Способ формирования жидкого взрывчатого вещества
Изобретение относится к горной промышленности, строительству и к другим отраслям промышленности, а также к военному делу, где возможно применение взрывчатых веществ. Способ формирования жидкого взрывчатого вещества (ЖВВ) из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта предусматривает введение в состав дополнительных компонентов - горючих и/или окислителей, обладающих низкой температурой плавления (ниже минус 28,5°С) и/или высокой температурой кипения (выше 46,2°С). Введение добавок расширяет температурный диапазон применения ЖВВ, при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса. 1 з.п. ф-лы, 10 пр., 1 табл.
Из истории известны панкластиты - жидкие взрывчатые вещества (ЖВВ), которые применялись в военном деле и в различных отраслях гражданской промышленности еще в начале XX века [1]. Одним из вариантов рецептуры панкластитов является смесь тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, которая применяется и сегодня в России в весьма ограниченном объеме, в основном, на специальных взрывных работах [2].
Ограниченное применение панкластитов связано не только с их токсичностью и агрессивностью, но и с тем, что основной компонент ЖВВ - тетраоксид диазота кристаллизуется при температуре минус 11,2°С, а кипит - при плюс 21°С [3], т.е. имеет достаточно узкий температурный диапазон применения, который не всегда совпадает с температурой окружающей среды - с условиями выполнения взрывных работ. Кроме климатических условий России следует упомянуть и экстремальные условия производства работ, например работы в т.н. «горячих цехах», где приходится дробить (разрушать) железобетон, металл, технологический брак и пр. в условиях повышенных температур - более 30°С.
Для того чтобы тетраоксид диазота был в любое время пригоден для изготовления ЖВВ, он, согласно инструкции ГИПХ (1978), должен постоянно храниться в складских помещениях при температуре от плюс 10°С до плюс 20°С, при этом отопление предпочтительно водяное.
В российском патенте №2262655 предлагается способ изготовления ЖВВ, согласно которому непосредственно перед смешением следует доводить температуру каждого исходного компонента до требуемой, путем подогрева или охлаждения.
Основные недостатки указанных способов заключаются в том, что необходимо затрачивать энергию соответственно или на обогрев или на охлаждение компонентов, при этом подогрев исходных компонентов операция небезопасная, требующая постоянного контроля, т.к. случайный перегрев компонентов (человеческий фактор) может привести к аварии и трагическим последствиям.
Однако даже строгое выполнение всех условий техники безопасности и технологических регламентов, как показала практика, не спасает ситуацию, особенно, когда работы проводятся в полевых условиях (карьеры, выемки) или внутри теплых помещений («горячие цеха»), т.к. ЖВВ, обычно размещаемое в пластиковую тару, все равно достаточно быстро замерзает или закипает, т.е. становиться не пригодным для производства взрывных работ.
Между тем, в технике известен способ введения в состав жидкого горючего, специальных жидкостей, понижающих температуру помутнения и кристаллизации горючего. К упомянутым специальным жидкостям, например, относятся противоводокристаллизационные жидкости «И» ТУ 0257-107-05757618-2001 и «И-М» ОСТ 54-3-175-73-99, которые вводятся в горючее в незначительных количествах, от долей % до 1-2%, и, при этом, обеспечивают эффективную работу различных марок горючего при достаточно низких температурах. Учитывая то, что при формировании взрывчатых веществ, в т.ч. жидких, широко используются общераспространенные горючие, а именно жидкие нефтепродукты (ЖНП): керосин, дизельное топливо, минеральные (нефтяные) масла [4, 5], а также отработанные моторные масла, то, в принципе, аналогичный прием можно использовать и при формировании ЖВВ.
Таким образом, техническим результатом является то, что в способе формирования жидкого взрывчатого вещества из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, в процессе изготовления одновременно с жидким нефтепродуктом и тетраоксидом диазота в смесь вводится дополнительный компонент (или компоненты) - горючее и/или окислитель, имеющий низкую температуру плавления (ниже минус 28,5°С) и/или высокую температуру кипения (выше 46,2°С), при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса.
Кроме того, смеси тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта с дополнительным компонентом или компонентами могут готовиться отдельно друг от друга и смешиваться между собой непосредственно перед применением ЖВВ.
При этом следует соблюсти представленные ниже дополнительные условия, выполнение которых позволит не только существенно расширить температурный диапазон применения ЖВВ, но и не снизить его мощность, по крайней мере, существенно:
- расширяющее температурный диапазон вещество (окислитель, горючее), дополнительно вводимое в ЖВВ, должно быть не инертным наполнителем, а активным участником детонационного процесса (то же относится и к случаю ввода сразу нескольких компонентов);
- доля дополнительного вещества в составе ЖВВ должна быть такой, чтобы не нарушилось стехиометрическое соотношение между окислителем и горючим (окислителями и горючими), при этом допускается отклонение не более ±10% от нулевого кислородного баланса.
Примеры веществ, которые могли бы быть использованы в качестве дополнительных компонентов в составе ЖВВ, приведены в табл.1 [3].
| Таблица 1 | ||||
| Наименование | Брутто-формула | Кислородный баланс (КБ) | Температура °С | |
| плавления | кипения | |||
| Азотная кислота | НNО3 | плюс 63 | -41,6 | 82,6 |
| Дихлорэтан | С2Н4Сl2 | минус 65 | - 35,36 | 83,47 |
| Диэтиленгликоль | С4Н10О3 | минус 151 | -8 | 245 |
| Метанол | СН4О | минус 150 | -97,9 | 64,5 |
| Метилнитрат | CH3NO3 | минус 10 | - 82,95 | 64,6 |
| α-метилнафталин | С11Н10 | минус 304 | -30,8 | 245 |
| Нитрометан | СН3NO2 | минус 39 | -28,5 | 101,2 |
| Сероуглерод | CS2 | - | -111,9 | 46,2 |
| Тетрагидрофуран | С4Н8O | минус 244 | -108,5 | 65,6 |
| Тетранитрометан | CN4O8 | плюс 49 | 14,2 | 125,3 |
| Уксусная кислота | С2Н4O2 | минус 107 | 16,75 | 118,1 |
| Уксусный ангидрид | С4Н16О3 | минус 186 | -73,1 | 139,9 |
| Этанол | С2Н6О | минус 209 | -114,3 | 78,39 |
| Этиленгликоль | С2Н6O2 | минус 129 | -12,3 | 197,6 |
| Этиленемин | C2H5N | минус 242 | -78 | 55 |
| Этилнитрат | C2H5NO3 | минус 62 | -94,6 | 87,2 |
| Этилпропионат | С5Н10O2 | минус 204 | -73,9 | 99,1 |
| Этилцеллозольв* | С4Н10O2 | минус 196 | -70,0 | 135,6 |
| Этилцеллозольвацетат | С6Н12O3 | минус 182 | -61,7 | 156,3 |
| * данные не из [3] |
В таблице представлены вещества, которые при нормальных условиях (при температуре окружающей среды плюс 20°С) находятся в жидком агрегатном состоянии. Однако кроме жидких компонентов при формировании ЖВВ могут использоваться и твердые компоненты, которые хорошо и быстро растворяются в используемых (в т.ч. в выбранных, в качестве дополнительных компонентов) окислителях или горючих при нормальных условиях.
Обычно доля ЖНП, по сравнению с окислителем, в стехиометрической смеси ЖВВ мала, т.к. ЖНП имеет значительную величину отрицательного кислородного баланса. Для того чтобы увеличить долю горючего в рецептуре ЖВВ и понизить температуру его кристаллизации или повысить температуру его кипения ЖНП в составе ЖВВ можно частично заменить спиртами, эфирами, гликолями, нитросоединениями или другими горючими, обладающими низкой температурой кристаллизации и/или высокой температурой кипения, при соблюдении стехиометрического соотношения компонентов. Выбор в пользу того или иного компонента следует делать в зависимости от температурных условий, при которых планируется производство взрывных работ (очень холодные или чрезвычайно теплые).
В случае необходимости в качестве дополнительных компонентов в рецептуру ЖВВ могут вводиться и дополнительные окислители, например, из числа представленных в табл.1. Это вещества с положительным кислородным балансом: азотная кислота, тетранитрометан. Азотная кислота и тетранитрометан взаимно растворимы. Тетранитрометан хорошо растворяет окислы азота, смесь равных объемов этих веществ имеет температуру затвердевания минус 36°С [6].
Примеры рецептур ЖВВ с дополнительными компонентами (горючие, окислители) для разных условий производства взрывных работ, при диаметре зарядов не менее 36 мм, приведены ниже.
1. Рецептуры ЖВВ (зимние) для производства взрывных работ в условиях отрицательных температур (до минус 30-35°С):
а) 42% диазота тетраоксид, 42% тетранитрометан, 1% азотная кислота, 15% ЖНП -КБ смеси ~ минус 1,5%;
б) 50% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 19% метанол, 30% метилнитрат - КБ смеси ~ минус 0,2%;
в) 45% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 9% метилнитрат, 45% этилнитрат - КБ смеси ~ минус 1,0%;
г) 20% диазота тетраоксид, 60% азотная кислота, 5% азотистая кислота, 15% ЖНП -КБ смеси ~ плюс 2,4%;
д) 25% диазота тетраоксид, 50% азотная кислота, 1% тетранитрометан, 1% ЖНП, 23% этанол - КБ смеси ~ минус 2,2%.
2. Рецептуры ЖВВ (летние) для производства взрывных работ в условиях повышенных температур (до плюс 30-35°С):
а) 25% диазота тетраоксид, 20% азотная кислота, 40% тетранитрометан, 15% ЖНП -КБ смеси ~ минус 2,3%;
б) 30% диазота тетраоксид, 20% азотная кислота, 35% тетранитрометан, 14% ЖНП, 5% нитрометан - КБ смеси ~ минус 2,2%;
в) 20% диазота тетраоксид, 40% азотная кислота, 1% ЖНП, 15% этиленгликоль, 24% дихлорэтан - КБ смеси ~ плюс 0,6%;
г) 25% диазота тетраоксид, 55% азотная кислота, 5% азотистая кислота, 15% ЖНП - КБ смеси ~ плюс 2,8%;
д) 40% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 58% нитрометан, 1% уксусная кислота -КБ смеси ~ плюс 0,6%.
Разумеется, что все выбираемые в качестве исходных компонентов вещества должны быть химически совместимы между собой. При этом следует помнить, что тетраоксида диазот может поступать в гражданскую промышленность с примесями, установить состав и природу которых, особенно, в полевых условиях, не всегда представляется возможным.
В связи с этим, независимо от теоретических знаний и экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, на практике, перед изготовлением ЖВВ по конкретной рецептуре, все используемые компоненты, в обязательном порядке, должны проверяться на химическую совместимость между собой (все теоретически возможные пары и группировки).
Для инициирования сформированных ЖВВ могут быть использованы как штатные (заводские) средства инициирования (СИ), так и безопасные СИ [2]. Однако при инициировании ЖВВ, в составе которых имеется значительный избыток кислоты (рН<<7,0), СИ размещать внутри ЖВВ не следует, т.к. это может привести к преждевременному разрушению СИ и, как следствие, к отказу взрыва заряда - к аварийной ситуации.
Литература
1. Паскаль П. Взрывчатые вещества, пороха, боевые газы. Л.: ГОСХИМТЕХИЗДАТ, Ленинградское отделение, 1932 г. - 224 с.
2. Добрынин А.А. Опыт применения безопасного инициатора жидких ВВ на взрывных работах внутри действующих ГЭС. Международная конференция «Ударные волны в конденсированных средах». Тезисы к докладам. Новгород, 2010. - С.121-124.
3. Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. Кнунянц И.Л. М., «Советская энциклопедия», 1983 г., - 792 с.
4. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М., Недра, 1988. - 358 с.
5. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. М., Недра, 1977, 253 с.
6. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Изд. 3-е, перераб. Л.: Химия, 1981. - 312 с.
1. Способ формирования жидкого взрывчатого вещества (ЖВВ) из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, отличающийся тем, что в процессе изготовления одновременно с жидким нефтепродуктом и тетраоксидом диазота в смесь вводится дополнительный компонент или компоненты - горючие и/или окислители, имеющие низкую температуру плавления - ниже минус 28,5°С и/или высокую температуру кипения - выше 46,2°С, при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смеси тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта с дополнительным компонентом или компонентами готовятся отдельно друг от друга и смешиваются между собой непосредственно перед применением ЖВВ.
