Розробка і дослідження гетерогенних систем на основі нітратів кальцію та амонію для одержання вибухових матеріалів

 

 

Одним з перспективних напрямків удосконалення ВР, які застосовуються у необводнених умовах, є розробка безтротилових ВМ на основі гранульованої аміачної селітри.

Визначальним фактором дестабілізації гетерогенних вибухових систем на основі гранульованої аміачної селітри і рідкого пального компонента є гравітаційна міграція рідкої фази, яка може бути виключена за умов використання пористої селітри. Однак промислове виробництво пористої гранульованої аміачної селітри в Україні відсутнє.

Створення високостабільних гетерогенних систем на основі непористої аміачної селітри, що виробляється вітчизняними підприємствами азотної промисловості, вимагає особливого підбора пальних компонентів і в першу чергу – введення в систему матеріалів, що перешкоджають міграції рідкої фази. В якості таких матеріалів були використані залізовмісні і пористі пальні компоненти.

Сумішеві ВР найчастіше виготовляються на спеціально обладнаних пунктах безпосередньо на місцях споживання, і введення додаткових компонентів у систему ускладнює технологію її одержання (потрібна наявність додаткового дозуючого устаткування, накопичувальних ємкостей для сировини, тощо).

Протиріччя, зумовлене вимогами максимального спрощення технології одержання сумішевого ВР і забезпечення його високої стабільності (більше 40 годин), було вирішено за рахунок розділення двох технологічних процесів. Було запропоновано процес виготовлення комплексного пального компонента (збалансована суміш рідкого пального, залізовмісного та пористого матеріалів) реалізовувати в заводських умовах, а виготовлення ВР – на місцях споживання. Процес одержання ВР являє собою механічне змішування непористої аміачної селітри і виготовленого в заводських умовах напівфабрикату.

Таке технологічне рішення не має аналогів і має ряд переваг: найбільш можлива простота і швидкість приготування BР безпосередньо на місцях застосування; відсутність необхідності встановлення додаткового устаткування на пунктах готування BР; можливість корегувати рецептуру суміші пальних компонентів у залежності від даних вхідного аналізу сировини, у якості якої можуть бути використані відходи промислового виробництва; можливість модернізації BР шляхом введення до складу комплексного пального компонента різних добавок. Слід зазначити, що будь-які зміни в рецептурі комплексного пального компонента не позначаються на технології одержання сумішевого ВР.

В результаті проведених досліджень була розроблена рецептура комплексного пального компонента, що являє собою збалансовану суміш масових відходів промислового виробництва: відпрацьованих індустріальних олив після регенерації, омасленої прокатної окалини – так званого натиру металу (відходи відстійників оборотних систем металообробних виробництв, прокатних цехів і трубного виробництва) і подрібненої лузги соняшника (відходи маслоекстракційних заводів). Комплексний пальний компонент може містити додатково добавки, які підвищують тепловий ефект вибуху (алюміній, відхід технічного кремнію, феросиліцій тощо).

Використання подрібненої лузги соняшника як пального компонента, що має капілярно-пористу будову, дозволяє одержати високостабільні гетерогенні системи, у яких рідка фаза, частково адсорбуючись на аміачній селітрі, залізовмісному компоненті і пористому матеріалі, забезпечує їх взаємну адгезію. Лузга соняшника характеризується високою питомою теплотою згоряння і діє як додатковий сенсибілізатор вибухової суміші.

Введення до складу гетерогенної системи натира металу, який містить недоокиснене залізо (FeО, Fe3O4), дозволяє підвищити густину суміші, що позитивно позначається на експлуатаційних характеристиках ВР (поліпшується якість формування заряду, знижується критичний діаметр детонації, підвищується бризантність).

Комплексний пальний компонент одержав умовну назву Промпродукт-НМ (ТУУ19436711. 001-97) і Промпродукт-нмпм (містить енергетичні добавки), а сумішеві ВР на основі непористої аміачної селітри і Промпродукта-Нм (-НМПМ) одержали назву Грануліт-нм (Грануліт-нмпм).

Промпродукти-нм і -НМПМ є невибуховими високостабільними гетерогенними системами (стабільність – 40 діб), які забезпечують одержання промислових вибухових речовин, придатних для заряджання пневматичним способом.

Грануліт-нм і Грануліт-нмпм за працездатністю не поступаються тротилвмісним ВР (QВИБ=3677-4569 кДж/кг) і є стабільними, безпечними в застосуванні, безтротиловими матеріалами, продукти вибуху яких не містять оксидів азоту.

Економічний ефект застосування Грануліту-нм, -НМПМ відносно тротилвмісного Граммоніту 79/21 – близько 25 тис. дол. США з 1000 тон BР, або 43 тис. дол. CША на видобуток 1 млн. м3 гірської маси.

Технологія виробництва комплексного пального компонента (Промпродукт-нм, -НМПМ) реалізована на ЗАТ «Екоцентр», м. Дніпропетровськ.

 

 

1. Експериментально досліджена взаємодія концентрованих водних розчинів аміачної селітри з кремнеземом, що містить пірит. Встановлено, що при контакті з породою, яка містить більше 2, 5% піриту, у температурному інтервалі 423-453 К відбувається мимовільне екзотермічне розкладання аміачної селітри.

2. Науково обґрунтований якісний склад і концентраційні межі емульсійних гетерогенних систем на основі нітратів кальцію й амонію.

2. 1. На підставі дослідження фазових рівноваг у системі H2O -NH4NO3 – Ca (NO3) 2 обрані концентраційні межі дисперсної фази зворотної емульсії (NH4NO3 – 40, 20±0, 5%; Ca (NO3) 2 – 43, 6±0, 5%; H2O – 16, 2± 0, 5%).

2. 2. В результаті дослідження здатності до емульгування неіоногенних ПАР різної будови встановлено, що висококонцентровані зворотні емульсії (83% водного розчину азотнокислих солей кальцію й амонію в дизельному паливі) стабілізуються оксиетильованими жирами тваринного і рослинного походження (жиринокси, ріпокси) із ГЛБ = 3-6. Концентраційні межі ПАР в основній фазі 28±2, 5%.

3. Досліджений вплив типу перемішуючого пристрою, інтенсивності перемішування і добавок гідрофобної фази (індустріальна олива И-30) на фізичну стабільність та водостійкість зворотних емульсій. Показано, що стабільні мікроемульсії з розміром часток дисперсної фази близько 30-40 нм можна стабільно одержувати одностадійним емульгуванням (без додаткового