Емульсійна вибухова речовина

1. Емульсійна вибухова речовина, до складу якої входить емульсія (матриця) типу "вода в олії", що містить рідке пальне, емульгатор, стабілізатор емульсії й окислювач, що складається з води, селітри аміачної, селітри натрієвої (або кальцієвої), і сенсибілізатор, як сенсибілізатор використовують скляні мікросфери або нітрит натрію, яка відрізняється тим, що додатково містить тверде пальне й каталізатор повноти реакції, як каталізатор повноти реакції використовують хлорид натрію, при наступному співвідношенні інгредієнтів, у відсотках за масою: рідке пальне 2,0-10,0 емульгатор 1,0-5,0 стабілізатор 1,0-5,0 U 2 (19) 1 3 С06В31/28, С06В21/00, 45/00. Публ. 1998.12.20.]. Хлорид натрію, або калію, додають для отримання запобіжних властивостей. Технічним результатом винаходу за відомим патентом є отримання емульсії для емульсійної вибухової речовини, що має спрощений склад. Недоліком є те, що вибухові властивості зберігаються упродовж невеликого терміну. Разом з тим застосування запобіжних вибухових речовин для ведення вибухових робіт у небезпечних умовах вугільних шахт вимагає збереження фізикохімічних та вибухових властивостей на протязі усього терміну зберігання від виготовлення та патронування вибухової речовини до її підривання у свердловинах та шпурах. Найбільш близьким до заявленої вибухової речовині по призначенню та сукупності ознак, виду застосовуваної сировини та технології виготовлення є вибухова речовина, що випускається та використовується у промисловому масштабі під торгівельною маркою "Гремікс", у склад якої входять: емульсія (матриця) типу "олія у воді", що складається з рідкого пального, емульгатора, стабілізатора емульсії, і окислювача, який складається з води, селітри аміачної, селітри натрієвої (або кальцієвої), і сенсибілізатора, у якості якого використовують скляні мікросфери або нітрит натрію [Заявка на корисну модель №u200903455 дата подання 10.04.2009р. "Емульсійна запобіжна вибухова речовина", МПК С06В27/00, 31/02) обрана за прототип. Недоліком прототипу є те, що у складі продуктів вибуху утворюється підвищена кількість оксидів азоту. В основу запропонованої корисної моделі покладене завдання створення промислової емульсійної вибухової речовини II класу, яка по працездатності та детонаційним властивостям не поступається прототипу, і в якій, завдяки заявленій рецептурі, забезпечено досягнення технічного результату, що полягає у зменшенні утворення оксидів азоту, тобто забезпеченні екологічної чистоти вибуху, за рахунок введення до складу вибухової речовини каталізатору, який сприяє більш повному завершенню хімічних реакцій вибуху (каталізатора повноти реакції). Завдяки досягненню згаданого вище технічного результату, який є основною метою створення заявленої ВР, з'являється споживчий результат - зменшення токсичності продуктів вибуху вибухової речовини, підвищення безпеки та покращення екологічних умов ведення вибухових робіт у підземних виробках. Відомо, що запобіжні вибухові речовини (амонітного типу), які містять солі - полум'ягасники хлорид натрію та хлорид калію, виділяють під час вибуху меншу кількість оксидів азоту. Такий каталітичний вплив хлоридів натрію і калію на процес завершення реакцій вибухового перетворення для емульсійних вибухових речовин до проведення наших досліджень відомий не був. Поставлене завдання вирішується тим, що емульсійна вибухова речовина, до складу якої входить емульсія (матриця) типу "вода у олії", що складається з рідкого пального, емульгатора, стабілізатора емульсії, і окислювача, який складаєть 47253 4 ся з води, селітри аміачної, селітри натрієвої (або кальцієвої), і сенсибілізатора, як сенсибілізатор використовують скляні мікросфери або нітрит натрію, додатково містить тверде пальне і каталізатор повноти реакції, як каталізатор повноти реакції використовують хлорид натрію, при наступному співвідношенні інгредієнтів, у відсотках за масою: рідке пальне 2,0-10,0 емульгатор 1,0-5,0 стабілізатор 1,0-5,0 вода 6,0-20,0 селітра аміачна 70,0-90,0 селітра натрієва або кальцієва 1,0-20,0 скляні мікросфери 0,5-5,0 або нітрит натрію 0,1-4,0 тверде пальне 1,0-10,0 каталізатор повноти реакції хлорид натрію 0,1-4,0. Емульсійна вибухова речовина, що заявляється, як рідке пальне містіть нафтопродукти, наприклад, мінеральну олію індустріальну, або рослинну олію, або їхню суміш у будь-якому співвідношенні, як емульгатор містить продукт "Лубризол" - спеціальний емульгатор, який призначений для виробництва емульсійних вибухових речовин, а як тверде пальне містить алюміній у вигляді порошку. Ознаки п.1 є необхідними у всіх випадках реалізації заявленої вибухової речовини, тому п.1 є незалежним. Ознаки пп.2, 3, можуть бути використані в окремих зразках заявленої вибухової речовини у залежності від умов їх виготовлення та використання, тому пп. 2, 3 є залежними. Ознаки п.4 конкретизують емульгатор, який можливо додати до складу вибухової речовини. Відповідно п.4 також є залежним. Ознаки п.5 конкретизують тверде пальне, яке додають до складу вибухової речовини. Відповідно п.5 також є залежним. Загальними ознаками емульсійних вибухових речовин та способів їх отримання є виготовлення емульсії при підвищеній температурі. Емульсію готують при постійному механічному перемішуванні із розчину окислювачів та вуглеводневого пального з додаванням поверхнево активної домішки -емульгатора. Емульгатор може бути як індивідуальним, так і складеним з кількох компонентів. Отриману у результаті такого змішування речовину називають "матричною емульсією", або матрицею. Додаванням до матричної емульсії необхідних компонентів (твердого пального, сенсибілізатору та окислювачу за необхідності) отримують необхідні вибухові та енергетичні характеристики вибухової речовині. Наприклад, для одержання задовільних вибухових характеристик необхідно додавати до матриці сенсибілізатори у вигляді мікроскопічних повітряних бульбашок або скляних порожніх мікросфер, або нітрит натрію, а для одержання високих енергетичних показників до матриці необхідно додавати тверде пальне. Відомо, що наявність води у складі вибухової речовини сприяє зменшенню у продуктах вибуху токсичного оксиду вуглецю, але разом з тим дещо підвищується вміст більш токсичних оксидів азоту. 5 Вміст токсичних газів у продуктах вибуху вибухових речовин II класу встановлюють у перерахунку на умовний оксид вуглецю. При цьому приймають до уваги, що оксиди азоту у 6,5 разів більш токсичні за оксиди вуглецю. Разом з тим застосування вибухових речовин для ведення вибухових робіт у підземних умовах вимагає використовування найбільш екологічно чистих вибухових речовин з якомога меншим вмістом у продуктах вибуху токсичних газів. Між суттєвими ознаками заявленої вибухової речовини та обумовленим ними технічним результатом існують наступні причинно-наслідкові зв'язки. Амонійна селітра є окислювачем і відповідно, постачальником кисню у реакціях вибухового перетворення заявленої вибухової речовини. Поряд з цим амонійна селітра має деякі вибухові властивості. У зв'язку з зазначеним вище, від співвідношення амонійної селітри до інших інгредієнтів залежить енергія вибуху, детонаційна спроможність та склад продуктів вибуху заявленої вибухової речовини. Максимальне виділення енергії, за інших рівних умов, має місце при співвідношенні, яке відповідає нульовому кисневому балансу вибухової речовини. У разі необхідності підвищити енергію вибуху зразків заявленої вибухової речовини виникає потреба збільшити вміст кисню у складі таких зразків. Для цього до їх складу додатково уводять окислювачі, більш багаті на кисень, ніж амонійна селітра - кальцієву або натрієву селітру, або їхню суміш. Наведені вище зв'язки в якісному відношенні є відомими. Відомим, у принципі, є також використання запропонованих пальних добавок, зокрема нафтопродуктів, у тому числі мінеральної олії індустріальної за ГОСТ 20799-88 та алюмінієвого порошку. Проте кількісні зв'язки між інгредієнтами у складі заявленої вибухової речовини та обумовленим ними технічним результатом, необхідні для створення цієї конкретної вибухової речовини, не є часткою рівня техніки, не випливають явним чином з цього рівня і є новими. Вони були встановлені у результаті наших досліджень, проведених при розробці заявленої вибухової речовини. Новою є також рецептура заявленої вибухової речовини. Вказані інтервали (мас. %), встановлені на підставі даних, наведених нижче. Вода. Нижня межа обрана за умови отримання розчину окислювачів та інгібіторів. Верхня межа обмежена збереженням детонаційних властивостей вибухової речовини. Рідке пальне. Нижня межа встановлена виходячи з необхідності надання вибуховій речовині певної енергії вибухового перетворення. Верхня межа обмежена збереженням кисневого балансу. Окислювачі. Верхня межа обрана за умови забезпечення кисневого балансу зразків вибухової речовини. Нижня межа обумовлена технологічними причинами. Каталізатор повноти реакції вибухового перетворення - хлорид натрію. Верхня межа обрана за умови збереження енергетичних характеристик 47253 6 вибухової речовини. Нижня межа обрана за умови впливу добавки на зменшення утворення токсичних газів у продуктах вибуху. Емульгуючий склад (поверхнево активна речовина). Верхня межа обрана за умови забезпечення кисневого балансу зразків вибухової речовини, близького до нуля. Нижня межа обрана за умови утворення стабільної емульсії. Стабілізатор емульсії. Нижня межа встановлена виходячи з необхідності надання вибуховій речовині стабільності при зберіганні. Верхня межа обумовлена технологічними причинами. Сенсибілізатори. Нижня межа встановлена виходячи з необхідності надання вибуховій речовині детонаційних властивостей. Верхня межа обмежена зростанням вартості ВР. Тверде пальне - алюмінієвий порошок. Нижня межа встановлена виходячи з необхідності надання вибуховій речовині енергетичних та детонаційних властивостей. Верхня межа обмежена зростанням вартості вибухової речовини. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, доведено шляхом досліджень, які були виконані на спеціальних зразках (прикладах). Приклади були виготовлені по технології та із матеріалів, прийнятих у виробництві подібних речовин. Рецептурний склад та результати випробувань наведено у таблиці. Приклад 1. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 10,0 селітра аміачна 84,0 рідке пальне 3,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - розчин нітриту натрію 0,2 готували відомим способом: у апараті-змішувачі, що підігрівається від термостату, виготовляли розчин емульгуючого складу на основі поверхневоактивної речовини (ПАР) із стабілізатором у рідкому пальному (індустріальній олії марки 1-40). У окремому апараті при температурі 85±5°С з перемішуванням готували розчин окислювачів з хлоридом натрію у воді. Далі при включеному перемішуванні розчин окислювача додавали до розчину емульгатора і готували емульсію (матрицю). У готову матрицю після охолодження додавали наважку сенсибілізатора та алюмінієвого порошку і перемішували 5-10 хвилин до отримання однорідної маси. Отриманий склад патронували до поліетиленового рукава діаметром 32-36мм для отримання дослідних зразків. Далі дослідні зразки піддавали випробуванням. Вибухова речовина характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 2,56 CO 42,34 умовний оксид вуглецю 59,8 Передача детонації патронів, см 1 Приклад 2. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): 7 вода 6,0 селітра аміачна 81,0 хлорид натрію 3,0 алюмінієвий порошок 3,0 рідке пальне 5,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - розчин нітриту натрію 1,5 готували за прикладом 1. Отриманий склад патронували до поліетиленового рукава діаметром 3236мм для отримання дослідних зразків, які далі піддавали випробуванням. Вибухова речовина за прикладом 2 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,87 CO 38,55 умовний оксид вуглецю 44,21 Передача детонації патронів, см 4 Приклад 3. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 15,0 селітра аміачна 66,0 селітра кальцієва 4,0 хлорид натрію 5,0 алюмінієвий порошок 1,0 рідке пальне 7,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - розчин нітриту натрію 3,0 готували за прикладом 1. Отриманий склад патронували до поліетиленового рукава діаметром 3236мм для отримання дослідних зразків, які далі піддавали випробуванням. Вибухова речовина за прикладом 3 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,43 CO 31,89 умовний оксид вуглецю 34,69 Передача детонації патронів, см 5 Приклад 4. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 10,0 селітра аміачна 65,0 селітра кальцієва 16,0 хлорид натрію 1,0 алюмінієвий порошок 3,0 рідке пальне 3,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - скляні мікросфери 2,0 готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 4 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 1,82 CO 35,56 умовний оксид вуглецю 47,39 Передача детонації патронів, см 3 Приклад 5. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): 47253 8 вода 10,0 селітра аміачна 69,0 селітра натрієва 10,0 хлорид натрію 2,0 алюмінієвий порошок 3,0 рідке пальне 5,0 емульгатор 1,0 сенсибілізатор - скляні мікросфери 2,0 готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 5 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 1,13 CO 34,68 умовний оксид вуглецю 42,03 Передача детонації патронів, см 3 Приклад 6. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 12,0 селітра аміачна 61,5 селітра натрієва 10,0 хлорид натрію 3,0 алюмінієвий порошок 5,0 рідке пальне 7,0 емульгатор 1,5 сенсибілізатор - скляні мі2,0 кросфери готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 6 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,83 CO 32,27 умовний оксид вуглецю 37,67 Передача детонації патронів, см 3 Приклад 7. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 15,0 селітра аміачна 62,0 селітра натрієва 6,0 хлорид натрію 5,0 алюмінієвий порошок 5,0 рідке пальне 5,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - скляні мікросфери 1,0 готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 7 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,39 CO 29,47 умовний оксид вуглецю 32,01 Передача детонації патронів, см 1 Приклад 8. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 15,0 селітра аміачна 62,0 селітра кальцієва 6,0 хлорид натрію 8,0 алюмінієвий порошок 1,0 9 47253 рідке пальне 7,0 емульгатор 1,0 сенсибілізатор - скляні мі3,0 кросфери готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 8 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,27 CO 30,03 умовний оксид вуглецю 31,79 Передача детонації патронів, см 4 Приклад 9. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 10,0 селітра аміачна 59,0 селітра натрієва 15,0 хлорид натрію 8,0 алюмінієвий порошок 2,0 рідке пальне 5,0 емульгатор 1,0 сенсибілізатор - скляні мікросфери 1,0 готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 9 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,29 CO 33,98 умовний оксид вуглецю 35,86 Передача детонації патронів, см 1 Приклад 10. Емульсійну вибухову речовину такого складу (у відсотках за масою): вода 10,0 селітра аміачна 61,0 селітра натрієва 10,0 хлорид натрію 7,0 10 алюмінієвий порошок 5,0 рідке пальне 5,0 емульгатор 2,0 сенсибілізатор - скляні мікросфери 2,0 готували за прикладом 1. Вибухова речовина за прикладом 10 характеризувалась таким вмістом токсичних газів у продуктах вибуху (л/кг): NOx 0,29 CO 35,23 умовний оксид вуглецю 37,12 Передача детонації патронів, см 3 Як видно з табл. 1, при збільшенні вмісту каталізатора повноти реакції вибухового перетворення - хлориду натрію зменшується вміст токсичних газів у продуктах вибуху, зокрема, оксидів азоту (від 2,56л/кг до 0,27л/кг). Загалом у перерахунку на умовний оксид вуглецю при випробуванні дослідних зразків було досягнуто зменшення токсичних газів у продуктах вибухового перетворення майже у два рази. Таким чином, емульсійна вибухова речовина, що заявляється, за вмістом токсичних газів у продуктах вибуху відповідає вимогам за цим фактором до вибухових речовин II класу згідно класифікації, прийнятої в Україні [див., наприклад, НПАОП 0.00-1.17-92 "Единые правила безопасности при взрывных работах", вид. "Норматив", Киев, 1992р. - С.11]. На теперішній час емульсійні вибухові речовини є найбільш перспективними, що зумовлено цілою низкою їхніх технічних переваг у порівнянні з традиційними. Декілька типів емульсійних вибухових речовин, у тому числі і II класу, виготовляється в Україні, тому заявлену вибухову речовину можливо виготовляти на існуючому обладнанні заводів по виробництву вибухових речовин, які є в Україні. Таблиця Номер прикладу Склад та показники прикладів Розчин окислювача: Вода Селітра аміачна Селітра натрієва (кальцієва) Хлорид натрію Алюмінієвий порошок Вуглеводнева фаза: Рідке пальне Емульгатор Сенсибілізатор: скляні мікросфери - розчин нітриту натрію Передача детонації патронів см* 1 2 10,0 6,0 84,0- 81,0-3,0 3,0 3 4 15,0 10,0 66,0 65,0 (4,0) (16,0) 5,0 1,0 1,0 3,0 5 6 7 8 9 10 10,0 69,0 10,0 2,0 3,0 12,0 61,5 10,0 3,0 5,0 15,0 62,0 6,0 5,0 5,0 15,0 62,0 (6,0) 8,0 1,0 10,0 59,0 15,0 8,0 2,0 10,0 61,0 10,0 7,0 5,0 3,0 2,0 5,0 2,0 7,0 2,0 3,0 2,0 5,0 1,0 7,0 1,5 5,0 2,0 7,0 1,0 5,0 1,0 5,0 2,0 2,0 2,0 2 1 3 1 2,0 0,2 1 1,5 4 3,0 5 3 3 3 1 4 1 3 11 47253 12 Продовження таблиці Вміст токсичних газів у продуктах вибуху л/кг: NOx 2,56 0,87 0,43 1,82 1,13 0,83 0,39 0,27 0,29 0,29 CO 42,34 38,55 31,89 35,56 34,68 32,27 29,47 30,03 33,98 35,23 умовний оксид вуглецю 59,8 44,21 34,69 47,39 42,03 37,67 32,01 31,79 35,86 37,12 Примітки. 1. Риска у графі означає, що даний показник прикладу не визначався. 2. *- означає, що показник визначений як середнє із 2-х - 3-х випробувань. 3. У дослідні склади стабілізатор емульсії не додавали у зв'язку з тим, що потреби у зберіганні отриманих складів на протязі тривалого часу не було. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601