Эмульсионные взрывчатые вещества

Эмульсионные ВВ (эмулиты) – однородные смеси, в качестве окислителя, как правило, содержащие пересыщенный водный раствор нитрата аммония с добавкой нитрата натрия или кальция, реже- перхлоратов. Для повышения взрывчатых характеристик могут содержать добавки бризантных ВВ (гексоген) или соли азотной (хлорной) кислоты и орг. аминов (нитраты метиламина, этилендиамина и т.д.). Горючим служат разл. синтетические масла, дизельное топливо, воск, парафин и тд. Иногда используются синтетические полимеры и каучуки. Для повышения теплоты взрыва могут содержать до 15% алюминия. Содержание воды в готовой смеси составляет 5-20%. Плотность готовой смеси варьируется в пределах 0.9-1.35 г/см 3 . Кислородный баланс как правило нулевой или положительный. По виду эмульсии существуют 2 типа эмульсионных ВВ: “масло в воде” и “вода в масле” . Составы типа “масло в воде” (прямая эмульсия) по составу и св-вам можно отнести к водонаполенным ВВ – (см также), они тоже содержат загуститель и структурирующий агент, однако горючим компонентом является эмульсия жидкого топлива в водном растворе солей-окислителей. Стабильность эмульсии поддерживается соответствующим эмульгатором. Составы типа “вода в масле” (обратная эмульсия), называемые эмулитами представляют собой эмульсию высококонцентрированного (пересыщенного) водного р-ра солей окислителя в углеводородном горючем. Обратные эмульсии обладают лучшей водостойкостью чем прямые эмульсии, т.к. микрокапли раствора окислителя окружены тонкой водонепроницаемой пленкой углеводородного горючего. Эта пленка также в определенной мере препятствует кристаллизации нитратов, что увеличивает жизнеспособность эмульсии и позволяет использовать пересыщенные р-ры и эвтектические смеси. Для всех типов ЭВВ характерно однородное распределение компонентов по массе вещества и заметно большая (по сравнению с простейшими смесями типа АС - дизельное топливо) площадь контакта окислителя и горючего. В качестве эмульгаторов для прямых эмульсий используют гл. обр. соли алкиламидов, алкил и арилсульфаты т.п. Для стабилизации обратных эмульсий используют сложные эфиры ангидросорбита и высших жирных кислот (сорбитаны или СПАНы), производные оксазолинов, соли алкиламинов и др. В настоящее время отдают предпочтение более эффективным полимерным эмульгаторам – напр. этоксилированным сложным эфирам спиртов и высших жирных кислот, полимерным аминам и их солям, производным карбоксилированных виниловых полимеров и полиолов, продуктов конденсации полиизобутиленянтарного ангидрида с триэтаноламином или полиаминами и т.д. При этом существуют эмульгаторы, которые образуют мономолекулярные адсорбционные слои в виде пленки, препятствующей их коалесценции и эмульгаторы, образующие в непрерывной фазе вокруг капель высоковязких растворов, препятствующих сближению капель. К веществам, работающим по первому механизму следует отнести жидкие мыла, эфиры непредельных кислот и пентаэритрита. Высокомолекулярные ПАВ и эфиры предельных кислот работают в качестве эмульгаторов по второму механизму. Совместное применение ПАВ различных групп более эффективно, чем какого либо одного, при этом они способны взаимно усиливать действие друг друга (проявлять синергизм), поэтому в настоящий момент эмульгаторы применяют в виде композиций. По консистенции могут быть твердыми, пастообразными, и текучими в зависимости от состава и типа эмульгатора. Вязкость ЭВВ определяется гл. обр. вязкостью топливной фазы. Наиболее распространены текучие ЭВВ с 12-20% содержанием воды, т.к. их можно изготавливать непосредственно на месте применения с помощью спец. машин и использовать механическое заряжание. Для придания способности детонировать от первичных средств инициирования к смеси добавляют бризантные ВВ или различные агенты, понижающие плотность (стеклянные или пластмассовые микросферы с номинальным размером 50-60 микрон, вспененный перлит и т.п.), либо смесь содержит газообразующий агент (аэрирующая добавка), способный при нагревании насыщать твердое ВВ микропузырьками газов и понижать плотность, т.е. проводить активацию ЭВВ. “Неактивированные” ЭВВ не детонируют, либо для детонации нужен очень мощный вторичный детонатор. Безопасны при перевозке, т.к. активация может быть проведена на месте взрывных работ на специальных установках. Гелеобразные эмульсионные ВВ, состоящие из водного р-ра окислителя и жидкого горючего сенсибилизированные пузырьками газов называются поэритами . Имеют скорость детонации 3500-5500м/ c . Теплоту взрыва 2.72-5.86МДж/кг. Активированные ЭВВ, в зависимости от состава сохраняют восприимчивость к КД №8 от неск. недель до полугода. Эмульсионные ВВ выгодно отличаются низкой стоимостью, по сравнению с аммонитами и тротилом, пониженной чувствительностью к внешним воздействиям с хорошей восприимчивостью к детонации, многие детонируют от детонатора №8 и даже №6, а при взрывных работах могут успешно заменять гранулотол в т.ч. и в обводненных скважинах. В настоящее время ЭВВ, наряду с водонаполненными ВВ являются наиболее перспективными и быстро развивающимися типами промышленных АСВВ. Также распространены составы - гранэмиты , содержащие смесь собственно эмульсионного ВВ (30-50%) и гранулированную аммиачную селитру или игданит в качестве наполнителя. Они, как правило изготавливаются на месте проведения взрывных работ, более дешевы и имеют повышенную плотность заряжания. Технология ЭВВ, в общем случае, включает в себя: 1) приготовление концентрированного р-ра окислителя при 80-95 ° С 2) смешение р-ра окислителя с топливом содержащем эмульгатор. 3) эмульгирование. 4) добавку необходимого кол-ва газообразователя или микросфер 5) охлаждение.

Следует отметить, что охлаждение должно быть достаточно быстрым, т.к. при повышенной температуре эмульсия не может быть устойчивой продолжительное время. Достаточно быстрое разрушение эмульсии происходит также при хранении ЭВВ при отрицательных температурах.

Опыт применения ЭВВ показал следующие существенные их приемущества по сравнению с другими промышленными ВВ: Отличная водоустойчивость, срок пребывания заряда в скважине 10-30 суток даже в проточной воде, что позволяет вести заряжание скважин вслед за их бурением. Возможность регулирования мощности ЭВВ в широких пределах 3570-5880кДж/м 3 . за счет изменения плотности ВВ или введения в его состав энергетических добавок. Крайне низкая чувствительность к механическим и тепловым воздействиям и, следовательно высокая безопасность в обращении. Экологически чистое безотходное производство, полная механизация заряжания скважин и низкая газовая вредность (25-40л/кг). Доступная и сравнительно дешевая сырьевая база. Эмульсионные ВВ на основе прямых эмульсий: 1) Нитрат аммония– 41.6%, перхлорат натрия – 16.0%, вода – 13.6%, нитрометан – 20.0%, стеклянные микросферы – 3.0%, гуаргам 0.6%, загуститель нитрометана 0.2% сшивающий агент 0.02%, алюминий – 5%. Скорость детонации 4450м/с при плотн. 1.26 г/см 3 . Восприимчив к детонатору №8. 2) Нитрат аммония – 56.3%, перхлорат натрия – 2.6%, нитрат натрия -12.9, вода – 7.2%, нитрометан – 11.2%, стеклянные микросферы – 3.6%, формамид – 3.6%, нитроцеллюлоза 0.7%, этиленгликоль 1.1, загуститель 0.8% Скорость детонации 3270м/с. Эмульсионные ВВ на основе обратных эмульсий:

1) Нитрат аммония (или смесь с нитратами натрия или кальция) – 74.4%, вода – 16.1%, стеклянный порошок –0.1%, стеклянные микросферы – 0.15%, остальное – смесь жидкого полиизобутилена с мин. маслом и диметилэтаноламином (эмульгатор). Плотность в заряде 1.1-1.3 г/см 3 . 2) По другой технологии готовится раствор, состоящий из 70ч. нитрата аммония, 10ч. нитрата натрия и 10ч воды, смесь нагревается и в нее добавляют 15 ч. жидкой резины, содержащей отвердители и пр. добавки. После образования эмульсии к смеси добавляют 0.14% ДНПТ. Смесь заливают в спец. пластиковые патроны и обрабатывают острым паром в течении 10-15 мин при этом резина полимеризуется. Таким образом получают твердую эмульсию, содержащую матрицу твердого полимера с включениями неорг. окислителя, газовых микропузырьков и воды в дисперсной фазе. Смесь детонирует от детонатора №8 и имеет скорость детонации 4200м/с при плотн. 1.1 г/см 3 (в заряде диаметром 6.4 см.) Смесь устойчиво детонирует и в зарядах диаметром 30мм. 3) Нитрат аммония в смеси с водой 88:12 – 76.2%, нитрат натрия –12.5%, парафин –1.8%, микрокристаллический воск – 1%, мин. масло –0.7%, алюминий –6%, эмульгатор (сорбитан-моноолеат) -1%, вода – 0.7%, нитрит натрия –0.1%, катализатор разложения нитрита (тиомочевина или роданид калия). Эмульсию экструзируют в бумажные патроны диаметром 2.5-3.2 мм. Смесь имеет оптимальную плотность 1.15-1.2 г/см 3 и скорость детонации до 4700 м/ c . Смесь восприимчива к первичным средствам инициирования и не теряет взрывчатые св-ва в течение 6 мес. 4) 93.5% р-ра окислителя (80% аммиачной селитры и 20% воды) и 6.0% топливной фазы (15% спец. полимерный эмульгатор, 10% неионогенный эмульгатор, 37.5 % индустриальное масло, 37.5% диз. топливо). Пластиковые микросферы – 0.5%. Скорость детонации в картридже диаметром 75мм и плотности 1.24 г/см 3 - 5800 м/с. Крит. диаметр 30мм. Мин инициирующий заряд – КД, содержащий 2 г ТЭНа. 5) Emsite нитрат аммония – 62.9%, нитрат натрия -13%, вода - 12%, гидроксид натрия – 2.5%, масло – 2.8%, олеиновая кислота – 2.8%, вспученный перлит – 4% Скорость детонации при плотности 1.06 г/см 3 - 4817 м/с. 6) Нитрат натрия -12-14%%, вода – 9-13%, алюминий – 4-8%, масло индустриальное или мазут – 4-7%, эмульгатор- эфиры жирных кислот талового масла с пентаэритритом – 2.5-3.0%, карбмид или уротропин – 2-3%, нитрат аммония – остальное, нитрит натрия – 0.05-0.15 сверх 100%. Температура хим. сенсибилизации 80 ± 5 ° С. Допустимое время пребывания в скважине до взрыва – 10 суток.

Существуют эмульсионные составы, совсем не содержащие воды. Окислителем является переохлажденная эвтектическая смесь солей, находящаяся в жидком состоянии при нормальных условиях: 7) Нитрат аммония – 67.8%, нитрат натрия –17.1%, нитрат калия –4.2%, ацетат аммония – 4.2%, мин. масло –2.2%, воск –1.5%, эмульгатор (смесь сорбитанмоноолеата, сорбитандиолеата и соевого лецитина) -3%. Композиция имеет пастообразную консистенцию, а из-за отсутствия воды обладает повышенными энергетическими характеристиками. Пригодна для подрыва в обводненных скважинах. В Китае производятся т.н. порошковые эмульсионные ВВ, представляющие собой промежуточное ВВ между динамонами и ЭВВ. Технология пр-ва – распыление компонентов обеспечивает очень мелкодисперсную структуру с хорошим контактом между горючим и окислителем и прессование в шашки. Для улучшения технологии пр-ва обычно содержат 3-5% влаги и спец. полимерного эмульгатора. Подобные композиции обычно имеют след характеристики: Плотность – 0.85-1.05 г/см 3 . Скорость детонации более 3400 м/ c . Фугасность более 320 мл. Бризантность более 13мм.

См.также

• [[]]

Литература

• Encyclopedia of explosives and related items./ Basil T. Fedoroff & Oliver E. Sheffield. Vol 5 – Piccatiny Arsenal Dover, New Jersey, USA – 1972. E89.
• Дубнов Л.В. Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества – 3-е изд., перераб. и доп. – М. Недра, 1988.
• Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь/ Под Ред. Б.П.Жукова. Изд 2-е исправл – М. Янус К. 2000 с. 437
• Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004
• Yoshikazu HIROSAKI and others, DETONATION CHARACTERISTICS OF EMULSION EXPLOSIVES AS FUNCTIONS OF VOID SIZE AND VOLUME , in Proc. 12th Symp. (Int.) on Detonation, 2002.
• В.А.Соснин, О.М.Марков, Р.Х.Сахипов, Г.А.Солодов. Изготовление эмульсионных промышленных взрывчатых веществ на конверсионных производствах. Том XLI (1997). №4. с 113.