изобретения предложено бризантное взрывчатое вещество, включающее аммоний-нитратный компонент и органический углеродсодержащий горючий компонент, причем указанный аммоний-нитратный компонент включает кристаллы нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон, и дополнительно один или более чем один модификатор формы кристаллов.

В других аспектах изобретения предложено бризантное взрывчатое вещество, включающее от 75 до 98 мас.% аммоний-нитратного компонента и от 2 до 8 мас.% органического углеродсодержащего горючего компонента, причем указанный аммоний-нитратный компонент включает кристаллы нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон и один или более чем один модификатор габитуса кристаллов в концентрации от 0,001 до 2 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

В следующем аспекте изобретения предложен способ получения аммоний-нитратного бризантного взрывчатого вещества, включающий стадии образования аммоний-нитратного компонента путем смешивания водного раствора нитрата аммония с одним или более чем одним модификатором габитуса кристаллов, причем концентрация указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов составляет от 0,001 до 2,0 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества; образование из указанного аммоний-нитратного компонента кристаллов нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон и смешивание органического углеродсодержащего горючего компонента с указанными кристаллами нитрата аммония, причем концентрация указанного органического углеродсодержащего горючего компонента составляет приблизительно от 2 до 8 мас.% от указанного бризантного взрывчатого вещества.

Еще в одном аспекте изобретения предложен способ получения кристаллов нитрата аммония, включающий стадии объединения одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов с водным раствором нитрата аммония; образование из указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного раствора нитрата аммония, кристаллов нитрата аммония с размером частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон путем распыления указанной смеси, состоящей из указанного одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов и указанного раствора нитрата аммония.

Еще один аспект изобретения касается кристаллов нитрата аммония, образуемых посредством использования вышеописанного способа, и бризантного взрывчатого вещества, образуемого путем объединения таких кристаллов нитрата аммония с органическим углеродсодержащим горючим.

Прочие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания, а также сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения и для более ясной демонстрации возможности его осуществления в качестве примеров приведены ссылки на сопровождающие чертежи, где показаны предпочтительные формы исполнения настоящего изобретения.

На Фиг.1 представлена блок-схема способа получения бризантного аммоний-нитратного взрывчатого вещества в соответствии с одним из предпочтительных исполнений настоящего изобретения.

На Фиг.2 представлен увеличенный схематичный чертеж воздушного сопла, используемого в соответствии с одним из предпочтительных исполнений настоящего изобретения.

На Фиг.2а показано полученное с помощью электронного микроскопа изображение частиц, получаемых при использовании настоящего изобретения.

На Фиг.3 представлен увеличенный схематичный чертеж сопла Лаваля, которое можно использовать в соответствии с одним из предпочтительных исполнений настоящего изобретения.

На Фиг.4 изображен график зависимости скорости детонации от диаметра заряда для аммоний-нитратного бризантного взрывчатого вещества в соответствии с одним из предпочтительных исполнений настоящего изобретения при плотности 1,25 г/см ³ и в сравнении со стандартным НАДТ.

На Фиг.5 представлена таблица, где приведены примеры различных композиций бризантных взрывчатых веществ, которые можно получать в соответствии с настоящим изобретением.

Описание предпочтительного воплощения изобретения

Настоящее изобретение можно воплощать в ряде различных форм. Однако следующее подробное описание и чертежи описывают и раскрывают только некоторые из конкретных форм изобретения и не подразумевают ограничения объема изобретения, определяемого в приведенных пунктах формулы изобретения.

Способ получения аммоний-нитратного бризантного взрывчатого вещества в соответствии с одним из предпочтительных исполнений настоящего изобретения в основном схематически показан на Фиг.1. Способ состоит в основном из трех операций, или стадий, а именно: смешивания водного раствора нитрата аммония и одного или более чем одного модификатора габитуса кристаллов, образования мелкозернистых кристаллов нитрата аммония, и объединения кристаллов нитрата аммония с органическим углеродсодержащим горючим, различными другими добавками или без них с получением аммоний-нитратного бризантного взрывчатого вещества. Далее каждая из этих основных стадий будет описана более подробно.

Со ссылкой на Фиг.1 водный раствор нитрата аммония можно получить посредством добавления нитрата аммония технического сорта (химически чистого) и воды в бак или сосуд 1. В альтернативном исполнении изобретения предварительно смешанный раствор воды и нитрата аммония можно купить или приобрести иным способом и добавить в бак 1. Следует отметить, что когда здесь указаны нитрат аммония или нитрат аммония технического сорта, подразумевается, что продукт является относительно чистым, в общем лишенным примесей (включая глины и железо), которые могут присутствовать в других формах нитрата аммония. Обычно бак 1 включает крыльчатку или средство 2 перемешивания, которое гарантирует тщательное перемешивание содержимого бака. В случае Фиг.1 крыльчатку 2 вращают с помощью двигателя или приводного механизма 3 с желаемой скоростью, при этом принимают во внимание течение материала в бак и из него, так же как и объем бака. Конечно, предполагается, что вместо крыльчатки 2 можно использовать широкий ряд других средств смешивания или перемешивания.

Предпочтительно раствор нитрата аммония получают и поддерживают (либо покупают или приобретают, и впоследствии нагревают и/или поддерживают) при температуре между приблизительно 85 и приблизительно 100°С. Для достижения этой температуры в одном из вариантов воплощения изобретения предварительно нагревают добавляемую в бак воду и/или в бак впрыскивают водяной пар. После добавления воды и нитрата аммония технического сорта (или предварительно смешанного раствора) в бак, поддерживание бака при температуре от приблизительно 85 до 100°С обычно осуществляют путем использования паровой рубашки. Альтернативно любой из разнообразия других распространенных способов и нагревательных устройств (включая механизмы прямого или косвенного нагрева) можно использовать для поддержания температуры содержимого бака на уровне желаемой величины. В дополнение, в бак можно также вводить сжатый воздух (который можно нагревать, или он может находиться при повышенной температуре), чтобы обеспечить движущую силу для смещения раствора нитрата аммония к кристаллическому состоянию, как будет более подробно обсуждаться ниже.

В соответствии с одним из предпочтительных исполнений изобретения один или более чем один модификатор габитуса кристаллов объединяют с раствором нитрата аммония путем добавления модификатора или модификаторов габитуса кристаллов в бак 1, так чтобы крыльчатка или средство 2 перемешивания могли распределить модификатор габитуса кристаллов по всему раствору. В одном из исполнений предпочтительным модификатором или модификаторами габитуса кристаллов являются имеющиеся в продаже первичные амины, такие как додециламин (C₁₂H₂₅NH₂ ) или октадециламин (C₁₈H₃₇NH₂ ), или смеси, содержащие такие имеющиеся в продаже, или в общем, аналогичные продукты. Примеры имеющихся в продаже продуктов, которые можно использовать в этом отношении, включают Armeen 12D и Armeen 18D производства Akzo Nobel . Однако специалисту понятно, что в равной степени можно использовать другие амины, включая вторичные и третичные амины, оставаясь в рамках широкого объема изобретения. Когда используют другие амины, такими аминами предпочтительно являются амины жирных кислот в интервале от С₁₀ до C₁₂.

Также следует принимать во внимание, что относительное количество нитрата аммония и модификатора габитуса кристаллов в растворе нитрата аммония может изменяться в пределах относительно широкого интервала. Факторы, такие как конкретный используемый модификатор габитуса кристаллов, количество углеродсодержащего горючего, которое добавляют позже, чтобы создать бризантное взрывчатое вещество, количество воды, присутствующей как в растворе нитрата аммония, так и в получаемом впоследствии бризантном взрывчатом веществе, присутствие добавок в растворе нитрата аммония и/или в получаемом впоследствии бризантном взрывчатом веществе и требуемый кислородный баланс, будут влиять на отношение нитрата аммония к модификатору габитуса кристаллов. Однако, заявитель обнаружил, что в соответствии с одним из предпочтительных исполнений изобретения раствор нитрата аммония может содержать от приблизительно 70 до приблизительно 90 мас.% нитрата аммония, причем модификатор габитуса кристаллов добавляют к раствору в концентрации, которая приводит к присутствию модификатора габитуса кристаллов в количестве от приблизительно 0,001 до приблизительно 2 мас.% от бризантного взрывчатого вещества, которое впоследствии получают.

После того, как раствор нитрата аммония и модификатор габитуса кристаллов (в совокупности, жидкость на основе нитрата аммония) тщательно смешивают вместе в баке 1, смесь транспортируют на стадию кристаллизации, где образуют кристаллы нитрата аммония, путем впрыскивания смеси через сопло 17. На Фиг.2 и 3 представлены примеры лишь двух форм сопла, которые можно использовать на стадии кристаллизации. На Фиг.2 нагретый раствор или жидкость на основе нитрата аммония (включающую модификатор габитуса кристаллов) впрыскивают через центральное впускное отверстие 4 внутри распылительного сопла 5. В то же время сжатый воздух впрыскивают через боковые прилегающие впускные отверстия 6 и 7, вызывающие турбулентное перемешивание раствора жидкости на основе нитрата аммония со вспомогательным воздушным потоком. По мере того, как раствор охлаждается, образуются очень мелкие зерна кристаллического нитрата аммония. Как в случае с баком 1, сопло предпочтительно поддерживают при температуре от приблизительно 85 до приблизительно 100°С. Поддерживание сопла при температуре в желаемом интервале можно осуществлять посредством нагревательных устройств и способов, включая средства прямого и косвенного нагрева. В примере, показанном на Фиг.2, сопло снабжено кольцевой паровой рубашкой 8, которая поставляет требуемое тепло. Чтобы гарантировать чистоту кристаллизованного нитрата аммония, предпочтительно осуществляют контроль внешних условий, отфильтровывая пыль и другие твердые частицы от сжатого воздуха, впрыскиваемого через сопло. Вспомогательный воздух также поддерживают в пределах желаемого температурного интервала от приблизительно 20 до приблизительно 50°С, и содержание влаги в потоке вспомогательного воздуха предпочтительно поддерживают внутри установленных пределов.

Альтернативная форма сопла, которое можно использовать на стадии кристаллизации, показана на Фиг.3. Здесь нагретую жидкость на основе нитрата аммония (опять включающую модификатор габитуса кристаллов) впрыскивают через высокоскоростное сужающееся-расширяющееся сопло 9 типа Лаваля в присутствии источника сжатого воздуха с регулируемыми внешними условиями. Как и в случае сопла, показанного на Фиг.2, сжатый воздух предпочтительно лишают избыточного количества твердых частиц и поддерживают в температурном интервале от приблизительно 20 до приблизительно 50°С и внутри определенного интервала влажности. Как указано на Фиг.3, по мере того, как сжатый воздух проходит в сопло 9, он входит в суживающуюся зону 10, имеющую уменьшенную площадь сечения, и которая действует во многих отношениях как ограничитель потока. После прохождения суживающейся зоны 10 сжатый воздух немедленно поступает в расширяющуюся зону 11, куда жидкость на основе нитрата аммония впрыскивают под углом приблизительно 90° по отношению к воздушному потоку. Следует принимать во внимание, что по мере того, как сжатый воздух проходит с высокой скоростью через расширяющуюся зону, жидкость на основе нитрата аммония, впрыскиваемая в сопло, будет подвергаться турбулентному перемешиванию с воздухом при высокой скорости. При работе сопла показываемого типа часто развивают сверхзвуковые скорости воздуха в их зонах перемешивания, тем самым, обеспечивая очень высокую степень турбулентного перемешивания и возможность для высокой объемной пропускной способности. Снова, как в случае распылительного сопла, показанного на Фиг.2, чтобы поддержать сопло 9 в пределах желаемого температурного интервала от приблизительно 85 до приблизительно 100°С, может быть необходимо прямое или косвенное нагревание сопла. В исполнении, показанном на Фиг.3, нагревание сопла осуществляют посредством использования паровой рубашки 12.

Независимо от того, используют ли сопло, показанное на Фиг.2, сопло, показанное на Фиг.3, или некоторые другие механические эквивалентные структуры, турбулентное перемешивание жидкости на основе нитрата аммония потоком сжатого воздуха вызывает образование очень мелких кристаллов нитрата аммония, так что образованные кристаллы имеют распределение размеров частиц от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон. Это можно сопоставить с традиционными гранулами взрывчатых веществ, которые имеют размеры частиц в интервале от 1400 до 1800 микрон. Выбор конкретного сопла для использования будет в большой степени зависеть от требуемой производительности, причем воздушные распылительные сопла (Фиг.2) используют для более низкой производительности.

По мере того, как мелкозернистые кристаллы нитрата аммония и вспомогательный воздух перемещаются наружу из сопла во время стадии кристаллизации, их обычно направляют в циклон 13, где собирают кристаллы нитраты аммония, а поток вспомогательного воздуха направляют в обычный скруббер 14 с водяным орошением для удаления любого порошка нитрата аммония, уносимого из циклона, перед тем, как направить в вытяжное устройство.

Обнаружено, что мелкозернистые кристаллы нитрата аммония, образуемые в соответствии с вышеописанными способами, проявляют качества, которые делают их особенно привлекательными для использования при изготовлении взрывчатых веществ. Однако, следует понимать, что такие кристаллы также можно использовать для невзрывных областей применений, включая применения в сельском хозяйстве и очистительной промышленности.

Чтобы превратить кристаллический нитрат аммония в бризантное взрывчатое вещество, кристаллы нитрата аммония объединяют с органическим углеродсодержащим горючим. Органическое углеродсодержащее горючее, добавляемое к кристаллам нитрата аммония, является предпочтительно дизельным топливом, таким как дизельное топливо № 2, однако, другие виды углеродсодержащего горючего также можно использовать. Эти другие виды горючего включают нефтяное топливо, топочный мазут (тяжелое топливо для крупных нагревательных установок), реактивное топливо, керосин, минеральные масла, растительные масла (такие как кукурузное масло, подсолнечное масло или соевое масло), насыщенные жирные кислоты (такие как лауриновая кислота и стеариновая кислота), спирты (такие как цетиловые спирты и гликоли). Можно также использовать полутвердые топлива, включая воски (такие как парафиновый воск, нефтяной воск и микрокристаллический воск). В добавление можно использовать полутвердые топлива в сочетании с жидкими топливами и они могут включать придающие липкость агенты, такие как Paratac и полиизобутилен. Также специалистам следует принимать во внимание, что в некоторых случаях присутствие модификатора габитуса кристаллов в достаточном количестве, чтобы достигнуть желаемого кислородного баланса в бризантном взрывчатом веществе, может устранить потребность использования углеродсодержащего горючего как такового.

Когда добавляют органическое углеродсодержащее горючее к кристаллам нитрата аммония, в одном из предпочтительных исполнений изобретения горючее предпочтительно добавляют в количестве от приблизительно 2 до приблизительно 8 мас.% от всего взрывчатого состава (при присутствии нитрата аммония в количестве от приблизительно 75 до 98% от бризантного взрывчатого вещества), и более предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 6 мас.% от бризантного взрывчатого вещества, причем предпочтительное отношение неорганической окисляющей соли (нитрата аммония) к органическому углеродсодержащему горючему обычно составляет предпочтительно приблизительно 94:6. Отношения в этом основном интервале способствуют обеспечению того, что взрывчатый состав или бризантное взрывчатое вещество содержит достаточно органического углеродсодержащего горючего для кислородного баланса. Кислородный баланс предпочтительно является более положительным, чем 10% и более предпочтительно находится в интервале от приблизительно -5 до +5%. Конечно, следует признать, что другие отношения нитрата аммония и горючего в равной степени можно использовать, оставаясь в пределах широкого объема изобретения. Также следует отметить, что изменение количества модификатора габитуса кристаллов, вместе с добавлением воды и/или других добавок, будет во многих случаях оказывать влияние на количества нитрата аммония и горючего, которые можно использовать, в то же время поддерживая кислородный баланс и скорость детонации в пределах желаемых интервалов.

Вновь ссылаясь на Фиг.1, в одном из воплощений изобретения горючее добавляют к кристаллам нитрата аммония посредством способа механического перемешивания. Конкретную форму механического перемешивания можно изменять, однако, ожидают, что в большинстве случаев перемешивание будут осуществлять посредством использования смесителя с винтовой мешалкой или барабанного смесителя 15, приводимого в движение двигателем 16. Как также указано на Фиг.1, во время стадии механического перемешивания можно смешивать с бризантным взрывчатым веществом одну или более чем одну добавки. Такие добавки могут включать воду, гелеобразующие агенты, сшивающие агенты и/или (как описано выше) органическое углеродсодержащее горючее. Когда добавкой является гелеобразующий агент, его предпочтительно добавляют в концентрации приблизительно от 0,1 до 10 мас.% от кристаллов нитрата аммония. Гелеобразующий агент обычно является гидрофильным коллоидным веществом, таким как гуаровая смола, которая набухает или гидратируется в присутствии воды. Можно также использовать производные гуаровой смолы, такие как гидроксиэтил- или гидроксипропилгуаровые смолы или самоорганизующиеся комплексы гуаровой смолы (которые содержат предварительно смешанный сшивающий агент). Также можно использовать другие формы загустителей или гелеобразующих агентов, такие как полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиэтилцеллюлоза и биополимеры (такие как ксантановая смола).

В добавление к гелеобразующим агентам добавки, объединяемые с кристаллами нитрата аммония на стадии механического перемешивания, могут включать сшивающий агент в предпочтительной концентрации приблизительно от 0,01 до 10 мас.% от бризантного взрывчатого вещества. Предпочтительным сшивающим агентом для изобретения является пироантимонат калия. Пироантимонат калия может находиться в твердой форме, и его можно добавлять непосредственно к кристаллам нитрата аммония, но его предпочтительно распределяют внутри гидрофильной среды, такой как этиленгликоль, в форме раствора 15 частей пироантимоната калия, 45 частей этиленгликоля и 40 частей воды. Раствор можно дополнительно разбавлять водой или этиленгликолем, чтобы приспособить к конкретным условиям процесса. Сшивание полимерных цепей гелеобразующего агента можно выполнять с помощью двухвалентных или многовалентных ионов металлов, таких как сурьма, бор, хром или железо при регулируемых условиях pH. Также следует принимать во внимание, что можно использовать другие формы сшивающих агентов, такие как борная кислота, хлорид трехвалентного железа, сурьмяно-виннокислый калий (potassium antimony tartrate), бихромат натрия или тетраборат натрия.

Воду также можно объединять с кристаллами нитрата аммония во время стадии механического перемешивания. Когда добавляют воду, предпочтительно концентрация воды в бризантном взрывчатом веществе находится в интервале от менее 1 мас.% до приблизительно 15 мас.% от всего взрывчатого состава.

После стадии механического перемешивания бризантное взрывчатое вещество можно доставлять непосредственно в резервуар для хранения, его можно загружать в грузовики, доставлять непосредственно к скважинам (шахтам) для использования в горных работах или других взрывных работах, или его можно посылать на любое другое оборудование из широкого разнообразия аппаратов для хранения и обработки.

В альтернативном исполнении изобретения горючее можно добавлять к аммоний-нитратному компоненту во время стадии кристаллизации. Например, на Фиг.3 пара стрелок 18 указывает место, в котором можно впрыскивать топливо в сопло, чтобы вызвать перемешивание горючего с кристаллами нитрата аммония по мере того как они образуются и сразу после этого. В зависимости от скорости потока через сопло ряд отверстий для впрыскивания горючего можно располагать по окружности сопла. Высокая степень турбулентности внутри сопла способствует обеспечению равномерного распределения горючего по кристаллам нитрата аммония и приводит к увеличению взрывных характеристик взрывчатого вещества. В еще одном исполнении изобретения горючее можно добавлять к нитрату аммония как путем впрыскивания через сопло, так и посредством механического перемешивания в смесителе с винтовой мешалкой, барабанном смесителе или аналогичном устройстве.

С целью иллюстрации на Фиг.5 показаны некоторые примеры конкретных составов бризантных взрывчатых веществ, которые можно создавать согласно изобретению.

В соответствии с вышеописанным способом получают аммоний-нитратное бризантное взрывчатое вещество, которое показало улучшенные характеристики по сравнению с характеристиками стандартного НАДТ. Например, обнаружено, что бризантное взрывчатое вещество по данному изобретению имеет скорость детонации от 3000 до 7000 м/с при диаметре тампонированного заряда от менее 10 мм до 500 мм. Скорость детонации бризантного взрывчатого вещества для различных диаметров тампонированного заряда и при плотности 1,25 г/см³ графически изображена на Фиг.4. На Фиг.4 также показана относительная кривая для стандартного НАДТ и продемонстрировано увеличение скорости детонации, обеспечиваемое посредством данного изобретения.

Аммоний-нитратное бризантное взрывчатое вещество по настоящему изобретению можно также образовать с различной конечной плотностью, которую можно задавать, чтобы она подходила для разнообразных конечных применений. Более того, регулирования концентрации модификатора габитуса кристаллов позволяет создавать кристаллы нитрата аммония с различным размером частиц, что приводит к получению бризантного взрывчатого вещества, которое может быть детонировать от капсюля-детонатора или от воспламенителя детонатора. Посредством использования различного вида органического горючего можно получать бризантное взрывчатое вещество с консистенцией, которая изменяется от порошка до воскообразных частиц и до типа консистенции, которая является обычной для эмульсий. Также было обнаружено, что бризантное взрывчатое вещество по настоящему изобретению детонирует с приблизительно до 15 мас.% воды в конечной композиции, и таким образом проявляет повышенную водоустойчивость по сравнению со стандартным НАДТ.

При тщательном понимании изобретения также очевидно, что бризантное взрывчатое вещество, описываемое здесь, будет иметь взрывные характеристики, аналогичные существующим эмульсиям с водоустойчивостью от хорошей до отличной. По структуре кристаллы нитрата аммония, получаемые путем описываемого способа изготовления, являются мелкими по размерам и имеют большую удельную поверхность, что приводит к взрывчатому составу, который имеет повышенную чувствительность и превосходные взрывные характеристики. Как указывают выше, размер кристаллов нитрата аммония в бризантном взрывчатом веществе можно изменять с помощью способа получения, чтобы получать кристаллы в интервале от приблизительно 1 до приблизительно 500 микрон. Такой мелкий размер кристаллов позволяет образовать бризантное взрывчатое вещество с увеличенной плотностью по сравнению с плотностью, обычно наблюдаемой у НАДТ. Эту уникальную кристаллическую структуру получают путем использования модификатора габитуса кристаллов и посредством использования способов изготовления, которые создают высокотурбулентную среду, внутри которой образуют кристаллический нитрат аммония. Модификатор габитуса кристаллов также содействует связыванию органического горючего с кристаллами нитрата аммония, чтобы дополнительно повысить взрывные или детонационные характеристики. Сопла, которые используют для образования бризантного взрывчатого вещества по настоящему изобретению, являются полностью противоположными соплам распылительного типа, обычно используемым в колонных аппаратах для гранулирования. Такие сопла создают большие капли нитрата аммония, которые образуют гранулы в интервале размеров от 1400 до 1800 микрон.

Способ по настоящему изобретению обеспечивает преимущества безопасности, низкой стоимости и возможности изготовления нового бризантного взрывчатого вещества по требованию. В настоящее время большие, дорогостоящие колонные аппараты для гранулирования используют для создания взрывчатых гранул из нитрата аммония технического сорта, которые требуются для образования НАДТ. По причине капитальных затрат колонные аппараты для гранулирования и оборудование для гранулирования стремятся сделать централизованным, что приводит к значительной стоимости доставки, связанной с транспортированием гранул конечному пользователю. При данном изобретении изготовление можно локализовать, даже до такой степени, что бризантное взрывчатое вещество можно изготавливать на месте для немедленного использования. Такой способ не только устраняет потребность в дорогостоящем централизованном оборудовании для изготовления и связанных с этим затратам на транспортировку гранул, но также устраняет вопросы, относящиеся к юрисдикции, безопасности и другие трудные вопросы, связанные с доставкой «взрывчатого» продукта.

Следует понимать, что описанные воплощения являются предпочтительными воплощениями изобретения и что возможны изменения в этих воплощениях в пределах сущности и объема изобретения. Некоторые из этих изменений уже обсуждены, в то время как другие будут очевидными для специалистов.