NO882199L - Emulsjonssprengstoff. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder et emulsjonssprengstoff. Mer spesielt gjelder det et emulsjonssprengstoff av den såkalte vann-i-olje- eller smelte-i-olje-type.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes et emulsjonssprengstoff som omfatter en emulsjon i hvilken en vandig bestanddel som inneholder et oksyderende salt, danner en diskontinuerlig fase og en brensel-holdig bestanddel danner en kontinuerlig fase som er ublandbar med den diskontinuerlige fasen, idet sprengstoffet omfatter høyst 9 vekt% vann og den diskontinuerlige fasen har en krystallisasjonstemperatur på minst 80°C.

Sprengstoffet kan omfatte 3-9 vekt% vann, f.eks.

7-8 vekt%, den diskontinuerlige fasen har en krystallisasjonstemperatur på 80-90°C, f.eks. ca. 85°C. Denne krystallisasjons-temperaturen er også kjent på fagområdet som det såkalte krystallisasjonspunkt eller mykningspunkt for den diskontinuerlige fasen og representerer faktisk smeltepunktet for den diskontinuerlige fasen.

Sprengstoffet kan være fenghette-følsomt, og er sensibilisert med gassbobler for å få en densitet på høyst 1,26 g/cm<3>

ved 25°C. Sprengstoffet kan forsynes kjemisk med gass i form av nitrogenbobler, med en densitet i området 1,15-1,20 g/cm<3>

ved 25°C.

Når sprengstoffet tilføres gass-kjemisk skal det fortrinnsvis ha en kontinuerlig fase med et mykningspunkt over de maksimale, ventede omgivelsestemperaturene som det vil eksponeres for før bruk, f.eks. under lagring. Ved passende valg av bestanddeler i den kontinuerlige fasen, f.eks. ved å sette sammen en blanding av oljer og voks som f.eks. mikrokrystallinsk voks og/eller paraffinvoks, kan det oppnås et mykningspunkt over f.eks. 40°C med en sikkerhetsmargin på 5-15"C, for den kontinuerlige fasen. Egnet sammenblanding av bestanddelene i den kontinuerlige fasen kan også tilveiebringe en tilstrekkelig lav viskositet i den kontinuerlige fasen ved disse temperaturer, f.eks. ca. 75-95°C, som typisk forekommer på fagområdet, under dannelse av emulsjonen, for innføring og dispersjon i emulsjonen av gassbobler eller et passende kjemisk gass-avgivende middel, som f.eks. natriumnitritt, som danner nitrogenbobler i emulsjonen.

Den diskontuinuerlige fasen kan typisk omfatte minst ett oksyderende salt valgt fra gruppen omfattende:

ammoniumnitrat

alkalimetallnitrater

jordalkalimetallnitrater

ammoniumperklorat

alkalimetallperklorater og

jordalkalimetall-perklorater.

Det oksyderende saltet skal foreligge i form av en vandig løsning eller vann-holdig smelte i den diskontinuerlige fasen.

Når det gjelder smelte-i-olje-emulsjoner eller emulsjoner

i hvilke den diskontinuerlige fasen, på samme måte som den kontinuerlige fasen, inneholder meget lite om noe vann, kan den diskontinuerlige fasen fastgjøres ved omgivelsestemperatur, men sprengstoffet betraktes fortsatt som en emulsjon for formålet med foreliggende oppfinnelse.

Spesielt kan den diskontinuerlige fasen omfatte ammoniumnitrat og minst én forbindelse valgt fra gruppen omfattende oksyderende salter eller organiske materialer som, sammen med ammoniumnitratet, danner en smelte som har et smeltepunkt som er lavere enn ammoniumnitratets, idet innholdet av oksyderende salt i sprengstoffet er 70-90 vekt% og de relative forhold mellom ammoniumnitratet og nevnte forbindelse eller forbindelser i den diskontinuerlige fasen er slik at det dannes, når de blandes sammen, en smelte med et smeltepunkt i området 75-130°C. En slik ytterligere forbindelse kan være et uorganisk salt som f.eks. litiumnitrat, sølvnitrat, blynitrat, natrium-nitrat, kalsiumnitrat, kaliumnitrat eller blandinger derav. Istedenfor eller i tillegg kan den forbindelse som sammen med ammoniumnitratet ved oppvarming danner en smelte med smeltepunkt som er lavere enn smeltepunktet for ammoniumnitratet, være en alkohol som f.eks. metylalkohol, etylenglykol, glycerol, mannitol, sorbitol, pentaerytritol eller blandinger derav. Andre forbindelser som i tillegg eller istedenfor kan anvendes for å danne nevnte smelter sammen med ammoniumnitrat, kan være karbohydrater som f.eks. sukkere, stivelser og dekstriner, og alifatiske karboksylsyrer og deres salter som f.eks. maursyre, eddiksyre, ammoniumformiat, natriumformiat, natriumacetat og ammoniumacetat. Ytterligere forbindelser som istedenfor eller i tillegg til kan anvendes for å danne nevnte smelter med ammoniumnitrat, omfatter glycin, kloreddiksyre, glykolsyre, ravsyre, vinsyre, adipinsyre og lavere alifatiske amider som f.eks. formamid, acetamid og urea. Ureanitrat kan også anvendes, som også visse nitrogenholdige substanser som f.eks. nitroguanidin, guanidin-nitrat, metylamin, metaylamin-nitrat og etylendiamindinitrat. Hver av disse substanser kan anvendes alene med ammoniumnitrat, eller blandinger derav kan anvendes for å danne nevnte smelte med ammoniumnitratet, idet blandingene velges slik at de danner smelter med ammoniumnitratet som har passende lave smeltepunkter og er i det vesentlige uløselige i den kontinuerlige fasen.

Det oksyderende saltet eller de oksyderende saltene kan være til stede i en mengde, som nevnt ovenfor, på fra 70 til 92 vekt% av sprengstoffet, fortrinnsvis 80-86%.

Generelt velges de substanser som skal danne smelter med ammoniumnitratet, avhengig av det kriterium, i tillegg til kostnaden, at de danner smelter med akseptabelt sikre og lave smeltepunkter, f.eks. som angitt ovenfor, innenfor området 75-130°C, selv om smelter med smeltepunkter over 130°C i prinsipp kan anvendes.

Brenselbestanddelen i emulsjonen kan omfatte minst én vann-i-olje-emulgator valgt fra gruppen omfattende sorbitan-seskvioleat, sorbitanmonooleat, sorbitanmonopalmitat, natrium-monostearat, natriumtristearat, mono- og di-glyceridene av fett-dannende fettsyrer, soyabønnelecitin, derivater av lanolin, alkylbenzensulfonater, surt oleylfosfat, laurylamin-acetat, dekaglycerol-dekaoleat, dekaglycerol-dekastearat, 2-oleyl-4-4'-bis[hydroksymetyl]-2-oksazolin, polymere emulgatorer inneholdende polyetylenglykol-hovedkjeder med fettsyre-sidekjeder og polyisobutylen/ravsyreanhydrid-derivater.

Emulgatorene virker som overflateaktive midler og stabili-satorer for å fremme dannelsen av emulsjonen og å motstå krystallisasjon og/eller koalescens av den diskontinuerlige fasen.

Sprengstoffet kan omfatte 1-2 vekt% av nevnte vann-i-olje-emulgator, fortrinnsvis fra 1,3 til 1,5%.

Sprengstoffet kan i tillegg inneholde et fast brensel som f.eks. aluminium, som kan være malingsfint eller forstøvet aluminium. Når aluminium anvendes, kan sprengstoffet omfatte fra 3 til 8 vekt% aluminium som fast brensel, fortrinnsvis 3,5-6%.

Brenslet i den kontinuerlige fasen vil være ublandbart med og uløselig i vann. Spesielt kan brenslet være et organisk brensel som er ikke-selv-eksploderende og omfatter minst ett medlem av gruppen omfattende hydrokarboner, halogenerte hydrokarboner og nitrerte hydrokarboner, idet brenslet omfatter en voksbestanddel og har en mykningspunkt-temperatur i området 45-65"C, og den brensel-holdige bestanddelen danner 2-25 vekt% av sprengstoffet. Brenslet kan generelt utgjøre 2-25 vekt% av sprengstoffet, fortrinnsvis 3-12%. Som nevnt ovenfor, inneholder brenslet typisk ett eller flere voks, f.eks. paraffinvoks, mikrokrystallinsk voks og/eller råparaffinvoks, hvorved dets mykningspunkt og viskositet reguleres, og det kan også inneholde én eller flere av gruppen omfattende mineraloljer, brenseloljer, smøreoljer, flytende paraffin, xylen, toluen, vaselin og dinitrotoluen.

Generelt vil vannet i den diskontinuerlige fasen holdes på et minimum overensstemmende med sammensetningen av den diskontinuerlige fasen og med sammensetningen av emulsjonen ved en forhøyet temperatur som er akseptabelt lav, for å unngå unødvendig bortkastet energi som stammer fra damp-produksjon ved eventuell detonering.

Basis-emulsjonens densitet vil være slik at det dannes en passende sprengstoffblanding etter innblanding av boblene. Basis-emulsjonen kan således ha en densitet på f.eks. 1,30-

1,56 g/cm<3>ved25'C. Densiteten av det ferdige sprengstoffet skal, som nevnt ovenfor, etter bobleinnføringen være mindre enn 1,2 6 g/cm<3>, fortrinnsvis i området 1,15 - 1,2 0 g/cm<3>ved 25°C.

I en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen omfatter den bestanddel som inneholder det oksyderende saltet fortrinnsvis minst delvis ammoniumnitrat, i hvilket tilfelle et kjemisk gasstilførselsmiddel omfattende nitritt-ioner, f.eks. natriumnitritt, kan anvendes, hensiktsmessig i form av en vandig løsning av 5-30% vekt/vekt konsentrasjon, f.eks. 20% vekt/vekt, som blandes inn i emulsjonen ved nevnte forhøyede temperatur.

Så snart blandingen er startet, begynner nitritt-ionene å reagere med ammonium-ioner ifølge ligningen

for å danne nitrogenbobler.

Det er ønskelig at sprengstoffet inneholder jevnt fordelte gassbobler i emulsjonen med en gjennomsnittstørrelse (diameter) i området 20-40, f.eks. 25, pm, og har bobler med en relativt jevn størrelse, d.v.s. en relativt smal boblestørrelsefordeling. Den ønskede boblestørrelse og boblestørrelsefordeling kan fremmes ved å velge en passende reaksjonshastighet (pH og katalysatorinnhold) og passende blandeegenskaper ved sammenset-ning av sprengstoffet.

Den mengde natriumnitritt som anvendes vil avhenge av mengden eller antallet bobler som kreves, d.v.s. av den endelige densiteten som kreves for sprengstoffet, og om ønsket én eller flere katalysatorer som f.eks. tiourea, tiocyanat eller urea kan oppløses i den diskontinuerlige fasen før nevnte blanding, for å akselerere nitritt-ion/ammonium-ion-reaksjonen.

Når det anvendes en voks-basert blanding som kontinuerlig fase, har materialet i den kontinuerlige fasen hensiktsmessig en hårdhet ifølge Stanhope Penetrometer-metoden på 6-16 mm, fortrinnsvis 13,5 mm, ved den maksimalt ventede omgivelsestemperatur, f.eks. ved 40° C, og et stivnepunkt ved 5-25°C, f.eks. 10°C, over nevnte ventede temperatur.

Sprengstoffet kan være fenghette-følsomt og brukes i patroner på 22 mm - 3 2 mm diameter, f.eks. som 2 2 mm, 25 mm eller 32 mm patroner.

Oppfinnelsen skal nå beskrives som illustrasjon med henvisning til følgende ikke-begrensende eksempler.

Eksempler 1- 3

Tre emulsjonssprengstoffblandinger ble fremstilt overensstemmende med foreliggende oppfinnelse, som angitt nedenfor, i hvilken forbindelsene er uttrykt som prosenter på vektbasis:

Når det gjelder det foranstående, skal det bemerkes at ammoniumnitratet og natriumnitratet, sammen med vannet, dannet den diskontinuerlige fasen. Sorbitanmonooleatet var emulgator og var Crill 4 sorbitanmonooleat fra Croda Chemicals [Syd-Afrika] [Proprietary] Limited; mineraloljen var P95-olje fra BP Syd Afrika [Proprietary] Limited; paraffinvoksen var Sasolwax fra Sasol Chemicals [Proprietary] Limited; den mikrokrystallinske voksen var BE SQUARE AMBER 175 voks fra Bareco Inc., USA; og det forstøvede aluminium var Supramex 2022 aluminium fra Hulett Aluminium Limited.

Natriumnitratet ble brukt som kjemisk gasstilførselsmiddel for å danne nitrogenbobler i sprengstoffet for å redusere dets densitet til 1,15 g/cm<3>, og tiourea virket som katalysator for den kjemiske gasstilførselsreaksjonen.

De ovenstående blandingene ble patronert i standard 32 mm papirhylser og ble etter varm lagring ved 40°C (3 måneder og lenger) funnet å være fenghette-følsomme for detonering med en nr. 2D detonator-fenghette inneholdende 0,022 g pentaerytritol- tetranitrat [PETN]. I hvert tilfelle ble det oppnådd en ubegrenset detonasjonshastighet på ca. 4 km/sek.

Eksempel 4

Tretti kasser av sprengstoffet fra eks. 1 ble fremstilt, i patronform, patronert i 25 mm diameter plasthylser. Dette sprengstoffet ble fremstilt overensstemmende med foreliggende oppfinnelse med basis-emulsjon ved en temperatur på 100°C.

Den diskontinuerlige fasen i dette emulsjonssprengstoffet hadde en krystallisasjonstemperatur eller mykgj©ringspunkt på 85,7°C, og en pH målt ved 99,3°C på 4,60. Emulsjonen ble kjemisk tilført gass ved hjelp av natriumnitritt til en densitet på 1,15-117 g/cm<3>. Emulsjonens utseende var tilfredsstillende uten tegn på fri smelte.

Tester ble utført for å bestemme detonasjonshastigheten i patronene, og det ble oppnådd verdier på 4,3-4,6 km/sek. Patronene kunne avfyres med en nr. 2D detonatorfenghette. De boble-energier som ble målt, var mellom 2,00 og 2,10 MJ/kg. Begrensede detonasjonshastigheter målt i et 1 m stålrør var av størrelsesorden 5,06 km/sek.

Brytningsforsøk ble utført med disse patronerte sprengstoffene med tilfredsstillende resultater. Akseptabelt avansement og fragmentering ble oppnådd.

Et utvalg av disse patronene ble lagret i 3 måneder ved 40°C og ga deretter når de ble detonert ved omgivelsestempera-turer detonasjonshastigheter på 3,2-3,5 km/sek. (i én test) og 3,8-4,2 km/sek. (i en annen test). I den første av disse testene var det nødvendig med en nr. 5D detonator-fenghette inneholdende 0,180 g PETN for minimum initiering, og i den annen av disse tester var det nødvendig med en nr. 4D detonator-fenghette inneholdende 0,090 g PETN for minimum initiering.

Det er en fordel med oppfinnelsen, i det minste som illustrert i eksemplene, at det tilveiebringes et emulsjonssprengstoff med et lavt vanninnhold, som fører til et kraftig sprengstoff med redusert energitap ved detonering som stammer fra damp-produksjon. I motsetning til lignende blandinger med lignende lave vanninnhold, men hvor det anvendes glass-mikro ballonger istedenfor gassing med gassbobler, ble sprengstoffene ifølge eksemplene funnet å være vesentlig mer stabile og vesentlig mer følsomme for detonering, spesielt etter forlenget lagring ved forhøyede (40°C) temperaturer. Når mikroballonger anvendes istedenfor kjemisk gassing, finner det dessuten sted en uakseptabel krystallisasjon av den diskontinuerlige fasen. Det antas også at, spesielt i masseproduksjonsskala, sprengstoffene ifølge foreliggende oppfinnelse blir mindre kostbare å fremstille enn lignende sprengstoffer som er sensibilisert med mikroballonger.

Claims (9)

1. Emulsjonssprengstoff, karakterisert ved at det omfatter en emulsjon i hvilken en vandig bestanddel som inneholder oksyderende salt, danner en diskontinuerlig fase og en brensel-holdig bestanddel danner en kontinuerlig fase som er ublandbar med den diskontinuerlige fasen, hvilket sprengstoff omfatter høyst 9 vekt% vann og den diskontinuerlige fasen har en krystallisasjonstemperatur på minst 80'C.

2. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter 3-9 vekt% vann og har en krystallisasjonstemperatur på 80-90°C.

3. Sprengstoff ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det er fenghette-følsomt og er sensibilisert med gassbobler slik at det får en densitet på høyst 1,2 6 g/cm <3> ved 25 °C.

4. Sprengstoff ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den diskontinuerlige fasen omfatter ammoniumnitrat og minst én forbindelse valgt fra gruppen omfattende oksyderende salter og organiske materialer som, sammen med ammoniumnitrat, danner en smelte som har et smeltepunkt som er lavere enn smeltepunktet til ammoniumnitrat, innholdet av oksyderende salt i sprengstoffet er 70-92 vekt% og de relative forhold mellom ammoniumnitratet og nevnte forbindelse eller forbindelser i den diskontinuerlige fasen er slik at det dannes, når de blandes sammen, en smelte med et smeltepunkt i området 75-130°C.

5. Sprengstoff ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter 1-2 vekt% av en vann-i-olje-emulgator.

6. Sprengstoff ifølge hvilket som helst av de foregående krav. karakterisert ved at det omfatter 3-8 vekt% fast aluminiumbrensel.

7. Sprengstoff ifølge hvilket som helst av de foregående krav. karakterisert ved at brenslet i den brensel-holdige bestanddelen er et organisk brensel som ikke er selv-eksplosivt og omfatter minst ett medlem av gruppen omfattende hydrokarboner, halogenerte hydrokarboner og nitrerte hydrokarboner, brenselbestanddelen omfatter en voksbestanddel og har en mykningspunkt-temperatur i området 45-65°C, idet den brensel-holdige bestanddelen utgjør 2-25 vekt% av sprengstoffet.

8. Sprengstoff ifølge krav 7, karakterisert ved at materialet i den kontinuerlige fasen har en hårdhet ifølge Stanhope Penetrometer-metoden på 6-16 mm ved 40°C.

9. Sprengstoff ifølge hvilket som helst av de foregående krav. karakterisert ved at det er fenghette-følsomt og patroneres i patroner med 22-32 mm diameter.