Способ получения взрывчатой эмульсии типа вода в масле - RU2018504C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способам получения взрывчатых веществ, в частности к способам получения "взрывчатой эмульсии типа "вода в масле", представляющей собой дисперсную гидрофильную фазу окислителя, содержащую окисляющие соли, диспергированную в непрерывной липофильной фазе топлива, содержащей горючие материалы, активизирующиеся за счет диспергированных в эмульсии пустот.

При изготовлении взрывчатых композиций такого типа возникают проблемы с вводом пустот из-за необходимости регулирования размера пустот, равномерного их распределения. Процесс ввода пустот осложнен также различием плотности компонентов композиции.

Известен ряд способов ввода пустот во взрывчатые эмульсии. В готовую смесь могут механически вводиться воздух или другой газ. Разделение газа на достаточно мелкие пузырьки является сложной задачей, для решения которой простые мешалки обычно непригодны. Частичное растворение свободного газа, слипание пузырьков, а также утечка газа отрицательно влияет на долгосрочную стабильность эмульсии.

Известны способы вспенивания взрывчатых эмульсий на месте изготовления путем введения вспенивающих (газовыделяющих) агентов [1, 2,3]. Недостатком этих известных способов являются трудности дозировки и распределения газовыделяющего агента в эмульсии.

Преимущество ввода в эмульсию ячеистых материалов по сравнению с пузырьками свободного газа состоит в возможности изоляции пустот от структуры эмульсии и увеличении времени сохранения стабильности.

Однако ввод таких материалов в эмульсию представляет собой медленную и сложную операцию, обусловленную хрупкостью частиц, сопротивлением смачиванию тонкоизмельченного, легкого и пылевидного материала, а также его способностью захватывать и вносить в эмульсию нерегулируемые объемы воздуха.

Известен способ получения эмульсии с добавлением ячеистых материалов в соляной раствор до ввода дополнительной топливной фазы [4]. Указанный способ требует интенсивного перемешивания для перехода эмульсии "масло в воде" в эмульсию типа "вода в масле", причем значительная часть процесса осуществляется в активизированном газом взрывчатом составе.

Наиболее близким техническим решением является способ получения эмульсии типа "вода в масле", заключающийся в растворении окислителей в воде при повышенной температуре, добавлении горючего и эмульгатора, получении эмульсии при температуре 70-100^оС, введении газосодержащего сенсибилизатора.

Недостатком известного способа является повышенная опасность приготовления взрывчатой эмульсии вследствие необходимости поддерживания высокой температуры [5].

Целью изобретения является повышение безопасности и упрощение окончательного приготовления сенсибилизированной эмульсии.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения взрывчатой эмульсии типа "вода в масле", заключающемся в растворении окислителя в воде, добавлении горючего и эмульгатора, получении эмульсии при нагревании, введении газосодержащего сенсибилизатора, в воде растворяют часть окислителя, получая эмульсию при температуре 60-100^оС, которая выше температуры кристаллизации раствора окислителя при содержании воды в эмульсии 5-18 мас. % , оставшуюся часть окислителя растворяю в воде и добавляют микросферы из неорганического или термопластического органического материала или газовыделяющее вещество при содержании воды в получаемой смеси 25-60 мас.%, затем обе смеси перемешивают на месте использования взрывчатой эмульсии при температуре не выше 40^оС, которая выше температуры кристаллизации водного раствора оставшейся части окислителя. При этом обе смеси подают в смеситель по общему шлангу, в котором эмульсию транспортируют в центральной части шланга, а вторую смесь - в виде жидкого кольца, окружающего эмульсию.

Исходная эмульсия, приготовленная из топливной фазы и первой части фазы окислителя, не содержит активных пустот и имеет резко отрицательный кислородный баланс, что обусловливает ее безопасность.

Вторая часть является безопасным продуктом из-за отсутствия горючего материала и относительно высокого содержания воды.

Наличие в исходной эмульсии относительно высокого количества топливной фазы обусловливает интенсивное разделение капель фазы окислителя и снижает потребность в интенсивном перемешивании второй части фазы окислителя, в котором могут присутствовать чувствительные полые частицы. В ходе операции окончательного перемешивания исходная эмульсия служит в качестве затравочной эмульсии, способствующей быстрому формированию целевой эмульсии типа "вода в масле", что позволяет использовать простые мешалки.

При использовании второй части окисляющей композиции с более низкой температурой кристаллизации, чем первая часть, окончательное перемешивание проводят при температуре не выше 40^оС, предпочтительно при температуре окружающей среды и ниже. Низкая температура кристаллизации второй части окислителя позволяет также уменьшить потребность в перемешивании.

Подачу компонентов осуществляют по общему шлангу, причем исходную эмульсию подают по центру таким образом, чтобы она была окружена второй частью окислителя, обладающего соответствующим свойством текучести, которое обусловливает его использование в качестве смазывающего агента для исходной эмульсии.

Основную часть топливной фазы обычно составляет углеродсодержащее масло и/или парафиновый компонент, назначение которого состоит в повышении вязкости. Могут быть иcпользованы и другие модификаторы вязкоcти, например полимерные материалы. Топливная фаза должна иметь достаточно малую вязкость и обладать текучестью при температуре процесса приготовления как исходной, так и целевой эмульсии.

Рекомендуется включать весь или практически весь эмульгатор в исходную эмульсию в качестве части исходной топливной фазы.

В качестве эмульгатора используют эфиры сорбитана и жирных кислот, гликолевые эфиры, ненасыщенные замещенные оксазолины, соли жирных кислот и их производные.

Основными компонентами фазы окислителя являются нитраты щелочных или щелочно-земельных металлов, нитрат аммония, перхлораты, растворенные в малом количестве воды.

Рекомендуется использовать несколько окисляющих солей для того, чтобы поддерживать в растворе высокую концентрацию солей.

Фаза окислителя может содержать также агенты, понижающие температуру кристаллизации, например мочевину или формамид.

После эмульгирования до состояния отдельных капель фаза окислителя должна находиться при температуре выше температуры кристаллизации.

Согласно изобретению фазу окислителя делят на две части, из которых первую часть смешивают с топливной фазой с получением исходной эмульсии, вторую часть, соединенную с обеспечивающим создание пустот материалом, смешивают с исходной эмульсией в ходе второй операции перемешивания.

При содержании воды в исходной эмульсии 5-18 мас.% эмульгирование проводят при температуре 60-100^оС, которая выше температуры кристаллизации раствора первой части окислителя.

В предпочтительном варианте температура кристаллизации второй части окислителя должна быть ниже температуры кристаллизации первой части. Для этого повышают содержание воды во второй части окислителя, а именно количество воды во второй части окисляющей композиции составляет 25-60 мас.%, при этом температура кристаллизации второй части должна быть не выше 40^оС, в предпочтительном варианте ниже 20^оС.

Для получения целевой эмульсии желаемой плотности во вторую часть окислителя включают достаточное количество создающего пустоты материала, предпочтительно от 0,1 до 1,3 г/cм².

В качестве материала, создающего пустоты, используют микросферы из неорганического или термопластического органического материала, предпочтительно сферические микрогранулы С15/250, выпускаемые "ЗМ Сomp", сферические микрогранулы дискретного термопластика на основе хлорвинилидена, содержащего смесь мономера, например "Expancel". Размеры пустот должны лежать в диапазоне от 10 до 150 мкм.

Также в качестве материала, создающего пустоты, можно использовать газовыделяющие вещества: нитрозосоединение, боргидрид, диизоцианат, перекиси. Такой агент может относиться к типу однокомпонентного вещества, активизированного нагревом, и в этом случае он может быть включен во вторую часть фазы окислителя, причем в момент смешения исходной эмульсии она находится в нагретом состоянии. Агент может состоять из нескольких компонентов, реагирующих друг с другом при перемешивании. И в этом случае по меньшей мере один из этих компонентов должен содержаться во второй фазе окислителя, а по меньшей мере один - в исходной эмульсии.

Преимущество полых частиц состоит в том, что они значительно увеличивают объем композиции окислителя, не влияя на процесс кристаллообразования ни первой, ни второй части фазы окислителя.

Операция окончательного перемешивания облегчается при смешении примерно равных объемов исходной эмульсии и второй композиции окислителя. Объем второй композиции окислителя должен составлять предпочтительно не меньше 30% от объема эмульсии в целом.

Также операция перемешивания облегчается, если вязкость исходной эмульсии и второй композиции окислителя при соответствующей температуре примерно одинакова. Обычно вторая композиция окислителя имеет более низкое значение вязкости. Вязкость может быть увеличена за счет подходящего выбора количественного отношения соли и полых частиц или за счет использования добавок загустителей, например хьюаровой смолы и других естественных смол и т.п.

В загустевшей жидкости процесс сегрегации частиц продлевается. В предпочтительном варианте различие значений вязкости в момент перемешивания не должно превышать 25000 МПа˙ с (сП).

Окончательное перемешивание может проводиться в достаточно простых мешалках. Предпочтительным способом подачи компонентов по отдельности, но в одной трубе является способ подачи исходной эмульсии по центру таким образом, чтобы она была окружена второй частью окислителя, обладающего соответствующими свойствами текучести для использования его в качестве смазочного агента, в особенности при использовании дискретных частиц в виде сферических микрогранул.

Концентричная система подачи реализована посредством выполнения на входе трубы центрального и кольцевого отверстий.

П р и м е р 1. Готовят предварительную эмульсию, содержащую 48,28 кг нитрата аммония, 9,79 кг нитрата натрия и 9,32 кг воды при температуре 70^оС. При этой же температуре проводят эмульгирование раствора в топливной фазе, содержащей 4,59 кг минерального масла и 1,0 кг эмульгатора сорбитанмоноолеата. Вязкость полученной исходной эмульсии при температуре 20^оС составляет ≈40000 МПа ˙ с.

Готовят водный раствор второй части окислителя, содержащий 9,32 кг воды, 9,32 кг нитрата аммония и 5, 59 кг нитрата натрия. Температура кристаллообразования этого раствора меньше 0^оС. В него добавляют при перемешивании 2,8 кг сферических микрогранул из неорганического материала, поставляемых "ЗМ Сomp" под маркой С 15/250, плотность которых 150 кг/см³.

Объемное соотношение предварительной эмульсии и второй части окислителя 60:40, обе смеси смешивают в ленточно-винтовой мешалке при температуре около 20^оС со скоростью 50-60 об/мин.

Получают эмульсию плотностью 1,07 г/см³.

Испытания: эмульсия детонирует от капсюля N 8 в заряде диаметром 25 мл, скорость детонации 4260 м/с.

П р и м е р 2. Повторяют процедуру по примеру 1, за исключением того, что водный раствор второй части окислителя содержит 2,0 кг тех же сферических микрогранул. Получают эмульсию плотностью 1,17 г/см³ .

Испытания. Эмульсия детонирует в ПВХ-трубке размером 39×550 мм от взрывателя, содержащего 3 г пентаэритриттетранитрата, скорость детонации 4800 м/с.

П р и м е р 3. Готовят предварительную эмульсию, содержащую 50,0 кг нитрата аммония, 10,0 кг нитрата натрия, 10,0 кг воды и 0,010 кг винной кислоты при температуре 75^оС. При этой же температуре проводят эмульгирование раствора в топливной фазе, содержащей 5,0 кг минерального масла и 1,0 кг сорбитанмоноолеата. Вязкость полученной эмульсии ≈ 33000 мПа ˙с.

Готовят водный раствор второй части окислителя, содержащий 10,0 кг нитрата аммония, 4,0 кг нитрата натрия, 0,010 кг нитрита натрия и 10,0 кг воды.

Обе смеси смешивают в ленточно-винтовой мешалке при температуре около 20^оС. Через несколько минут после начала газообразования плотность стабилизируется и составляет 1,11 г/см³.

Испытания. Эмульсия детонирует в пластмассовой трубке размером 32×550 мм от взрывателя, содержащего 3 г пентаэритриттетранитрата, скорость детонации 3920 м/с.

Остальные примеры приведены в таблице.

Реферат

Использование: способ получения взрывчатых веществ. Сущность изобретения: растворяют в воде часть окислителя, смешивают полученный раствор с топливной фазой, содержащей горючее и эмульгатор при температуре 60 - 100°С и содержании воды в полученной эмульсии 5 - 18%, растворяют в воде оставшуюся часть окислителя и смешивают ее с микросферами из неорганического или термопластического органического материала или с газовыделяющим агентом, причем содержание воды в получаемой смеси 25 - 60%, затем обе смеси перемешивают при температуре не выше 40°С. В смеситель обе смеси подают по общему шлангу, в котором эмульсию транспортируют в центральной части, а вторую смесь - в виде жидкого кольца, окружающего эмульсию. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула