Химия промышленных взрывчатых веществ

Алюмотол - это мощное (теплота взрыва 1240 ккал/кг), водоустойчивое ВВ с удельным весом 1,5 - 1,6 г/ . Скорость детонации 6 км/с, работоспособность 420 . На взрывных работах из-за довольно высокой стоимости (485 рублей за I тонну) алюмотол целесообразно применять совместно с более дешевыми ВВ, используя его для заряжания донной части скважины. Благодаря большой работоспособности и сильному местному действию алюмотола, при его применении в комбинированных зарядах достигается хорошая отработка взрывом подошвы уступа карьера и улучшается качество дробления породы.

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) - мелкокристаллическое ВВ светло-желтого цвета. Насыпная плотность около 1 г/ , а плотность, достигаемая прессованием, равна - 1,68 г/ . Скорость детонации тетрила при плотности 1,63 г/ составляет 7200 м/с. Температура вспышки тетрила 190 - 194°С. При горении даже в сравнительно небольших количествах тетрил способен взрываться. Тетрил относится к категории ВВ весьма чувствительных к тепловому и механическому воздействию. Примесь даже 0,05% песка резко повышает чувствительность тетрила к удару и трению. Тетрил обладает большой восприимчивостью к детонации и очень хорошо передает ее другим ВВ. Тетрил применяют в основном для снаряжения капсюлей-детонаторов в качестве вторичного инициирующего ВВ. На открытых взрывных работах тетрил в виде шашек применяют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования маловосприимчивых ВВ.

Гексоген (циклотриметилентринитрамин) и октоген (циклотетраметилентетранитрамин) по химическому строению и свойствам сходны. Гексоген - белый кристаллический порошок без вкуса и запаха, имеет высокую чувствительность к внешним воздействиям, температура вспышки 290 . Насыпная плотность около 1,1 г/см³. Температура плавления 203,5 . В воде он почти нерастворим.

Гексоген токсичен, химически стоек: признаки разложения заметны при  температуре 200 . Скорость детонации гексогена при плотности 1,7 г/ равна 8600 м/с, работоспособность 475 , теплота взрыва 1500 ккал/кг. Гексоген находит применение для снаряжения капсюлей-детонаторов (в качестве вторичного инициирующего ВВ) и детонирующих шнуров, а также в качестве компонента некоторых сортов аммонитов с целью увеличения их мощности и для изготовления зарядов и торпед, используемых при прострелке нефтяных скважин.

5. АММИАЧНАЯ СЕЛИТРА.

Аммиачная селитра выпускается  в виде чешуек, гранул или кристаллов и представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, полученное взаимодействием аммиака с азотной кислотой по уравнению:

Насыпная плотность  аммиачной селитры в зависимости  от формы и размеров частиц находится  в пределах 0,8 - 0,9 г/ . Аммиачная селитра обладает гигроскопичностью и слеживаемстью. Слеживаемость создаёт известные трудности при ее обработке в процессе изготовления ВВ и является основным препятствием к изготовлению некоторых ВВ на местах применения. Для уменьшения слеживаемости аммиачную селитру выпускают в виде крупных чешуек или гранул.

Заметно меньшей слеживаемостъю по сравнению с обычной обладает водоустойчивая аммиачная селитра  ЖВ, содержащая гидрофобную смесь  парафина и железных солей жирных кислот.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем ее растворимость находится в сильной зависимости от температуры.

Растворение селитры в воде происходит со значительный поглощением тепла  и понижением температуры замерзания раствора. При растворении 6 частей селитры в 10 частях воды температура понижается примерно на 27 . Раствор содержащий 50 г селитры на 100 г воды, замерзает при температуре около -13°С.

Аммиачная селитра - стойкая в нормальных условиях хранения соль, не взаимодействующая с алюминием и железом.

Расплавленная аммиачная  селитра реагирует со многими  металлами, в том числе со свинцом, никелем, и цинком. Особенно активно  действует селитра на кадмий и  медь.

В чистом виде аммиачная селитра  является слабым взрывчатым веществом. По энергии взрыва она в три раза слабее большинства промышленных ВВ. В отличие от большинства ВВ аммиачная селитра не взрывается от капсюля-детонатора и требует для возбуждения взрыва применения достаточно мощных промежуточных детонаторов (при этом взрыв чрезвычайно опасен).

Критический диаметр  детонации аммиачной селитры  в открытых зарядах в зависимости  от размеров частиц, плотности и  влажности селитры колеблется в  широких пределах. Мелко измельченная сухая аммиачная селитра при  плотности 0,8 г/ способна к детонации в зарядах диаметром около 10 см; в то же время детонация чешуйчатой селитры с влажностью около 1% затухает в зарядах диаметром 30 см.

Взрывчатое превращение  аммиачной селитры протекает  по реакции:

Этому уравнению соответствует теплота взрыва 375 ккал/кг.

Вследствие малой чувствительности аммиачной селитры к механическим воздействием с ней обращаются не так осторожно, как с другими  ВВ. Для ее измельчения применяют  стальные размалывающие аппараты: дезинтеграторы, молотковые мельницы. Однако чувствительность селитры к механическим воздействиям сильно возрастает при повышении температуры.

Кислородный баланс аммиачной селитры  положительный: 1 г аммиачной селитры  при разложении выделяет 0,2 г кислорода, связанного с азотом в виде окислов, но способного окислить органические добавки, если они примешаны к селитре. Из-за этого свойства аммиачную селитру используют в качестве компонента взрывчатых смесей. От многих других окислителей (нитратов калия и натрия, перхлората калия) аммиачная селитра выгодно отличается тем, что в продуктах ее разложения не содержится твердых веществ, увеличивающих термодинамические потери при взрыве.

Примеси органических веществ, введенные  даже в небольших количествах, значительно  повышают энергию взрыва аммиачной селитры и чувствительность ее к механическим воздействиям.

6. СМЕСИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ С ГОРЮЧИМИ И НЕВЗРЫВЧАТЫМИ КОМПОНЕНТАМИ.

Амиачно-селитернные  ВВ представляют собой смеси аммиачной  селитры со взрывчатыми или невзрывчатыми  веществами и являются основными ВВ, применяемыми в настоящее время в горной промышленности. К таким ВВ относятся динамоны, игданиты, гранулиты.

Динамонами называют смеси аммиачной  селитры с горючими невзрывчатыми  материалами.

Массовый выпуск динамонов был  начат в годы Великой Отечественной войны. Динамоны АМ-8 и АМ-10 сняты с производства как устаревшие и признанные нецелесообразными к дальнейшему изготовлению и применению.

Игданиты разработаны  Институтом горного дела им. А. А. Скочинского в 1958 г., откуда и получили свое название. Игданит готовится на месте его применения вручную смешиванием гранулированной аммиачной селитры (~94,5%) с соляровым маслом или дизельным топливом (5,5%) в зарядных машинах или на стационарных узлах приготовления ВВ. Ручное приготовление игданита не обеспечивает точной дозировки, тщательности смешивания компонентов и достижения расчетных характеристик ВВ.

Взрывчатые свойства игданита зависят от стабильности его  состава. Теплота взрыва 926 ккал/кг. Однако плохая поглощающая способность (4%) обычной гранулированной, особенно увлажнившейся аммиачной селитры является причиной частичного вытекания масла из состава, что влечет за собой уменьшение энергии взрыва и ухудшение состава продуктов взрыва.

Иногда для изготовления игданита используют аммиачную селитру марки ЖВ, которая меньше слеживается и лучше удерживает минеральное масло на своей поверхности.

За рубежом для изготовления ВВ широко применяют специальные  сорта пористой гранулированной  аммиачной селитры, хорошо удерживающей минеральное масло. Выпуск такой селитры организуется и в СССР.

Игданит на пористой аммиачной  селитре обладает более высокой  детонационной способностью. Несмотря на меньшую плотность гранул, игданит  на пористой аммиачной селитре при  пневматическом заряжании хорошо уплотняется (1-1,2 г/ ).

Игданит отличается низкой чувствительностью к инициирующему  импульсу, и для возбуждения его  детонации требуется применение промежуточных детонаторов. Важным достоинством игданита является его более низкая стоимость по сравнению с ВВ заводского изготовления. К числу достоинств игданита и аналогичных ему ВВ относят малое местное действие его при взрыве, вследствие чего уменьшаются потери энергии на пластические деформации и переизмельчение прилегающих к заряду частей массива.

Недостатки игданитов: нестабильность взрывчатых характеристик  ВВ; ухудшение качества ВВ при неблагоприятных  метеорологических условиях (дождь, ветер, мороз); низкое качество дробления  вязких крупноблочных пород особенно в нижней части уступа при завышенных сопротивлениях по подошве пласта.

Перспективы широкого применения игданита на открытых работах неразрывно связаны с повышением качества выпускаемой  заводами-изготовителями химической промышленности аммиачной селитры и с механизацией приготовления игданита. 

7. НИТРОГЛИЦЕРИНОВЫЕ  ВВ.

Нитроглицериновые ВВ отличаются содержанием нитроглицерина (или  смеси нитроглицерина с другими  нитроэфирами, включаемыми для понижения  температуры замерзания смеси) и  разделяются на динамиты и низкопроцентные нитроглицериновые ВВ. Будучи известными в продолжение ста лет, они завоевали доминирующее положение в горном деле и продолжают оставаться основными в большинстве зарубежных стран. Определенное значение нитроглицериновые ВВ имеют и в отечественном ассортименте. Основные свойства нитроглицериновых ВВ определяются свойствами нитроглицерина и других нитроэфиров.

Нитроглицерин является продуктом нитрации (обработки смесью азотной и серной кислот) глицерина и в чистом виде представляет собой бесцветную маслообразную прозрачную жидкость; технический нитроглицерин имеет слабожёлтую окраску. Он обладает жгуче-сладким вкусом; удельный вес при 15° -

1,6 г/ . При температуре более 50° летуч. Хорошо растворим в большинстве органических растворителей; хорошо растворяет коллодионный хлопок, на чем основано получение желатинированного нитроглицерина для пластичных динамитов. Заключает в себе большой запас энергии: его работоспособность по Трауцлю 590 , бризантность по Гессу 24—26 мм. Является сильнодействующим ядом, вызывая острые головные боли при вдыхании его или при соприкосновении с кожей. При взрыве он полностью превращается в газообразные продукты. От пламени загорается с некоторым трудом; легко воспламеняется искрой огнепроводного шнура. В небольших количествах (до 2 кг) сгорает спокойно. Горение больших количеств переходит во взрыв. Замерзает при +13,2°. Хорошо отмытый от кислот химически стоек при комнатной температуре. Содержащий следы кислот способен постепенно разлагаться, причем разложение заканчивается самовзрывом.

Нитрогликоль - продукт нитрации этиленгликоля; хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. По своим свойствам во многом сходен с нитроглицерином. Очень летуч; его летучесть в три раза больше, чем нитроглицерина. Способность к желатинизации выше нитроглицерина: способен желатинизироваться даже при 0°. Температура замерзания - 22°. Легко смешивается с нитроглицерином в любых соотношениях. При соотношении 30/70 замерзает при - 20°; при 20/80 замерзает при -5°.

Нитродигликоль - продукт нитрации диэтиленгликоля, жидкости с удельным весом 1,39 г/ . Температура замерзания -11,3°. В смесях с нитроглицерином замерзает при тех же соотношениях и температуре, что и нитрогликоль.

По новым данным в  США для понижения температуры  нитроглицерина применяют тетранитродиглицерин, представляющий собой сильновзрывчатую вязкую практически не замерзающую жидкость. Динамиты, изготовленные с добавками тетранитродиглицерина, не замерзают до температуры -35°.

Динамитами называют смеси желатинированного нитроглицерина (или смесей его с другими нитроэфирами) с калиевой, натровой или аммиачной селитрами, с добавкой древесной муки и мела в качестве стабилизатора. Нитроглицерин входит в динамиты, как правило, в желатинированном виде, древесная мука - в качестве горючего и разрыхлителя, уменьшающего свойства старения. Стабилизаторы (сода или мел) добавляются в высокопроцентные динамиты для связывания кислотности (на случай ее проявления) и тем самым предотвращения понижения химической стойкости динамитов. Для определения степени химической стойкости введена проба Абеля. В СССР в настоящее время выпускается 62%-ный пластичный труднозамерзающий (-19,6°) динамит.

Пластичные динамиты обладают как положительными, так и отрицательными свойствами. Плотность их очень высокая, что имеет большое преимущество при взрывании по крепким породам, так как при одном и том же объеме шпура в нем поместится большее количество ВВ. Эта особенность заставляет прибегать к применению 62%-ного динамита. Кроме того, они имеют большую мощность и очень хорошую водоустойчивость. Отрицательным свойством пластичных динамитов является высокая опасность в обращении: они взрываются от удара, трения, искры. Обыкновенные динамиты замерзают при +10° и становятся в замерзшем виде еще более опасными в обращении. Для труднозамерзающих динамитов снижение температуры также нежелательно, так как они при этом теряют или понижают восприимчивость к детонации. Все пластичные динамиты проявляют свойство «старения», выражающееся в том, что под влиянием некоторых факторов они самоуплотняются и в более плотном виде становятся мало чувствительными к начальному импульсу, сохраняя высокую чувствительность к внешним воздействиям.