СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF RECYCLING EXPLOSIVE MATERIALS AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области утилизации взрывчатых материалов, извлеченных из боеприпасов, и может быть использовано при изготовлении промышленных взрывчатых веществ (ПВВ).
В наибольшей мере проблемы утилизации взрывчатых материалов касаются артиллерийских порохов и тротила, т.к. они широко применялись для снаряжения различных боеприпасов. Промышленные ВВ на основе извлекаемых из боеприпасов порохов и тротила не должны уступать по эффективности, технологической и экологической безопасности промышленным ВВ традиционного штатного производства.
Известен способ утилизации тротила, извлеченного из боеприпасов при расснаряжении, заключающийся в изготовлении гранулированного тротила марки УГ (гранулированный), который предназначен для ручного и механизированного заряжания скважин (Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 397 с., ил.).
Широкому применению артиллерийских порохов, в отличие от тротила, мешает их более высокая чувствительность к тепловым импульсам и легкость электризации по сравнению с ПВВ. При пересыпании они могут электризоваться до высоких потенциалов, что может привести к искровому разряду и вызвать воспламенение пороховой пыли или паров летучего растворителя. По чувствительности к удару пороха аналогичны динамитам, т.е. относятся к наиболее чувствительным промышленным ВВ. Это повышает опасность их применения при заполнении скважин методом ручного или механизированного заряжания.
С целью повышения безопасности использования артиллерийских порохов осуществляют флегматизацию их нефтепродуктами (индустриальным маслом, дизельным топливом), водой и другими органическими добавками.
Так, например, известен способ утилизации пироксилиновых и баллиститных порохов при изготовлении таких промышленных ВВ, как гранипоры марок БП-1 и БП-3 (разработчик ФЦДТ «Союз») (Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 397 с., ил.).
Гранипоры представляют собой смесь измельченных пироксилиновых и баллиститных порохов в соотношении 1:1 с добавлением индустриального масла (жидкий нефтепродукт) в количестве 1,5%.
Недостатки гранипоров в основном обусловлены применением в них индустриального масла - дефицитного продукта переработки невосполнимого природного сырья, что не только удорожает производство взрывчатой композиции, но и снижает ее взрывчатые характеристики. Кроме того, наличие жидкой фазы с течением времени приводит к расслоению взрывчатой композиции, что снижает ее эксплуатационные качества.
Наиболее близким к изобретению является способ утилизации нитроцеллюлозных порохов при изготовлении ПВВ - диабазитов (разработчик НИИПМ). В составе диабазита содержится измельченный баллиститный порох или пироксилиновый порох (95-98%), окись цинка или цинковые белила (2-5%), а также индустриальное масло до 2% (Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 397 с., ил.). Применение окиси цинка или цинковых белил совместно с минеральным маслом повышает устойчивость взрывчатой композиции к расслоению, но в, то же время, снижает ее взрывчатые параметры и повышает ее себестоимость.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в создании высокопроизводительного способа утилизации артиллерийских порохов и тротила при получении промышленного взрывчатого вещества по своей эффективности, технологической и транспортной безопасности не уступающего промышленным ВВ традиционного производства.
Технический результат достигается тем, что в способе утилизации взрывчатых материалов, включающем измельчение артиллерийских порохов до гранул размером до 20 мм, термостатирование измельченных порохов, дозирование и покрытие измельченных порохов защитным составом, расфасовку и упаковку готового промышленного взрывчатого вещества, согласно изобретению в качестве защитного состава используют утилизируемый тротил, в связи с чем способ содержит стадию плавления и непрерывного дозирования жидкого тротила, который одновременно с подогретым порохом подают на устройство вибротранспортер-лоток с подогревом, на котором зерна измельченного пороха перемещаются и одновременно покрываются тротилом, после чего их выгружают в воду для охлаждения, а затем гранулы промышленного взрывчатого вещества направляют на сушку.
Проблема утилизации артиллерийских порохов, извлекаемых из боеприпасов при их расснаряжении в процессе конверсии военной техники, весьма актуальна. Уничтожение их путем сжигания экономически нецелесообразно, а также экологически вредно.
Однако широкому применению артиллерийских порохов мешает их высокая чувствительность к тепловым импульсам и легкость электризации по сравнению с промышленными взрывчатыми веществами. Это повышает опасность их применения при заполнении скважин методом засыпки. Снизить способность к электризации артиллерийских порохов возможно нанесением на их поверхность пленки другого вещества с меньшей электризующей способностью. Как правило, в качестве таких веществ используются инертные к взрывчатым превращениям вещества: вода, органические и неорганические соединения. В случае же, когда в качестве материала покрывающего зерна пороха используется взрывчатое вещество, например тротил, может быть достигнуто:
- снижение способности к электризации и чувствительности к начальным импульсам;
- улучшение сыпучести гранул взрывчатой композиции по сравнению с чистым порохом;
- увеличение физической и химической стойкости по сравнению с чистым порохом;
- регулирование взрывчатых характеристик ПВВ изменением массового соотношения: порох-тротил;
- утилизация тротила.
В результате проведенных исследований было разработано и изготовлено в лабораторных и промышленных условиях сыпучее композиционное взрывчатое вещество - «Пиротол 90/10» (ТУ 7276-002-21142193-97). Пиротол 90/10 представляет собой сыпучий водоустойчивый композиционный материал из измельченного артиллерийского пороха с диаметром зерен не более 20-ти мм, поверхность которого полностью покрыта тротилом. Содержание тротила в пиротоле составляет не менее 10%. Это способствует снижению чувствительности к механическим воздействиям основного компонента (пороха) до значений, обеспечивающих технологическую и транспортную безопасность. Благодаря оптимальному соотношению взрывчатых компонентов пиротол 90/10 превосходит по своим характеристикам не только разрешенные к применению промышленные ВВ на основе пороха, но и гранулированный тротил. Сравнительные характеристики промышленных ВВ приведены в таблице.
Пиротол 90/10 применяется для ведения взрывных работ на дневной поверхности при ручном заряжании скважинах любой степени обводненности. Так результаты испытаний на Троицком карьере в Самарской области показали, что рыхление горной породы совершаемые взрывом пиротола соответствует применению аналогичных зарядов из граммонита 79/21.
При проведении патентных исследований по заданной теме не были обнаружены аналоги устройства используемого для покрытия гранул взрывчатого материала слоем другого взрывчатого материала.
Таблица
Сравнительные характеристики промышленных взрывчатых веществ
ПВВ
Плотность гранул, г/см<sup>3</sup>
Скорость детонации, м/с
Удельная теплота взрыва, кДж/кг
Работоспособность в бомбе Трауцля, (плотность заряда 1 г/см<sup>3</sup>), мл
Гранулотол
1,48-1,54
В стальной оболочке ⌀ 40 мм - 5000-5200
3700
285-295
Пиротол 90/10
Не менее 1,40
При плотности 0,85 г/см<sup>3</sup> - 4255, при плотности 1,50 г/см<sup>3</sup> - 6595
4200-4800
290-360
Гранипор
Насыпная плотность 0,80-0,85
5500-6300
3340-3800
270-300
Тротил - УГ
1,45
4000-4600
3645-4064
285-295
В связи с этим была поставлена задача разработки сравнительно дешевого высокопроизводительного технологического процесса, позволяющего наносить на порох небольшое, но равномерное покрытие тротила.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в создании высокопроизводительного устройства для нанесения слоя тротила на поверхность зерен измельченного артиллерийского пороха с возможностью регулирования количества наносимого вещества.
Технический результат достигается применением устройства, состоящего из закрепленного на двух опорах-амортизаторах прямоугольного стального лотка со стенками открытого со стороны выгрузки готового продукта, оборудованного обогреваемым горячей водой двойным дном-рубашкой, содержащим перед местом выгрузки участок с отверстиями и имеющее наклон в сторону загрузки зерен пороха, к двойному дну-рубашке которого снизу под углом около 70° прикреплен шток вибропривода, для придания ему возвратно-поступательного движения
Для проверки возможности непрерывного получения композиционных взрывчатых материалов на основе пороха и тротила был изготовлен вибротранспортер-лоток, устройство которого приведено на рисунке 1. Вибротранспортер-лоток представляет собой загрузочную емкость 2 в форме прямоугольного лотка с двойным дном 6 для водного подогрева содержимого 1 емкости (жидкий тротил, зерна пороха). Емкость стоит на 2-х опорах-амортизаторах 3,5. Загрузочная емкость приводится в возвратно-поступательное (снизу-вверх под углом 70°) движение с помощью вибратора 4, ударяющего по емкости снизу. Вибратор, в свою очередь, приводится в движение редуктором, работающим от электромотора. Скорость вращения вала электродвигателя, а значит и частота вибрации, регулируется напряжением, подаваемым на электромотор. Амплитуда колебаний регулируется высотой опор-амортизаторов. Нагрев содержимого емкости производится не только с помощью воды рубашки, но и воздухом, подаваемым на поверхность гранул.
Устройство работает следующим образом. Для запуска устройства необходимо предварительно включить термостат и прогреть рубашку 6 до 83-84°C. Предварительно загружается небольшое количество тротила, с тем, чтобы им покрыть поверхность аппарата. Далее включают вибратор и ведут одновременно загрузку расплавленного тротила и подогретого пороха. Их подают в загрузочную часть лотка, и они под действием вибрации перемещаются в противоположный конец лотка к месту выгрузки готового продукта - пиротола. При этом происходит интенсивное перемешивание содержимого, нанесение тротила на порох и частичное охлаждение гранул. Процесс нанесения тротила на зерна пороха в виброкипящем слое проходит за достаточно короткий промежуток времени - 15-20 с. Для предотвращения возможного слипания гранул их выгрузку осуществляют в емкость с холодной водой. Полученные таким образом гранулы имеют хорошее покрытие и содержат 7,5% тротила.
С учетом достаточного хорошего качества получаемого покрытия температура предварительного прогрева гранул была снижена до 80°C. Качество покрытия при этом не изменилось, а количество наносимого тротила увеличилось до 10-12%. Кроме того, снижение температуры прогрева повысило экономичность и безопасность процесса.
Проведение операции дражирования в виброкипящем слое показало возможность получения композиционных ВВ на основе порохов и тротила с возможностью регулирования соотношения компонентов. При этом гранулы имели обтекаемую форму и хорошую сыпучесть.
Метод дражирования в виброкипящем слое имеет следующие достоинства:
- точность соотношения использующихся компонентов;
- возможность регулировки толщины покрытия гранул;
- равномерность покрытия и отсутствие острых углов.
С учетом полученных результатов была разработана технологическая схема изготовления композиционного взрывчатого вещества на основе артиллерийского пороха, покрытого тротилом. Технологическая схема приведена на рисунке 2. Процесс изготовления пиротола происходит следующим образом: утилизируемый артиллерийский порох подается в отделение измельчения 7, где он подогревается, увлажняется водой и измельчается до гранул размером до 20-ти мм. Измельченный влажный порох подается в загрузочный бункер 8, откуда он транспортером-дозатором подается в подогреватель 9, где с помощью горячего пара прогревается до 80°C, а затем дозируется в вибротранспортер-лоток 13. Водный конденсат собирается в сборнике конденсата 10. Для плавления и непрерывной дозировки тротила используются применяемые в промышленности плавители 11 и дозаторы 12. В качестве основного аппарата технологического процесса используется вибротранспортер-лоток 13 с подогревом, обеспечивающий время пребывания в нем гранул в течение 15-20 с, имеющий борта и отвечающий требованиям работы с ВМ. Температура вибротранспортера-лотка должна быть 83-84°C. Подогрев может осуществлятся горячей водой, циркулирующей по замкнутому контуру, снабженному нагревательным элементом. Готовый продукт подается в емкость для охлаждения 15, заполненную холодной водой, откуда он транспортером подается в отделение сушки 16. Избыток тротила собирается в сборнике 14.
Данная технологическая схема процесса позволяет получать композиционный ВМ с содержанием тротила от 7 до 12%. Тротил наносится на пороховые гранулы равномерным слоем, полностью покрывая их.
Для проведения дальнейших испытаний пиротола была разработана техническая (ТУ 7276-002-21142193-97) и технологическая документация для постановки на производство и применение. На предприятии ОАО «Промсинтез» (г.Чапаевск, Самарская область) изготовлено оборудование и смонтирована установка по производству пиротола 90/10, выпущена опытная партия продукта.
Независимая экспертная организация Волго-Вятский филиал ЗАО «Взрывиспытания» осуществила экспертизу технической документации и провела контрольные испытания продукта на соответствие требованиям ТУ 7276-002-21142193-97. Учитывая положительные результаты контрольных испытаний, полноту и качество технической документации, экспертная организация рекомендовала допустить пиротол 90/10 к производству и испытаниям в промышленных условиях.