ПРОДУКТ ИЗ НИТРАТА АММОНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ УКАЗАННЫЙ ПРОДУКТ
AMMONIUM NITRATE PRODUCT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF, EXPLOSIVE CONTAINING SAID PRODUCT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к продуктам из нитрата аммония (НА), обладающими улучшенными характеристиками сыпучести и к способу получения указанных продуктов. Указанные продукты выполнены с возможностью их применения в производстве взрывчатых веществ (ВВ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Нитрат аммония выпускается промышленностью в виде твердых частиц, характеризующихся множеством форм, например в виде зерен, хлопьев, порошка и гранул, а также выпускается в виде насыщенных водных растворов. Таким образом, состоящий из твердых частиц материал из НА является легкодоступным и недорогим источником кислорода и является достаточно стабильным в интервале комнатных температур, отличаясь при этом безопасностью при транспортировке, хранении и смешивании с прочими взрывчатыми компонентами. Благодаря перечисленным выше свойствам, указанное нитросоединение находит широкое применение при промышленном производстве ВВ в качестве основного компонента (части состава ВВ) почти всех коммерчески выпускаемых ВВ, например для производства так называемого «игданита» - взрывчатой смеси нитрата аммония и дизельного топлива (НАДТ), эмульсионных и водно-гелевых ВВ, применяемых в современной мировой практике.
Несмотря на широкое применение твердых частиц НА при производстве ВВ, указанная соль азотной кислоты характеризуется рядом нежелательных свойств. К недостаткам указанного нитросоединения относятся: гигроскопичность, сильная зависимость его растворимости от температуры и изменение удельного объема, имеющее место при переходе из аморфного в кристаллическое состояние, что нередко приводит к трудностям в процессе производства, погрузочно-разгрузочных работ, а также при хранении.
Хорошо известно что частицы НА характеризуются заметной склонностью к слеживанию с течением времени своего хранения. В отсутствие переходов в кристаллической структуре, это явление относится поглощению воды с последующим растворением НА и образованием насыщенного раствора данного нитрата, который в случае расположения в точках контакта между частицами НА может приводить к образованию кристаллических мостиков, поскольку указанный насыщенный раствор кристаллизуется с понижением температуры. Вторым механизмом слеживания является объединение капиллярных сил благодаря присутствию раствора НА в указанных точках контакта. Таким образом, это обуславливает склонность частиц к взаимному сцеплению, которая при экстраполяции на сыпучий материал из нитрат аммония может приводить к комкообразованию масштаб распространения которого, с учетом твердости и качества сыпучего материала из нитрата аммония, участвующего в процессе комкообразования, зависит от длительности срока хранения и условий хранения (давления, относительной влажности (ОВ) и температуры), а также от свойств продукции из НА.
Кроме того, данная склонность частиц к взаимному сцеплению, также известная как когезионная способность материала из НА, оказывает влияние и на характеристику сыпучести. Сыпучесть сухих частиц НА является критической характеристикой, в особенности если продукт применяется в области изготовления ВВ. При выполнении большинства операций механического смешивания при производстве ВВ требуется наличие частиц НА, характеризующихся хорошей сыпучестью, т.е. обладающих необходимым характером массового расхода, причем отклонения/ограничения в характере сыпучести частиц материала способны вызвать изменения в составе готовой композиции ВВ. В качестве примера, иллюстрирующего данный аспект, можно привести выполнение операции выгрузки из бункера частиц НА для их подачи в устройства смешивания (т.е. для осуществления смешивания указанных частиц НА с дизельным топливом при производстве игданита, представляющего собой взрывчатую смесь нитрата аммония и дизельного топлива (НАДТ), либо для смешивания с матрицами из эмульсионного либо водно-гелевого ВВ для изготовления так называемых «смесевых ВВ»), при которой имеет место периодическое зависание сыпучего материала в бункере и его налипание на стенки бункера, что приводит к неоднородности либо даже к полному прерыванию потока высыпающихся частиц НА, вызывая тем самым существенные эксплуатационные неполадки, такие как несоблюдение точности состава получаемого ВВ.
Вплоть до настоящего времени проводится обширная исследовательская работа, направленная на сведение к минимуму когезионной способности продуктов, содержащих твердые частицы НА, причем наибольшая часть указанной работы сосредоточена на нанесении на указанные частицы НА покрытия, содержащего различные средства, предотвращающие слипание частиц НА в комки, говоря иными словами ингибиторы комкования. В патенте С.Ш.А. №4,001,378 описываются композиции ингибиторов комкования, содержащие алкенсульфонаты в сочетании с диатомитом либо порошкообразными неорганическими веществами, например углекислым магнием или глиноземом. Также, в качестве покрытия с ингибитором слеживания (комкования), в патенте С.Ш.А. №4,717,555 предлагается использовать распыляемые водные нафталинсульфонаты, которые могут быть смешаны с алкенсульфонатами. В заявке на патент ЕР-А-692468 предложено применение распыляемых композиций, содержащих маслянистые продукты и воски совместно с соединениями, полученными при взаимодействии амина или спирта с кислотой или ангидридом карбоновой кислоты, содержащим гидрокарбонатную группу С20-С500, которые являются известными и доступными на рынке.
Существующий уровень техники предполагает применение покрытий, содержащих активные ингибиторы комкования органического происхождения, действующих в качестве барьерного средства для сведения к минимуму площади контакта при непосредственном взаимодействии между соседними частицами НА, когда может развиваться сцепление частиц в силу эффекта капиллярности либо при возникновении кристаллических мостиков после кристаллизации.
Однако, помимо нанесения композиции для ингибирования комкования, характер распределения покрывающего вещества по поверхности частиц НА будет оказывать влияние на рабочие характеристики. Нанесение покрытия в обычном случае осуществляют методом распыления растворенного в растворителе ингибитора комкования по поверхности частиц НА, а его дозу ограничивают доведением содержания углерода до уровня <0,2 вес.%. Конструкция устройства для нанесения покрытия, распылительных головок и барабана выполнена с целью получения наибольшей степени рассеяния покрывающего вещества. Однако, структура поверхности частиц НА, при ее достаточной шероховатости, может физически затруднить указанное рассеяние покрывающего вещества по поверхности частиц. Это в особенности очевидно в случае пористых частиц НА, полученных гранулированием растворов НА, содержащих воду (1-10%). Удаление влаги из полученных из раствора гранул НА производят сушкой, при которой гладкость поверхности, полученная в результате кристаллизации благодаря воздействию охлаждающего воздуха в грануляционной башне, исчезает в силу слияния в направлении указанной поверхности части внутреннего раствора НА по системе пор с его последующей кристаллизацией на данной поверхности, ведущей к образованию на ней вспучиваний.
Большинство из существующих технологий промышленного назначения для нанесения на частицы покрытий предусматривают придание поверхности частиц таких свойств, которые препятствуют их слеживанию и даже обеспечивают влагостойкий барьер благодаря гидрофобности наносимого на частицы покрытия. Однако, как это известно квалифицированным специалистам в данной области техники, все без исключения широко используемые органические покрытия не обеспечивают реализации конкретной функции сепараторов влаги и не справляются с ролью барьера на пути водяных паров. Данная особенность в сочетании с относительно невысокой степенью рассеяния (т.е. в обычном случае поверхность частиц НА оказывается далеко не полностью покрыта слоем покрытия) приводит к тому, что между соседними частицами НА возникают зоны прямого контакта, где появляется влага и, таким образом, возникает сцепление между частицами.
В патенте С.Ш.А. №5,472,530 раскрывается, как этап способа, нанесение на частицы в качестве ингибитора комкования водных растворов нитрата магния или нитрата кальция непосредственно до выполнения операции высушивания частиц. Затем, частицы высушивают с получением при этом содержания воды меньшего или равного наибольшему количеству кристаллической воды, которое способны связать указанные неорганические соли. В противоположность иным вводимым в состав покрытия добавкам, эти частично гидратированные соли действуют как сепараторы влаги. Однако, было установлено, что данный раствор является не вполне подходящим для пористых продуктов из НА, поскольку он приводит к изменениям в структуре покрываемых частиц, например к блокированию пор, ухудшая тем самым характеристики готового продукта, предназначенного для использования в качестве сырья для изготовления ВВ.
Аналогичным образом, но только для достижения цели стабилизации частиц НА при термоциклировании, в патенте С.Ш.А. №4,486,396 раскрывается нанесение покрытия из пористых порошков, предпочтительно из диоксида кремния и пылесвязующего средства и/или ингибитора комкования, придавая тем самым покрытию свойство связывать воду. Однако, данный способ страдает от ряда ограничений, связанных с эксплуатационными сложностями, такими как генерирование пыльной среды и необходимость закрепления порошкового материала на поверхности частиц НА В документе ЕР 1123257 раскрывается, что даже при механическом смешивании частиц НА с такими добавками-влагопоглотителями как силикагель и нитрат магния (MgN) обеспечивается эффективное стабилизирующее воздействие при термоциклировании если осушающая способность такой добавки оказывается достаточной для связывания свободной воды, присутствующей в НА.
Несмотря на вышеуказанные сведения из предшествующего уровня техники, существует возрастающая необходимость и потребность в продуктах из НА с улучшенным характеристиками сыпучести, которые дополнят или улучшат уже известные из уровня техники продукты из НА.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной задачей настоящего изобретения является создание продукции на основе нитрата аммония (НА) с улучшенным характеристиками сыпучести, в частности продукции из пористых частиц нитрата аммония, предназначенной для изготовления ВВ.
В соответствии с указанным изобретением предлагается применение округлых зерен или гранул активированного оксида алюминия (АОА) в качестве средства повышения сыпучести. В частности, автором изобретения был найден способ получения продукта из НА с улучшенной характеристикой сыпучести, включающий добавление округлых зерен или гранул АОА к частицам НА перед помещением указанных частиц во влагозащищенные мешки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, добавление указанных округлых зерен или гранул способствует защите поверхности полученных частиц НА от поглощения влаги в течение периода времени до конечного использования указанных частиц.
Следовательно, один аспект настоящего изобретения относится к продукту из нитрата аммония (далее - «продукт из НА» или просто продукт в соответствии с изобретением), содержащему смесь частиц НА и округлых зерен или гранул АОА. Продукт из НА в соответствии с настоящим изобретением может применяться для изготовления ВВ, в частности он может служить окислительным компонентом в составе взрывчатых композиций.
Согласно настоящему изобретению продукт из НА может содержать по существу смесь i) частиц НА и ii) круглых зерен или гранул.
Согласно настоящему изобретению в продукте из НА указанные частицы НА могут быть выполнены покрытыми органическим ингибитором комкования.
Согласно настоящему изобретению указанные частицы НА могут являться частицами из технического НА, предпочтительно - пористыми частицами из технического НА.
Согласно настоящему изобретению количество указанного АОА может находиться в интервале значений от около 0,01 вес.% до около 2,0 вес.%.
Согласно настоящему изобретению указанный АОА может содержиться в количестве от около 0,1 вес.% до около 1,0 вес.%.
2
-1
Согласно настоящему изобретению указанные округлые зерна или гранулы ОАО могут характеризоваться площадью удельной поверхности в интервале значений от около 100 до около 500 мг.
2
-1
Согласно настоящему изобретению указанные округлые зерна или гранулы ОАО могут характеризоваться площадью удельной поверхности в интервале значений от около 250 до около 400 мг.
Согласно настоящему изобретению указанные округлые зерна или гранулы ОАО могут характеризоваться гранулометрическим составом в интервале значений размера зерна или гранулы от 1,0 до 5,0 мм.
Согласно настоящему изобретению указанные округлые зерна или гранулы ОАО могут характеризоваться гранулометрическим составом в интервале значений размера зерна или гранулы от 1,5 до 3,0 мм.
Согласно настоящему изобретению продукт из НА может являться пригодным для применения в качестве сырьевого материала для изготовления взрывчатых веществ.
Согласно настоящему изобретению продукт из НА может являться пригодным для применения в качестве окислителя во взрывчатых веществах.
Другой аспект настоящего изобретения относится к взрывчатому веществу, содержащему вышеуказанный продукт из НА.
Другой аспект данного изобретения относится к простому способу получения продукта из НА в соответствии с настоящим изобретением, заключающемуся вв механическом смешивании частиц НА с округлыми зернами или гранулами активированного оксида алюминия (АОА). Иными словами к способу, содержащего механическую смесь частиц из НА и округлых зерен или гранул АОА, который не вносит значительных изменений в обычный процесс производства НА.
Согласно настоящему изобретению перед помещением во влагозащищенные мешки указанные округлые зерна или гранулы активированного оксида алюминия могут смешивать с частицами НА после проведения сушки указанных частиц НА, их охлаждения и нанесения на них органического ингибитора комкования.
Согласно настоящему изобретению указанные частицы НА могут являться частицами из технического НА, предпочтительно пористыми частицами из технического НА.
Дополнительный аспект указанного изобретения относится к применению округлых зерен или гранул активированного оксида алюминия (АОА) в качестве средства повышения сыпучести для частиц из нитрата аммония (НА), при котором указанные округлые зерна или гранулы АОА и НА образуют механическую смесь, т.е. к применению округлых зерен или гранул АОА в качестве лекгосыпучей внешней добавки для твердых частиц НА.
Эти аспекты изобретения и предпочтительные варианты его осуществления дополнительно раскрываются ниже в подробном описании изобретения, а также в формуле изобретения..
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фигуре показано графическое представление выбранной системы координат (х, у, z), использованной в примере 1 для оценки содержания влаги как функции положения точки отбора пробы внутри мягкого контейнера средней грузоподъемности для насыпных грузов (МКНГ) и срока хранения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При употреблении в материалах настоящей заявки, понятие «около» означает незначительное изменение указанного значения величины, предпочтительно в пределах 10% от указанного значения величины. Однако, понятие «около» может означать и более широкий допуск на изменение значения величины в зависимости от конкретного случая использованной техники проведения экспериментов. Такие изменения указанного значения величины являются понятными квалифицированным специалистам в данной области техники и согласуются с контекстом настоящего изобретения. Далее, для большей краткости описания, некоторые из использованных в материалах настоящей заявки количественных выражений не уточняются понятием «около». Вне зависимости от того употребляется или нет в явном виде понятие «около», считается очевидным, что каждая приводимая в материалах заявки количественная характеристика подразумевает отношение к реально заданному значению величины и также подразумевает отношение к аппроксимации до такого заданного значения величины, о чем квалифицированным специалистом в данной области техники может быт сделан соответствующий обоснованный вывод, в том числе и вывод об эквивалентах и аппроксимациях, связанных с условиями проведения экспериментов и/или измерений для такого заданного значения величины.
Концентрации, количества и прочие численные данные могут быть выражены и представлены в материалах настоящей заявки в формате интервала значений величины. Следует также понимать, что указанный формат интервала значений употребляется исключительно в целях удобства и краткости изложения и, следовательно, его надлежит трактовать гибким образом, как содержащий не только значения величины явным образом указанные в качестве предельных для конкретного интервала, но также как содержащий все отдельные численные значения либо подинтервалы значений, подпадающие под границы основного интервала, как если бы каждое численное значение и подинтервал были бы указаны явным образом. Например, численный интервал «от около 1 микрона до около 5 микрон» следует трактовать как включающий не только явным образом заданные значения величины от около 1 микрон до около 5 микрон, но также и включающий отдельные значения данной величины и подинтервалы значений, подпадающих под границы указанного интервала. Таким образом, включенными в данный численный интервал оказываются такие значения величины, как 2; 3,5 и 4, а также такие подинтервалы значений величины, как 1-3, 2-4 и 3-5, и.т.д. Аналогичный принцип применим и к интервалам, включающим лишь одно единственной значение величины.
После проведения обширных исследований, автор изобретения обнаружил, что морфология поверхности частиц НА оказала основное влияние на заключительные операции нанесения покрытия (например, из покрытия, содержащего ингибиторы комкования) а также на характеристику сыпучести. Например, подвергнутые процессам сушки частицы НА, обычно это пористые частицы НА, полученные методом приллирования растворов НА в виде гранул с содержанием воды (1-10 вес.%), в общем случае характеризуются образованием на их поверхности вспучиваний и короблений, что связано с прохождением насыщенного раствора в направлении поверхности по системе пор. Данные отклонения морфологии поверхности частиц от округлости и гладкости оказывают основное влияние на характер массового расхода сыпучего продукта, а стало быть и на появление эффекта зависания сыпучего продукта в бункере, влияющего на величину расхода на выходе из бункера.
Однако, автором изобретения было также установлено, что если поверхность частицы НА является совершенно сухой, то возникает возможность ослабления влияния морфологии поверхности частицы. В этом смысле, было доказано, что только что полученный НА в виде пористых частиц характеризуется удовлетворительным характером сыпучести. Способ получения НА в виде пористых частиц обычно содержит операцию сушки в качестве заключительного этапа, выполняемого перед охлаждением просеиванием и покрытием ингибитором комкования, в результате чего поверхность частиц НА становится полностью сухой. Процесс сушки поверхности частиц позволяет добиться удаления оттуда влаги, за исключением остаточной влаги, которую невозможно удалить сушкой, и содержание которой в обычном случае оценивается на уровне <0,1 вес.%, что связано с ограниченным диффузией положением внутренних частиц.
При этом однако характер сыпучести продукта становится неудовлетворительным лишь только данных продукт помещают во влажную среду (на фиксированное время при относительной влажности среды, превышающей критическую величину относительной влажности для НА) достаточную просто для того, чтобы произошло поглощение влаги в пренебрежимо малом количестве (в соответствии со стандартными методиками проведения анализа, например анализа на содержание воды методом кулонометрического титрования Карла-Фишера), что предположительно имеет место в определенной области на наружной поверхности частиц НА. Автором изобретения было выдвинуто предположение, что если указанная поверхность частиц НА защищена от поглощения влаги, то есть если указанная поверхность остается сухой в течение срока хранения до момента конечного использования, то вероятно имеется возможность обеспечить надлежащий характер массового расхода сыпучего продукта.
Несмотря на расфасовку продукта из НА в обычном случае в защитную упаковку (ЗУ), например в мягкие контейнеры средней грузоподъемности для насыпных грузов (МКНГ), эксплуатационные характеристики указанной тары, используемой в качестве влагоудерживающего барьера, не являются полностью эффективными. Существует возможность переноса водяных паров через слои пластмассы, который подчиняется закону Фика, устанавливающему зависимость между скоростью массопередачи М (моль/сек) и градиентом концентрации, действующим в качестве движущей силы. В форме конечной разности данная зависимость имеет вид:
где D (m2 s-1) является коэффициентом диффузии барьерного материала, А является величиной площади (m2), и ΔPw (моль м-3) является разницей парциальных давлений водяного пара через приращение по длине, при этом толщина барьерного слоя составляет ΔХ (m).
Внутри защитной упаковки (ЗУ), парциальное давление водяного пара будет определяться величиной критической относительной влажности (КОВ) нитрата аммония, т.е. равновесной зависимостью адсорбции водяного пара от температуры. Если относительная влажность воздуха, а стало быть и парциальное давление наружного водяного пара, становится выше, то будет образовываться градиент парциального давления между двумя сторонами (на входе и выходе), действующий в качестве движущей силы для передачи влаги внутрь ЗУ, которая затем адсорбируется на поверхности продукта из НА, поддерживая равновесные условия внутри. Далее, если условия хранения продукта являются неблагоприятными, то есть на открытых и влажных участках, то имеет место эффективная передача влаги через слой или группу слоев ЗУ.
Таким образом, включение в состав средств реализации способа получения продукта сепараторов влаги, выполненных с возможностью недопущения передачи влаги через слой или группу слоев ЗУ, рассматривается автором изобретения в качестве действенного подхода в части улучшения характера массового расхода продукта из НА.
Возможность применения внутренних добавок, а также добавок-расплавов, например MgN, не рассматривалась в силу вероятности оказания неблагоприятного воздействия на характеристики пористых частиц НА, например из-за возможного снижения их пористости в результате жестких требований к сушке материала.
Далее, автором изобретения рассматривалась возможность смешивания готового продукта из НА с сепараторами влаги. Было выдвинуто предположение, что сепаратор влаги должен обладать рядом свойств как описано ниже. Он должен быть химически совместимым с НА. Он должен действовать в качестве предпочтительного места адсорбции влаги, передаваемой через слой или группу слоев ЗУ. Выполнение указанной функции обеспечивается за счет применения материалов, которые способны понижать относительную влажность существенно ниже критической величины относительной влажности для НА. Кроме того, сепаратор влаги должен быть выполнен в форме твердых частиц, имеющих размерное распределение и плотность схожие с аналогичными параметрами, характеризующими частицы НА, для недопущения процесса сегрегации частиц, а также он должен быть, предпочтительно, белого цвета для недопущения аспектных неоднородностей. Сепаратор влаги также должен обладать высокой устойчивостью к истиранию и раздавливанию. Кроме того, сепаратор влаги не должен препятствовать процессу хемосорбции, ведущему в практически необратимой адсорбции воды вместо обратимой физической адсорбции или капиллярной адсорбции, которые могут в силу изменений температуры инициировать процессы перераспределения захваченной влаги в направлении НА. Сепаратор влаги также должен демонстрировать высокую адсорбционную способность для увеличения срока хранения продукта из НА, при котором будет наблюдаться сохранение характера массового расхода сыпучего продукта при минимальном количестве вводимой добавки, сепарирующей влагу. Сведение к минимуму количества указанной добавки является критическим требованием, поскольку продукты из НА, предназначенные для изготовления ВВ, требуют высокой чистоты, которая в обычном случае составляет 99,9%. В этом смысле, количество введенных добавок, если они не обладают окислительными свойствами, приводит к почти пропорциональному снижению удельной энергии взрыва. Другим критическим требованием является уровень удельных издержек, которые может повлечь введение добавки в состав продукта из НА. В любом случае, количество добавки должно оказывать наименьшее влияние как на характеристики продукта из НА, так и на характеристики готового ВВ.
В соответствии с указанными требованиями и производился выбор соединений -сепараторов влаги. Типичные сепараторы влаги, такие как хлорид кальция, активированный уголь и оксиды и гидроксиды щелочных (щелочноземельных) металлов были исключены из рассмотрения в силу своей несовместимости с НА. При этом, химической совместимостью с НА, неразрушаемостью, несмачиваемостью и экономичностью при использовании характеризуются безводный сульфат кальция (драйерит) и безводный сульфат магния. Однако, данная продукция промышленного назначения отличается отсутствием сферичности частиц и неправильностью их формы наряду с относительно низкой способностью отделять воду. В соответствии с изотермой адсорбции Ленгмюра, цеолитные молекулярные сита характеризуются замечательной адсорбционной способностью при низкой величине относительной влажности, но в отличие от этого структурирование гранул требует введения в из состав окрашенных связующих средств, причем некоторые из них могут быть несовместимым с НА и, кроме того, цена такой продукции оказывается неконкурентоспособной.
Также были проведены экспериментальные испытания. Особое внимание при этом уделялось сепараторам влаги, которые ранее предлагались для НА, например испытывались частицы НА, содержащие частично гидратированный MgN. Частично гидратированный MgN, содержащий НА, обладает относительно невысокой адсорбционной способностью. Во всяком случае, такая добавка не оказывала существенного влияния на характеристики продукта из НА, предназначенного для использования в качестве сырьевого материала для изготовления ВВ и допускающего при этом использование такой добавки в более крупных количествах для решения проблемы низкой адсорбционной способности. Однако, было установлено, что по мере возрастания содержания влаги наблюдается значительное снижение твердости у данного сепаратора влаги, что ведет к очень сильному охрупчиванию продукта, что самым негативным образом отражается на характеристиках его сыпучести.
Насколько это было известно автору изобретения, применение округлых зерен или гранул АОА еще нигде не предлагалось в промышленности, производящей нитрат аммония, в качестве средства защиты от поглощения влаги. Однако, округлые зерна или гранулы АОА вероятно удовлетворяют большинству первоначально предъявляемых требований и были изучены при поиске и подборе сепараторов влаги. Наблюдалось, что относительно небольшое количество округлых зерен или гранул АОА обеспечивает продукции улучшенную сыпучесть.
Таким образом, в настоящем изобретении был разработан способ получения легкосыпучих продуктов из НА, предусматривающий применение в нем округлых зерен или гранул АОА в качестве наиболее подходящего средства повышения сыпучести, вводимого при завершении изготовления частиц из НА, которые могут быть получены по стандартной технологии приллирования или гранулирования непосредственно перед упаковкой готовой продукции в защитные мешки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, введение в частицы НА в качестве добавки округлых зерен или гранул АОА помогает защитить поверхность полученных частиц НА от поглощения влаги при проникновении водяных паров через слой или группу слоев защитной упаковки в течение некоторого срока хранения, то есть до момента достижения адсорбционной способности дозированным количеством оксида алюминия при критической относительной влажности для НА.
Продукт в соответствии с настоящим изобретением представляет собой подходящую замену имеющимся на рынке или известным из уровня техники частицам из НА. В предпочтительном варианте, продукт в соответствии с настоящим изобретением не имеет в своем составе НА в виде порошка, но он содержит или включает при этом смесь твердых частиц НА, например прилл или гранул, и округлых зерен или гранул АОА. В наиболее предпочтительном варианте, продукт в соответствии с настоящим изобретением содержит пористые приллы из НА.
Для достижения цели настоящего изобретения, частицы НА могут быть получены при помощи обычных технологий, которые хорошо известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Указанные округлые зерна или гранулы АОА подмешиваются в качестве добавки к частицам из НА с последующим покрытием последних поверхностно-активным ингибитором комкования, например выбранным из группы органических соединений широко применяемых в промышленности, и с последующей упаковкой в защитную тару. В качестве примера ингибиторов комкования можно привести продукцию промышленно выпускаемую фирмой ArrMaz под товарными знаками GALORYLTM (например, GALORYLTM AT, GALORYLTM АТН, GALORYLTM АТН Н), а также продукцию фирмы Kao Corporation, реализуемую под товарным знаком SK FERTTM. Обычно в составе указанных ингибиторов комкования содержится масляная основа, включающая в себя амины жирного ряда и прочие производные жирного ряда или смесь аминов, диспергированных в минеральном масле и воске.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, указанный продукт из НА в соответствии с изобретением соответствует требованиям, регламентирующим его применение в составе ВВ. С учетом этого, в предпочтительном варианте осуществления изобретения используются приллированные или гранулированные продукты на основе нитрата аммония технической чистоты (обычно для этого нитросоединения употребляется сокращенное обозначение «НАТК», то есть нитрат аммония технического качества, или «НАТ», то есть нитрат аммония технический). Причем приллированные или гранулированные продукты на основе НАТ, содержащие все продукты из НА, полученные по технологии приллирования или гранулирования, классифицируются как плотные (высокоплотные) вещества либо пористые (низкоплотные), в зависимости от их объемной (насыпной) плотности. Объемная плотность (густота пор) плотного НАТ в приллированном или гранулированном виде характеризуется интервалом значений 1,05-0,90 г/см3. При этом, объемная плотность пористого НАТ характеризуется интервалом значений 0,9-0,60 г/см3. Последний вариант в рамках настоящего изобретения является предпочтительным.
Активированный оксид алюминия (АОА) применяют для изготовления широкой номенклатуры адсорбентов и катализаторов. В обычном случае АОА получают прокаливанием бомита или гиббсита при температуре 400-600ОС, позволяющим получить оксид алюминия в качестве материалы, характеризующегося структурой с высокой степенью пористости. АОА обладает структурной близостью к адсорбции полярной молекулы (например, молекулы воды). Адсорбционная способность воды на единицу веса АОА прямо пропорциональна его удельной поверхности и зависит от величины относительной влажности. Для достижения цели настоящего изобретения, АОА используют в виде гранул или округлых зерен, выпускаемых промышленным способам, причем по своему гранулометрическому составу (т.е. по распределению размеров частиц) они могут даже соответствовать приллированному пористому НА. В предпочтительном варианте, указанные округлые зерна или гранулы АОА обладают значительной величиной площади удельной поверхности (100-500 м2/г) и демонстрируют адсорбционную способность по воде в интервале 15-25 вес. % при величине относительной влажности равной 50%. В частном варианте осуществления изобретения, величина площади удельной поверхности указанных округлых зерен или гранул АОА находится в интервале значений от около 250 до около 400 м2/г). В другом частном варианте осуществления изобретения, указанные округлые зерна или гранулы АОА характеризуются гранулометрическим составом в интервале значений размера гранул или зерен от 1,0 до 5,0 мм (>95 вес. %), в частности от 1,5 до 5,0 мм (>95 вес. %), или от 1,5 до 3,0 мм(>95 вес. %). Причем объемная плотность высокопористых округлых зерен или гранул АОА находится в интервале значений 700-850 кг/м3, что соответствует интервалу значений указанной величины для приллированного пористого НА. Кроме того, указанные округлые зерна или гранулы АОА характеризуются высокой устойчивостью к истиранию и раздавливанию по сравнению, например, с пористыми частицами НА, а также они не подвержены набуханию или размягчению при поглощении воды.
Было установлено, что существенное улучшение характера сыпучести продукта достигается введением совершенно незначительных количеств зерен округлой формы или гранул АОА. В одном из частных вариантов осуществления изобретения, указанные округлые зерна или гранулы АОА содержатся в продукте в соответствии с изобретением в количестве от около 0,01 до около 2,0 вес.%, и в частности от около 0,1 вес. % или 0,2 вес. % до около 1,0 вес. % до около 1,5 вес. %. В другом частном варианте осуществления изобретения, указанное количество гранул или зерен составляет от около 0,1 вес. %, около 0,2 вес. %, около 0,3 вес. %, около 0,4 вес. %, около 0,5 вес. %, около 0,6 вес. %, около 0,7 вес. %, около 0,8 вес. %, около 0,9 вес. %, около 1,0 вес. %, около 1,1 вес. %, около 1,2 вес. %, около 1,3 вес. %, около 1,4 вес. % или около 1,5 вес. %. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, указанное количество гранул или зерен находится в интервале значений от около 0,5 вес. % или около 1,0 вес. %. Разумеется, значения количественных величин могут превышать пределы указанных интервалов, но такие варианты осуществления изобретения являются менее предпочтительными с экономической точки зрения.
Указанный продукт из НА в соответствии с настоящим изобретением может применяться в качестве сырьевого материала при изготовлении ВВ. В частности, указанный продукт допустимо использовать в качестве окислительного компонента в составе взрывчатых композиций. В частном варианте осуществления изобретения, указанный продукт из НА в соответствии с настоящим изобретением состоит в основном из смеси i) частиц НА и ii) зерен округлой формы или гранул АОА. В другом частном варианте осуществления изобретения, указанный продукт из НА в соответствии с настоящим изобретением состоит из смеси i) частиц НА и ii) зерен округлой формы или гранул АОА. Кроме того, настоящее изобретение относится к взрывчатому веществу, содержащему указанный продукт из НА в соответствии с настоящим изобретением.
ПРИМЕРЫ
Испытания проводились в отношении двух продуктов по наименованиями PPAN А и PPAN В, содержащих пористый приллированный нитрат аммония.
Определения, относящиеся к указанным испытаниям, приводятся ниже:
Испытание на сыпучесть:
Образец пористого НА весом 1000 г загружают в бункер, который затем помещают в условия постоянной вибрации (ускорение при этом составляет 6,0 миллисек-2 в минуту) с целью имитации реального процесса компактирования. После останова вибрации, образец выдерживают в течение определенного отрезка времени перед открытием разгрузочного клапана. При этом, осуществляют фиксацию времени, которое необходимо для полного опорожнения бункера. Если для высыпания указанного образца требуется более чем 300 сек, то испытание завершают.
Установлено, что по своему характеру расход при опорожнении бункера может быть двух типов. С одной стороны, это массовый расход, характеризующий непрерывное высыпание частиц продукта PPAN в течение от 5 до 8 сек до состояния полного опорожнения бункера. С другой стороны, это может быть контролируемый расход при котором в случаях когезивного зависания частиц продукта в бункере наблюдается прерывистый характер высыпания продукта из бункера на начальном этапе его опорожнения. При достижении критического времени опорожнения бункера (производительности разгрузки), эффект зависания в бункере полностью исчезает и наблюдается восстановление первоначального характера массового расхода. В предельном случае, прерывистый характер высыпания также может быть охарактеризован как медленный, что квалифицируется результатами испытания как отсутствие высыпания (если время опорожнения бункера дольше, чем 5 мин).
Оценка содержания влаги:
Содержание влаги в образце из продукта PPAN оценивалось как среднее арифметическое трех измерений влажности по Карлу-Фишеру.
Моделирование условий продолжительного хранения образца:
Сухой и только что полученный образец подвергают выдержке для имитации процесса поглощения влаги при реальном длительном хранении и транспортировке. Процесс имитации условий хранения состоит в заключении сухого и только что отобранного образца в пластиковые пакеты с застежкой типа «молния», выполненные из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) (объем пакета - 2 литра, толщина полиэтилена - 50 микрон). После этого, заключенный в пакет образец помещают во влажные условия. Благодаря нескольким причинам, данный процесс имитации условий хранения ускоряет реальный процесс увлажнения, поскольку испытание происходит внутри мягкого контейнера средней грузоподъемности для насыпных грузов (МКНГ). С одной стороны, удельная площадь поверхности полиэтиленового пакета на единицу массы продукта из НА гораздо выше в случае использования подобных пластиковых пакетов малого объема, чем в случае использования МКНГ. Кроме того, скорость распространения водяного пара в пакетах из ПЭНП, то есть коэффициент диффузии, выше, чем в случае использования контейнеров МКНГ, выполненных из полипропилена (ПП) и полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Кроме того, толщина указанных пластиковых пакетов меньше, поскольку они выполнены однослойными.
Испытание на ломкость
Материал образца просеивают на ситах для удаления мелких частиц (<1.00 mm). Около 100 г просеянного материала образца загружают в циклон, работающий при циркуляции сухого воздуха под давлением 170 КПа. Материал образца собранный из донного выхода циклона дополнительно просеивают через сито с размером ячеек 1,00 мм. Затем оценивают количество полученных мелких частиц и результат выражают в вес. % к первоначальному весу образца.
Испытание на сопротивление раздавливанию
Материал образца просеивают на ситах для получения частиц размером 2,00 и 3,00 мм, а полученный при этом продукт подвергают, частицу за частицей, испытанию на сопротивление раздавливанию при помощи электронного измерительного прибора, в котором предусмотрено приложение сжимающего усилия. Среднее значение сжимающего усилия (в ньютонах) в точке раздавливания вычисляют суммарно по 20-и замерам.
Пример 1. В данном примере показан процесс увлажнения, возникающий в результате проницаемости слоя или группы слоев пластика у пакета для водяных паров. Только что полученный НА марки «Б» с содержанием влаги равным 0,03 вес. % помещают в контейнеры МКНГ, имеющие объем 1000 кг, и оставляют изолированными вне помещения. Для этого используют двухслойные контейнеры МКГН, содержащие внешний ламинированный слой из полипропилена (≈160 г/м2) и внутренний слой из ПЭВП (≈100 μm толщиной).
Указанные контейнеры МКГН хранились вне помещения в течение 2 и 6 месяцев, соответственно. После истечения указанных сроков хранения при помощи соответствующего заборного устройства забирались образцы из различных положений внутри контейнера, как показано на Фиг. 1 при помощи группы координат (х, у, z): при этом координаты z1, z2 и z3 соответствуют расстояниям 5, 30 и 55 см вниз от верхней стороны контейнера МКГН, координата у1 соответствует расстоянию 50 см, то есть центральному положению на лицевой стороне контейнера, а координаты х1 и х2 соответствуют расстояниям 10 и 50 см, соответственно. Отобранные образцы поместили в пакеты и незамедлительно направили для проведения анализа на содержание влаги. Результаты анализа представлены в Таблице 1.
Представленные в таблице результаты свидетельствуют, что существует определенная проницаемость для влаги через стенки контейнера, а степень проникновения влаги зависит от срока хранения продукта в контейнере. В результате проникновения влаги возникает градиент содержания влаги, увеличивающийся от центрального положения пот направлению к положениям вблизи стенок контейнера.
Пример 2. В данном примере показан эффект смешивания переменных количеств округлых зерен АОА (1,5 - 3,0 мм) с только что полученным, сухим и пористым продуктом из НА марок «А» и «Б» в условиях, моделирующих хранение указанного продукта в пакетной таре. В таблицах 2 и 3 ниже представленные полученные в результате испытания характеристики сыпучести в сочетании с данными, характеризующими степень поглощения влаги продуктами из НА.
Представленные в таблицах результаты свидетельствуют, что добавление округлых зерен АОА защищает расфасованный в пакетную тару продукт из НА от поглощения влаги, проникающей в определенном количестве через стенки тары, то есть от поглощения влаги при проникновении некоторого количества водяных паров, в зависимости от конкретного количества использованной добавки из округлых зерен АОА. В отличие от «неудаляемой» сушкой влаги, эти проникающие водяные пары способны адсорбироваться в любой точке поверхности пористого НА, включая наружную поверхность, где имеет место контактное взаимодействие между частицами. Аналогичным образом, данные таблиц свидетельствуют, что незначительное увеличение содержания влаги, имеющее место за счет эффекта проникновения водяных паров, даже при значениях 0,01%, оказывает заметное влияние на характер сыпучести пористых продуктов из НА.
Пример 3. В данном примере показаны недостатки использования материалов, которые, несмотря имеющееся у них свойство сепарации влаги за счет адсорбции воды на своей поверхности в предпочтительном варианте осуществления изобретения, становятся ломкими или могут впоследствии охрупчиваться, что приводит к их разрушению в реальных условиях применения. Представляет интерес НА, содержащий частично гидратированный MgN в качестве добавки для сепарации влаги, поскольку доза данной добавки не оказывает значительного влияния на свойства продукта из НА, применяемого в качестве сырьевого материала для производства ВВ. При этом, для содержания влаги ниже значения, соответствующего полной гидратации MgN, данная добавка оказывается более твердой по сравнению с пористым НА. Однако, при содержании влаги превышающем значение, соответствующее гидратации MgN, происходит значительное снижение твердости. В Таблице 4 показано влияние содержание влаги на твердость (выраженную через ломкость (F) и предел прочности на раздавливание (CS)) плотного НА, содержащего Мд в виде MgN в количестве 2300 частей на миллион, то есть наблюдается образование гексагирдатов при содержании влаги около 1,0 вес.%.
Добавление 5,0 вес. % дробленого НА, содержащего MgN, у которого количество влаги составляет 2,1 вес.%, приводит к полному блокированию расход ссыпаемого из бункера сухого, пористого продукта из НА марок А и Б.
В противоположность этому, было установлено, что округлые зерна АОА, упомянутые в предшествующих примерах, обладают высоким сопротивлением истиранию и раздавливанию. Кроме того, округлые зерна АОА, сохраняют твердость после адсорбирования воды. Например, было установлено, что величина предела прочности на раздавливание составляла 26,7 ньютонов и 16,2 ньютонов для свежеприготовленных округлых зерен АОА и округлых зерен АОА после их замачивания на ночь в воде, соответственно. Ломкость при этом оказалась равной 0% в обоих случаях. Это обеспечивает целостность добавки из округлых зерен АОА в случаях применения в нормальных условиях продукта в соответствии с настоящим изобретением.