ВЗРЫВЧАТЫЕ КОМПОЗИЦИИ
EXPLOSIVE COMPOSITIONS

Область техники
Изобретение касается взрывчатых композиций и способов изготовления и использования таких взрывчатых композиций. Более конкретно, взрывчатые вещества в соответствии с изобретением представляют собой многокомпонентные взрывчатые составы с модифицированной топливной фазой. Они находят различные применения при выполнении взрывных работ в горном деле и подобной деятельности, но не ограничиваются этим. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к производству и использованию различных форм взрывчатых веществ на основе взрывчатой смеси нитрата аммония и жидкого топлива (ANFO), которые модифицированы путем введения связующего агента в жидкое топливо.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Смеси ANFO обычно используются в качестве взрывчатых веществ в горнодобывающей промышленности и в других областях применения. Эти смеси дают эффективные результаты при взрывании, в частности, когда используется гранулированный нитрат аммония класса взрывчатого вещества с низкой объемной плотностью (EGAN). EGAN изготавливается с пористой наружной поверхностью, которая поглощает достаточное количество жидкого топлива, чтобы получить взрывчатое вещество с незначительным отрицательным кислородным балансом; и с пористым внутренним объемом, который уменьшает плотность и создает пустоты, которые действуют как «горячие точки» во время процесса детонации.
Нитрат аммония агрохимического класса с высокой объемной плотностью (AGAN) также пригоден для использования в ANFO. AGAN производится без наружной и внутренней пористости и, следовательно, существуют некоторые технические проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы его можно было использовать в ANFO.
Известны также и другие источники нитрата аммония, которые изготовлены с помощью процесса, аналогичного для AGAN, где уровень пористости минимальный, но которые имеют объемную плотность, аналогичную EGAN, вследствие образования большого углубления или отверстия.
Основные технические недостатки ANFO состоят в том, что (i) продукт разрушается в присутствии относительно небольших количеств воды; (ii) энергия взрыва смеси на единицу объема (относительная энергия взрывчатого вещества) фиксируется для данного гранулированного нитрата аммония в зависимости только от его объемной плотности; и (iii) скорость детонации (VOD) ограничена относительно умеренными значениями. Эти недостатки могут быть преодолены путем смешивания ANFO с эмульсией на основе нитрата аммония (ANE) в разных пропорциях.
Эмульсия на основе нитрата аммония (ANE) представляет собой эмульсию «вода в масле», где дискретная водная фаза состоит из нитрата аммония, воды и других второстепенных компонентов, а непрерывная топливная фаза состоит из эмульгаторов и углеродистых жидкостей или твердых веществ. Поскольку эмульсии ANE более дорогостоящие, чем ANFO, соотношение компонентов в смеси, используемое во взрывчатой композиции, обычно минимальное, которое требуется для обеспечения необходимой водостойкости, относительной энергии взрывчатого вещества, скорости детонации или их сочетания.
Смеси ANE и ANFO, содержащие ANE от 1% до 50% и ANFO от 99% до 50%, известны как тяжелые смеси ANFO (HANFO). Смеси HANFO используются для получения продукта с более высокой относительной энергией взрывчатого вещества для использования на породах, где необходим более высокий уровень энергии для эффективного взрывания таких пород; и при более высоких уровнях (свыше 40% ANE) - некоторая водостойкость. Смеси с содержанием от 50% до 100% ANE и от 0% до 50% ANFO, как правило, необходимо сенсибилизировать добавлением химических газообразующих агентов или путем твердой сенсибилизации для эффективной детонации, они обычно именуются «шламовыми» смесями эмульсия/ANFO. Смеси ANE и ANFO, которые сенсибилизируются с помощью химических газообразующих агентов, известны как газированные [газосодержащие] смеси. Смеси эмульсия/ANFO, включающие газированные смеси, обеспечивают взрывчатые композиции со значительным уровнем водостойкости, а также позволяют получать выше высокую скорость детонации. Эти смеси используются для зарядки в мокрые шпуры, оставляя продукт в состоянии ожидания [sleeping] в условиях повышенной влажности, а также для использования на участках, состоящих из скального грунта с повышенной прочностью на сжатие, для взрывания которого требуется взрывчатое вещество с более высокой скоростью детонации (то есть, более бризантное); или где требуется более высокий уровень дробления грунта.
Как правило, предпочтительно использовать EGAN в HANFO и в газированных смесях. Однако трудности с доступностью продукта, его стоимостью, а также его качеством часто означают, что попытаются использовать другие типы нитрата аммония во взрывчатых композициях. При этом существуют некоторые значительные технические трудности, возникающие из-за отсутствия внутренней пористости гранул для обеспечения сенсибилизации смеси; и из-за отсутствия внешней пористости для поглощения требуемого уровня жидкого топлива для обеспечения необходимого незначительного отрицательного кислородного баланса. В частности, если для изготовления ANFO используется другой продукт, отличный от EGAN, жидкое топливо не поглощается поверхностью гранул и может произойти затекание, в результате чего дизельное топливо постепенно стекает и уходит в землю, не попадая в гранулы нитрата аммония. Вытеснение дизельного топлива также изменит свойства взрывчатого вещества, в результате чего получается взрывчатое вещество с положительным кислородным балансом и возникает повышенный риск появления ядовитых газов после взрывания. Если такая смесь ANFO смешивается с эмульсией с образованием HANFO или газированной смеси, непоглощенное дизельное топливо смешается с эмульсией и затем разбавит ее. Вязкость эмульсии уменьшится и продукт не сможет сохранить свою колонковую целостность в шпуре. Эмульсия пониженной вязкости может просачиваться в трещины и щели в шпуре, что приведет к расплыванию продукта.
Стандартные способы преодоления этих недостатков состоят в следующем: (i) использование минерального масла в качестве горючего компонента, которое имеет существенно более высокую вязкость, чем дизельное топливо, которое удерживается AGAN на более высоком уровне, и что приводит к меньшей потере вязкости в эмульсионной фазе, если они смешиваются; и (ii) для эмульсионных смесей, замещение дизельного топлива, используемого на ANFO, путем включения более высокого уровня топливной фазы в ANE. Использование последнего описанного способа означает, что вязкость эмульсии не нарушается и присутствующая увеличенная топливная фаза не рассчитана на включение дизельного топлива в компонент нитрата аммония. Но оба этих способа относительно дорогие с точки зрения используемого сырья или изменения необходимых параметров производства.
Один из способов решения этих проблем является гарантия того, что жидкое топливо удерживается гранулами. При увеличении поглощения жидкого топлива и поглощающей способности отличных от EGAN гранул затекание и разбавление исключаются. Известно, что с жидким топливом используются добавки, которые способствуют сцеплению жидкого топлива с поверхностью гранул AGAN. Пример описан в канадской патентной заявке 2438161 A1, это эпоксидированные масла, растительные масла, а также сложноэфирные производные веществ, добавляемых в жидкое топливо. Другой пример предполагает использование источников твердого топлива, например, углеродная сажа, как описано в патенте США №3540953. Однако для использования таких материалов требуется модификация существующего машинного оборудования для доставки взрывчатого вещества и его использование может привести к накоплению материала, который может засорить основное оборудование. Чтобы избежать проблем, возникающих при таком накоплении, следовательно, было бы предпочтительно иметь связующий агент, который растворяется в жидком топливе и не требует дополнительной модификации существующего машинного оборудования для доставки взрывчатого вещества. Связующий агент также может химически отличаться от известных связующих агентов, описанных выше, обеспечивая альтернативу, и также было бы полезно, чтобы связующий агент мог обладать улучшенными функциональными возможностями, в частности в продуктах тяжелого типа ANFO и смесей эмульсия/ANFO. Другое потенциальное преимущество заключается в использовании новых компонентов, которые имеют новый источник поставки, и которые могут экономически заменить некоторые из топлив, которые ранее использовались в таких взрывчатых составах.
Соответственно, было бы выгодным принятие нового решения, которое исключает или смягчает недостатки, присутствующие в известных подходах, или которое обеспечивает альтернативу этим подходам.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект настоящего изобретения предусматривает смешанную взрывчатую композицию, содержащую окисляющий компонент и горючий компонент, причем окисляющий компонент может предпочтительно содержать нитрат аммония, а горючий компонент содержит углеродистые материалы, например, жидкое топливо, а также связующий агент. Связующий агент выбирают из одного или нескольких из следующего: длинноцепочечная карбоновая кислота и ее соли и производные.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу повышения водостойкости и/или увеличения времени ожидания [sleep time] смешанной взрывчатой композиции, содержащей окисляющий компонент и горючий компонент, причем окисляющий компонент содержит одну или несколько окисляющих солей, а горючий компонент содержит углеродистый материал и связующий агент; способ включает стадию добавления связующего агента в смешанную взрывчатую композицию, причем связующий агент выбирают из одного или нескольких из следующего: длинноцепочечная карбоновая кислота и ее соли и производные,.
Предпочтительно, окисляющая соль может быть в форме отдельных дискретных частиц в виде гранул.
В одном предпочтительном варианте взрывчатая композиция представляет собой тип взрывчатой композиции нитрат аммония/жидкое топливо (ANFO). В другом предпочтительном варианте взрывчатая композиция представляет собой тип взрывчатой композиции ни трат аммония/жидкое топливо (ANFO) в смеси с типом взрывчатой композиции эмульсия на основе нитрата аммония.
Предпочтительно, длинноцепочечная карбоновая кислота может быть С8-С100 длинноцепочечной карбоновой кислотой. Кроме того, длинноцепочечная карбоновая кислота может быть предпочтительно стеариновой кислотой или олеиновой кислотой или их ди- или три-олигомерами. Производные длинноцепочечных карбоновых кислот предпочтительно могут быть выбраны из любого или нескольких следующих элементов: сложные эфиры, лактоны, амиды, лактамы, ангидриды, хлорангидриды или другие галиды, или имиды этих кислот. Связующий агент может быть выбран, например, из одного или нескольких из следующего: димерная кислота, тримерная кислота, полиизобутилен ангидрида янтарной кислоты, олеиновая кислота, стеариновая кислота, сорбитантристеарат, а также их соли и эфиры.
Предпочтительно, связующий агент может составлять от 5% до 50% по весу от горючего компонента или более предпочтительно от 10% до 20% по весу от горючего компонента. Также предпочтительно, что горючий компонент содержит значительную часть дизельного топлива, а остальное составляет минеральное масло. Окисляющий компонент может содержать значительную часть гранулированного нитрата аммония высокой плотности и/или непористых гранул низкой плотности, а остальное составляет гранулированный пористый нитрат аммония низкой плотности и/или вода.
СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном расширенном варианте настоящее изобретение относится к композиции бризантного взрывчатого вещества, содержащей твердую неорганическую окисляющую соль в качестве окисляющего компонента, углеводородную жидкость в качестве горючего компонента и связующий агент. Композиция может также содержать эмульсию на основе нитрата аммония.
Связующий агент выбирают из одного или нескольких из следующего: длинноцепочечная карбоновая кислота и ее производные и соли таких кислот или производные.
Производными могут быть сложные эфиры, лактоны, амиды, лактамы, ангидриды, хлорангидриды или другие галиды, или имиды, например. Солями могут быть соли с общими катионами щелочного металла или щелочноземельного металла, или с катионами аммония или амина, главным образом длинноцепочечные катионы амина, например.
Связующий агент предпочтительно выбирают такой, чтобы водостойкость взрывчатой композиции увеличилась. Связующий агент можно предпочтительно также или альтернативно выбирать для увеличения поглощающей способности твердой неорганической окисляющей соли относительно жидкого топлива. Кроме того, можно предпочтительно выбирать связующий агент для увеличения времени ожидания взрывчатой композиции.
Связующий агент выбирают из одного или нескольких из следующего: длинноцепочечная карбоновая кислота и ее соли и производные. Углеродная цепь может предпочтительно иметь от примерно 8 до 100 атомов углерода, и более предпочтительно от примерно 10 до 50 атомов углерода. Цепь может быть насыщенной или ненасыщенной, и неразветвленной или разветвленной. Длинноцепочечное соединение может иметь одну функциональную группу карбоновой кислоты или несколько таких групп; например, две или три группы.
Длинная углеродная цепь может иметь от примерно 8 до 100 атомов углерода, предпочтительно от 10 до 50 атомов углерода. В одном предпочтительном варианте длинную углеродную цепь выбирают из группы: стеариновая кислота или олеиновая кислота, или двух- и трехкомпонентные производные таких кислот.
Предпочтительно длинную углеродную цепь можно выбрать из одного или нескольких из следующего: димерная кислота, тримерная кислота, полиизобутилен ангидрида янтарной кислоты, олеиновая кислота, стеариновая кислота, а также их соли и сложные эфиры. В одном особенно предпочтительном варианте это может быть двухосновная кислота, например, димерная кислота или полибутилен ангидрида янтарной кислоты (PIBSA), или их производные, или может быть их смесь. Димерная кислота представляет собой С36 димерную кислоту, которая является преимущественно димером (С18) стеариновой кислотой. Описание других подходящих кислот приводится ниже.
Твердая неорганическая окисляющая соль, как правило, представляет собой частицы нитрата аммония и может быть в виде пористых гранул, гранул высокой плотности, непористых гранул, в виде кристаллического нитрата аммония, фракций мелких частиц или их комбинаций. Пористые гранулы могут иметь размер от 6 до 20 размера отверстия сита TYLER и плотность частиц примерно от 1,35 г/куб. см до примерно 1,52 г/куб. см, объем пустот гранул от 10,0 до 18,5% и объемную плотность примерно от 0,7 до примерно 0,85 г/куб. см. Гранулы высокой плотности могут иметь объемную плотность примерно от 0,85 г/куб. см до 1,00 г/куб. см. Фракции мелких частиц нитрата аммония имеют размер обычно меньше 20 размера отверстия сита TYLER.
Эмульсия на основе нитрата аммония (ANE) относится к типу «вода в масле», в котором в качестве дискретной фазы используется раствор кислород-выделяющей соли, а в качестве непрерывной фазы органический горючий компонент, не смешивающийся с водой. Раствор кислород-выделяющей соли может быть выбран из группы, состоящей из нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, мочевины и воды и их смесей. Нитрат аммония может составлять от 50% до примерно 94% по весу и предпочтительно от 60 до 85% по весу от общего состава композиции эмульсии на основе нитрата аммония. Мочевина может составлять от 0 до 20% по весу и предпочтительно от 0 до 9% по весу от общего состава эмульсии на основе нитрата аммония. Органический не смешиваемый с водой горючий компонент может составлять от 1 до 10% по весу от общей композиции эмульсии на основе нитрата аммония. Органический не смешиваемый с водой горючий компонент может содержать эмульгирующий агент. Эмульгирующий агент может содержать по меньшей мере одно производное поли(изобутилен) ангидрида янтарной кислоты и эмульгатор амина или алканоламина. Эмульгирующий агент может составлять от 0,3 до 3,5% по весу от общего состава эмульсии на основе нитрата аммония.
Способ получения эмульсии на основе нитрата аммония может включать разжижение раствора кислород-выделяющей соли при температуре выше точки застывания раствора кислород-выделяющей соли. Кислотность раствора кислород-выделяющей соли регулируется между примерно pH=2,0 и примерно pH=7,0. Раствор кислород-выделяющей соли и органический несмешиваемый с водой горючий компонент объединяют и перемешивают до получения однородного состояния эмульсии на основе нитрата аммония.
Раствор кислород-выделяющей соли может включать газообразующий катализатор. Газообразующий катализатор может быть выбран из группы, состоящей из соединений тиоцианата или тиомочевины. Газообразующий катализатор может составлять от примерно 0,1% до 1%, предпочтительно от 0,1% до 0,6% по весу от общего состава раствора кислород-выделяющей соли.
Углеводородная жидкость может быть из группы, состоящей из дизельного топлива #2, нефтяного углеводорода, ароматического углеводорода, гликоля, жидкого топлива, печного топлива, реактивного топлива, керосина, минеральных масел, жирных кислот, спиртов, растительного масла и их смесей.
Взрывчатая композиция может быть взрывчатой композицией типа нитрат аммония/жидкое топливо (ANFO), или взрывчатой композицией типа нитрат аммония/жидкое топливо (ANFO) в смеси со взрывчатой композицией типа эмульсия на основе нитрата аммония (ANE), или в виде взрывчатой композиции типа эмульсия на основе нитрата аммония (ANE). В случае композиций бризантного взрывчатого вещества, содержащих эмульсию (т.е. ANE), связующий агент следует выбирать из длинноцепочечной карбоновой кислоты или ее солей или производных, которые не нарушают устойчивость эмульсии. Определить методом проб и ошибок, наблюдая влияние связующего агента, используемого в изобретении, на устойчивость эмульсии. Желательно выбирать связующие агенты, которые не вызывают преждевременную кристаллизацию компонентов эмульсии. Было отмечено, что в качестве очень общего признака, моностеараты стремятся сделать эмульсии неустойчивыми, но ди- и тристеараты устойчивы в отношении эмульсии, тогда как все три типа улучшают водостойкость. Конечно, это не является проблемой в отношении взрывчатых композиций с ANFO, которые не предполагают присутствия эмульсий.
Взрывчатые композиции, в частности эмульсионные взрывчатые вещества, могут включать снижающий плотность агент. Снижающий плотность агент может быть выбран из группы материалов, включающих: мелкие пузырьки газа, полые частицы или микросферы, частицы низкой плотности или их смеси. Плотность взрывчатой композиции предпочтительно составляет от 0,30 до 1,50 г/куб. см.
В одном предпочтительном варианте взрывчатая композиция может представлять собой взрывчатую смесь, включающую неорганическую окисляющую соль, жидкое топливо (состоящее из связующего агента и углеродистого материала), а также может содержать взрывчатую эмульсию.
Предпочтительно, чтобы связующий агент присутствовал в количестве примерно от 5% до примерно 50% по весу, исходя из веса горючего компонента. Более предпочтительно наличие связующего агента в количестве от примерно 10% до примерно 20% по весу.
Связующий агент связывает окисляющий компонент и горючий компонент и идеально выбирается такой, чтобы растворялся в углеродистом материале. Связующий агент выбирают из группы: длинноцепочечная моно- или многоосновная карбоновая кислота и/или их соли и/или производные, главным образом, сложноэфирные производные. Это предпочтительно может быть двухосновная кислота, например, димерная кислота. В данной ситуации двухосновная кислота может быть олигомерной жирной кислотой, жирной кислотой или их производным или смесью. Предпочтительно, жирная кислота представляет собой олигомер октадеценовой кислоты, например, димерная кислота или тримерная кислота. Другим предпочтительным подобным связующим агентом является сорбитантристеарат.
Наиболее предпочтительно, двухосновная жирная кислота является димерной кислотой (CAS: 61788-89-4). В качестве другого примера, двухосновная кислота может быть полиизобутиленом ангидрида янтарной кислоты (PIBSA) или ее производным или смесью. Олеиновая или тримерная кислота представляют другие предпочтительные связующие агенты. Димерная кислота обычно представляет собой смесь димерной кислоты (75-82%), тримерной кислоты (16-22%) и мономерной кислоты (1-3%).
Другие возможные агенты включают соли стеариновой кислоты и/или ее производные. Примером является сорбитантристеарат (CAS: 26658-19-5), который представляет собой смесь неполных эфиров сорбита и его ангидридов со стеариновой кислотой. Другие подобные агенты могут представлять собой в частности различные ди- и три-стеараты и их соли и производные.
Другим возможным связующим агентом является «Dodiflow», который производится швейцарской компанией Clarient AG. Продукт, который продавается под названием «Dodiflow», представляет собой продукт реакции алкенилспиробислактона с одним молем ди(гидрогенизированного таллового) амина и одним молем (гидрогенизированного таллового) амина, известного также как N-стеарил малеимид октадецил-сополимер.
Противоионы к таким солям стеариновой или других кислот могут включать диэтилэтаноламин, триэтаноламин, этаноламин, диэтилэтаноламин, а также соли щелочных или щелочноземельных металлов, или соли других металлов, или соли аммония или длинноцепочечного углеводородного тетра-аммония, в качестве некоторых примеров. Могут использоваться такие соли, как соли натрия, аммония, кальция, алюминия или подобные соли. Другие агенты включают эфиры стеариновой кислоты, например, моностеарат и тетраглицерин тристеарат.
Связующие агенты могут быть производными кислот, а также их солями, особенно их сложными эфирами, лактонами, амидами, лактамами, ангидридами, хлорангидридами или другими галидами, или имидами или сульфоновой кислотой и ее производными. Если используется кислота, может быть эффективным регулирование pH смеси, так как слишком низкое значение pH может вызвать нарушение устойчивости нитрата аммония, так что регулирование pH может быть необходимым в таких случаях, например, путем добавления гидроксида натрия или аналогичного основания к кислоте, например.
Углеродистый материал в соответствии с изобретением, как правило, представляет собой жидкое топливо или альтернативный компонент, который может использоваться во взрывчатых веществах с ANFO, эмульсионных взрывчатых веществах или взрывчатых веществах с HANFO. Это обычно длинноцепочечные углеводородное топливо или его производные.
Углеродистый материал может быть любым топливом, известным в данной области (например, жидкое топливо, печное топливо, дизельное топливо, реактивное топливо, керосин, минеральные масла, насыщенные жирные кислоты, такие как лауриновая кислота и стеариновая кислота, спирты, растительное масло и т.п.). Предпочтительно, органический углеродистый материал включает жидкое топливо, например, дизельное топливо №2.
Неорганические окисляющие соли предпочтительно выбирают из группы, состоящей из аммония, щелочно-земельных нитратов и нитратов щелочных металлов. Предпочтительно, окисляющие соли представляют собой нитрат аммония (AN) в сочетании с нитратом кальция (CN) или нитрат натрия (SN) и их смеси. Наиболее предпочтительно, окисляющая соль является нитратом аммония. Окисляющая(ие) соль(и) находятся в виде отдельных дискретных частиц, таких как гранулы, зерна, таблетки, и/или фракций мелких частиц в отличие от литья или порошкообразных форм или растворов. Количество используемой(ых) окисляющей(их) соли(ей) обычно составляет от 9% до примерно 94% по весу от общей массы композиции.
Предпочтительно, жидкое топливо присутствует в количестве от примерно 2 до примерно 10% по весу, исходя из веса неорганической окисляющей соли и топлива. Более предпочтительно, жидкое топливо присутствует в количестве от примерно 4 до примерно 8% по весу и, наиболее предпочтительно, отношение неорганической окисляющей соли к жидкому топливу составляет примерно 94:6. Взрывчатой композицией, загружаемой в шпур, может быть ANFO, HANFO или шлам сенсибилизированная эмульсия: ANFO.
Было установлено, что взрывчатые композиции, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, которые включают длинноцепочечные карбоновые кислоты и их соли и производные в качестве связующего агента, обладают высокой водостойкостью. Таким образом, изобретение относится к способу повышения водостойкости таких композиций за счет включения таких связующих агентов во взрывчатую смесь.
ПРИМЕРЫ
Пример 01 - Димерная кислота
Была испытана димерная кислота (36 атомов углерода) в качестве связующего агента в эмульсионной взрывчатой композиции. Устойчивость эмульсии поддерживалась на должном уровне и в целом водостойкость повысилась по сравнению со стандартными эмульсиями без добавления связующего агента. Примерно от 10% до 30% горючего компонента были заменены димерной кислотой. Она легко растворилась в дизельном топливе. В смеси взрывчатых веществ допускалось содержание от 28 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива. Можно было использовать гранулы как HDAN, так и LDAN.
Пример 02 - Олеил димер моностеарат
Был испытан олеил димер моностеарат (С54). Наблюдалась хорошая устойчивость эмульсии, а также хорошая водостойкость. Связующий агент заменил от 10% до 30% горючего компонента и легко растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул как HDAN, так и LDAN.
Пример 03 - Олеил димер дистеарат
Был испытан олеил димер дистеарат (С72). Наблюдалась хорошая устойчивость эмульсии, а также хорошая водостойкость. Связующий агент заменил от 10% до 30% горючего компонента и легко растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул как HDAN, так и LDAN.
Пример 04 - Димерная кислота/Genamin OL 500D
Была испытана смесь димерной кислоты и Genamin™ OL 500D. Genamin OL 500D представляет собой перегнанную соль олеилацетата аммония. Наблюдалась средняя устойчивость эмульсии, но с некоторой незначительной кристаллизацией. Связующий агент заменил от 20% до 50% горючего компонента и легко растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул как HDAN, так и LDAN.
Пример 05 - Dodiflow
Был испытан Dodiflow™, который представляет собой соединение N-стеарилмалеимид октадецилового сополимера. Наблюдалась хорошая устойчивость эмульсии с хорошей водостойкостью. Связующий агент заменил от 10% до 20% горючего компонента и после некоторого нагрева растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул как HDAN, так и LDAN.
Пример 06 - ПЭГ 600 дистеарат
Был испытан ПЭГ 600 дистеарат, представляющий собой ди-эфир стеариновой кислоты с полиэтиленгликолем. Наблюдалась некоторая кристаллизация в эмульсии. Связующий агент заменил от 10% до 20% горючего компонента и после некоторого нагрева растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул как HDAN, так и LDAN.
Пример 07 - Сорбитанстеарат
Был испытан сорбитанстеарат (С24). Наблюдалась очень хорошая водостойкость. Связующий агент заменил от 10% до 20% горючего компонента и после нагрева растворился в дизельном топливе, и от 47 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% жидкого топлива смешали при использовании гранул LDAN.
Пример 08 - Сорбитантристеарат
Был испытан сорбитантристеарат (С60). Наблюдалась хорошая устойчивость эмульсии и очень хорошая водостойкость. Связывающий агент заменил от 10% до 20% горючего компонента и после нагрева растворился в дизельном топливе, и от 47 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% горючего компонента смешали при использовании гранул LDAN.
Пример 09 - Диэтилентриамин тристеарат
Был испытан диэтилентриамин тристеарат (С58). Наблюдалась некоторая кристаллизация в эмульсии, и удовлетворительная водостойкость. Связующий агент заменил от 5% до 15% горючего компонента и после нагрева растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% горючего компонента смешали при использовании гранул HDAN.
Example 10 - Methylamine stearate
Methylamine stearate (С19) was tested. There was some crystallisation in the emulsion, and fair water resistance. The binding agent replaced 5% to 15% of the fuel component, and it dissolved in the diesel after heating, and 56-94% AN and 1.8-6% FO was blended, using HDAN prill.
Пример 10 - Метиламин стеарат
Был испытан метиламин стеарат (С19). Наблюдалась некоторая кристаллизация в эмульсии, и удовлетворительная водостойкость. Связующий агент заменил от 5% до 15% горючего компонента и после нагрева растворился в дизельном топливе, и от 56 до 94% нитрата аммония и от 1,8 до 6% горючего компонента смешали при использовании гранул HDAN.
Примеры с 11 по 40 были выполнены аналогично Примерам 1-10.
Пример
Связующее
11
3-метоксипропиламин стеарат
12
Этиламин стеарат
13
Диметилэтаноламин стеарат
14
Диметилэтил стеарат
15
Диметилэтаноламин стеарат/полусоль димерной кислоты
16
Триэтаноламин стеарат
17
Триэтаноламин стеарат/полусоль димерной кислоты
18
Диэтилэтаноламин стеарат
19
Тетраглицерин тристеарат
20
Глицерол тристеарат
21
Тетраглицерин стеарат
22
Этаноламин стеарат
23
Диэтаноламин стеарат
24
Genamin™ SPA (стеарамидопропил диметиламин)
25
Genamin™ SPA стеарат (стеарамидопропил диметиламин стеарат),
26
Соль димерной кислоты Genamin™ SPA (моно)
27
Соль PIBSA Genamin™ SPA (моно)
28
Дистеарат таллового диамина
29
Моностеарат таллового диамин
30
С18 моностеарат третичного амина
31
С18 моностеарат третичного амина/димерная кислота
32
С14 моностеарат третичного амина
33
C10 моностеарат третичного амина
34
Октадециламин/димерная кислота (1:1)
35
Октадециламин/олеиновая кислота
36
Октадециламин этилгексановая кислота
37
Октадециламин метилканолат
38
Додециламин/димерная кислота
39
PIBSA тетрастеарат
40
Дистеарил олеил тетраглицерин
ИСПЫТАНИЕ НА ВОДОСТОЙКОСТЬ
Были подготовлены различные сравнительные примеры (то есть, Сравнительные Примеры 1-5), описанные ниже. Кроме того, были также подготовлены некоторые примеры композиции взрывчатых веществ в соответствии с настоящим изобретением (т.е. Примеры А-Е), описанные ниже.
Была определена относительная эффективность различных составов в соответствии со следующими процедурами испытаний.
ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ
Ингредиенты окисляющей фазы нагрели до 75°C до образования водного раствора. Отдельно ингредиенты топливной фазы смешали при нагревании до 65°C. Горячую окисляющую фазу затем медленно вылили в топливную фазу при перемешивании смесителем производства Lightnin Labmaster™ с 65-мм Jiffy™ перемешивающей лопастью, вращающейся вначале при скорости 600 об/мин в течение 30 секунд. Грубую эмульсию доработали путем перемешивания при скорости 1000 оборотов в минуту в течение 30 секунд, 1500 об/мин в течение 30 секунд и 1700 об/мин до достижения заданной вязкости. Количество продукта, полученного в каждом образце, составило 2,00 кг.
ПЕРВАЯ ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ИСПЫТАНИЯ НА ВОДОСТОЙКОСТЬ
0
5
В 250 мл лабораторном стеклянном стакане приготовили 100 г гомогенной смеси, содержащей 50 г эмульсии и 50 г ANFO, и эту смесь выдерживали при известной комнатной температуре. 100 г образца воды, при такой же известной комнатной температуре, добавили в смесь эмульсия:ANFO, температуру смеси сразу же зарегистрировали как исходную температуру (Т). Запустили 5 минутный таймер и содержимое стакана сразу же перемешали вручную с помощью 10 мм стеклянного стержня вращением 20 оборотов при скорости примерно 1 секунда/оборот. По завершении перемешивания содержимое стакана оставили до истечения 5 минутного интервала, и в это время зарегистрировали температуру водного компонента (Т). Дополнительно зарегистрировали данные визуального наблюдения за содержимым стакана после перемешивания. Разница между Т0 и Т5 обозначает пропорцию эндотермического растворения нитрата аммония, обусловленную степенью водостойкости, которую эмульсионный компонент сообщает нитрату аммония.
ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ОЦЕНКИ ПО СТЕРЖНЮ
Смеси эмульсии и ANFO готовят либо как тяжелые смеси с ANFO, либо как газированные эмульсионные смеси. 10-мм стеклянный стержень погружают в смесь под углом 45 градусов на глубину примерно 20 мм так, чтобы одна сторона стеклянного стержня покрылась смесью, затем по стеклянному стержню нужно слегка постучать, чтобы удалить лишние гранулы и/или эмульсию. Стеклянный стержень держат в направлении к источнику света стороной, покрытой эмульсией, отвернув его так, чтобы свет мог визуально проходить через стеклянный стержень. Эмульсию затем осторожно стирают вдоль стекля иного стержня три раза и соотношение кристаллов измеряют следующим образом:
8 = кристаллы отсутствуют,
7 = небольшое количество кристаллов,
6 = половина эмульсии:половина кристаллов,
5 = в основном кристаллы с некоторым количеством эмульсии,
4 = полностью кристаллы без эмульсии.
Непрерывно проводится оценка смеси на соотношение образования кристаллов с течением времени в известных интервалах.
ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ИСПЫТАНИЯ НА СПОСОБНОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ТОПЛИВА
Отмеряют начальную массу нитрата аммония (50 г) в 250-мл лабораторный стакан. К гранулированному нитрату аммония добавляют 100 мл дизельного топлива. Полученную смесь оставляют на 15 минут для обеспечения полного поглощения дизельного топлива. Избыток дизельного топлива затем сливают и весь нитрат аммония выливают на фильтровальную бумагу. Сверху на нитрат аммония помещают отрезок бумажного полотенца и прижимают, удаляя излишнее дизельное топливо. Нитрат аммония перекладывают на другой отрезок бумажного полотенца и с помощью другого отрезка бумажного полотенца удаляют излишнее дизельное топливо. Конечную массу нитрата аммония взвешивают, и способность поглощения жидкого топлива определяют путем вычитания конечной массы из начальной массы и деления этой величины на начальную массу.
ВТОРАЯ ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ИСПЫТАНИЯ НА ВОДОСТОЙКОСТЬ
Альтернативная процедура испытания на водостойкость может показать влияние различных добавок на водостойкость смесей.
55-мл контейнер заполнили доверху однородной смесью, содержащей 50% эмульсии и 50% ANFO по весу. Контейнер поместили в 600-мл лабораторный стакан. Затем в лабораторный стакан добавили 250 мл воды. Лопасть jiffy смесителя расположили приблизительно на 14 мм выше образца. Лопасть jiffy смесителя включили при скорости 1000 об/мин приблизительно на 30 минут. Периодически измеряли проводимость.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1
Сравнительный пример 1 представляет стандартный состав, используемый в качестве сравнительного примера. Состав приведен в Таблице 1. Эмульгатор выбран из группы эмульгаторов, которые получены в результате реакций конденсации между PIBSA (полибутилен ангидрида янтарной кислоты) и аминами или алканоламинами. Минеральное масло использовали преимущественно парафиновое с некоторыми ароматическими и нафтеновыми составляющими соединениями. Эмульсию сформировали с вязкостью примерно 25000 сП. Приготовили газированную смесь из 60 частей эмульсии и 40 частей ANFO по весу и химически газировали до требуемой плотности 1,05 г/куб. см, что является типичной плотностью для смесей такого типа. Гранулированный нитрат аммония используемого для ANFO типа имеет объемную плотность 0,82 г/см и поглощение жидкого топлива 6%, поставляется заводом по производству нитрата аммония Louisiana Missouri [Louisiana Missouri Ammonium Nitrate plant], принадлежащий Dyno Nobel (далее именуемый гранулированный LOMO). Как видно из Таблицы 2, водостойкость смеси высокая.
Таблица 1.
Стандартный эмульсионный состав
Окисляющий компонент
94%
Нитрат аммония
75%
Вода
25%
Горючий компонент
6%
Эмульгатор
15%
Минеральное масло/жидкое топливо
85%
Таблица 2.
Результаты испытаний на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием ANFO с гранулированным нитратом аммония LOMO
Начальная температура (Т<sub>0</sub>)
14C
Конечная температура (Т<sub>5</sub>)
11С
Разница температур
3С
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2
В Сравнительном примере 2 условия процесса поддерживались как можно ближе к тем, которые описаны в Сравнительном примере 1. Таким образом, Сравнительный пример 1 повторили, за исключением того, что тип гранулированного нитрата аммония для ANFO представлял собой непористый гранулированный нитрат аммония Acron. Хотя гранулы были непористые, объемная плотность составила 0,74 г/куб. см, которая возникает благодаря углублению в центре гранулы. Когда жидкое топливо смешивается с гранулами, оно обычно удерживается в углублении и не поглощается поверхностью или иным образом. При контакте с эмульсией жидкое топливо может смешаться с эмульсией и вызвать ее разжижение. В этом примере использовали такой же эмульсионный компонент, как и в Сравнительном примере 1. Приготовили газированную смесь эмульсия:ANFO, 60:40 частей, и химически газировали до требуемой плотности 1,05 г/куб. см. Как видно из Таблицы 3, данные по водостойкости этой смеси низкие, и при испытании на водостойкость было отмечено, что гранулы Acron отделяются от эмульсии.
Таблица 3.
Результаты испытаний на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием ANFO с гранулированным нитратом аммония Acron
Начальная температура (Т<sub>0</sub>)
14С
Конечная температура (Т<sub>5</sub>)
6С
Разница температур
8С
ПРИМЕР А
Был проведен эксперимент по проверке действия димерных кислот в различных составах. В Примере А использовали такую же эмульсию, которая использовалась в Сравнительном примере 1. Источником гранулированного нитрата аммония был гранулированный нитрат аммония Acron. Компонент жидкого топлива для ANFO состоял из 10% димерной кислоты и 90% дизельного топлива. Приготовили газированную смесь эмульсия:ANFO, 60:40 частей, и химически газировали до требуемой плотности 1,05 г/куб. см. Как видно из Таблицы 4, водостойкость стала выше по сравнению со Сравнительным примером 2 и согласуется с Сравнительным примером 1.
Таблица 4.
Результаты испытаний на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием гранулированного нитрата аммония Acron & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Начальная температура (Т<sub>0</sub>)
14С
Конечная температура (Т<sub>5</sub>)
11С
Разница температур
3C
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 3
Повторили Сравни тельный пример 2, в котором гранулированный нитрат аммония Acron заменили на нитрат аммония Chempure. Chempure не имеет добавленных покрывающих агентов и находится в кристаллической форме. Была проверена водостойкость газированной смеси 60:40. Как видно из Таблицы 5, водостойкость низкая, и было обнаружено, что в ходе испытаний на водостойкость Chempure отделяется от эмульсии.
Таблица 5.
Результаты испытаний на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием ANFO с нитратом аммония Chempure
Начальная температура (Т<sub>0</sub>)
14С
Конечная температура (Т<sub>5</sub>)
5С
Разница температур
9С
ПРИМЕР В
Сравнительный пример 3 повторили с той лишь разницей, что компонент жидкого топлива заменили смесью 10% димерной кислоты и 90% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 6, водостойкость смеси повысилась.
Table 6.
Результаты испытаний на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием нитрата аммония Chempure & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Начальная температура (Т<sub>0</sub>)
14С
Конечная температура (Т<sub>5</sub>)
8С
Разница температур
6С
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 4
Приготовили смесь эмульсия:ANFO, 60:40 частей, с использованием гранулированного нитрата аммония KT технологии производства Queenland Nitrates Pty Ltd, именуемого здесь «QNP», и химически газировали аналогично используемому в Сравнительном примере 1. Эмульсионную смесь проверили на степень кристаллизации эмульсии с течением времени, используя процедуру оценки по стержню. Как видно из Таблицы 7, степень кристаллизации с течением времени увеличивается.
Таблица 7.
Результаты оценки по стержню газированной эмульсионной смеси с использованием ANFO с гранулированным нитратом аммония КТ
Количество дней
Показатель кристаллизации
0
7
4
6
14
5
20
5
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 5
Приготовили смесь HANFO эмульсия:ANFO, 40:60 частей, с использованием гранулированного нитрата аммония LOMO в ANFO компоненте. Степень кристаллизации эмульсионного компонента измерили с течением времени согласно процедуре оценки по стержню. Как видно из Таблицы 8, наблюдается явное повышение кристаллизации с течением времени.
Таблица 8.
Результаты оценки по стержню смеси HANFO с использованием ANFO с гранулированным нитратом аммония LOMO
Количество дней
Показатель кристаллизации
0
7
4
7
14
4
20
4
ПРИМЕР С
Приготовили газированную эмульсионную смесь (эмульсия:ANFO, 60:40 частей) аналогично Сравнительному примеру 1, причем ANFO приготовили с использованием гранулированного нитрата аммония Acron и горючего компонента в составе 10% димерной кислоты и 90% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 9, наблюдается явное уменьшение скорости кристаллизации эмульсии с течением времени по сравнению со случаем использования гранулированного LOMO без димерной кислоты.
Таблица 9.
Результаты оценки по стержню газированной эмульсионной смеси с использованием гранулированного нитрата аммония Acron & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Количество дней
Показатель кристаллизации
0
7
4
7
14
6
20
6
ПРИМЕР D
Приготовили смесь HANFO эмульсия:ANFO, 40:60 частей, причем компонент ANFO состоял из гранулированного нитрата аммония Acron и горючего компонента, содержащего 10% димерной кислоты и 90% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 10, наблюдается явное уменьшение скорости кристаллизации эмульсии с течением времени по сравнению со случаем использования KT гранул без димерной кислоты.
Таблица 10.
Результаты оценки по стержню смеси HANFO с использованием гранулированного нитрата аммония Acron & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Количество дней
Показатель кристаллизации
0
7
4
7
14
6
20
6
ПРИМЕР Е
Приготовили различные растворы из димерной кислоты и дизельного топлива, состоящие из 0%, 10%, 20% и 30% димерной кислоты, остальное дизельное топливо. Измерили поглощающую способность в отношении жидкого топлива, результаты приведены в Таблице 11. По приведенным данным видно, что с увеличением количества димерной кислоты наблюдается тенденция повышения поглощающей способности в отношении жидкого топлива.
Таблица 11.
Поглощающая способность по отношению жидкого топлива гранулированного нитрата аммония Acron с различным содержанием димерной кислоты в дизельном топливе
Димерная кислота, %
Поглощающая способность в отношении жидкого топлива
0
3,4%
10
4,1%
20
5,0%
30
5,4%
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 6
В Сравнительном примере 6 условия процесса поддерживались как можно ближе к тем, которые описаны в Сравнительном примере 1. Таким образом, Сравнительный пример 1 повторили, за исключением того, что тип гранулированного нитрата аммония для ANFO представлял собой гранулированный нитрат аммония ENAEX Prillex низкой плотности. Приготовили смесь эмульсия:ANFO, 40:60 частей. В Таблице 12 представлены данные по водостойкости, полученные в соответствии с описанной выше Второй общей процедурой испытания на водостойкость.
Таблица 12.
Результаты по проводимости при испытаниях на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием ANFO с гранулированным нитратом аммония ENAEX Prillex
Время (мин)
Проводимость (мСм/см)
0
0
15
4,9
30
7,0
ПРИМЕР F
Сравнительный пример 6 повторили с той разницей, что компонент жидкого топлива был заменен смесью из 20% димерной кислоты и 80% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 13, проводимость уменьшается по сравнению с данными, приведенными в Таблице 12, что указывает на повышение водостойкости смеси.
Таблица 13.
Результаты испытания на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием нитрата аммония ENAEX Prillex & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Время (мин)
Проводимость (мСм/см)
0
0
15
1,5
30
2,0
ПРИМЕР G
Сравнительный пример 6 повторили с той лишь разницей, что компонент жидкого топлива был заменен смесью из 10% сорбитол тристеарата и 90% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 14, проводимость уменьшается по сравнению с данными, представленными в Таблице 12, что указывает на повышение водостойкости смеси.
Таблица 14.
Результаты испытания на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием нитрата аммония ENAEX Prillex & димерной кислоты в ANFO с дизельным топливом
Время (мин)
Проводимость (мСм/см)
0
0
15
1,4
30
1,5
ПРИМЕР Н
Сравнительный пример 6 повторили с той разницей, что компонент жидкого топлива заменили смесью из 10% Dodiflow и 90% дизельного топлива. Как видно из Таблицы 15, проводимость уменьшается по сравнению с данными, представленными в Таблице 12, что указывает на повышение водостойкости смеси.
Таблица 15.
Результаты испытания на водостойкость газированной эмульсионной смеси с использованием нитрата аммония ENAEX Prillex & Dodiflow в ANFO с дизельным топливом
Время (мин)
Проводимость (мСм/см)
0
0
15
1,1
25
1,2
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 7
В Сравнительном примере 7 условия процесса поддерживались как можно ближе к тем, которые описаны в Сравнительном примере 1. Таким образом, Сравнительный пример 1 повторили за исключением того, что тип гранулированного нитрата аммония для ANFO представлял собой гранулированный нитрат аммония Tianji низкой плотности. Приготовили смесь эмульсия:ANFO, 30:70 частей. Смесь взорвали в неограниченных условиях в трубе диаметром 102 мм, была зарегистрирована скорость детонации 2400 м/с.
ПРИМЕР I
Сравнительный пример 7 повторили с той разницей, что компонент жидкого топлива был заменен смесью из 20% сорбитол тристеарата и 80% дизельного топлива. Наблюдалась скорость детонации 2800 м/с, что указывает на то, что добавка не влияет на скорость детонации.
ПРИМЕР J
В этом примере приготовили смесь эмульсия:ANFO, 40:60 частей. Тип гранулированного нитрата аммония для ANFO был Rivno HDAN. Компонент жидкого топлива заменили смесью из 20% сорбитол тристеарата и 80% дизельного топлива. Смесь взорвали в неограниченных условиях в трубе диаметром 200 мм. Была получена скорость детонации 3200 м/с.
В данном описании, если в контексте прямо не указано иное, термин «содержащий» имеет неисключительное значение слова, в смысле «включающий по меньшей мере», нежели исключительное значение в смысле «состоящий только из». То же самое относится к соответствующим грамматическим формам этого слова, такие как «содержать», «содержит» и так далее. Ясно, что могут быть очевидные вариации или модификации, которые соответствуют духу настоящего изобретения и которые являются частью изобретения, и любые такие очевидные вариации или модификации, таким образом, находятся в пределах объема изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение может быть использовано в горнодобывающей или строительной промышленности для выполнения взрывных работ.