Зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини і спосіб його отримання

Реферат: Група винаходів належить до гірничорудної промисловості і може бути використана для приготування зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини. Зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини включає активний продукт у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітр, рідких компонентів з групи горючих речовин і емульгатора, основну цільову добавку, що містить нітрит натрію і воду, і додаткову цільову добавку на основі розчину полімеру в маслі. Для підвищення надійності, бризантності і об'ємної енергії патронованого ЕВР основна цільова добавка додатково містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію. Спосіб отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини включає операції окремого приготування сумішей активного продукту у вигляді емульсії, подачі окремо приготованих сумішей у відповідні накопичувальні ємності, змішення окремо приготованих сумішей і отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини з подальшим його патронуванням. Заздалегідь змішують окремо приготовані суміші активного продукту і додаткової цільової добавки, потім одержану суміш змішують з окремо приготованою сумішшю основної цільової добавки. Змішування сумішей активного продукту і UA 106438 C2 (12) UA 106438 C2 додаткової цільової добавки ведуть в статичному змішувачі. Змішування одержаної в статичному змішувачі суміші з сумішшю основної цільової добавки ведуть в динамічному змішувачі. UA 106438 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничорудної промисловості і може бути використаний для приготування зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини (ЕВР). Відома патронована емульсійна вибухова речовина "Україніт-П" по патенту України на винахід № 63689, МПК (2011/01) С06В27/00, C06D31/02 (2006/01), дата подання заявки 23.08.2011 р., дата публікації 10.10.2011 р., що включає активний продукт у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітри, рідких компонентів з групи горючих речовин, емульгатор і додаткову цільову добавку. На відміну від заявленого винаходу в приведеній патронованій емульсійній вибуховій речовині як додаткову цільову добавку, що виконує функцію загусника, використовують віск парафіновий нафтовий. Найближчим аналогом до заявленого зшитого композиційного складу патронованого ЕВР за сукупністю ознак і очікуваному технічному результату є композиційний склад патронованого ЕВР по патенту України № 48727, МПК (2009) С06В45/00, С06В31/28 (2006.01), С06В 39/00, дата подання заявки 17.11.2009 р., дата публікації 25.03.2010 р., що включає активний продукт у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітри, рідких компонентів з групи горючих речовин і емульгатора, основну цільову добавку, що містить нітрит натрію і воду, і додаткову цільову добавку на основі розчину полімеру в маслі. На відміну від заявленого винаходу в приведеному композиційному складі основна цільова добавка містить нітрит натрію, нітрат кальцію і воду, і виконує в якій-то мірі функцію зшивання. Найближчим аналогом до заявленого способу отримання зшитого композиційного складу патронованого ЕВР за сукупністю ознак і очікуваному технічному результату є спосіб отримання композиційного складу патронованого ЕВР, реалізованого в технічному рішенні по патенту України № 48727, МПК (2009) С06В45/00, С06В31/28 (2006.01), С06В 39/00 дата подання заявки 17.11.2009 р., дата публікації 25.03.2010 р., що включає операції окремого приготування сумішей активного продукту у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітри, рідкого компоненту з групи горючих речовин і емульгатора, основної цільової добавки, що містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію і нітрит натрію і додаткової цільової добавки на основі розчину полімеру в маслі, подачі окремо приготованих сумішей у відповідні накопичувальні ємності, змішування окремо приготованих сумішей і отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини з подальшим її патронуванням. На відміну від винаходу, що заявляється, змішування окремо приготованих сумішей активного продукту, основної і додаткової цільової добавок здійснюють одночасно в одному динамічному змішувачі з подачею компонентів за допомогою шнеків і насосів-дозаторів. Загальним і основним недоліком приведених емульсійних вибухових речовин є слабий результат зшивання і досить великий розмір сенсибілізуючих газових пузирів, одержуваних при реакції газогенерації, в результаті якого патрони, одержані згідно з приведеними складами і способом відрізняються порівняно низькими надійністю, бризантністю і об'ємною енергією. При відносно низькій щільності вибухової речовини спостерігаються відмови від капсулядетонатора. При практично однаковій ваговій енергії, але при підвищеній робочій щільності нових складів об'ємна енергія збільшується. Для пояснення вказаних недоліків була розглянута схема зшивання через місток (див. фіг. 1), утворений іоном Са, який містять вищенаведені склади. В результаті експериментів було встановлено, що при введенні кальцієвої селітри Ca(NO3)2 в активний продукт або в основну цільову добавку при виробництві ЕВР утворюється зшивання. Це відбувається через те, що в розчині кальцієва селітра дисоціює на іони, а іон кальцію реагує з полімером з утворенням нерозчинного у водній системі з'єднання, що обумовлює слабий результат зшивання, оскільки реакція не йде до кінця. У світлі вищевикладеного встановлено, що наявність нітрату кальцію (кальцієвої селітри), як зшиваючий компонент в емульсійній вибуховій речовині, не дозволяє додатково підняти в'язкість патронованої емульсійної вибухової речовини. Просте збільшення концентрації іонів кальцію призводить до підвищеної схильності емульсійного складу до кристалізації, , що не прийнятне до такого кінцевого продукту як патрон. У основу винаходу поставлена задача, удосконалити зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини шляхом зміни складу і співвідношення компонентів емульсійної вибухової речовини, підвищити ефективність зшивання емульсійної вибухової речовини, поліпшити якість газогенерації і за рахунок цього підвищити надійність, бризантну і об'ємну енергію патронованої емульсійної вибухової речовини. У основу винаходу поставлена задача, удосконалити спосіб отримання зшитого композиційного складу патронованого ЕВР шляхом зміни послідовності операцій змішування 1 UA 106438 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 окремо приготованих сумішей, і умов їх змішування з використанням нових засобів, досягти оптимального режиму змішування, який обумовлює ефективність зшивання і за рахунок цього, підвищити надійність, бризантну і об'ємну енергію патронованого ЕВР. Задача вирішена тим, що в зшитому композиційному складі патронованого ЕВР, що включає активний продукт у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітр, масла індустріального і емульгатора, основну цільову добавку, що містить нітрит натрію і воду і додаткову цільову добавку на основі розчину полімеру в маслі, згідно з винаходом, основна цільова добавка додатково містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію, при наступному співвідношенні, в мас %: триетаноламін 35,0-64,4 оцтова кислота (70 % - на) 20,0-31,9 роданід калію або натрію 0,0-15 нітрит натрію 3-15 вода решта, при цьому активний продукт, основна і додаткова цільові добавки узяті при наступному співвідношенні в мас. %: активний продукт 94,5-98,5 основна цільова добавка 0,5-2,5 додаткова цільова добавка 1,0-3,0. Згідно з винаходом, активний продукт містить аміачну і натрієву селітри, масло індустріальне, емульгатор і воду при наступному співвідношенні компонентів в мас. %: аміачна селітра 67,6-75,6 натрієва селітра 16,0-17,9 індустріальне масло 4,5-4,7 емульгатор 0,9-1 вода решта. Згідно з винаходом, в додатковій цільовій добавці зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини, як полімер в маслі використовують (10-20)% розчин малєїнізованого співполімеру етилену і пропілену в індустріальному маслі. Задача вирішена тим, що в способі отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини, що включає операції окремого приготування сумішей активного продукту у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітр, рідкого компонента з групи горючих речовин і емульгатора, основної цільової добавки, що містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію і нітрит натрію і додаткової цільової добавки на основі розчину полімеру в маслі, подачі окремо приготованих сумішей у відповідні накопичувальні ємності, змішування окремо приготованих сумішей і отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини з подальшим його патронуванням, згідно з винаходом, заздалегідь змішують окремо приготовані суміші активного продукту і додаткової цільової добавки, потім одержану суміш змішують з окремо приготованою сумішшю основної цільової добавки, причому змішування сумішей активного продукту і додаткової цільової добавки ведуть в статичному змішувачі, а змішування одержаної в статичному змішувачі суміші з сумішшю основної цільової добавки ведуть в динамічному змішувачі, при цьому окремо приготована суміш основної цільової добавки містить в мас. %: триетаноламіну (35,0-64,4), оцтової кислоти (70 %-ний) (20,0-31,9), роданіду калію або натрію (0,0-15), нітриту натрію (3-15) і решту - воду, як полімер в маслі використовують (10-20)% розчин малєїнізованого співполімера етилену і пропілену в індустріальному маслі. Введення в основну цільову добавку таких компонентів як триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію при наступному співвідношенні в мас. %: триетаноламін 35,0-64,4 оцтова кислота (70 % - на) 20,0-31,9 роданід калію або натрію 0,0-15 нітрит натрію 3-15 вода решта, дозволило одержати зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини з високими надійністю і бризантністю. Пояснюється це тим, що пропонована основна цільова добавка складається з двох частин - газогенератора на основі водного розчину нітриту натрію і компонента зшивання одержуваної в результаті взаємодії триетаноламіну і оцтової кислоти, в якій нітрит дає газ, роданід прискорює реакцію і робить її менш залежною від температури і рН. Це забезпечує швидке зшивання, що зумовило якісне зшивання і газогенерацію композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини. 2 UA 106438 C2 5 10 15 20 25 30 Змішення активного продукту з додатковою цільовою добавкою в статичному змішувачі забезпечує режим рівномірного введення компонентів в процес змішування. При змішуванні одержаної в статичному змішувачі суміші з основною цільовою добавкою в динамічному міксері, основна цільова добавка диспергується на дрібні краплі, порядку декілька мікрон. При цьому міцели активного продукту, що утворюються, розкриваються, змішуються з основною цільовою добавкою і знову закриваються плівкою горючої речовини. В результаті основна цільова добавка "забивається" в активний продукт, причому невелика його частина входить безпосередньо в активний продукт, а велика частина існує у вигляді окремих міцел. Та частина, яка увійшла до активного продукту, відразу починає реагувати з виділенням газу. Інша частина реагує із затримкою в часі, який необхідний для дифузії основної цільової добавки зі своєї міцели в оточуючі міцели активного продукту. В цей час починають реагувати зшиваючи компоненти, які зашивають горючі речовини активного продукту в міцну плівку і тим самим блокують дифузію і гальмують газогенерацію аж до повного її припинення. Така в'язка система обмежує рух і злиття газових пузирів, що забезпечує дрібну газогенерацію композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини. Крім того, встановлено, що триетаноламін є ефективним зшиванням для використовуваних в композиційному складі ЕВР даного типу полімерів, оскільки він утворює при зшиванні тримірну щільно зшиту структуру (див. фіг. 2 на якій представлений продукт зшивання триетаноламіном). Тут при зшиванні задіяні дві спиртні групи, а третя вільна. Вона теж може захоплювати третю ланку n - полімерів. Хід реакції протікає по спиртних групах. При цьому азот триетаноламіну не здатний брати участь в реакціях утворення імідів і амідів, оскільки всі його валентні зв'язки зайняті спиртними групами. В той же час відомо, що реакції із спиртами каталізують третинними амінами, і вони можуть в цьому випадку йти при низьких температурах. Триетаноламін же сам по собі є третинним аміном і одночасно містить спиртні групи, тому в реакції зшивання він є каталізатором сам для себе, що значно прискорює процес зшивання і збільшує повноту реакції, внаслідок чого виходить кінцевий продукт - щільно зшитий композиційний склад ЕВР. Для експериментальної перевірки складу зшитої композиційної патронованої емульсійної вибухової речовини, що заявляється, було виготовлено 6 партій зразків патронів діаметром 32 мм. З кожної партії відібрано по 5 штук патронів із різною щільністю і випробувано на надійність, критичну щільність і бризантність. Склад зразків і результати випробувань приведені в таблиці 1 і таблиці 2. Таблиця 1 Склад зшитого композиційного складу Партія №1 Партія №2 Партія №3 Партія №4 Партія №5 Партія №6 патронованої емульсійної вибухової речовини активний продукт 94 94,5 95,0 95,5 95.8 96 основна цільова добавка 4 3,5' 3 2,5 2,2 2 додаткова цільова добавка 2 2 2 2 2 2 Компоненти активного продукту аміачна селітра 67,6 67,6 67,6 67,6 67,6 67,6 натрієва селітра 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 індустріальне масло 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 емульгатор 1 1 1 1 1 1 вода 10 10 10 10 10 10 Компоненти основної цільової добавки: триетаноламін 70,0 60,0 48,0 37,0 26,0 15,0 оцтова кислота (70 %-на) 15,0 20,0 25,0 24,0 15,0 8,0 нітрит натрію 2,5 4,0 6,5 8,5 10,5 12,5 тіоцианат калію (натрію) 2,5 4,0 6,5 8,5 10,5 12,5 вода 10,0 12,0 14,0 32,0 38,0 52,0 Компоненти додаткової цільової добавки: 35 3 UA 106438 C2 Продовження таблиці 1 Склад зшитого композиційного складу Партія №1 Партія №2 Партія №3 Партія №4 Партія №5 Партія №6 патронованої емульсійної вибухової речовини 15 %-ний розчин малєїнізованого співполімеру етилену і 100 100 100 100 100 100 пропілену в індустріальному маслі Всього: 100 100 100 100 100 100 3 Робоча щільність, г/см 1,15 1,22 1,28 1,26 1,21 1,14 Надійність (критична 1,2 1,27 1,33 1,3 1,25 1,2 3 щільність), г/см Об'ємна енергія при 897 952 998 983 944 889 3 робочій щільності, ккал/дм 5 10 Як випливає з таблиці, найкращі експлуатаційні показники мають патрони, виготовлені зі складу, в якому експериментальні інтервали значень компонентів узяті в наступному співвідношенні, в мас. %: активний продукт 94,5-98,5 основна цільова добавка 0,5-2,5 додаткова цільова добавка 1,0-3,0. При цьому інтервали значень компонентів, що містяться в активному продукті, узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: аміачна селітра 67,6-75,6 натрієва селітра 16,0-17,9 індустріальне масло 4,5-4,7 емульгатор 0,9-1 вода решта. Інтервали значень компонентів основної цільової добавки узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: триетаноламін 35,0-64,4 оцтова кислота (70 %-на) 20,0-31,9 роданід калію або натрію 0,0-15 нітрит натрію 3-15 вода решта. У додатковій цільовій добавці як полімер в маслі використовують (10-20) % розчин малєїнізованого співполімеру етилену і пропілену в індустріальному маслі. Таблиця 2 № патронів 1 2 3 4 5 6 15 Щільність, г/см 1,12 1,21 1,22 1,25 1,27 1,28 3 Бризантність Зшитий композиційний склад Відомий композиційний склад патронованого, ЕВР що патронованого ЕВР (най заявляється, (партія № 3 з ближчий аналог) таблиці 1) Задовільна Задовільна Хороша Хороша Задовільна Хороша Незадовільна Хороша Відмова Відмінна Відмова Відмінна З таблиць виходить, що заявлений зшитий композиційний склад патронованої вибухової речовини має ширший робочий діапазон щільності в порівнянні з аналогом і відповідно вищу бризантну, і об'ємну енергію. 4 UA 106438 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На фіг. 3 представлений графік зміни щільності патронів, одержаних, згідно з винаходом, що заявляється, і патронованої емульсійної вибухової речовини, одержаної, згідно з аналогом, залежно від тиску при температурі t°C=constant. На фіг. 4 представлений графік зміни щільності патронів, одержаних, згідно з винаходом, що заявляється, і патронованої емульсійної вибухової речовини, одержаної, згідно з аналогом, залежно від температури при тиску Р=constant. З графіків видно, що параметри патронів з низкою щільністю можуть значно мінятися, тоді як патрони із зшитого композиційного складу добре протистоять зміні тиску і температурі. В ході випробувань встановлено, що зшитий композиційний склад має дрібну газогенерацію, що дозволяє, крім поліпшення надійності роботи патронів, збільшити їх робочу щільність і об'ємну енергію. Таким чином, одержана зшита патронована емульсійна вибухова речовина відповідає технічним умовам відносно експлуатаційних властивостей ЕВР, а також придатності її роботи в широкому діапазоні температур і збереженню властивостей під впливом тиску свердловини. Приклад виконання способу отримання композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини. Для здійснення процесу виготовлення зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини (ЕВР) використовують технологічну лінію, що містить, встановлені в технологічній послідовності насоси-дозатори для подачі окремо приготованих сумішей активного продукту, основної і додаткової цільових добавок, накопичувальні місткості, статичний і динамічний змішувачі і машина для патронування одержаного зшитого ЕВР. Спочатку, згідно з рецептурою, окремо готують суміш активного продукту у вигляді емульсії на основі водних розчинів солей азотної кислоти, рідких компонентів з групи горючих речовин і емульгатора де всі компоненти, що містяться в активному продукті, узяті при наступному співвідношенні, мас. %: аміачна селітра 67,6-75,6 натрієва селітра 16,0-17,9 індустріальне масло 4,5-4,7 емульгатор 0,9-1 вода решта. Окремо приготовану суміш активного продукту подають в накопичувальну ємність. Потім окремо, згідно з рецептурою, готують суміш основної цільової добавки, в якій компоненти узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: триетаноламін 35,0-64,4 оцтова кислота (70 %-на) 20,0-31,9 роданід калію або натрію 0,0-15 нітрит натрію 3-15 вода решта. Вказані компоненти змішують, після чого окремо приготовану суміш основної цільової добавки подають в окрему накопичувальну ємність. Як додаткову цільову добавку на основі полімеру використовують (10-20) % розчин малєїнізованого співполімеру етилену і пропілену в індустріальному маслі. Для отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини активний продукт, основна і додаткова цільова добавка узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: активний продукт 94,5-98,5 основна цільова добавка 0,5-2,5 додаткова цільова добавка 1,0-3,0. Узяті в даному співвідношенні, заздалегідь підготовлені, суміші активного продукту і добавок змішують в наступній послідовності. Спочатку окремо приготовані суміші активного продукту і додаткової цільової добавки з накопичувальних місткостей дозовано і одночасно подають в статичний змішувач, де відбувається їх рівномірне змішування. Потім одержану суміш із статичного змішувача і суміш окремо приготованої основної цільової добавки також дозовано і одночасно подають в динамічний змішувач, де в результаті їх змішування утворюється зшитий композиційний склад емульсійної вибухової речовини. Одержаний таким чином зшитий композиційний склад емульсійної вибухової речовини подають на патронування. Патронування здійснюється в окремі патрони, розміри яких встановлюють залежно від умов і параметрів застосування. Для цього використовують машину для патронування. 5 UA 106438 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 1. Зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини, що включає активний продукт у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітр, рідких компонентів з групи горючих речовин і емульгатора, основну цільову добавку, що містить нітрит натрію і воду, і додаткову цільову добавку на основі розчину полімеру в маслі, який відрізняється тим, що основна цільова добавка додатково містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію при наступному співвідношенні, в мас. %: триетаноламін 35,0-64,4 оцтова кислота (70 %-на) 20,0-31,9 роданід калію або натрію 0,0-15,0 нітрит натрію 3,0-15,0 вода решта, при цьому активний продукт, основна і додаткова цільові добавки узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: активний продукт 94,5-98,5 основна цільова добавка 0,5-2,5 додаткова цільова добавка 1,0-3,0. 2. Зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини за п. 1, який відрізняється тим, що в активному продукті як рідку горючу речовину використовують індустріальне масло, при цьому всі компоненти, що містяться в активному продукті, узяті при наступному співвідношенні, в мас. %: аміачна селітра 67,6-75,6 натрієва селітра 16,0-17,9 індустріальне масло 4,5-4,7 емульгатор 0,9-1 вода решта. 3. Зшитий композиційний склад патронованої емульсійної вибухової речовини за п. 1, який відрізняється тим, що в додатковій цільовій добавці як розчин полімеру в маслі використовують (10-20) % розчин малєїнізованого співполімеру етилену і пропілену в індустріальному маслі. 4. Спосіб отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини, що включає операції окремого приготування сумішей активного продукту у вигляді емульсії на основі водного розчину аміачної і натрієвої селітр, рідкого компонента з групи горючих речовин і емульгатора, основної цільової добавки, що містить триетаноламін, оцтову кислоту, роданід калію або натрію і нітрит натрію і додаткову цільову добавку на основі розчину полімеру в маслі, подачі окремо приготованих сумішей у відповідні накопичувальні ємності, змішування окремо приготованих сумішей і отримання зшитого композиційного складу патронованої емульсійної вибухової речовини з подальшим його патронуванням, який відрізняється тим, що заздалегідь змішують окремо приготовані суміші активного продукту і додаткової цільової добавки, потім одержану суміш змішують з окремо приготованою сумішшю основної цільової добавки, причому змішування сумішей активного продукту і додаткової цільової добавки ведуть в статичному змішувачі, а змішування одержаної в статичному змішувачі суміші з сумішшю основної цільової добавки ведуть в динамічному змішувачі, при цьому окремо приготована суміш основної цільової добавки містить, в мас. %: триетаноламіну (35,0-64,4), оцтової кислоти (70 %-ної) (20,0-31,9), роданіду калію або натрію (0,0-15), нітриту натрію (3-15) і решта - воду, як полімер в маслі використовують (10-20) % розчин малєїнізованого співполімеру етилену і пропілену в індустріальному маслі. 6 UA 106438 C2 7 UA 106438 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8