Теория горения и взрыва

                          C6H5CH3 + HNO3 à C5H2CH3(NO2)3H2O

В порошкообразном виде тротил имеет насыпную плотность от 0,8 до 1,0 г/см3 (табл. 2). Максимальная плотность, достигаемая при прессовании, равна 1,65 г/см3. Литой тротил имеет плотность около 1,54—1,59 г/см3, а в расплавленном состоянии — 1,47 г/см3.

Тротил мало гигроскопичен и почти нерастворим в воде, он отличается высокой химической стойкостью. Чувствительность тротила к механическим воздействиям невелика. Прострел пулей, как правило, взрыва не вызывает. Восприимчивость к начальному импульсу зависит от его физического состояния. Порошкообразный и прессованный тротил взрываются от КД иди ЭД № 8, а литой — только от промежуточного детонатора.

Тротил имеет сильно выраженный отрицательный кислородный баланс (—74 %)- При его взрыве образуется много ядовитого оксида углерода (СО), а также свободного углерода (С) в виде копоти. Самостоятельно для взрывных работ в подземных условиях тротил нe применяется, однако широко используется в качестве составной части большинства ВВ, в которых он смешивается с аммиачной селитрой, имеющей избыточный кислород. Тротил относится к ВВ средней мощности (работоспособности). При поджигании тротил горит на открытом воздухе и в небольших количествах не взрывается. Переход горения в детонацию наблюдается только в замкнутом объеме или при горении в больших количествах (более нескольких сот килограмм).

Тетрил представляет собой кристаллическое вещество желтого цвета. Получается он при нитрации диметиланилина азотной кислотой в смеси с серной. Насыпная плотность порошкообразного тетрила равна 0,9—1,0 г/см3, а плотность, достигаемая прессованием, равна 1,7 г/см3. Восприимчивость тетрила достаточно высокая. Гремучая ртуть вызывает детонацию порошкообразного тетрила  зарядом 0,29  г, а  азид   свинца — 0,025 г. При плотности 1,68 г/см3 тетрил детонирует от взрыва 0,54 г гремучей ртути. Применяется тетрил в КД при плотности 1,6—1,63 г/см3. Тетрил практически не гигроскопичен, нерастворим в воде и обладает сравнительно высокой химической стойкостью. Однако тетрил способен довольно энергично взаимодействовать с аммиачной селитрой, выделяя тепло. Смесь  тетрила  способна к  самовоспламенению,  и поэтому изготовление и применение таких смесей  категорически запрещено. От пламени тетрил загорается и довольно энергично горит, причем горение даже в сравнительно небольших количествах  (несколько десятков кг)  может перейти в детонацию. Тетрил имеет повышенную чувствительность к механическим воздействиям. Его применяют в основном для снаряжения КД и для изготовления прессованных шашек, предназначенных для применения в качестве промежуточных детонаторов для взрывания зарядов из маловосприимчивых к детонации ВВ гранулитов и водонаполненных ВВ. Тетрил относится к ВВ повышенной мощности.

Гексоген получают путем нитрации уротропина крепкой азотной кислотой. Технический гексоген имеет вид мелкокристаллического белого порошка. Гексоген трудно прессуется, поэтому его часто применяют с небольшой добавкой флегматизатора (парафина, церезина и др.), которые снижают его чувствительность к механическим воздействиям и улучшают  прессуемость.   Восприимчивость гексогена к детонации высокая, для его взрыва достаточно 0,17 г прессованной гремучей ртути. При любых плотностях гексоген детонирует от КД № 8. Чувствительность его к внешним воздействиям значительно выше, чем у тетрила . При поджигании небольшого количества гексоген горит шипящим пламенем  без взрыва. Гексоген не гигроскопичен, практически нерастворим в воде и химически устойчив. Он обладает токсическими свойствами, однако является одним из мощных ВВ, применяемым в составе скальных аммонитов.

Гексоген используется в сплавах с тротилом для изготовления шашек ТГ-500, применяемых в качестве промежуточных детонаторов, для снаряжения КД, изготовления аммонита скального № 1, кумулятивных зарядов и торпед для нефтяной промышленности.

Динитронафталин является продуктом нитрации нафталина. В заводских условиях динитронафталин получают в виде мелких гранул желтого или коричневого цвета. Динитронафталин — слабое ВВ, имеющее работоспособность до 100 см3, скорость детонации в стальной трубе 1150 м/с, критический диаметр более 80 мм, бризантность при плотности 0,9 г/см3 — всего 4 мм. Это ВВ отличается весьма малой чувствительностью к механическим воздействиям и малой восприимчивостью к детонации.

Вопрос 69.Однородные взрывчатые вещества из класса нитроэфиров

К нитроэфирным ВВ относятся нитроглицерин, нитрогликоль, нитродигликоль и тэн. Наличие в молекулах нитратной группы ON02 обусловливает у большинства нитроэфиров особые свойства: ограниченную химическую стойкость, высокую чувствительность к механическим и тепловым воздействиям; жидкие нитроэфиры не подлежат перевозке и применению в качестве самостоятельных ВВ. Однако большая их мощность и восприимчивость к детонации позволяет использовать их в качестве составных частей при изготовлении смесевых промышленных ВВ типа динамитов, детонитов, победитов и угленитов.Нитроглицерин (глицеринтринитрат) в химически чистом состоянии представляет собой маслянистую вязкую бесцветную и прозрачную жидкость. Технический нитроглицерин имеет желтоватый или даже желто-коричневый цвет и сладковато-жгучий на вкус. Нитроглицерин получают обработкой специального сорта очень чистого глицерина смесью азотной и серной кислот. Удельный вес нитроглицерина при температуре +4 °С и +20 °С составляет соответственно 1,614 и 1,591. Вследствие высокой чувствительности нитроглицерина к механическим воздействиям и жидкого его состояния при обычной температуре его не используют в чистом виде для взрывных работ. При поджигании нитроглицерин загорается и в небольших количествах сгорает в открытом состоянии на воздухе. Возникшее горение легко переходит в детонацию даже при относительно малых количествах нитроглицерина. Чистый нитроглицерин начинает затвердевать при температуре + 13,2 °С, превращаясь в кристаллы. В твердом состоянии нитроглицерин более чувствителен к механическим воздействиям и менее чувствителен к взрыву капсюля-детонатора. Нитроглицерин является ядовитым веществом. При попадании на кожу человека он проникает через поры в организм и вызывает головные боли. При повышенных температурах нитроглицерин начинает заметно разлагаться. Химическая стойкость применяемого нитроглицерина, определяемая йодкрахмальной бумажкой, при температуре 72 °С должна быть не менее 30 мин. Жидкий нитроглицерин детонирует от взрыва 0,25 г прессованной гремучей ртути, а в твердом состоянии детонирует при взрыве 2 г прессованной гремучей ртути. Благодаря высокой мощности нитроглицерина и его способности растворять коллодионный хлопок на его основе возможно изготовлять мощные водоустойчивые пластичные динамиты. Кроме того, нитроглицерин используют в составах детонитов, победитов, угленитов, селектитов и некоторых других ВВ.

Нитрогликоль представляет собой прозрачную жидкость с удельным весом 1,5. Его получают путем нитрирования гликоля смесью азотной и серной кислот. Иногда нитрируют смесь гликоля и глицерина, получая смесь нитрогликоля и нитроглицерина. Нитрогликоль очень летуч, его летучесть в три раза превышает летучесть нитроглицерина, так же как и нитроглицерин, ядовит. Температура замерзания нитрогликоля —22,75 °С. Способность нитрогликоля к растворению коллодионного хлопка больше, чем у нитроглицерина. Растворимость нитрогликоля в воде незначительна. Очень важным свойством нитрогликоля является способность образовывать с нитроглицерином смеси, имеющие сравнительно низкую температуру замерзания. Нитрогликоль имеет недостаточную химическую стойкость, но смесь его с нитроглицерином отличается повышенной химической стойкостью. Это позволило изготовлять на его основе трудно замерзающие динамиты и другие ВВ с добавкой нитроэфиров. Нитрогликоль является мощным ВВ).Нитродигликоль представляет собой бесцветную жидкость (иногда желтоватую), почти не имеющую запаха. Его получают путем нитрования диэтиленгликоля смесью азотной и серной кислот.

Вопрос 70 Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества

Аммиачно-селитренные ВВ представляют собой смеси аммиачной селитры с взрывчатыми химическими соединениями (тротилом, гексогеном, нитроэфирами и др.). Основным окислителем, применяемым в составах аммиачно-селитренных ВВ, является аммиачная селитра (NH4NO3),  содержащая   избыточный   кислород   (в количестве 20 %). Аммиачная селитра содержит также горючие элементы и способна при наличии мощного инициирующего импульса к химическим реакциям в форме взрыва. Однако теплота взрыва аммиачной селитры мала, к тому же она имеет низкую чувствительность к возбуждению детонации в обычных условиях. Но в смеси с горючими, особенно со взрывчатыми химическими соединениями (тротил, гексоген и др.), теплота взрыва и восприимчивость к возбуждению детонации возрастают.

Аммиачная селитра образуется в результате взаимодействия аммиака с азотной кислотой по уравнению NH3 + HNO3 àNH4NO3. По внешнему виду селитра представляет собой белое или слабо желтое кристаллическое вещество в виде чешуек, гранул или кристаллов. Для изготовления водоустойчивых аммиачно-селитренных ВВ применяют специальный сорт водоустойчивой аммиачной селитры марки ЖВ. При ее изготовлении в концентрированный плав аммиачной селитры вводят небольшое количество водного раствора сернокислого железа, затем кристаллы или гранулы ожелезненной селитры обрабатывают смесью жирных кислот и парафина в соотношениях 1:1.

Аммиачная селитра имеет два отрицательных свойства — слеживаемость и гигроскопичность, которые в значительной степени передаются содержащим ее ВВ. Слеживаемость проявляется при переходе селитры в различные модификации через температуры —16, +32, +85, +125, в результате чего происходит рекристаллизация, благоприятствующая более прочному сцеплению кристаллов аммиачной селитры. Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде. Почти во все аммиачно-селитренные ВВ в качестве взрывчатого компонента вводят тротил. Аммониты повышенной мощности содержат гексоген и алюминиевую пудру. Введение в состав аммонитов легко окисляющегося при взрыве алюминия увеличивает выделение тепла и тем самым повышает энергию (теплоту) взрыва. Такие составы называют аммоналами. В некоторые составы вводят небольшое количество древесной муки, являющейся горючим и разрыхлителем, уменьшающим слеживаемость аммонитов. В составы предохранительных аммонитов вводят пламегасители — хлористый натрий или хлористый калий.

Химические свойства аммиачно-селитренных ВВ определяются их составом (табл. 7 Приложение 3). Для изготовления аммонитов используют только химически стойкие, не взаимодействующие между собой компоненты. Поэтому аммониты считают химически стойкими ВВ. Критическая плотность аммонитов находится в пределах 1,15—1,4 г/см3. Аммониты, содержащие гексоген, имеют критическую плотность около 1,5 г/см3. Аммониты сравнительно безопасны в обращении, однако в связи с разнообразием состава и их свойств чувствительность их, а следовательно, и безопасность в обращении колеблется в широких пределах. Практика подтверждает необходимость осторожного обращения с ними. Сильные удары, проталкивание металлическим инструментом

 застрявших в шпурах  патронов аммонита неоднократно  приводили к взрывам. Особенно  осторожного обращения требуют  аммониты, в состав которых входит  гексоген или подобные ему взрывчатые компоненты. Чувствительность аммонитов к тепловому импульсу зависит главным образом от их состава. Аммониты, содержащие горючие добавки, более чувствительны к нагреву и пламени, чем аммониты, содержащие только селитру, тротил и некоторые неорганические добавки. От пучка искр при горении огнепроводного шнура аммониты не загораются. При поджигании более мощным источником аммониты загораются и на открытом воздухе сгорают без взрыва. В замкнутом объеме или при очень большом количестве аммонита в одном месте возможен переход горения во взрыв. Известны случаи перехода горения аммонитов во взрыв при пожарах в их производстве и при перевозках.   Восприимчивость аммонитов к детонации достаточно высокая, и они надежно детонируют от взрыва капсюля-детонатора № 8. Увлажненные и сильно слежавшиеся, а также переуплотненные аммониты имеют пониженную восприимчивость к начальному импульсу, а иногда и вовсе не взрываются от капсюля детонатора. В зависимости от назначения и состава аммониты сильно различаются по мощности взрыва. Наибольшую работоспособность и высокую бризантность имеют скальный аммонит № 1 прессованный, аммонал скальный № 3 и др. На заводах в процессе их изготовления каждую партию аммонита подвергают испытаниям на содержание влаги, определяют степень измельчения компонентов и аммонита, плотность ВВ в патроне, бризантность, передачу детонации, водоустойчивость. Предохранительные аммониты, кроме того, испытывают в опытных штреках на воспламенение метана и угольной пыли.

В последнее время для предохранительных аммонитов при плотности 1,7 г/см3 введено также испытание на критический диаметр, характеризующий детонационную способность этих ВВ при переуплотнении  и склонности  к выгоранию  и  их  качество.

Периодически в контролирующих лабораториях институтов МакНИИ или ВостНИИ проводят полные испытания валовых партий аммонитов.

Вопрос 71. Нитроэфирные взрывчатые вещества и их свойства

В соответствии с принятой терминологией в группу нитроэфирных ВВ входят динамиты, представляющие собой желатинообразные ВВ с большим содержанием жидких нитроэфиров, и низкопроцентные нитроэфирные ВВ, имеющие порошкообразную структуру и содержащие не более 10 % жидких нитроэфиров, а также полупластичные нитроэфирные ВВ, содержащие до 15 % капельножидких или слабожелатинированных нитроэфиров.  В динамитах нитроэфиры находятся только в желатинированном виде. Желатинирование  жидких  нитроэфиров заключается в растворении в них, некоторого количества коллодионного хлопка или низкоазотного пироксилина

С24Н31О11 (ONО2)9. При этом получается раствор, который в зависимости от содержания в нем коллодионного хлопка может быть твердым или подвижным, т.е. пластичным. Несмотря на ряд преимуществ перед другими ВВ, выпуск 62 %-ного динамита из-за большой опасности в обращении в настоящее время резко сокращен. Из низкопроцентных нитроэфирных ВВ применяют детониты и предохранительные ВВ — победиты и углениты.

Детонитами называют аммиачно-селитренное ВВ порошкообразной и полупластичной структуры. В состав детонитов входят водоустойчивая аммиачная селитра марки ЖВ, нитроэфиры, тротил, алюминиевая пудра и стеарат кальция или цинка. Из предохранительных аммиачно-селитренных ВВ с добавками нитроэфиров допущены к применению победит ВП-4, углениты Э-6, № 5, серный и нефтяной аммониты.

Слежавшиеся ВВ в патронах перед заряжанием необходимо разминать руками. Все ВВ, применяемые в угольных шахтах, являются достаточно водоустойчивыми. Из непредохранительных ВВ детониты 6А, 10А, М имеют высокую работоспособность и критический диаметр 7—8 мм. Если оптимальное содержание алюминия в составе аммонала составляете—5 %, то в детонитах содержание его доходит до 10 %, и эти ВВ хорошо детонируют. Химическая стойкость детонитов должна быть не ниже 10 мин по йодокрахмальной пробе. Пониженная стойкость может наблюдаться у детонитов, изготовленных на водоустойчивой  аммиачной селитре марки ЖВ с повышенной кислотностью. Во избежание этого в состав детонитов и угленитов добавляют небольшое количество соды. Указанная мера надежно  обеспечивает   выпуск  химически стойких детонитов,   угленитов, победитоз и др. Аммиачно-селитренные ВВ с добавками    нитроэфиров безотказно детонируют от взрыва капсюля-детонатора или электродетонатора № 8. Все нитроэфирные ВВ тем более чувствительны к механическим воздействиям, чем больше содержание нитроэфиров в их составе. Однако в обращении такие ВВ сравнительно безопасны. Поэтому на все низкопроцентные нитроэфирные ВВ распространяются правила хранения и транспортирования, установленные для аммиачно-селитренных ВВ, не содержащих нитроэфиров. Низкопроцентные нитроэфирные ВВ, содержащие большое количество аммиачной селитры, так же как и аммониты, способны слеживаться и увлажняться. \