NO146631B

NO146631B - Vandig inertfasesprengstoff

Info

Publication number: NO146631B
Application number: NO790703A
Authority: NO
Inventors: Walter B Sudweeks; Harvey A Jessop
Original assignee: Ireco Chemicals
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1982-08-02
Also published as: ZA79576B; AU519853B2; PL213854A1; AT379143B; NO790703L; BE874549A; NZ189653A; AU4410379A; IE47931B1; EP0004160B1; US4141767A; DE2961196D1; ATA156279A; EP0004160A1; ES477952A1; NO146631C; JPS54126714A; PH14808A; IE790575L; FR2418780A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et vandig inertfasesprengstoff.

Mere spesielt angår oppfinnelsen emulgerte vandige sprengstoffer som har en diskontinuerlig vannfase og en kontinuerlig olje-eller flytende hydrokarbonfase som ikke er blandbar med vann.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen omfatter (a) enkeltdråper av en vandig oppløsning av uorganiske, oksyderende salt(er), (b) et flytende hydrokarbonbrensel som ikke er blandbart med vann som danner en kontinuerlig fase hvori dråpene er dispergert og (c) et emulgerende middel som danner en emulsjon av dråpene av oppløst oksyderende salt i den kontinuerlige hydro-karbonvæskefasen.

Sprengstoffet ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at det emulgerende middel er et fettsyreamin eller et amoniumsalt derav som har en kjedelengde som varierer fra 14 til 22 karbonatomer.

Fortrinnsvis inneholder sprengstoffene et jevnt dispergert, tetthetsreduserende middel slik som små glass- eller plast-kuler eller mikroballonger som øker sprengstoffets følsomhet under relativt høye trykk.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen fremstilles ved på forhånd å oppløse det emulgerende middel i hydrokarbonbrenslet før begge bestanddeler tilsettes oppløsningen av oksyderende salt for blanding. Dette gjør emulgeringen lettere og reduser-er graden av blanding og omrøring som kreves.

Vandige sprengstoffer eller oppslemminger har vanligvis en kontinuerlig vannfase hvor dråper av flytende hydrokarbonbrensel som ikke er blandbart med vann eller faste bestanddeler kan være dispergert. I motsetning til dette benevnes sprengstoffene ifølge foreliggende oppfinnelse "invertert fase"-sprengstoffer på grunn av nærvær av "vann-i-olje"-emulsjon.

Invertert-fase-oppslemminger eller sprengstoffer er kjent.

Se f. eks. US patent nr. 3.447.978, Re 28.060, 3.765.964, 3.770.522, 3.212.945, 3.161.551, 3.376.176, 3.296.044, 3.164.503 og 3.232.019. Invertert-fase-oppslemminger har visse klare fordeler fremfor konvensjonelle eksplosiver med vannfaseoppslemminger. En hovedfordel ved invertertfaseoppslemminger er at de ikke krever fortykningsmidler eller fornetningsmidler som er nødvendige for konvensjonelle vannfase-sprengstoffer. I virkeligheten er invertertfaseoppslemminger meget vannresistente uten fortykningsmidler.

Andre fortrinn ved invertertfaseoppslemminger og spesielt ved oppslemmingen ifølge oppfinnelsen er åpenbare: 1. Invertertfasesprengstoffene ifølge oppfinnelsen er relativt følsomme, dvs. de detonerer i små diametre ved lave temperaturer med høye detoneringshastigheter uten at det kreves kostbare metalliske partikkelformede eller andre energirike midler for å gjøre dem følsomme eller farlige molekylære følsomhetsøkende midler. Sprengstoffenes følsomhet skyldes i hvert fall delvis den intime blanding av oksyderende middel og brensel som skyldes den fine dispersjon av små dråper av oksyderende oppløsning som sammen har en meget stor overflate og som er belagt med en tynn film med flytende hydrokarbonbrensel. 2. Følsomheten i invertertfasesprengstoffene er relativt uav-hengig av temperaturen. Dette skyldes ihvertfall delvis det forhold at følsomhetsreduserende krystallvekst av eventuelle krystaller av oksyderende salt som kan krystallisere ved avkjøling av sprengstoffet begrenses av størrelsen av saltoppløsningsdråpene og kontrolleres ytterligere av det emulgerende middel. Videre forblir sprengstoffene myke etter separering og krystallisering av saltet eller saltene og dette er vanligvis ikke en egenskap hos konvensjonelle oppslemminger. 3. Selv om de er følsomme, er ikke sprengstoffene ifølge oppfinnelsen farlig følsomme i den forstand at de kan forbli ikke-tennhette-følsomme selv om de er detonerbare i små diametre som 2,5 cm. 4. Ytterligere fortrinn omfatter motstand mot dødpressing, redusert kanaleffekt, motstandsevne mot nedsatt følsomhet ved lav temperatur og enkel detonerbarhet ved høye tettheter .

Det emulgerende middel som anvendes i sprengstoffet ifølge oppfinnelsen er enestående og er ikke beskrevet i noen av de ovenfor gjengitte patenter. Alifatiske aminer er blitt brukt som overflateaktive midler for boble eller skum-stabilsering (US patent nr. 4.026.738 og britisk patent nr. 1.456.814) eller for å gi lipofile overflateegenskap-er til blandede krystaller av kokrystalliserte AN og kali-umsalter. Videre antyder britisk patent 1.306.546 at lau-rylaminacetat (12 karbonatomer) kan anvendes som emulgerende midler. Alifatiske aminer som har en kjedelengde på fra 14 til 22 karbonatomer er imidlertid ikke blitt anvendt som emulgerende midler for vann-i-olje-emulgerte oppslemmingssprengstoffer. Det fettsyreamin- eller ammoni-umsaltpreparat som anvendes ifølge oppfinnelsen som emulgerende midler utfører i virkeligheten to funksjoner i tillegg til det å virke som emulgerende middel. Det virker også som modifiserende middel for krystalliseringen i ok-sydasjonsoppløsningen for å kontrollere og begrense veksten og størrelsen av eventuelle salter som måtte felles ut. Dette øker følsomheten siden store krystaller er kjent for å nedsette følsomheten-i oppslemmingssprengstoffet. Det emulgerende middel kan også øke adsorbsjonen av hydro-karbonbrenselet på de små saltkrystallene som måtte dannes (US patent nr. 3.684.596). Dette vil ha en tendens til å øke nærkontakten mellom oksyderende middel og brensel.

Sprengstoffet ifølge oppfinnelsen omfatter et vandig invert-fase sprengstoff med et flytende hydrokarbonbrensel som ikke er blandbart med vann som en kontinuerlig fase, en emulgert, vandig saltoppløsning av et uorganisk oksyderende middel som en ikke-kontinuerlig fase, og et emulgerende middel som er et fettsyreamin eller et ammoniumsalt derav med en kjedelengde på fra 14 til 22 karbonatomer. Dette emulsjonsspreng-stoffet er følsomt på grunn av det tilstedeværende emulgerende middel.

Sprengstoffet ifølge oppfinnelsen fremstilles ved på forhånd å oppløse det emulgerende middel i det flytende hydrokarbonbrensel før man tilsetter begge bestanddeler til saltoppløs-ningen for blanding og emulgering.

Det oksyderende salt eller saltene velges fra gruppen som består av ammonoum- og alkalimetallnitrater og -perklorater og ammonium- og jordalkalimetallnitrater og -perklorater. Fortrinnsvis er det oksyderende salt ammoniumnitrat (AN) alene eller sammen med kalsiumnitrat (CN) og natriumnitrat (SN). Imidlertid kan kaliumnitrat og likeledes perklorater anvendes. Mengden oksyderende salt som anvendes er vanligvis fra 45 - 95 vekt-% av det totale preparat og fortrinnsvis fra 60 - 86%.

Alt det oksyderende salt oppløses fortrinnsvis i den vandige saltoppløsning under fremstilling av sprengstoffet. Etter fremstilling og avkjøling til værelsestemperatur kan imidlertid vise seg at noe oksyderende salt kan utfelles. Siden oppløsningen er tilstede i sprengstoffet som små, fordelte, dispergerte dråper, vil krystallstørrelsen på eventuelt ut-felte salter være fysisk begrenset. Dette er en fordel siden det tillater nærmere kontakt mellom oksyderende middel og brensel, noe som er en av hovedfordelene med en invertert-faseoppslemming. I tillegg til å hindre krystallstørrelsen fysisk, virker det emulgerende middel som anvendes ifølge oppfinnelsen også som et modifiserende middel for å kontrollere og begrense veksten av krystallene. Krystallveksten hemmes således både av sprengstoffets emulgerte natur og av nærværet av et middel som modifiserer krystallveksten.

Denne doble funksjon av det emulgerende middel er, som nevnt ovenfor, en av fordelene ved sprengstoffet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Vann anvendes i en mengde på fra ca. 2 til ca. 30 vekst-% beregnet på grunnlag av sprengstoffets totale vekt. Det anvendes fortrinnsvis i en mengde på fra ca. 5 til ca. 20% og nærmere bestemt på fra ca. 8 til ca. 16%. Vannblandbare, organiske væsker kan delvis erstatte vann som et oppløsnings-middel for saltene, og slike væsker kan også virke som brenn-stoff. Videre vil visse organiske væsker virke som fryse-væsker og redusere "fudge"-punktet for de oksyderende salter i oppløsning. Dette kan øke følsomheten og håndterligheten ved lave temperaturer. Blandbare flytende brensler kan om-fatte alkoholer såsom metylalkohol, glykoler såsom etylen-glykoler, amider såsom formamid og tilsvarende nitrogenhold-ige væsker. Som man vet fra de foreliggende teknikker, vil mengden total væske som anvendes variere etter "fudge"-punkt-et i saltoppløsningen og de ønskede fysiske egenskaper.

De ikke-blandbare, flytende, organiske brensel som dannes i den kontinuerlige fase i sprengstoffet er tilstede i en mengde på ca. 3 til ca. 7%. Den faktiske mengde som anvendes kan variere avhengig av det spesielle, ikke-blandbare brensel eller brensler som anvendes og eventuelt tilleggsbrensel.

Når fyringsolje anvendes som det eneste brensel, anvendes det fortrinnsvis i en mengde på ca. 4 til ca. 6 vekt-%. De ikke blandbare, organiske brensler kan være alifatiske, alicyklis-ke og/eller aromatiske og de kan være mettet og/eller umettet så lenge de er væsker ved fremstillingstemperaturen. Fore-trukne brensler omfatter benzen, toluen, xylener og blandinger av flytende hydrokarboner som vanligvis benevnes som petrol-destilater såsom gassolje, parafin og dieseloljer. Et spesielt foretrukket flytende brensel er fyringsolje nr. 2. Tallolje, vokser, parafinoljer, fettsyrer og derivater og alifatiske og aromatiske nitroforbindelser kan også anvendes. Blandinger av hvilke som helst av de ovennevnte brensler kan også benyttes.

Eventuelt, og i tillegg til ikke-blandbart, flytende organisk brensel, kan fast og/eller flytende brensel eller begge anvendes i utvalgte mengder. Eksempler på faste brensler som kan benyttes er finfordelte aluminiumpartikler, finfordelte, karbonholdige materialer såsom gilsonitt eller kull, finfor-delt, vegetabilsk korn såsom hvete og svovel. Blandbare flytende brensler som også virker som flytende drøyemidler er nevnt ovenfor. Disse ytterligere faste og/eller flytende brensel kan generelt tilsttes i mengder som går opp til 15 vekt-%. Hvis man ønsker dette, kan oppløst, oksyderende salt tilsettes til oppløsningen sammen med eventuelle faste eller flytende brensel.

Det emulgerende middel som anvendes ifølge oppfinnelsen er

et fettsyreamin eller ammoniumsalt. Kjedelengden er fra 14 til 22 karbonatomer, og fortrinnsvis fra 16-18. De emulgerende midler er fortrinnsvis umettede og skriver seg fra talg (16 - 18 karbonatomer). Som nevnt foran, kan midlet i tillegg til å virke som et emulgerende middel for krystallveksten for det oksyderende salt i oppløsning. Det kan også øke adsorbsjonen av det flytende organiske brensel på eventu-' elle små krystaller som måtte felles ut fra oppløsningen.

Det emulgerende middel anvendes i mengder på fra 0,5 til

ca. 5 vekt-%. Det anvendes fortrinnsvis i en mengde på fra ca. 1 til ca. 3%.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen reduseres fra sine naturlige tettheter på ca. 1,5 g/cm^ eller høyere til en lavere tetthet i området fra ca. 0,9 til ca. 1,4 g/cm<3>. Som allerede er kjent, vil tetthetsreduksjonen i høy grad øke følsomheten og spesielt hvis en slik reduksjon tilveiebringes ved dispersjon av fine gassbobler i preparatet.

En slik dispersjon kan tilveiebringes på flere måter. Gassbobler kan fanges opp under mekanisk blanding av de forskjellige bestanddeler. Et tetthetsreduserende middel kan tilsettes for å redusere tettheten på kjemisk måte. En liten mengde (0,01 til ca. 0,2% eller mer) av et gassdannende middel såsom natriumnitrit som dekomponerer kjemisk i preparatet og frembringer gassbobler, kan anvendes for å redusere tettheten. Små, hule partikler, såsom glasskuler, skumplast-kuler og mikroballonger av plast kan anvendes som tetthetsreduserende middel og dette er foretrukne tetthetsreduserende midler. To eller flere av de ovennevnte vanlige gassdannende midler kan anvendes amtidig.

Et av hovedfortrinnene ved en invertfaseoppslemming i forhold til kontinuerlige, vannfaseoppslemminger er, som nevnt tidlig-ere, at fortykningsmidler og fornetningsmidler ikke er nød-vendige for stabilitet og vannbestandighet. Slike midler kan imidlertid anvendes om man ønsker dette.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen fremstilles fortrinnsvis ved at man først oppløser det oksyderende salt eller salter i vann (eller i en vandig oppløsning av vann og blandbar flytende brensel) under oppvarming til en temperatur på fra ca. 25 til ca. 110°C, avhengig av "fudge"-punktet i saltopp-løsningen. Det emulgerende middel og det blandbare, flytende, organiske brensel tilsettes deretter til den vandige opp-løsning og den resulterende blanding omrøres med til-strekkelig heftighet til å invertere fasen og frembringe en emulsjon av den vandige oppløsning i en kontinuerlig, flytende, hydrokarbon-brenselfase. Vanligvis kan dette oppnås stort sett øyeblikkelig med rask omrøring. (Sprengstoffene kan også fremstilles ved å tilsette den vandige oppløsning-en til den organiske væsken). For et gitt preparat, kan omrøringsgraden som er nødvendig for å invertere fasene fast-slås ved rutineprøving. Omrøringen bør fortsette inntil preparatet er jevnt, og deretter kan faste bestanddeler så som mikroballonger eller fast brensel, hvis slikt anvendes tilsettes og røres inn i sprengstoffet. Eksemplene neden-under gir spesifikke illustrasjoner på graden av omrøring.

Det er påvist at det er spesielt gunstig å oppløse det emulgerende middel på forhånd i det organiske, flytende brensel før det organiske brensel tilsettes til den vandige oppløsning. Fortrinnsvis tilsettes brenselet og det på forhånd oppløste emulgerende middel til den vandige opp-løsning ved oppløsningens temperatur. Denne fremgangsmåten gjør det mulig for emulsjonen å dannes raskt og med liten omrøring. Det kreves betraktelig mere omrøring hvis det emulgerende middel tilsettes den vandige oppløsning samtidig

med eller før tilsatsen av det flytende, organiske brensel.

Som illustrasjon av den foreliggende oppfinnelse, inneholder den nedenstående tabell sammensetninger og detonerings-resultater for forskjellige sprengstoffer ifølge oppfinnelsen.

Eksemplene A - L, P og X ble fremstilt ved den fremgangsmåte som er beskrevet ovenfor, bortsett fra at det emulgerende middel ikke var oppløst på forhånd i det flytende hydrokarbon. I eksemplene M, N. 0 og Q - W, var det emulgerende middel oppløst på forhånd i det flytende. Generelt ble sprengstoffet fremstilt i ladninger på ca. 10 kg (ca. 10 liter) i en ca. 20 1 beholder, og de ble blandet og omrørt ved hjelp av en propeller med en diameter på fra 5 til 6,3

cm som ble drevet med en 2 hk pneumatisk motor som ble drevet med en trykkilde på fra ca. 6,3 - 7 kg/cm 2. Noen av sprengstoffene ble imidlertid fremstilt i en 95 1 åpen kjele og de ble landet ved hjelp av en propeller med en diameter på fra 7,5 - 10 cm drevet med den samme pneumatiske motor. Sprengstoffene i eksemplene A-E, G og H ble i tillegg ført gjennom en 0,5 hk "Gifford-Wood" kolloidmølle (7.000 - 9.500 omdr./ min.). Detoneringsresultatene fra disse eksemplene antyder ikke at man får spesielle fordeler fra øket omrøring i kollo-idalmøllen (sammenlign eksemplene E og F), men det ble funnet at stabiliteten i emulsjonen ble øket ved å føre sprengstoffene gjennom møllen.

Detoneringsresultatene ble tilveiebragt ved å detonere sprengstoffene i de angitte ladningsdiametre ved hjelp av pentolitt somveide fra 5 - 40 g eller mer. Resultatene forteller om relativt høy følsomhet i lave diametre ved lav temperatur uten behov for kostbare metalliske eller selveksploderende følsomhetsøkende midler. Eksemplene A, E, G, I og J ble prøvet for tennhettefølsomhet og de viste seg ikke å være tennhettefølsomme eller bare marginalt slik (eksempel G). Eksemplene A til D inneholdt AN som det eneste oksyderende salt og illustrerer virkningen på følsomheten ved tilsats av vann. Som det fremgår av disse og andre eksempler, reduseres følsomheten i sprengstoffene etterhvert som vann-konsentrasjonen øker. Sprengstoffer som inneholdt mye vann var imidlertid smidige.

Eksempel P som inneholdt et alkylammoniumacetatemulgerende middel som bestod av molekyler med kjedelengder så lave som 12 ( som er under den nedre grense på 14), detonerte ikke. Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen kan pakkes, f. eks. i sylindrisk pølseform, eller de kan bringes direkte over i et borehull for etterfølgende detonering. I tillegg kan de pumpes på ny eller ekstruderes fra en forpakning eller beholder over i et borehull. Avhengig av forholdet mellom vannfasen og oljefasen, er sprengstoffene ekstruderbare og/ eller pumpbare med konvensjonelt utstyr. Viskositeten kan imidlertid øke med tiden avhengig av om det oppløste, oksyderende salt utfelles fra oppløsningen og i hvilken ut-strekning dette finner sted. Et spesielt fortrinn er at sprengstoffene, som kan fremstilles enten på stedet (såsom i en mobil blande- og pumpebil) for umiddelbar plassering eller i ladninger for etterfølgende plassering, kan pumpes over i borehull som inneholder vann, fra toppen av bore-hullet.

Følsomheten ved lav temperatur og liten diameter og den tilstedeværende vannavstøtende evne i sprengstoffene gjør dem anvendelige da de er økonomisk fordelaktige for de fleste formål.

Claims

1. Vandig inertfasesprengstoff som har et flytende organisk brensel som ikke er blandbart med vann som en kontinuerlig fase, en emulgert, vandig oppløsning av et uorganisk, oksyderende salt som en diskontinuerlig fase og et emulgerende middel, karakterisert ved at det emulgerende middel er et fettsyreamin eller et ammoniumsalt av dette som har en kjedelengde på fra 14 til 22 karbonatomer, og at den vandige oppløsning eventuelt inneholder et vannblandbart, organisk flytende brensel.

2. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det emulgerende middel har en kjedelengde på fra 16 til 18 karbonatomer.

3. Sprengstoff ifølge krav 2, karakterisert ved at det emulgerende middel er et alkylammoniumace-tat.

4. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det vannblandbare, organiske, flytende brensel er valgt blant metanol, etylenglykol, formamid og blandinger derav i en mengde av 10 - 15 vekt-%, beregnet på basis av det totale preparat.