Brevet FR2128859A1 — publié le 19721020

la présente invention concerne la préparation d'explosifs qui comprennent un mélange, contenant de l'eau, de sels oxydants et de commosants combustibles divers, constituant une dispersion visqueuse de particules solides dans un milieu 5 aqueux épaissi. Jusqu'à présent, les explosifs de cette nature sont préparés par deux voies clairement distinctes, soit, d'une part, dans une production industrielle de la composition explosive complète qui n'est placée dans le trou de mine qu'après stockage 10 et transport, soit, d'autre part, sous forme de certains prémélanges ou solutions préparés qui sont mélangés sur place à l'endroit d'où ils sont pompés dans le trou de mine. ha première méthode décrite comprend la préparation d'unités de charge, de cartouches, de préférence dans des 15 tubes plastiques de dimensions adaptées au trou de mine dans lequel elles doivent être utilisées, ainsi que le stockage et le transport du matériau dans des containers plus grands desquels l'explosif est déchargé ou pompé dans les trous de mine. Cette méthode est avantageuse, car la composx-20 tion de 1'explosif ainsi que ses spécifications peuvent être supervisées plus facilement et vérifiées avant usage. Un désavantage réside dans le fait qu'avant usage l'explosif peut être sujet à certaines modifications défavox-ables en ce qui concerne sa capacité de souffle et sa consistance. Cette dernière peut être 25 d'une grande importance pour l'opération rationnelle de pompage ou de charge dans l'endroit d'utilisation. Un autre inconvénient de la méthode de production industrielle réside dans le fait que la totalité de la charge explosive est présente pendant le stockage et le transport, ce qui nécessite les règles de sécurité corres-30 pondantes. La seconde méthode présente l'avantage qu'il n'existe, pendant le stockage et le transport, aucun explosif complet puisque celui-ci n'est réalisé que dans le voisinage immédiat des trous de mine dans lesquels il doit être mis en oeu-35 vre et immédiatement avant son introduction dans ceux-ci. Ceci est entièrement réalisé lorsqu'aucun des composants possède un caractère explosif par lui-même, et même lorsqu'il n'en est pas ainsi, sa proportion, conformément aux restrictions spécifiques de stockage et de transport, sera nettement plus faible que lorsqu'on 40 utilise la première méthode. 72 08523 2 2128859 Par contre, la seconde méthode, qui met en oeuvre la production au lieu même de 1'explosion, présente l'inconvénient que la composition de l'explosif, et par suite ses pro-ji'if'tés dépendent d'un ajustage précis et d'une exécution exacte 5 des opérations de mélange au lieu d'utilisation. Jusqu'à maintenant, cette méthode a été caractérisée par ce qu'au moins l'un des flux de matériaux à mélanger était un matériau solide, généralement les composants combustibles ; souvent aussi une partie des sels oxydants, de préférence le nitrate d'ammonium, a été ajoutée 10 au mélange sous forme solide. Les autres quantités de sels et de composants solubles dans l'eau de l'explosif forment alors une solution qui peut être facilement pompée dans le procédé de mélange . Il n'est pas facile de réaliser un dosage 15 exact de composants secs en des proportions rigoureusement spécifiées dans un courant liquide. Ceci est particulièrement difficile lorsque les composants secs sont très finement pulvérisés, puisque, dans ce cas, leur densité apparente et leurs caractéristiques d'écoulement dépendent étroitement de la teneur en air du matériau 20 aussi bien que des autres propriétés des particules de poudre. Particulièrement pour les explosifs de la présente invention, il est d'une grande importance que les composants secs soient sous forme d'une poudre très fine et il est souvent nécessaire d'adopter des mesures particulières, telles que la vibration des parois de 25 trémies, des dispositifs d'agitation à l'intérieur des trémies ou l'insufflation d'air dans les trémies, pour assurer une alimentation régulière des composants secs par des vis sans fin ou d'autres dispositifs doseurs. Sous des conditions défavorables, telles qu'une humidité élevée de l'air ou une température élevée, les parti-30 cules présentent une tendance au mottage telle que même ces mesures sont incapables d'assurer un fonctionnement correct du matériel doseur. L'objet de la présente invention est d'atteindre les avantages de la méthode mentionnée en dernier en ce qui con-35 cerne l'élaboration de l'explosif final immédiatement avant son emploi tout en éliminant les inconvénients de la manipulation et du dosage corrects des particules sèches. L'invention consiste en ceci : la nature et la quantité des composants de l'explosif sont sélectionnées de façon telle que l'explosif peut être préparé à 40 l'endroit de son emploi par simple mélange de deux mélanges de 72 08523 3 2128859 composants sous forme liquide, visqueuse ou pâteuse, faciles à doser volumetriquement, dont l'un connu en soi comprend essentiellement une solution ou dispersion aqueuse de sels oxydants, le second composant comprenant essentiellement les composants com-5 bustibles. la caractéristique essentielle du procédé de l'invention consiste donc à transformer les composants combustibles de l'explosif qui doivent être introduits dans le mélange final . jie forme facile à pomper. Dans un tel mélange visqueux ou 10 pâteux, il faut introduire une phase liquide miscible à la solution saline qui constitue l'autre phase du mélange à pomper. On a trouvé différents milieux liquides en tant que milieu dispersant pour différents composants combustibles, ayant en commun de constituer un matériau entièrement ou essentiellement combustible et 15 de posséder une viscosité suffisamment élevée pour éviter la sédimentation des particules combustibles insolubles. On peut mentionner, comme exemples de tels liquides dispersants appropriés pour les composants combustibles solides, 1'éthylène-gDycol épaissi par de petites quantiés d'agents épaississants tels que le "Polyhall", 20 295, fourni par la Firme Mayhall, Suisse, ou le "Kelsan", fourni par Kelco C°, U.S.A., ou, d'autre part, des mélasses ou des liqueurs sulfitées concentrées provenant d'un procédé utilisant des pulpes sulfitées. Parmi les composés combustibles à disperser 25 dans un tel liquide, il doit se trouver au moins un composé qui donnera au mélange explosif final une sensibilité suffisante envers l'ignition. On peut considérer, comme un tel agent sensibilisant, soit une substance solide ayant un caractère explosif, de préférence le trinitrotoluène, soit de l'aluminium finement 30 divisé, de préférence sous forme de paillettes. Une des caractéristiques de la présente invention est que la capacité d'ignition de ces agents sensibilisants sera considérablement réduite par leur dispersion dans une phase liquide, tout en donnant une sensibilité suffisante dans le mélange explosif final qui contient 35 également les sels oxydants. En plus de ces agents sensibilisants, le mélange visqueux ou pâteux peut comprendre différents autres composants combustibles qui, en prenant part à la réaction, contribuent à la génération de chaleur et de gaz de combustion. 40 Un groupe de telles substances combustibles comprend des poudres 72 08523 4 2128859 de charbon, asphalte,poix, tourbe, bois, liège, écorces et similaires, un autre groupe comprenant des poudres de métaux tels que l'aluminium, le magnésium, le silicium, le bore ou leurs alliages. A côté de ces composants qui constituent les 5 composants essentiels de 1*explosif final, le composant combustible aussi bien que le mélange de sels oxydants peut comprendre des constituants qui influencent ou stabilisent la consistance des deux mélanges constitutifs de l'explosif final, tels que par exemple des agents épaississants ou des agents de réticulation 10 de tels agents ou des moyens pour influencer ou stabiliser la. teneur en air dispersé dans ces mélanges, tels que des agents de dispersion ou surfactifs. 3>e telles substances peuvent aussi être introduites séparément pendant l'opération finale de nélange, si l'on le trouve avantageux. 15 Dans la pratique de la présente invention, il est important, d'abord, d'assurer un dosage exact des deux composants du mélange, puis d'en assurer un mélange intense. Il est .me des caractéristiques de la présente invention que le dosage volumétrique des mélanges est beaucoup 20 plus facile à réaliser exactement que le dosage des composants secs connus. Gomme moyens de pompage appropriés, on considérera de préférence des pompes à engrenage de différents modèles. Un moyen préféré est un arrangement selon lequel deux pompes à engrenage, une pour chaque mélange composant, sont animées par le 25 même moteur et selon lequl le rapport entre les vitesses de chacune des pompes peut être modifié pour contrôler le rapport de mélange exigé, alors que la vitesse de production de l'explosif -Final peut être variée à l'aide d'un variateur de vitesse du moteur commun. Une variante consiste à pomper un des composants à des 30 vitesses variables en permettant à un débitmètre dans un des courants de contrôler la vitesse de pompage du deuxième courant de façon ajustable mais stable pour des vitesses de pompage variables. De tels dispositifs conviennent aussi bien pour maintenir une composition coirecte de l'explosif que pour adapter la 35 vitesse de production aux conditions d'utilisation. Indépendamment des moyens de pompage choisis pour un dosage correct et stable des deux mélanges dans un rapport déterminé, le mélange final des deux matériaux doit être terminé avant que l'explosif soit introduit dans le trou de mine. le 40 mélange final peut être facilité par une construction appropriée 72 08523 5 2128859 de la partie où les deux courants seront combinés, par exemple en forçant un des courants à travers une buse ayant un grand nombre d'ouvertures dans l'autre courant. Après cette combinaison du mélange les composants doivent être intimement mélangés. Ceci peut 5 être atteint par des moyens mécaniques de mélange tels que des palettes ou des pales d'agitateurs dans une chambre de mélange mais un moyen préféré pour réaliser cette opération de mélange comprend -un mélangeur dit "statique" dans lequel le flux total du matériau est divisé et obligé à changer plusieurs fois de direc-10 tion, seulement par suite du mouvement des deux flux imposés par les pompes. Indépendamment de la technique de mélange mise en oeuvre, on a trouvé avantageux que les deux composants du mélange aient sensiblement la même viscosité ou consistance, 15 réduisant ainsi le risque qu'un des composants soit présent dans le mélange final sous forme de mottes non dispersées ou de parties non homogènes. Ci-après sont donnés quelques exemples d'un mode de réalisation de l'invention. Il résulte de ce qui précède que 20 l'invention n'est pas limitée à ces exemples, mais qu'elle comprend toute production d'explosifs aqueux pour lesquels deux composants visqueux ou pâteux sont combinés pour donner l'explosif final. EXEMPLE 1 : Mélange A 25 Une dispersion visqueuse à pâteuse de sels oxydants est préparée ayant la composition suivante en poids : Nitrate d'ammonium ~ 40 parties Nitrate de chaux, qualité engrais 45 " Nitrate de sodium 4 " 30 Urée 5 " Eau 4 " Ethylène glycol 1,5 " Amidon de tapioca 0,4 " Gomme guar 0.1 " 35 total 100,0 parties Remarque î le nitrate de chaux utilisé contient environ 79 i« de nitrate de calcium, 6 % de nitrate d'ammonium et 15 fô d'eau. Les cinq premiers composants sont chauffés sous 40 agitation vers environ 65° C, puis les deux derniers composants, 72 08523 6 2128859 les composants épaississants, sont dispersés dans l'éthylène glycol et ajoutés à la solution de sels. le refroidissement sous agitation provoque une précipitation de sels vers environ 30° C mais le mélange conserve le caractère d'une dispersion visqueuse 5 pouvant être pompée jusqu'à 10 à 20° C. Par décomposition, ce mélange mettra environ 210 g d'oxygène par kg à la disposition d'autres substances. Mélange B On prépare un mélange visqueux de composants 10 combustibles ayant la composition suivante en poids Ethylène glycol 72,2 parties Aluminium, sous fonne de paillettes 18,0 " Agent épaississant "Polyhall" 295 0,4 " Poudre d'asphalte 9.4 " 15 total 100,0 K l'agent épaississant est dispersé dans le glycol qui est chauffé vers environ 80° C, donnant ainsi une solution claire qui possède après refroidissement une viscosité d'environ 2000 cp. On disperse les deux autres composants dans cette solu-20 tion. Cette composition exige environ 1400 g d'oxygène par kg poux une combustion complète. Préparation de l'explosif En mélangeant : 87 parties du mélange A 13 parties du mélange B 25 on obtient un explosif sensiblement équilibré. On ajoute pendant le mélange encore 0,3 partie d'une solution de bichromate de sodium à 50 "fo ce qui provoque une consistance de gel à une résistance améliorée à l'eau du mélange explosif. EXEMPLE 2 ; Mélange A 30 On prépare de la même façon qu'à l'exemple 1 la 35 composition suivante : Nitrate d'ammonium 40,0 Parties Nitrate de chaux, qualité engrais 43,3 " Nitrate de sodium 6,5 " Eau 6,5 " Ethylène glycol 2,5 " Amidon de tapioca en •» o Gomme guar 0.3 « total 100,0 » 40 Ce mélange présente une précipitation de sels vers environ 72 08523 7 2128859 35° C mais peut néanmoins être pompé jusqu'à 20° C. Il donne environ 235 g d'oxygène par kg. Mélange B On prépare un mélange visqueux de composants eom- 5 bustibles de la composition suivante : Liqueur sulfitée concentrée provenant d'un procédé au sulfite d'ammonium et contenant environ 55 % de matière sèche 70 parties Poudre atomisée du même produit contenant environ 92 ^ de matière sèche 15 " 10 Aluminium en paillettes 15 w total 100 " 2,5 ml d'une solution de composition î Bichromate de sodium 30 $ Phosphate disodique 20 $ 15 Eau 50 # total 100 i» sont ajoutés par kg de la pâte ci-dessus. La pâte ainsi préparée consommera environ 820 g d'oxygène par kg pour une combustion complète. 20 Préparation de l'explosif On obtient un explosif sensiblement équilibré en mélangeant : 77,5 parties du mélange A et 22,5 w « " B Les deux explosifs mentionnés ci-dessus détonnent complètement 25 dans une colonne de charge de 75 mm à 10° C lorsqu'ils sont amorcés par du pentolite. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de 30 réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention» 72 08523 8 2128859 REVENDICATIONS 1°) Procédé de préparation d'une composition explosive contenant de l'eau selon lequel une solution ou dispersion épaissie, préparée d'avance, contenant les composants oxydants 5 de la composition explosive, est mélangée aux composants combustibles ou consommateurs d'oxygène de la composition explosive, procédé caractérisé en ce que les composants consommant de l'oxygène sont mis en oeuvre sous forme d'une solution ou dispersion visqueuse ou épaissie ayant sensiblement la même consistance que 10 le mélange de composants oxydants. 2°) -t;.-océdé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme composant liquide dans le mélange contenant les substances combustibles de l'eau ou un liquide combustible soluble dans l'eau ou leur mélange. 15 3°) Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise, comme composant liquide, de l'é-thylène glycol épaissi par un composé à poids moléculaire élevé pour atteindre une viscosité qui prévienne la sédimentation des substances solides qui y sont dispersées. 20 4°) Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise dans le mélange contenant les substances combustibles une quantité importante de mélasses. 5°) Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise dans le mélange contenant les 25 substances combustibles une quantité importante de liqueurs sulfitées. 6°) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications de 2 à 5, caractérisé en ce qu'on mélange aux substances combustibles une substance explosive par elle-même, de 30 préférence du dinitrotoluène. 7°) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications de 2 à 5, caractérisé en ce qu'on ajoute aux substances combustibles de l'aluminium en forme finement divisée, de préférence sous forme de paillettes. 35 8°) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications de 2 à 7, caractérisé en ce qu'on ajoute aux substances combustibles des matériaux en poudre choisis parmi le charbon, asphalte, poix, tourbe, liège, écorces ou métaux tels que l'aluminium, le magnésium, le silicium ou leurs alliages. 40 9°) Procédé conforme à l'orne quelconque des revendications de 2 à 8, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre les deux mélanges visqueux ou pâteux dans un rapport tel que la composition explosive finale soit équilibrée en ce qui concerne sa balance d'oxygène.