ПромВВ

Н.А.Покалюхин, Г.П.Шарнин, В.Г.Никитин,

И.Ф.Фаляхов, Р.Х.Фассахов

СМЕСЕВЫЕ ЭНЕРГОЕМКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Учебно-методическое пособие

2 0 0 8

1

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

СМЕСЕВЫЕ ЭНЕРГОЕМКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Учебно-методическое пособие

Казань

КГТУ

2008

2

УДК 622.2 (075) ББК 35.63

С50

Покалюхин, Н. А.

Смесевые энергоемкие материалы: учебно-методическое пособие / Н. А. Покалюхин [и др.]. – Казань: Изд-во Казан.гос.технол.

ун-та, 2008. - 88 с.

JSBN 978-5-7882-0520-5

Изложены основные сведения о смесевых промышленных взрыв- чатых веществах, их компонентах, принципах создания, классифика- ции и физико-химических свойствах. Рассмотрены рецептурный со- став, характеристики большинства выпускаемых отечественной про- мышленностью промышленных взрывчатых веществ. Приведены примеры составления взрывчатых смесей и лабораторные работы по приготовлению аммиачно-селитренных взрывчатых составов.

Предназначено для студентов специальности 240701 – « Химиче- ская технология органических соединений азота».

Подготовлено на кафедре «Химия и технология органических соединений азота».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Ка- занского государственного технологического университета.

Ил. 10. Табл. 20. Библиогр.: 5 назв.

Рецензенты: доценты Н.С.Латфуллин,

М.А.Илюхин

JSBN 978-5-7882-0520-5 © Покалюхин Н.А., Шарнин Г.П.,

Никитин В.Г., Фаляхов И.Ф., Фассахов Р.Х. 2008.

©Казанский государственный технологический университет, 2008.

3

Предисловие

Смесевые взрывчатые вещества (СВВ) представляют очень большой по ассортименту и разнообразный по применению класс соединений. Различные условия применения ВВ и много- образие выполняемых ими задач предъявляют разные, часто противоречивые требования, которым большинство индивиду- альных ВВ не удовлетворяют и не могут удовлетворять в пол- ной мере. Поэтому на практике более широко применяются не индивидуальные ВВ, а их смеси, которым за счет сочетания компонентов состава, технологии изготовления, различных до- бавок придаются требуемые необходимые свойства – техноло- гические, взрывчатые и экономические.

Данное учебно-методическое пособие содержит системати- зированную информацию о промышленных взрывчатых вещест- вах (ПВВ), широко применяемых в народном хозяйстве при до- быче различных руд и полезных ископаемых. До настоящего времени сведения о таких материалах были ограничены, разроз- нены и мало доступны. В связи с этим пре6дставленный матери- ал окажет помощь студентам старших курсов при изучении тео- ретической и методической части дисциплины «Технология смесевых энергоемких материалов», подготовке к семинарским занятиям, расчету и приготовлению аммиачно-селитренных взрывчатых составов и выполнению лабораторных работ.

Учебное издание подготовлено авторским коллективом кафедры химии и технологии органических соединений азота КГТУ профессорами Г.П.Шарниным, И.Ф.Фаляховым, Р.Х.Фас- саховым, доцентами Н.А.Покалюхиным и В.Г.Никитиным.

Авторы благодарны рецензентам доценту Федерального государственного унитарного предприятия «ГосНИИХП», Н.С.Латфуллину и доценту кафедры промышленной теплоэнер- гетики Казанского государственного энергетического универси- тета М.А.Илюхину.

4

Введение

Смесевые ВВ по составу можно разделить на три группы:

1)ВВ+ВВ; 2) ВВ+окислитель; 3) горючее+окислитель.

Внародном хозяйстве, где расход ВВ за последние годы стремится к 1 млн.т/год, весьма важными являются вопросы экономии, поэтому наибольшее распространение получили де- шевые аммиачно-селитренные ВВ (АСВВ) или так называемые промышленные ВВ. В настоящее время основная масса ПВВ со- стоит из горючего и окислителя. Кроме этих компонентов, в со- став современных смесевых взрывчатых веществ входят много- численные добавки, улучшающие их физико-механические и взрывчатые свойства, например, предохранительные взрывча- тые вещества содержат 5-8 компонентов.

Взрывчатые смеси могут содержать в своем составе взрыв- чатые компоненты. Однако значительно чаще взрывчатые смеси могут быть образованы за счет смешения компонентов, каждый из которых взрывчатыми свойствами не обладает. Знание усло- вий, в которых могут возникать подобные смеси, имеет особое значение, так как оно необходимо не только инженеру химику- технологу, но и более широкому кругу специалистов, поскольку в целях обеспечения безопасности в любом производственном процессе возможность возникновения взрывоопасных смесей должна быть исключена, или же процесс должен проводиться в безопасных условиях.

Внастоящем пособии изложены основные компоненты и принцип создания ПВВ, их физико-химические характеристики, физическая сущность детонации и особенности детонации ПВВ. Рассмотрены классификация, состав, характеристики и области применения ПВВ, кислородный баланс и реакции превращения взрывчатых веществ. Приведены примеры составления взрывча- тых смесей и представлены задачи для самостоятельного реше- ния. Описаны лабораторные работы по приготовлению аммиач- но-селитренных взрывчатых составов.

5

1. Основные компоненты промышленных взрывчатых веществ

Индивидуальные ВВ (нитроглицерин, тротил, ТЭН, гексо- ген и т.п.) содержат в своем составе все элементы, необходимые для нормального протекания реакций взрыва. Свойства и харак- теристики смесевых ВВ определяются теми компонентами, ко- торые вводятся в состав ВВ. Перечень и свойства основных компонентов ВВ приведены ниже.

Окислители – вещества, содержащие избыточный кисло- род, расходуемый при взрыве на окисление горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную, калиевую, на- триевую селитры, хлораты и перхлораты калия и аммония, жид- кий кислород и т.п.

Горючие добавки – твердые или жидкие компоненты, как правило, не взрывчатые: тонко измельченный уголь, древесная мука, соляровое масло, богатые углеродом и водородом, или пудры металлов (алюминия, магния и т.п.), легко окисляющихся и выделяющих при этом большое количество тепла. Горючие добавки вводят в состав ВВ для увеличения количества энергии, выделяемой при взрыве. Роль горючих веществ выполняют так- же взрывчатые компоненты (тротил, гексоген и т.п.), имеющие в своем составе недостаточное количество кислорода для полного окисления содержащихся в них горючих элементов, При этом часть углерода, выделяемого при взрыве ВВ в виде окиси, в сво- бодном состоянии или в виде горючих соединений реагирует с избыточным кислородом окислителя, повышая теплоту и общую энергию взрыва ВВ.

Сенсибилизаторы – вещества, вводимые в состав ВВ для повышения его чувствительности к восприятию и передаче де- тонации. Это, как правило, ВВ, чувствительные к инициатору, которые в смеси с малочувствительными (аммиачная селитра и т.п.) и невзрывчатыми веществами (жмыховая, древесная или хлопковая мука) обеспечивают нормальную чувствительность

6

смесей к инициированию их капсюлем-детонатором или дето- нирующим шнуром и повышают энергетические характеристики смеси. Обычно в качестве сенсибилизаторов применяют чувст- вительные мощные ВВ: тротил, нитроглицерин, нитрогликоль, гексоген и т.п. Роль сенсибилизатора могут выполнять и не- взрывчатые вещества (горючие добавки): соляровое масло, дре- весная мука или уголь, которые образуют с аммиачной селитрой простейшие ВВ – динамоны.

Вмалых количествах (до 6%) соляровое масло в смеси с аммиачной селитрой выполняет роль сенсибилизатора, в избы- точных – флегматизирует взрывчатую смесь, делает ее нечувст- вительной к инициированию.

Стабилизаторы – вещества, которые вводятся в состав ПВВ для повышения их химической и физической стойкости. В качестве стабилизатора используют мел и соду в динамитах, древесную, жмыховую и торфяную муку – в аммонитах. При этом последние стабилизаторы также выполняют роль горючих добавок и разрыхлителей, уменьшая слеживаемость ВВ.

Флегматизаторы – легкоплавкие вещества, масла, имею- щие высокую теплоемкость и высокую температуру вспышки, обволакивающие частицы ВВ и не вступающие с ним в реак- цию. Введение флегматизаторов снижает чувствительность ВВ к механическим воздействиям и обеспечивает более безопасные условия его применения.

Вкачестве флегматизатора используют: вазелин, парафин, различные масла, тальк и т.д. Например, перед использованием

впромышленных ВВ гексогена его флегматизируют добавлени- ем 5% парафина.

Пламегасители вводят только в состав предохранительных ВВ для снижения температуры взрыва и уменьшения вероятно- сти воспламенения метановоздушных смесей в шахтах, опасных по газу или пыли. В качестве пламегасителей применяют хлори- стый натрий, хлористый калий, хлористый аммоний и т.п.

7

2. Принципы создания промышленных взрывчатых веществ

К общим принципам построения ПВВ относятся:

-правильная сбалансированность состава или смеси по ки- слороду;

-многофункциональность компонентов;

-обеспечение требуемых физико-химических, энергетиче- ских и эксплуатационных характеристик теоретически обосно- ванным подбором компонентов и их соотношения, выбором технологии и упаковки;

-использование недефицитных, легкодоступных исходных материалов, имеющих широкую сырьевую базу.

Первый принцип обеспечивает наибольший энергетический эффект смесевому ВВ, поскольку полностью используются по- тенциальные энергетические возможности, заложенные в окисли- теле и горючем материале; он позволяет регулировать состав про- дуктов взрыва таким образом, чтобы в нем содержалось мини- мальное количество ядовитых газов (окись углерода (СО), окислы азота (NO, NO2), хлор- и серосодержащие соединения и т.д.). Со- гласно этому принципу, ПВВ рассчитываются на нулевой кисло- родный баланс, так как отклонение кислородного баланса от ну- левого приводит к повышению содержания ядовитых газов в продуктах взрыва, а именно, продукты неполного окисления го- рючих материалов при отрицательном кислородном балансе и окислы азота - при положительном. Положительный кислород- ный баланс с избытком кислорода против стехиометрического расчета до 5% имеют ВВ, которые применяются на открытых ра- ботах, где нет ограничений по составу продуктов взрыва. Отри- цательный кислородный баланс до 10-15% допускается в смесе- вых ВВ, содержащих в составе значительное количество бри- зантных ВВ.

8

Принцип многофункциональности компонентов широко применяется на практике построения смесевых ВВ, так как он позволяет изготовить взрывчатые материалы с требуемыми ха- рактеристиками при меньшем числе исходных компонентов.

Третий и четвертый принципы позволяют разработать лег- кодоступные, недорогостоящие ПВВ, которые отличаются друг от друга по агрегатному состоянию, физической и химической стойкости; имеют предохранительные свойства различной сте- пени и обладают взрывчатыми свойствами, изменяющимися в широком диапазоне.

Известны промышленные ВВ, созданные по принципу, от- личному от вышеописанных. Например, при построении смесей с хорошей детонационной способностью используют принцип со- четания компонентов, разлагающихся при взрывчатом превраще- нии независимо друг от друга. Причем продукты разложения компонентов не реагируют между собой. По этому принципу соз- даны ПВВ – смеси тротила и гексогена, сплавы ТЭНа с тротилом, смеси нитроглицерина с нитратами целлюлозы. Известен прин- цип, согласно которому в процессе взрывчатого превращения смесевого ВВ один из компонентов окисляется продуктами рас- пада второго компонента, не являющегося окислителем. По этому принципу разработан, например, алюмотол – смесь тротила с ме- таллическим алюминием, в котором алюминий окисляется ки- слородом, содержащимся в тротиле, хотя последний имеет резко выраженный отрицательный кислородный баланс (-74%).

Для проведения взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, применяют особый тип ПВВ – предохранительные или антигризутные, которые при взрывчатом превращении не вызы- вают воспламенение или детонацию взрывоопасных газовых смесей. Поэтому при разработке предохранительных ВВ, наряду с соблюдением общих принципов построения смесевых ПВВ, руководствуются следующими дополнительными принципами: в составе должны содержаться или образовываться в процессе

9

взрыва инертные соли с высокой теплопоглощающей способно- стью, эффективно снижающие температуру продуктов взрыва и одновременно выполняющие роль ингибитора по отношению к реакции окисления горючих газов; ПВВ должны безотказно и селективно детонировать в неблагоприятных условиях взрыва- ния; при создании высокопредохранительных ВВ повышенной мощности заряд из предохранительного ВВ низшего класса должен помещаться в оболочку.

Введение инертных солей является общепризнанным мето- дом обеспечения предохранительных свойств. В качестве инертных солей используют хлористый аммоний, фториды и хлориды металлов, которые по убывающей активности ингиби- рующего действия располагаются в ряд: LiF, KF, NaF, LiCl, KCl, NaCl, однако широкое практическое применение находят хлори- стый калий и натрий, благодаря их доступности, технологично- сти, высокой эффективности к отсутствию токсичности.

При ведении специальных работ открытыми зарядами имеет место прямое воздействие пламени и раскаленных твер- дых продуктов взрыва на взрывоопасную среду. В таких усло- виях более безопасны селективно-детонирующие ВВ, т.е. те, ко- торые в составе содержат различные по взрывчатой активности компоненты. Эти ВВ при неблагоприятных условиях взрывания (частично обнаженный или открытый заряд) детонируют не полностью (в основном детонирует только сенсибилизатор) и выделяют мало энергии в продуктах взрыва, а также в ударной волне. Вследствие этого отсутствует воспламенение рудничного газа. В более благоприятных условиях взрыва (в шпуре с забой- кой) они полностью выделяют свою энергию и производят раз- рушение горной породы. Благодаря этим свойствам селективно- детонирующие ВВ относятся к высокопредохранительным взрывчатым системам. Для создания высокопредохранительных ВВ заряд из предохранительного ВВ низшего класса помещают в упругую полиэтиленовую оболочку с водно-солевым раство-

10