Влияние эмульгаторов на качество получаемой эмульсии при производстве эмульсионных взрывчатых веществ типа порэмит 1а

УДК 662.235

К. Е. Морозов, В. А. Соснин, Ю. Г. Печенев, Р. З. Гильманов

ВЛИЯНИЕ ЭМУЛЬГАТОРОВ НА КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМОЙ ЭМУЛЬСИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ТИПА ПОРЭМИТ 1А

Ключевые слова: эмульсия порэмита, эмульгаторы, эмульсионные взрывчатые вещества, качество, емкость, стабильность.

Определено влияние типа эмульгатора на качество и стабильность эмульсии порэмита 1А по показателю электрической емкости. Проведено исследование по установлению оптимальной массовой доли эмульгатора в процессе получения эмульсии порэмита 1А.

Key words: Poremit emulsion, emulsifiers, emulsion explosives, quality, capacity, stability.

There was determined the influence of an emulsifier type on quality and stability of Poremit 1A emulsion according to the value of its electric capacity. The investigation was carried out with the aim to establish the emulsifier optimal content in the process of Poremit 1A emulsion explosive production.

Отличительной особенностью современного ассортимента ПВВ передовых горнодобывающих стран является чрезвычайно высокий уровень производства и применения простейших взрывчатых смесевых веществ АМ-БО, а в России АС-ДТ и в последнее время эмульсионных составов. Разработка промышленных взрывчатых веществ в России осуществлялось в несколько ином направлении, и долгое время основную часть применяемых ПВВ составляли гранулированные и порошкообразные патронированные аммиачно-селитренные вещества, сенсибилизированные тротилом. Стоимость тротила в России возросла, и как следствие выросли цены на граммониты и аммониты. Это способствовало развитию производства других классов ПВВ - водосо-держащих и эмульсионных взрывчатых веществ [1].

Преимущество взрывчатых веществ на основе эмульсий типа «вода в масле» над другими водосодержащими смесями обусловлено гидрофобным характером поверхности их раздела с внешней средой, высокой степенью смешения горючих и окислительных компонентов, высокой вязкостью, исключающей необходимость операции «сшивки». Такие взрывчатые вещества отличаются прекрасной водоустойчивостью и безопасностью на всех стадиях от изготовления до применения, безотказностью и стабильностью детонации.

Отечественные ЭВВ изготавливаются на сравнительно дешевом и доступном сырье, и сенсибилизация их осуществляется газовыми пузырьками при зарядке в скважины. По своим физико-химическим и взрывчатым характеристикам порэмиты находятся на уровне лучших мировых образцов и соответствуют техническим требованиям горнодобывающих предприятий [2, кн.1].

Порэмиты, разработанные в ГосНИИ «Кристалл», нашли широкое применение в горно-рудной промышленности России. Их получение основано на изготовлении высококонцентрированной эмульсии обратного типа «вода в масле». Для образования таких эмульсий необходимы поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые должны обеспечить оптимальные свойства дисперсной системы, к которым относятся устойчивость, размер частиц

эмульсии и сохранение характеристик до момента их использования.

Большинство ПАВ для дисперсных систем подчиняются правилу Банкрофта, выведенное на основе обобщения огромного количества экспериментальных данных: гидрофильный эмульгатор, растворяющийся в воде, способствует образованию прямой эмульсии «масло в воде», а гидрофобный, растворяющийся в масле, - образованию обратной эмульсии «вода в масле».

Большое влияние на эмульгирующее и стабилизирующее действие ПАВ оказывает использование смешанных ПАВ, в результате чего в ряде случаев может достигаться синергетический эффект. При этом в качестве эмульгаторов можно использовать все типы низкомолекулярных и высокомолекулярных ПАВ: неионогенные, ионогенные и амфолитные. Каждому классу ПАВ присущи как достоинства, так и недостатки, поэтому их выбор остается чисто экспериментальной задачей.

Для получения эмульсии порэмитов рекомендован ряд ПАВ, но огромное количество фирм и предприятий, желая расширить свой рынок сбыта, предлагают новые разработки эмульгаторов.

Выбор эмульгатора является одной из основных и сложных задач исследований при разработке эмульсионных взрывчатых веществ [2, кн.2].

Методика получения эмульсионных взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий

Лабораторная методика получения эмульсии порэмита 1А состоит из следующих стадий:

1 - подготовка компонентов;

2 - взятие навесок;

3 - смешение компонентов (получение эмульсии).

Подготовка компонентов заключается во внешнем осмотре используемых для получения веществ на отсутствие посторонних примесей.

Компоненты взвешиваются на лабораторных весах, затем навески аммиачной селитры и воды помещают в аппарат для приготовления раствора окислителя.

В аппарат смешения вливают навеску индустриального масла и эмульгатора, выдерживают 3 мин., чтобы они успели прогреться до температуры 80 0С, затем включают лабораторную мешалку примерно на 1-2 мин. и приливают раствор селитры, нагретый так же до 80 0С, продолжают перемешивать 3-5 мин. и получают эмульсию - основу эмульсионных взрывчатых веществ.

Температура теплоносителя, обогревающего аппарат смешения 85 0С, частота вращения мешалки 2500 об/мин.

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.

I lh"4H+* I - 1 ilJflMI 1ЩП411П НГ *{! ПП^ЧИЬ

Рис. 1 - Лабораторная установка для получения ЭВВ: 1 - термостат U-2, теплоноситель вода, 2 -стойки, 3 - лабораторная мешалка MR-25, 4 -аппарат для приготовления раствора солей-окислителей (дозировочная воронка), 5 - аппарат эмульгирования, 6 - электродвигатель типа УЛ, 7 - тахометр ТМ-6, 8 - ЛАТР типа 2 М, 9 - мешалка турбинная

Рис. 2 - Внешний вид эмульсии

Определение качества и стабильности эмульсии порэмита 1А по показателю «электрическая емкость»

Для получения эмульсий «вода в масле» в основном используют 3 группы ПАВ для образования стабильной эмульсии обратного типа.

Для обоснования выбора эмульгаторов при получении эмульсии порэмита 1А по ТУ 7511903620-93 (по методике «ГосНИИ «Кристалл») расширения сырьевой базы и снижения стоимости конечной продукции были протестированы образцы эмульгаторов, представленные в табл. 1.

Стабильность эмульсии при температуре получения и термостатировании в пределах 60-80 0С (скорость расслоения горячих эмульсий в несколько раз выше, чем у холодных) является важной технологической характеристикой, ее оценку качества

при получении производят экспресс - методом по измерению величины электрической емкости датчика, погруженного в пробу эмульсии.

Таблица 1 - Образцы эмульгаторов

№ образца Название эмульгатора Страна изготовитель рН водной вытяжки Химическая природа

1 РЭМ Россия «Алтай-спецпродукт» 6,6 Российский эмульгирующий материал-раствор полимерного эмульгатора (полиизобутилен янтарный ангидрид) в масле в соотношении 50/50

2 ПЭС Россия, г.Чапаевск 6,8

3 ХЕ 1900 Китай 6,75 Сорбитановый эфир смеси жирных кислот

4 ХЕ 1600 Китай 6,8 Сорбитанмоноолеат

5 ХР 1410 США 7,8 Производное янтарной кислоты и полиизобутилена

6 NBL 9550 США 7,5 Полимерный эмульгатор полиизобутилен сукци-новый ангидрид

7 Лубризол США фирма Лубризол» 6,7

8 ПТТ t = 220 0C Россия 6,6 Сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных кислот

9 ПТТ t = 200 0C Россия 6,65

10 Эмультен Россия 6,8 На основе этанола-мина и олеиновой кислоты

11 ПГТ-С-1 Россия г Иваново 6,8 Смешанный эмульгатор. Сложный эфир олеиновой кислоты (или жирных таловых кислот) и полиглицерина (или триэта-ноламина) плюс полимерный эмульгатор

12 ПГТ-С-2 Россия г. Иваново 6,7

13 ПГТ-С-3 Россия г.Иваново 6,7

Для этого в стеклянный стакан помещают свежеприготовленную эмульсию порэмита 1А, опускают датчик прибора измерителя емкости и фиксируют значение на табло.

Результаты экспериментов по определению электрической емкости и стабильности эмульсии порэмита 1А, полученного на различных образцах эмульгаторов, представлены в табл 2.

Как видно из табл. 2, тестирование по показателям «электрическая емкость» и «стабильность» прошли следующие образцы эмульгаторов - РЭМ, ПЭС, смешанные эмульгаторы ПГТС, лубризол, NBL 9550, ХР 1410. Все эти марки эмульгаторов могут быть использованы для получения эмульсии порэмита 1 А.

Качество эмульсии также определяли по микроскопической структуре эмульсий. Для этого был задействован микроскоп Axio Imager Dimage Z 3. Было определено, что эмульсия порэмита 1А имеет однородную структуру. Размер эмульсии составляет 5 мкм. Микроструктура эмульсий на

эмульгаторах РЭМ, ПЭС, ПГТС, лубризол, ШЬ 9550, ХР 1410 представлена на рис. 3.

Таблица 2 - Электрическая емкость и стабильность эмульсии порэмита 1А1 в зависимости от вида эмульгатора

№ опыта Вид эмульгатора Электрическая 2) емкость , пФ Стабильность через 6 ч при 80-85 0С, пФ

1 РЭМ 81 81

2 ПЭС 85 87

3 эмультен 507 1190

4 ХЕ 1900 215 266

5 ХЕ 1600 225,5 234,8

6 ХР 1410 93 84

7 лубризол 70 74

8 ПТТ г=220 0С 410,5 1203

9 ПТТ г=200 0С 336,8 кристалл-лизация

10 ПГТС-1 70,2 93,3

11 ПГТС-2 67,5 72,2

12 ПГТС-3 86,9 86,9

13 ШЬ 9550 55,4 53,9

Примечание.

1) компонентный состав эмульсии порэмита 1А: NNN0- 76 %, Н20- 17 %, масло И-40А- 5%, эмульгатор - 2 %;

2) электрическая емкость эмульсии порэмита 1А по нормативному документу ТУ 7511903-627-93 не должна превышать 200 пФ

На эмульгаторах ХЕ 1600, ХЕ 1900, эмуль-тен и ПТТ эмульсия порэмита 1А не удовлетворяет требованиям нормативной документации, ее электрическая емкость превышает 200 пФ. Поэтому данные эмульгаторы не могут быть рекомендованы для получения эмульсии порэмита 1А. Их микроТаблица 3 - Электрическая емкость и стабильность гатора

структура, представленная на рис.4, уже в свежеприготовленном виде имеет кристаллы аммиачной селитры.

Рис. 3 - Эмульсия порэмита 1А, эмульгатор РЭМ

Рис. 4 - Эмульсия порэмита 1А, эмульгатор ХЕ 1900

С целью снижения стоимости готовой продукции порэмита 1А проведены исследования по снижению количества эмульгатора в составе эмульсии до 1-0,5 %. В качестве испытуемых образцов использовали эмульгаторы РЭМ, ПЭС, лубризол, ШЬ9550, ХР 1410, смешанные эмульгаторы ПГТ-С. Данные исследований представлены в табл. 3.

эмульсии порэмита 1А в зависимости от вида эмуль-

№ опыта Вид эмульгатора Компонентный состав порэмита 1А, % Электрическая емкость, пФ Стабильность через 6 ч при 80-85 0С, пФ

КН4Ш3 Н2О Масло И - 40А Эмульгатор

1 ПЭС 76 17 6 1 98 105

2 РЭМ 76 17 6 1 92 101

3 ХР 1410 76 17 6 1 93,5 93,6

4 ШЬ 9550 76 17 6 1 72,6 119,8

5 Лубризол 76 17 6 1 82 87

6 ПГТС-1 76 17 6 1 113,1 101,6

7 ПГТС-2 76 17 6 1 116,0 114,4

8 ПГТС-3 76 17 6 1 117,1 117

9 ПГТС-1 76 17 6,5 0,5 140,9 155,3

10 ПГТС-2 76 17 6,5 0,5 146,8 158,9

11 ПГТС-3 76 17 6,5 0,5 147,1 159,6

12 РЭМ 76 17 6,5 0,5 116 169,1

Примечание. Электрическая емкость эмульсии порэмита 1А по нормативному документу ТУ 7511903-62793 не должна превышать 200 пФ

Из полученных результатов следует, что ская емкость» и могут быть рекомендованы для по-

выбранные эмульгаторы показали хорошее качество лучения порэмита 1А, их содержание в составе

эмульсии порэмита 1А по показателю «электриче- можно снизить до 1%. Так как образцы эмульгато-

ров КВЬ 9550, ХР 1410, лубризол производства США имеют стоимость, значительно превышающую стоимость российских эмульгаторов РЭМ, ПЭС, ПГТ-С, то для порэмита 1А, при практически одинаковых показателях «электрическая емкость» и «стабильность», выбор российских эмульгаторов наиболее оптимален.

Литература

1 Соснин В.А. Внедрение эмульсионных промышленных ВВ в России // IV Международная конференция по открытым и подземным горным работам (Москва, май 1998) : сб.докладов.-М., 1998. - С.104-108.

2 Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества : в 2-х кн. Дзержинск : Изд-во ГосНИИ «Кристалл», 2009.- (кн.1 Составы и свойства -592 с.; кн. 2 Технология и безопасность - 336

с).

© К. Е. Морозов - асп. КНИТУ, нач. лаб. отдела промышленных взрывчатых веществ ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; В. А. Соснин - д-р техн. наук, гл. конструктор по направлению промышленных веществ отдела промышленных взрывчатых веществ ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; Ю. Г. Печенев - канд. техн. наук, первый зам. ген. директора по науке ОАО « ГосНИИ «Кристалл», kristall@niikristall.ru; Р. З. Гильманов - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой ХТОСА КНИТУ.

© K. E. Morozov - Postgraduate of KNRTU, Head of the laboratory of the commercial explosives department, JSC "GosNII "Kristall"; V. A. Sosnin - Doctor of Sciences, Head of the commercial explosives department, JSC "GosNII "Kristall"; Y. G. Pechenev -Candidate of Sciences,the First Deputy Director General -Director for Science, JSC "GosNII "Kristall", kristall@niikristall.ru; R. Z. Gilmanov - Dr. Sci. (Chem. ), Full Professor of KNRTU.