NO832230L - Fremgangsmaate for fremstilling av en sprengstoffblanding, samt apparat for fremgangsmaatens utfoerelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte og et apparat for fremstilling av sats eller store mengder av ikke-fenghette-følsomme vann-i-olje emulsjonssprengstoffer. Spesielt gjelder oppfinnelsen satsfremstilling av relativt ufølsom-me emulsjonssprengstoffer under anvendelse av en blandesone inneholdende en i det vesentlige skjærfri blander. Ved ikke-fenghette-følsomme emulsjonssprengstoffer menes en blanding som er ufølsom mot tenning ved hjelp av fenghette og som må tennes med forsterket tennanordning.

Vann-i-olje emulsjonssprengstoffer er nå velkjente på sprengstoffområdet og har vist seg å være sikre, økonomiske og relativt enkle å fremstille og å gi utmerkede sprengningsresul-tater. I US-patent nr. 3.447.978 er det beskrevet en emulsjons-sprengstof f blanding omfattende en vandig, diskontinuerlig fase inneholdende oppløste, oksygenavgivende salter, en kontinuerlig karbonbrennstoff-fase, en okludert gass og et emulgeringsmiddel. Senere er det beskrevet ytterligere forbedringer og variasjoner av vann-i-olje sprengstoffblandinger i en rekke patenter. Disse omfatter US-patenter nr. 3.674.578, 3.770.522, 3.715.247, 3.675.964, 4.110.134, 4.149.916, 4.141.917, 4.141.767, 4.111.727, 4.104.092, 4.231.821, 4.218.272, 4.138.281 og 4.216.040 og kanadisk patent nr. 1.096.173.

Emulsjonssprengstoffblandinger er fremstilt i kommersiel-le mengder ved hjelp av både sats- og kontinuerlige fremgangs-måter ved anvendelse av vanlig blandeapparat med høy skjærkraft. Generelt er det i det tidligere kjente ikke spesifisert spesiel-le blande- eller emulgeringsapparater eller -teknikker, idet det bare er henvist til ."omrøring" eller "blanding" av den vandige fasen og oljefasen i nærvær av et emulgeringsmiddel. I

US Re. nr. 28060 refereres det til anvendelse av en turbinblan-der. US-patent nr. 4.008.108 referer til en blander med høy skjærkraft, dvs. en skjærpumpe. US-patent nr. 4.138.281 antyder den mulige anvendelse av en kontinuerlig resykleringsblander, f.eks. "VOTATOR"-blanderen, en in-line-blander, f.eks. "TURBON" og en blander av kolloidtypen, f.eks. "OAKES". I kanadisk patent 1.106.835 beskrives bruken av en blandeenhet som omfatter en turbinformet blanderotor eller rører innelukket i et hus. I kanadisk søknad nr. 395.372 gjøres det bruk av en resirkulerings-sløyfe inneholdende en pumpe og en "in-line" ubevegelig blander

for kontinuerlig produksjon av sprengstoffemulsjonsforløpere.

I US-patent nr. 4.287.010 gjøres det bruk av en bladblander med en bladtupp-hastighet på opptil 600 cm/sek. I US-patent 4.231.821 anvendes en kolloidmølle for fremstilling av emulsjo-ner med små dråper og forbedret reologi.

Valget av en passende blander for fremstilling av emulsjonssprengstoffblandinger vil for en stor del avhenge av tre hovedbetraktninger. For det første den ønskede følsomheten til sluttproduktet, for det andre typen av operasjon, enten satsvis eller kontinuerlig og for det tredje sikkerheten. Utgifts-eller investerings-betraktninger er selvklare. Når formålet er å fremstille en meget liten dråpestørrelse og derfor følsomt emulsjonssprengstoff beregnet på fenghettetenning, vil vanlig - vis et blandeapparat med meget høy skjærkraft være apparatet å velge. Bruk av blandeapparat med høy skjærkraft for sprengstoffblandinger medfører imidlertid en fare pga. av risken for mekanisk svikt og slag og oppkomst av varme. Kapitalinvesterin-gen er også ofte høy. Der det skal fremstilles ikke-fenghette-følsomme emulsjonssprengstoffer velges normalt en blander med middels eller moderat skjærkraft, hvilken blandetype har de fleste ulempene til et apparat med høy skjærkraft. Dersom operasjonen for fremstilling av sprengstoffer skal være kontinuerlig, kan det generelt anvendes blandere med både middels og høy skjærkraft for slike formål. Bruken av in-line ubevegelige blandere kan også hensiktsmessig tilpasses for kontinuerlig fremstilling. Når fremstillingen av emulsjonssprengstoff er satsvis, har det vært ansett nødvendig med lignende blandere med høy eller middels skjærkraft enten alene eller i kombinasjon med homogenisatorer, som f.eks. en kolloidmølle, for å til-veiebringe en blanding med en jevn fordeling av fine smådråper. Uten en slik karakter er blandingene generelt ubrukbare som sprengstoffer.

Ikke-fenghette-følsomme sprengstoffemulsjoner som normalt er bestemt for bruk i form av pakninger med stor diameter eller borehull-ladninger (7 cm. diameter eller større), fremstilles mest hensiktsmessig i satsmengder. Ved å anvende sats-fremstilling, i motsetning til kontinuerlig fremstilling, unngås den omsorgsfullt oppdelte måling av olje/brennstoff-fasen og vann/salt-fasen og kvaliteten til sluttproduktet kan derfor lettere bibeholdes. Spesielt unngås faseinversjon lettere i satsfremstilling. Ikke desto mindre har det vært praksis ved fremstilling av satsemulsjonssprengstoffer å anvende de samme blandere med høy skjærkraft eller relativt høy skjærkraft som blir brukt ved kontinuerlig fremstilling for å oppnå den ønskede homogenitet hos produktet som er bemerket tidligere. Der-med består problemene som er forbundet med bruken av raskt roterende blandeanordninger, nemlig varmedannelser, mekanisk sammenbrudd og høye arbeids- og kapitalkostnader.

Det er nå funnet at det kan fremstilles høykvalitets, stabil, ikke-fenghette-følsom sprengstoffemulsjon i satsmengder uten bruk av et blandeapparat med høy skjærkraft. Det er også funnet at fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen som beskrives senere enten kan anvendes på et fast sted (fabrikk) eller kan anvendes montert på en mobil bærer for fremstilling av sprengstoffene direkte på sprengningsstedet. Videre mulig-gjør fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen fremstilling av en stabil emulsjon med meget høyt forhold mellom vann og olje (opptil 95% vannfase) uten faseinversjon.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter trinnene å innføre en målt mengde av en olje/overflateaktivt middel-fase i en i det vesentlige sylindrisk, reversibelt roterbar trommelblander med en indre diameter på minst 1,5 m og fortrinnsvis 1,5 til 2,5 m som er utstyrt med indre ledeplater, og rotere nevnte trommelblander rundt dens lengdeakse med mellom 8-16 omdreininger pr. minutt, mens det tilsettes en målt mengde av en vandig fase, idet nevnte tilsetning av vandig fase utføres kontinuerlig i løpet av en periode og ikke mindre enn 10 minutter for å tillate et fritt fall av materialet inne i trommelen med en dråpehastighet på 5 til 7 m/sek. for å fremstille et emulgert sprengstoff med en dråpestørrelsefordeling på fra 1-10 yu, m.

Satsblandeapparatet ifølge oppfinnelsen består av et i det vesentlige sylindrisk skall med en langsgående akse, en lukket ende og en åpen ende for mottak av materiale som skal blandes og for tømming av blandet materiale, idet nevnte skall er reversibelt roterbar om nevnte akse, og en rekke fremskytende hellen-de ledeplater som er plassert på en innervegg av nevnte skall i avstand fra hverandre, idet nevnte ledeplater er anbragt generelt på tvers av nevnte skallakse, og nevnte ledeplater er pias- sert slik at ved rotasjon av nevnte skall i urviserretningen, beveges strømbart materiale inne i nevnte skall mot nevnte lukkede skallende og ved rotasjon mot urviserretningen beveges materialet mot og gjennom den nevnte åpne skallende, den nevnte utstikkende del av nevnte ledeplater utgjør et middel til å løfte materialet inne i nevnte skall til toppen av skallrota-sjonen og frigjøre nevnte materiale slik at det faller av.tyngdekraften til bunnen av nevnte skall.

For å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen skal det henvises til den medfølgende tegning hvori: Figur 1 viser et perspektivsnitt, delvis avskåret, av blandeapparatet ifølge oppfinnelsen, og

figur 2'viser fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen diagram-matisk eller skjematisk.

Idet det henvises til tegningene omfatter blandeapparatet for fremstilling av sprengstoffemulsjonen ifølge oppfinnelsen somgenerelt er angitt med henvisningstallet 1, et hult, generelt sylindrisk roterbart hus eller skall 2 fortrinnsvis en sveiset metallkonstruksjon, med en åpen ende 3 og en lukket ende 4. Festet til innerveggene i blanderens skall 2, fortrinnsvis ved sveising, er en serie av diagonalt anbragte blader eller skov-ler 5, som er arrangert slik at strømbart materiale i skallet 2 rettes mot den lukkede enden 4 når skallet 2 er i rotasjon i urviserretningen. Skovlene 5c og 5d er mere spesielt arrangert til i hovedsak å heve strømbart materiale ved rotasjon og, ved toppen, å tillate det strømbare materiale å falle til bunnen av skallet 2.

Idet det henvises spesielt til figur 2 vises det en trakt 6 som er nær den åpne ende 3 i skallet 2. Avleveringsledninger som vist, for de forskjellige bestanddelene i emulsjonssprengstoffblandingen går gjennom trakten 6 og inn i åpningen 3. Den nedre delen 6a i trakten 6 opptrer som en oppsamler for den emulgerte blandingen etter at blandingen er ferdig. En pumpe 7 foreligger hensiktsmessig for å trekke ut de blandede emulsjone-ne fra trakten 6a hvoretter emulsjonen føres gjennom slangen 8 som er montert på slangespolen 9. Et reservoar for additiver 10 inneholdende, f.eks. et gassavgivende middel er beliggende for avlevering av sitt produkt til emulsjonen ved et punkt nær pum-pen 7. Alternativt kan den blandede emulsjonen tas ut fra

trakten 6a ved hjelp av tyngdekraften.

Emulgeringen av vann- og olje-fasene i skallet 2 oppnås ved rotasjon av skallet med lav hastighet, idet rotasjonen gjennomføres eksempelvis ved hjelp av en hydraulisk motor (ikke vist) eller, andre kjente metoder. Etter plasseringen av bestanddelene i emulsjonsblandingen i skallet, som beskrevet senere, roteres skallet med lav hastighet, for eksempel ca. 8-16 omdreininger pr. minutt, i en periode som er tilstrekkelig lang til å produsere en vann-i-olje emulsjon med ønsket dråpe-størrelse. Etter blandeperioden snus rotasjonsretningen av skallet 2 og de indre skovlene 5 beveger den emulgerte blandingen gjennom åpningen 3 og inn i trakten 6a, hvorfra den fjernes enten ved pumping eller ved hjelp av tyngdekraften.

Ved operasjonen av metoden og apparatet ifølge oppfinnelsen innføres først en forhåndsmålt eller forhåndsveid oljefase i skallet 2 og det startes en langsom rotasjon i urviserretningen av skallet 2, ca. 10 omdreininger pr. minutt. Den forhåndsmålte vandige fase tilsettes så gradvis til oljefasen i løpet av en periode på 10-60 minutter avhengig av størrelsen av sat-sen som skal fremstilles. Det er funnet at dersom tilsetningen av den vandige fasen påskyndes, f.eks. på mindre enn 10 minutter, vil det ikke oppnås denønskede lille dråpestørrelse som kreves i sluttproduktet. Kombinasjonen av langsom tilsetning og lang oppholdstid i et blandeapparat med lav skjærkraft gir en emulsjonssprengstoffblanding med en dråpestørrelsefordeling på ca. 1-10 yum med et middeltall på ca. 4 yum. En slik dråpestørrelsefordeling gir et sprengstoffprodukt med utmerket stabilitet og reologi og har likevel ett som er ufølsomt overfor tenning med elektrisk fenghette. Etter blanding til den ønskede dråpestørrelsefordeling kan partikkelformige faststoffer eller tilsetningsstoffer, f.eks. partikkelformige oksygenavgivende salter, som f.eks. ammoniumnitrat eller partikkelformig lettmetall tilsettes til skallet 2 og innblandes i emulsjonen. Rotasjonsretningen av skallet 2 snus deretter og innholdet av-leveres gjennom åpningen 3 og avsettes i trakten 6a.

Eksempel 1

300 Kilogram av en varm (60°C) oljefase ble plassert i et blandeskall med 7,6 m<3>kapasitet. Oljefasen bestod av 45 deler

paraffinolje, 26 deler paraffinvoks og 20 deler emulgeringsmiddel. Skallet ble rotert i urviserretningen med 10 omdreininger pr. minutt mens 3307 kilogram av en varm (70°C), vandig saltløs-ningsfase ble tilsatt i løpet av en periode på 20 minutter.

Den vandige fasen bestod av 15,35 vekt% vann, 61,6 3 vekt% ammoniumnitrat, 19,75 vekt% natriumnitrat og 0,27 sinknitrat. Etter at tilsetningen av den vandige fasen var ferdig, ble den resulterende emulsjon blandet ved 10 omdreininger pr. minutt i ytterligere 10 minutter. Rotasjonshastigheten ble så redusert til 2 omdreininger pr. minutt og 907 kilogram partikkelformig ammoniumnitrat ble tilsatt og blandet inn i emulsjonen. Rotasjonen av blandeskallet ble snudd og blandingen oppsamlet

i en trakt fra hvilken den ble pakket i poselignende beholdere av plast med tilsetning av natriumnitrit for å danne noen nit-rogenbobler. Blandingen var ufølsom mot tenning med elektrisk fenghette og hadde en densitet på 1,10. Ved detonering ved

hjelp av 60 g pentolit-tenner i ladninger med 16,5 cm diameter, hadde blandingen en detonasjonshastighet på 4800 m.p.s., hvilken verdi var uforandret etter 3 ukers lagring ved 5°C.

Det vil forstås av fagmannen at det foran beskrevne ikke-fenghette-følsomme produktet kan gjøres følsomt overfor fenghettetenning ved innblanding av densitetssenkende ingredienser, som f.eks. ytterligere gassbobler, glass eller harpiksmikro-kuler, vermikulitt og lignende, eller ved innblanding av selv-sprengstoffer, som f.eks. partikkelformig TNT.

Eksempel II

193 Kilogramm av en varm (60°C) oljefase ble plassert i et blandeskall med en kapasitet på 7,6 m 3. Denne oljefasen bestod av 28 deler emulgeringsmiddel, 41 deler paraffinolje og 31 deler paraffinvoks. Som i eksempel I ble 3003 kilogram av en varm, vandig fase med samme sammensetning som i eksempel I tilsatt i løpet av 25 minutter og hvor blanderen roterte med 12 omdreininger pr. minutt. Etter at tilsetningen av den vandige fasen var ferdig, ble den resulterende emulsjon blandet ved 10 omdreininger pr. minutt i 10 minutter. Rotasjonshastigheten ble så redusert til 2 omdreininger pr. minutt og 750 kilogram partikkelformig TNT ble tilsatt og blandet inn i emulsjonen. Produktet ble tømt ut som for eksempel I, direkte i borehull,

bortsett fra at det ikke ble tilsatt noe gassavgivende middel. Densiteten var 1,5. Produktet fikk hvile i 3 uker og hadde ved detonering ved hjelp av 450 g pentolit/TNT-tenner i borehull med 20 cm diameter en detonasjonshastighet på 4,8 km s-"*". Et lignende produkt i pakninger med 12,7 cm diameter skyter når de tennes med 230 g pentolit.

Eksempel III

Et emulsjonssprengstoff ble fremstilt som i eksempel I bortsett fra at det ble brukt 308 kilogram av en oljefase inneholdende 22 % overflateaktivt middel, 45 % paraffinolje og 33 % voks. Til dette ble det tilsatt 4205 kilogram av en AN/SN/ZN/H20-væske som i eksempel I. Produktet ble blandet og tømt direkte til et borehull med tilsetning av NaNCU for å produsere gass og senke densiteten til 1,10 g/cm 3. Ved detonering med en 450 g tenner hadde produktet en detonasjonshastighet på 5,5 km s ^ i borehull med 20 cm diameter.

Det antas at den overraskende og uventede fremstilling av emulsjonssprengstoffer med meget små dråper ved å anvende en satsblander med roterende skall og ledeplater er forårsaket av en kombinasjon av turbulens og hvirvling som opptrer under blandingen. Rotasjonen av skallet får væskeinnholdet til å strømme over ledetrådene eller skovlene og å falle ved hjelp av tyngdekraften til resten av materialet nedenfor. Slik strømning og plasking og turbulensen som oppstår derfra forårsaker hvirvler og strømhvirvler i et størrelsesområde som resulterer i fremstilling av dråper med et tilsvarende størrelsesområde.

Når blandeapparatet ifølge oppfinnelsen er montert på et fast sted, kan de forskjellige flytende bestanddelene eller fasene i emulsjonssprengstoffblandingen fremstilles i separate oppvarmede blandere av konvensjonell konstruksjon, f.eks. røre-blandere. Disse fasene kan så tilsettes til emulsjonsblanderen i forhåndsveide eller forhåndsmålte mengder som beskrevet foran. På lignende måte kan eventuelle faste ingredienser eller tilsetningsstoffer tilsettes eksempelvis fra volumetriske lagrings-binder eller veietrakter.

Når det utføres blanding på stedet, kan blandeapparatet ifølge oppfinnelsen monteres på et kjøretøy eller en trailer som trekkes av et kjøretøy. De flytende fasene og de faste ad- ditivene kan oppbevares i forhåndsmålte mengder i isolerte og/eller oppvarmede lagringsbeholdere montert på kjøretøyet eller traileren eller oppbevares på et separat kjøretøy. Etter at emulsjonen er fremstilt i satsmengder kan blandekjøretøyet be-vege seg fra borehull til borehull inntil alle hullene er fylt eller inntil forrådet av blandede sprengstoffer er uttømt.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en emulsjonsspreng-stof fblanding med et høyt forhold mellom vann og olje som er ufølsom overfor tenning med fenghette, karakterisert ved at: (a) en avmålt mengde av en olje/overflateaktivt middel-fase innføres i em det vesentlige sylindrisk, reversibelt roterbar trommelblander med en indre diameter på minst 1,5 m og fortrinnsvis 1,5 til 2,5 m og som innvendig er utstyrt med ledeplater, (b) nevnte trommelblander roteres om sin lengdeakse med mellom 8 og 16 omdreininger pr. minutt, mens det dertil tilsettes en avmålt mengde av en vandig fase, idet tilsetningen av den vandige fasen utføres kontinuerlig i løpet av en periode på ikke mindre enn 10 minutter for å tillate et fritt fall av materialet i trommelen med en fallhastighet på 5 til 7 m/sek., for å fremstille et emulgert sprengstoff med en dråpestørrelse-fordeling på fra 1-10 yitrn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det til det nevnte emulgerte sprengstoff tilsettes av-målte mengder av partikkelformige faste materialer.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det til nevnte emulgerte sprengstoff innblandes et densitetsreduserende middel.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det som nevnte partikkelformige faste materiale tilsettes oksygenavgivende salter, lettmetaller og selv-sprengstoffer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det som densitetsreduserende middel tilsettes gassbobler, tomromhoIdige partikkelformige materialer eller blan-dinger av disse.

6. Satsblander for fremstilling av ikke-fenghette-følsomme vann-i-olje emulsjonssprengstoffer, karakterisert ved: (a) et i det vesentlige sylindrisk skall med en lengdeakse, en lukket ende og en åpen ende for mottagelse av materiale som skal blandes og for uttømming av blandet materiale, idet nevnte skall har en indre diameter på minst 1,5 m og fortrinnsvis 1,5 til 2,5 m.og er reversibelt roterbart rundt nevnte akse, og (b) en rekke fremskytende skrånende ledeplater anbragt i avstand fra hverandre på en innervegg av nevnte skall, nevnte ledeplate er generelt anbragt på tvers av nevnte skallakse, nevnte ledeplater er plassert slik at ved rotasjon av nevnte skall i urviserretningen beveges strømbart materiale inne i nevnte skall med en fallhastighet på fra 5 til 7 m/sek. mot nevnte lukkede skallende og ved rotasjon mot urviserretningen, beveges materiale mot og gjennom den nevnte åpne skallende, den nevnte fremskytende del av nevnte ledeplater utgjør et middel til å heve materialet inne i nevnte skall til toppen av skall-rotasjonen og frigjøre nevnte materiale slik at det pga. tyngdekraften faller til bunnen av nevnte skall.

7. Blandeapparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det omfatter en mottageranordning nær den åpne enden av skallet for oppsamling deri av blandet emulsjonssprengstoff som er ført gjennom den åpne enden av nevnte skall, nevnte mottageranordning har på sin bunn fø ringsmidler for avlevering av nevnte oppsamlede emulsjon til en valgt lokalitet.

8. Blander ifølge krav 6, karakterisert ved at trommelens indre diameter er 1,5 til 2,5 m.