Спосіб виготовлення гранульованих вибухових сумішей для пневматичного заряджання із аміачної селітри і рідкого палива

Реферат: Спосіб виготовлення гранульованих вибухових сумішей для пневматичного заряджання із аміачної селітри і рідкого палива включає дозування компонентів у заданому співвідношенні, обробку аміачної селітри для підвищення пористості та їх змішування. Обробку аміачної селітри здійснюють пороутворюючими розчинами солей ортофосфорної кислоти та нагріванням до температур 60°-65 °C при розрідженні -0,7…-0,9 атм, та змішують гарячу аміачну селітру після обробки з рідким паливом при одночасному охолодженні. UA 106118 U (12) UA 106118 U UA 106118 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до способів виготовлення на базисних складах та в заводських умовах високостабільних промислових гранульованих вибухових речовин (ВР) на основі аграрної аміачної селітри (марка Б, ДСТУ 7370:2013), які призначені для пневматичного заряджання шпурів та свердловин при здійсненні вибухових робіт в шахтах, безпечних за пилом та газом, і на відкритих роботах (кар'єри). Відомий спосіб виготовлення гранульованих вибухових сумішей із аміачної селітри і рідкого палива, що включає дозування компонентів у заданому співвідношенні, обробку аміачної селітри для підвищення пористості та їх змішування [Пат. UA № 33544 А, МПК F42D3/04, опубл. 15.02.2001], вибраний як найближчий аналог. У відомому способі аміачну селітру нагрівають до температури 33-35 °C, змішують компоненти при атмосферному тиску, після чого обробляють суміш попередньо охолодженим до температури від 20° до 25 °C стиснутим не менш 5 атм повітрям. При цьому як рідке паливо використовують дизельне паливо. Термічна підготовка гранульованої "непористої" аміачної селітри призводить до збільшення числа пор і тріщин між кристалами у гранулі селітри за рахунок поліморфного перетворення IIIIV кристалів амоній нітрату у гранулі селітри. Це дозволяє збільшити площину контакту аміачної селітри з рідким паливом, що призводить до підвищення детонаційних характеристик ВР. Недоліком способу, наведеного у найближчому аналогу, є недостатня поризація гранул аміачної селітри, що не дозволяє утримати необхідну кількість рідкого палива. Аміачну селітру за ДСТУ 7370:2013 випускають тільки із застосуванням кондиціонуючих домішок, що містять кальцій, магній, сульфат, нітрат або сульфат у поєднанні з фосфатом. Це, разом із початковою вологістю гранул, суттєво підвищує температуру поліморфного перетворення III-IV амоній нітрату, яка може сягати 60 °C [Производство аммиачной селитры в агрегатах большой мощности / М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.Н. Поляков и др. М.: Химия, 1990. - С. 23]. Крім того, під час виробництва поверхня гранул аміачної селітри може бути оброблена компонентами, що перешкоджають злежуванню, диспергатором НФ, жирними кислотами або амінами жирних кислот тощо. Як показали експерименти, збільшення утримуючої здатності аміачної селітри відносно рідкого палива тільки в результаті термічної підготовки аміачної селітри недостатнє, і вимагає попередньої обробки гранул для розкриття їх твердої оболонки. Недоліком найближчого аналога є також недостатня ефективність просочування гранул аміачної селітри рідким паливом шляхом обробки підвищеним тиском стиснутого повітря. Відомо, що в гранулах аміачної селітри спостерігається бімодальний характер розподілу пор: 4 макропори з максимумом 10 нм та перехідні пори з максимумом 10-100 нм [Производство аммиачной селитры в агрегатах большой мощности / М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.Н. Поляков и др. - М.: Химия, 1990. - 288 с.]. При цьому проникнення палива в пори радіусом 10-100 нм ускладнене за рахунок капілярного ефекту. Згідно з рівнянням Лапласа надлишковий тиск в -3 капілярі радіусом r=10 нм, заповненому водою (поверхневий натяг =72,810 Н/м), яка повністю змочує селітру (крайовий кут змочування  дорівнює нулю), складає: P  40 45 50 55 2  cos  2  72,8  103   14,56 МПа . r 10  109 Відповідно для капілярів з радіусом 100 нм надлишковий тиск буде складати 1,456 МПа (14,5 атм), тобто мінімум втричі вищий, ніж наведено в найближчому аналогу. Суттєвим недоліком найближчого аналога є використання нафтопродуктів, наприклад дизельного палива, як рідкого пального вибухової речовини, оскільки аерозолі нафтопродуктів, які можуть утворюватись в повітрі робочої зони під час пневматичного заряджання вибухової речовини, є токсичними, що в умовах ускладненої вентиляції підземних гірських розробок призводить до погіршення умов праці і стану здоров'я працівників. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу виготовлення високостабільних промислових гранульованих вибухових речовин на основі аграрної аміачної селітри (марка Б, ДСТУ 7370:2013), які не містять нафтопродуктів, мають високу стабільність та детонаційні параметри, характеризуються достатньою міцністю гранул, і призначені для пневматичного заряджання шпурів та свердловин при здійсненні вибухових робіт в шахтах, безпечних за пилом та газом, і на відкритих роботах (кар'єри). Поставлена задача вирішується тим, що у способі виготовлення гранульованих вибухових сумішей для пневматичного заряджання із аміачної селітри і рідкого палива, що включає дозування компонентів у заданому співвідношенні, обробку аміачної селітри для підвищення пористості та їх змішування, згідно з корисною моделлю, обробку аміачної селітри для підвищення пористості здійснюють пороутворюючими розчинами солей ортофосфорної кислоти та нагріванням до температур 60-65 °С при розрідженні -0,7...-0,9 атм, та змішують гарячу аміачну селітру після обробки з рідким паливом при одночасному охолодженні. 1 UA 106118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При цьому як рідке паливо використовують комбінацію метилових ефірів жирних кислот олій і жирів та рослинної олії у суміші з жиророзчинними солями перехідних металів. Обробка гранул аміачної селітри пороутворюючими розчинами солей ортофосфорної кислоти надає можливість розкриття твердої оболонки гранул. Хімічна природа застосовуваних розчинів солей ортофосфорної кислоти забезпечує змивання з поверхні аміачної селітри компонентів, що перешкоджають злежуванню, частковому просочуванню гранул, та забезпечує створення під час подальшої термічної обробки аміачної селітри армуючого внутрішнього каркасу гранул, при якому кожна група кристалів у гранулі аміачної селітри поміщена у комірку з нерозчинних або менш розчинних у воді, ніж аміачна селітра, речовин. Утворення армуючого каркасу гранул реалізується за рахунок хімічної взаємодії солей ортофосфорної кислоти та кондиціонуючих домішок аміачної селітри. Нагрівання гранул аміачної селітри, зволожених пороутнорюючими розчинами солей ортофосфорної кислоти, до температур 60°-65 °C при розрідженні -0,7...-0,9 атм забезпечує повну реалізацію поліморфного переходу III-IV амоній нітрату та максимально можливе видалення вологи гранул без утворення наскрізних пор. Змішування гарячої аміачної селітри після термічної обробки з рідким паливом при одночасному охолодженні створює умови для повного глибокого проникнення пального в пори, тріщини та усадкову раковину гранул аміачної селітри з одержанням сипучої гранульованої вибухової речовини, в якій кожна гранула містить стехіометричну кількість пального компонента. Використання в способі, що заявляється, як рідкого палива комбінації метилових ефірів жирних кислот олій і жирів для дизельних двигунів [Паливо моторне. ДСТУ 6081:2009] та рослинної олії у суміші з жиророзчинними солями перехідних металів дозволяє забезпечити безпеку виробництва та застосування, оскільки означене рідке паливо не є токсичним та має температуру спалаху не менше 120 °C. Спосіб здійснюють наступним чином: В ємкість гравітаційного змішувача завантажують гранульовану аміачну селітру марки Б [ДСТУ 7370:2013] та зволожують 0,2-0,5 % мас. водного розчину солей ортофосфорної кислоти, після чого здійснюють перемішування протягом 5 хв. Термічну обробку (поризацію) зволожених гранул аміачної селітри здійснюють в барабані періодичного апарата вакуумного сушіння, що обертається. Як теплоносій для обігріву барабанів використовують гарячу воду з температурою 90-95 °C. Процес поризації проводять під розрідженням -0,7...-0,9 атм, створюваним в барабанах за допомогою вакуум-насоса. Час поризації ~30 хв. Температура поризованої селітри на виході 6065 °C. Після закінчення поризації аміачну селітру направляють в гравітаційний апарат змішування, де змішують з розрахунковою кількістю комбінації метилових ефірів жирних кислот олій і жирів та рослинної олії у суміші з жиророзчинними солями перехідних металів. Змішування реалізують при одночасному охолодженні. Час змішування 10 хв. Одержану сипучу гранульовану масу завантажують до бункера готової продукції для остаточного охолодження продукту. При охолодженні продукту до температури нижче 32 °C остаточно поглинаються залишки рідкого палива, продукт стає сухим. Експериментально встановлено, що реалізація способу, що заявляється, дозволяє збільшити утримуючу здатність гранульованої селітри відносно рідкого палива з 2,0...2,5 % мас. до 7,0-7,5 % мас. При цьому міцність гранул одержаної вибухової речовини зберігається на рівні вихідної аміачної селітри. За допомогою оптичної та електронної мікроскопії експериментально доведено, що спосіб, який заявляється, забезпечує рівномірне глибоке проникнення пального в пори, тріщини та усадкову раковину гранул аміачної селітри з одержанням сипучого гранульованого продукту. Експериментальне визначення вмісту рідкого пального в гранулах вибухової речовини доводить збереження стехіометричного співвідношення аміачна селітра - пальний компонент в будь-якій порції вибухової речовини, що забезпечує її високу стабільність та детонаційні характеристики. Продукт, одержаний запропонованим способом, не має запаху нафтопродуктів, стабільно заряджається пневматичними зарядними пристроями, і не утворює вибухонебезпечних та токсичних аерозолів під час заряджання. Гарантійний термін зберігання вибухової суміші, виготовленої запропонованим способом, перевищує 3 місяці. В таблиці наведені характеристики вибухових речовин, виготовлених заявленим способом, у порівнянні з найближчим аналогом. Вихідна сировина для всіх сумішей, наведених в таблиці аміачна селітра гранульована (марка Б, ДС'ГУ 7370) з магнезіальною кондиціонуючою 2 UA 106118 U 5 домішкою, вкрита шаром компонента, що перешкоджає злежуванню (Lilamin AC-53C), вологість 0,3 % мас, статична міцність гранул 9 Н/гранулу. Критичний діаметр детонації визначали експериментально за ГОСТ 14839.19-68 (метод А), швидкість детонації відкритого заряду у полімерній оболонці визначали експериментально за допомогою приладу MicroTrap VOD/Data Recorder. Статичну міцність гранул аміачної селітри визначали за ГОСТ 21560.2, вологу методом сушіння. Таблиця Параметри способу виготовлення вибухової речовини Обробка пороутворюючим розчином Температура термічної обробки аміачної селітри, °C Тиск в апараті під час термічної обробки, атм Рідке пальне: Дизельне паливо Комбінація метилових ефірів жирних кислот олій і жирів для дизельних двигунів та рослинної олії у суміші з жиророзчинними солями перехідних металів. Показники вибухової речовини Вологість аміачної селітри після термічної обробки, % мас. Міцність гранул аміачної селітри після термічної обробки, Н/гранулу Критичний діаметр детонації відкритого заряду, мм Швидкість детонації заряду 100 мм у полімерній оболонці, км/с Фізична стабільність (гарантійний термін), доба 10 15 прототип Значення параметрів 1 2 + + 3 + 33-35 60-65 60-65 60-65 1 -0,9 -0,7 -0,5 + + + + 0,3 0,18 0,2 0,3 6,8 8,9 9,0 7,5 80-85 40-45 40-45 45-50 2,7 3,1 3,0 2,9 40 90 90 80 Як видно з таблиці, заявлена корисна модель забезпечує високі детонаційні параметри, більшу фізичну стабільність та міцність гранул вибухової речовини у порівнянні з найближчим аналогом. Оптимальні характеристики мають варіанти № 1 та 2, які відповідають дотриманню способу, що заявляється. Термічна обробка аміачної селітри під атмосферним тиском (прототип) та недостатньому розрідженні (варіант № 3), не забезпечує необхідного видалення вологи гранул, та може знижувати стабільність і детонаційні параметри системи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 1. Спосіб виготовлення гранульованих вибухових сумішей для пневматичного заряджання із аміачної селітри і рідкого палива, що включає дозування компонентів у заданому співвідношенні, обробку аміачної селітри для підвищення пористості та їх змішування, який відрізняється тим, що обробку аміачної селітри для підвищення пористості здійснюють пороутворюючими розчинами солей ортофосфорної кислоти та нагріванням до температур 6065 °C при розрідженні -0,7…-0,9 атм, та змішують гарячу аміачну селітру після обробки з рідким паливом при одночасному охолодженні. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як рідке паливо використовують комбінацію метилових ефірів жирних кислот олій і жирів для дизельних двигунів та рослинної олії у суміші з жиророзчинними солями перехідних металів. 3 UA 106118 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4