Каряченко А.А.

Аннотация:

Изобретено эмульсионное взрывчатое вещество (ЭВВ), которое представляет собой дисперсную фазу, диспергированную в дисперсионной среде жидкого топлива. Дисперсная фаза содержит жидкий окислитель, который отличается от неорганической соли-окислителя. Также изданы статьи, которые содержат описание производства эмульсионного взрывчатого вещества.

План:

1. Эмульсионное взрывчатое вещество включает дисперсионную среду, содержащую жидкое топливо, и дисперсную фазу, диспергированную в дисперсионной среде. Дисперсная фаза представляет собой множество капель, содержащих окислитель, отличающийся от неорганической соли-окислителя, представлен в жидком состоянии. Дисперсная фаза эмульсионного взрывчатого вещества включает менее 20 % воды.

2. Жидкое топливо эмульсионного взрывчатого вещества содержит часть, отделенную от минерального и силиконового масла.

3. Окислитель находится в жидком состоянии в пределах температур от 5 °C до 32 °C.

4. Окислитель содержит перекись водорода.

5. Жидкое топливо составляет от 4 % до 30 % эмульсионного взрывчатого вещества, и жидкий окислитель составляет от 70 % до 96 % эмульсионного взрывчатого вещества.

6. Жидкое топливо составляет от 5 % до 15 % эмульсионного взрывчатого вещества, и жидкий окислитель составляет от 85 % до 95 % эмульсионного взрывчатого вещества.

7. Окислитель находится в жидком состоянии в пределах температур от 5 °C до 20 °C.

8. Окислитель содержит четырехокись азота.

9. Эмульсионное взрывчатое вещество содержит эмульгатор.

Заявление Федеральному Союзу исследования и развития

Изобретение, описанное здесь, может производиться и использоваться Правительством США для государственных целей без выплаты авторских гонораров за него.

Общие положения

1. Область изобретения

Изобретение относится к области энергетических эмульсий, и в дальнейшем принадлежит связанным статьям производства и методов.

2. Описание ЭВВ

Обычные эмульсионные взрывчатые вещества основаны на эмульсиях типа вода в масле, в которых капли дисперсной фазы рассеиваются в непрерывной фазе органического топлива. Капли, которые представляют собой дисперсию или эмульсионную фазу, удерживаются в равновесии с помощью эмульгатора, который обеспечивает стабильность эмульсии. Эмульгатор (или поверхностно-активное вещество), как правило, вводится в эмульсию для формирования и обеспечения стабильности дисперсной фазы.

Превосходная скорость детонации эмульсионных взрывчатых веществ делает этот класс взрывчатых веществ особенно важным и способствует их широкому использованию. Например, скорость детонации сверхчувствительных эмульсионных взрывчатых веществ была приближена к значениям в диапазоне от 5490 м/с до 7620 м/с. Причиной высокой скорости детонации эмульсионных взрывчатых веществ является плотное перемешивание эмульсионных взрывчатых веществ. Непрерывная фаза топлива окружает каждую каплю фазы неорганического окислителя, обеспечивая очень большую поверхность между двумя фазами.

Три основные недостатка снижают эффективность и использование эмульсионных взрывчатых веществ.

Первым недостатком является то, что обычные эмульсионные взрывчатые вещества имеют относительно низкую плотность, что ограничивает давление детонации взрывчатого вещества. Низкая плотность объясняется добавлением стеклянных микросфер для повышения чувствительности эмульсии.

Второй недостаток заключается в использовании воды для растворения неорганической соли-окислителя. Вода является инертным веществом и, следовательно, понижает чувствительность ЭВВ.

Третий недостаток состоит в том, что неорганические окислители, такие как нитрат аммония, находятся в метастабильном состоянии, когда образуется эмульсия (как правило, при повышенной температуре). Температура окружающей среды ниже точки насыщения многих коммерчески доступных эмульсионных взрывчатых веществ, таким образом, требуется, чтобы взрывчатые вещества хранились в теплых атмосферных условиях, чтобы избежать кристаллизации окислителя. Поверхностное натяжение капель полагается сохранить в растворе нитрата аммония. Если температура становится слишком низкой, движущая сила кристаллизации превышает поверхностное натяжение. Таким образом, кристаллизация особенно вероятна в холодном климате. Кристаллическая аммиачная селитра имеет игольчатую структуру. Иголки могут прокалывать близлежащие капли, в результате чего они разрушатся, и кристаллы нитрата аммония образуют агломерат. В конце концов, эмульсия разрушится, и польза эмульсионного взрывчатого вещества уменьшится или будет потеряна, например, эмульсионное взрывчатое вещество может дать отказ в детонации.

Сущность изобретения

Объектом настоящего изобретения является производство эмульсионного взрывчатого вещества, которое может эффективно функционировать без микросфер (или с уменьшением их количества) или с другими сенсибилизирующими компонентами.

Еще одним объектом настоящего изобретения является производство эмульсионного взрывчатого вещества, которое устойчиво к кристаллизации окислителя при различных температурных условиях.

В соответствии с целями изобретения, первый его аспект – производство эмульсионного взрывчатого вещества, содержащее непрерывную фазу – жидкое топливо, и дисперсную фазу, диспергированную в непрерывной фазе. Дисперсная фаза состоит из множества капель, содержащих окислитель, который находится в жидком состоянии.

В соответствии с целями изобретения, второй его аспект – создать регламент производства эмульсионного взрывчатого вещества.

Подробное описание вариантов и методов изобретения

Непрерывная фаза жидкого топлива содержит алифатические, алициклические или ароматические органические жидкости. Органические жидкости могут быть насыщенными или ненасыщенными, до тех пор, пока жидкое топливо не смешивается с дисперсной фазой. Примеры видов топлива, которые могут быть выбраны для получения ЭВВ: минеральное, силиконовое, парафиновое масло, воск, сложные эфиры, смеси жидких углеводородов такие, как бензин, керосин и дизельное топливо, а также растительные масла, такие как кукурузное, хлопковое, арахисовое, соевое масло и их смеси. Алифатические, ароматические нитросоединения и хлорированные углеводороды могут использоваться самостоятельно или в комбинации с другими видами жидкого топлива. Желательно, однако, чтобы жидкое топливо состояло, в основном или полностью, из неагрессивной нефти, которая остается стабильной в присутствии жидких окислителей эмульсионных взрывчатых веществ. Особенно предпочтительными являются минеральное и силиконовое масло.

При необходимости, в дополнение к жидкому органическому топливу ЭВВ, вводятся твердые или другие жидкие топлива. Примеры твердых топлив, которые могут быть использованы: мелкодисперсные частицы алюминия, тонкоизмельченные углеродистые материалы, такие как битум, уголь, мелкодисперсное растительное зерно, например, пшеница. Эти дополнительные твердые или жидкие топлива могут быть добавлены в количестве до 25 %.

Дисперсная фаза состоит из множества капель, содержащих окислитель. Жидкий окислитель отличается от других неорганических окисляющих солей (например, аммония, калия, натрия, перхлоратов и нитратов). Предпочтительно, чтобы жидкий окислитель, в основном или полностью, был свободен от неорганических солей-окислителей, и еще более желательно – от растворенных твердых окислителей.

Лучше всего, если окислитель находится в жидком состоянии в интервале температур от 5 °С до 20 °С (при атмосферном давлении), т.е. имеет температуру замерзания ниже, чем 5 °С и температуру кипения выше 20 °С. Другим предпочтительным вариантом пребывания окислителя в жидком состоянии в интервале температур от 5 °С до 32 °С (при атмосферном давлении), т.е. имеет температуру замерзания ниже, чем 5 °С и температуру кипения выше 32 °C. Данным требованиям удовлетворяет перекись водорода, которая остается в жидком состоянии во всем диапазоне температур от 5 °С до 32 °С, т.е. затвердевает при температуре -0,41 °С. Другим окислителем, который находится в жидком состоянии в диапазоне температур от 5 °С до 20 °C, является четырехокись азота (или диоксид азота), который находится в жидком состоянии в пределах от -9,3 °С до 21,1 °C.

В отличие от обычных эмульсионных взрывчатых веществ, которые используют воду для растворения неорганических солей-окислителей дисперсной фазы, изобретенное эмульсионное взрывчатое вещество еще содержит менее 20 % воды, также возможно содержание менее 10 % воды. В некоторых вариантах ЭВВ лишено воды. Низкая концентрация или ее отсутствие повышает чувствительность состава, что, в свою очередь, уменьшает требуемое содержание или устраняет необходимость использования микросфер и других сенсибилизирующих добавок. В ЭВВ используется менее 1 % стеклянных микросфер.

При формировании эмульсии используется эмульгатор. Примерами таких эмульгаторов являются сорбитанмоноолеат, винная кислота, сложные эфиры жирных кислот, ланолин другие материалы.

Концентрация жидкого топлива непрерывной фазы и жидкого окислителя дисперсной фазы может изменяться в зависимости от конкретного вида топлива и окислителя, и при наличии других видов топлива и компонентов, если таковые имеются. Как правило, топливо должно составлять от 4 % до 30 % ЭВВ, но оптимальный вариант – от 5 % до 15 %. Желательно, чтобы жидкий окислитель (за исключением неорганических солей) составлял от 70 % до 96 % ЭВВ, но оптимальный вариант – от 85 % до 95 %. Содержание эмульгатора – 0,25-5 % ЭВВ.

Композиции имеют такие составы:

Состав А (13 % минерального масла, 2 % поверхностно-активных веществ, 85 % перекиси водорода (90 % концентрат));
Состав B (10 % минерального масла, 2 % поверхностно-активных веществ, 88 % перекиси водорода (75 % концентрат)).

Эмульсионные взрывчатые вещества могут быть получены с помощью обычных процедур, известных в этой области. Однако, есть некоторые отступления от традиционных методов. Например, в предпочтительном варианте настоящего изобретения, в котором ЭВВ лишено неорганической соли-окислителя, нет необходимости растворять соль в воде. Вместо этого, жидкий окислитель может быть добавлен непосредственно в раствор эмульгатора и органического топлива. Желательно, чтобы жидкость окислителя и горючего, имели равные температуры при смешении. Температура должна быть в диапазоне, когда окислитель будет оставаться в жидком состоянии. Таким образом, выбранная температура будет зависеть от конкретного окислителя. Полученную смесь интенсивно перемешивают для получения эмульсии. Перемешивание должно длиться до тех пор, пока не образуется эмульсия.

Возможны различные модификации описанной выше технологии. Например, целесообразно предварительно растворить эмульгатор в жидком органическом топливе до объединения органического топлива с жидким окислителем для образования эмульсии. Этот метод позволяет формировать эмульсии быстро. Также эмульгатор может быть добавлен отдельно, в качестве третьего компонента, или предварительно смешан с жидким окислителем.