Физико-химические свойства энерговыделяющих композиций

Водоустойчивость — способность ЭК сохранять взрывчатые свойства в водной среде. Вода растворяет твердую фазу окислителя или разбавляет насыщенный

раствор, флегматизируя ЭК, что приводит к потере взрывчатых свойств. Мерой водоустойчивости служит время пребывания ЭК в воде, в течение которого ЭК снижает свои взрывные свойства на определенный процент.

Испытания на водоустойчивость проводятся следующим образом: ЭК в количестве, требуемом для взрыва, погружается в шпур и заливается водой. Через определенный промежуток времени (от нескольких минут до нескольких часов) происходит взрыв. Амми- ачно-селитровые ЭК № 1 — 3 и 8 —9.

ВВ и энерговыделяющие композиты не содержат желатинизаторов, и вода не входит в их состав (№ 1 — 3) либо ее содержится не много в виде добавки (№ 3 — 10%) для флегматизации состава и перевода его из класса ВВ в класс ЭК. Такие составы частично теряют взрывные свойства в течение нескольких минут из-за растворения аммиачной селитры. Если в состав входит алюминиевая пудра, то часть ее всплывает, и происходит расслоение смеси.

Для предотвращения этого в ЭК Nq 2, 8, 9 добавляется жидкое мыло. Использование в обводненных шпурах составов N° 2, 8, 9 создает определенные трудности. Аммиачная селитра, растворяясь, образует насыщенный раствор с включениохм твердой фазы. Гра- |Ц

ница насыщенного слоя медленно перемещается вверх под влиянием диффузионных процессов, препятствуя дальнейшему растворению твердой фазы. На практике пастообразную ЭК удобно обернуть водоустойчивой пленкой, патрон открыт с одного конца.

Лучший способ защиты ЭК от воды — желатини- зирование водного ратвора окислителя с последующим добавлением (при помешивании) в гелеобразную массу алюминиевого порошка или пудры. Желатинизато- рами (гелеобразующими агентами) служат набухающие в воде синтетические или природные полимеры — соли карбоксиметилцеллюлозы, поликриламид. Для превращения вязкой льющейся массы в резиноподобное вещество желатинизатор «сшивают», то есть соединяют молекулы углеводородов мостиками из атомов поливалентных металлов (хрома, сурьмы, алюминия, бора).

Реология, или вязкость, ЭК определяется соотношением твердой и жидкой фазы, наличием желатинозато- ра и сшивающих агентов. При содержании воды менее 15% ЭК представляет собой пастообразное вещество, при использовании в качестве горючего материала алюминиевой пудры пастообразное состояние при концентрации алюминия свыше 20%. Быстрое пастообразование происходит благодаря высокой удельной поверхности пудры и размыванию жидкой фазы по ее поверхности. Увеличение содержания воды приводит к образованию свободнольющихся ЭК.

Введение п оли кр илам и да придает таким составам резиноподобное состояние. Получение такого состояния в аммиачно-селитровых ЭК происходит за счет дополнительной «сшивки» поликриламида двухромовокислым калием (0,1%) и серноватистокислым натрием (0,2%).

Физическая стабильность — увлажняемость, сле- живаемость, уплотняемость, рассеивание, летучесть. Увлажняемость или гигроскопичность— способность материалов поглощать влагу из окружающей среды. Гигроскопичность характеризуется величиной гигроскопической точки, отношением упругости водяных паров над насыщенным раствором к упругости водяных паров, насыщающих воздух при той же температуре. Гигроскопическая точка выражается в процентах относительной влажности и характеризует состоянии вещества, при котором оно не подсыхает и не увлажняется. Чем выше гигроскопическая точка вещества, тем менее оно гигроскопично. Окислители ЭК гигроскопичны, например, точка гигроскопичности аммиачной селитры при +25 °С 62,7%, а у большинства ВВ и ЭК, изготовленных на ее основе, — 60 — 80% Это обстоятельство способствует слеживаемости, снижает сыпучесть, ухудшает детонационные свойства. Лучший способ защиты — полиэтиленовая пленка, прорезиненная бумага, бумага, покрытая парафином. Борьба с ув- лажняемостью затрудняет использование ВВ на основе гигроскопических солей. ЭК, изготовленные на этих же солях, такими недостатками не обладают, наоборот, их специально увлажняют, делая более безопасными без снижения работоспособности в зоне ЭХВ.

Слеживаемость — способность порошкообразных взрывных веществ терять при хранении сыпучие свойства и превращаться в плотную сплошную массу — связана с увлажнением и рекристаллизацией водорастворимых компонентов. При высыхании или понижении температуры из насыщенного раствора выделяются новые кристаллы, цементирующие массу в плотный конгломерат, ВВ уплотняются. Слеживаемость возникает также в результате полиморфных превращений в увлажненной аммиачной селитре при 4-35 °С.

При производстве ВВ на основе аммиачной селитры влажность и температура строго регламентируются. ЭК не требуют специальных мер для предотвращения слеживаемости, при добавлении воды они принимают кашеобразное состояние, гарантирующее безопасность и эффективную работу.

Уплотненность напрямую связана с растворением твердой фазы окислителя. На практике она имеет двойное значение. Вода флегматизирует состав. Однако в случае проведения реакции при постоянном объеме плотность энергии и давления возрастают из-за включения потенциальных сил отталкивания.

Уплотненность связана с высыханием состава и кристаллизацией селитры, что крайне нежелательно. В порошкообразных ВВ повышенная уплотненность может привести к потере детонационной способности. ЭК всегда должны находиться во влажном состоянии.

Расслоение — это разделение состава на составляющие части в зависимости от внешних условий или самопроизвольно, что приводит к снижению или потере ВВ и ЭК взрывчатых свойств.

Расслоение характерно для составов, компоненты которых различаются по плотности, форме, размерам частиц, агрессивному состоянию. При большом содержании жидкой фазы происходит оседание более твердых компонентов.

Такие составы должны желатинизироваться и «сшиваться» Если ЭК находится в упаковке, то при ее повреждении жидкая фракция вытекает, ЭК становится взрыво- и пожароопасным. Расслоение характерно и для ВВ.

В игданитах жидкость стекает в нижние слои, у водосодержащих ВВ твердые частицы осаждаются и скапливаются в нижних слоях. ВВ и ЭК для предотвращения расслоения загущаются и структурируются твердыми агентами.

Летучесть — способность компонентов испаряться в процессе хранения и применения. В некоторых ВВ улетучиваются нитроэфиры, горючие материалы испаряются в игданитах, а вода — из ВВВ. ЭК в виде испарения теряют воду и органическое горючее. В результате эти вещества становятся пожаро- и взрывоопасными.

Химическая стабильность определяет качество порохов ВВ, ЭК, ВВВ; характеризует скорость разложения состава, ускорить который могут продукты распада и примеси. Сохранение порохов, ВВ, ЭК, ВВВ низкой стойкости, изготовленных с нарушением технологического процесса, может привести к взрыву.

Для нейтрализации действия продуктов распада и входящих в них примесей необходимо точно знать составляющие компоненты, технологию изготовления конкретного вещества и только после этого вводить стабилизирующие добавки.

Алюминий в составе аммиачно-селитряных ВВ стали применять только в начале 60-х гг., когда нашли способ предотвращения реакции взаимодействия алюминия с водой. В ряду электрохимических потенциалов алюминий стоит ниже водорода, поэтому имеет место реакция

2AL + ЗН20 = AL203 + ЗН2.

Примеси меди и железа существенно ускоряют взаимодействие алюминия с растворами щелочей и соляной кислоты. Один из основных способов достижения химической стабильности — введение буферной смеси NaOH: КН0РО4 (1:29).

Карбамид пассивирует алюминий и обеспечивает необходимую химическую стойкость. Стабильность состава, содержащего алюминий, возрастает с увеличением размера частиц алюминия.

При нагревании примеси по-разному влияют на разложение селитры. Хроматы, хлориды и соединения кобальта действуют каталитически, карбамид и сульфаты проявляют ингибирующее действие, нитраты металлов, окись алюминия, двуокись кремния влияния не оказывают. Органические вещества снижают термостойкость селитры.

При изготовлении ЭК выдерживается процентное содержание воды не менее 5%.

Чувствительность к механическому воздействию (удару, трению, встряхиванию, неосторожному перемещению). Чувствительность к удару определяется на копрах. Груз падает с определенной высоты на наковальню, на которой располагается прибор № 1 или № 2 с навеской испытуемого состава. Прибор № 1 состоит из металлического поддона, направляющей обоймы и двух поршеньков, между торцами которых помещается навеска 0,02 —0,05 г. исследуемого состава. Поршеньки точно пригнаны к каналу обоймы и не позволяют составу растекаться. Прибор №2 имеет кольцевую (объемную) канавку на уровне расположения навески, что позволяет оценить чувствительность состава в условиях его течения. Чувствительность состава к удару оценивается по частоте взрывов в стандартном приборе и по нижнему пределу.

Безопасность ВВ и ЭК связана с детонационной способностью, возникновением быстрой химической реакции и незатухающей ударной волны. Простые виды воздействия — удар, трение, нагрев — легко возбужда- ют детонацию в инициирующих взрывчатых веществах, для которых свойственно быстрое нарастание химической реакции и давления в очаге первичного разогрева.

Во вторичных бризантных ВВ возбуждение осуществляется за счет ударно-волнового воздействия инициирующего ВВ. Детонационная способность оценивается критическим диаметром. Например: сухая порошкообразная аммиачная селитра (1 г на см2) в стеклянной трубке имеет устойчивую детонацию при диаметре 100 мм, а в стальной трубке с толщиной стенок 20 мм критический диаметр — 7 мм.

Таблица 1.45. Детонационная способность вторичных бризантных ВВ и критический диаметр, мм. Состав Критический диаметр, мм. стекло бумага Азид свинца 0.01-0.02 ТЭН 1.0-1.5 Гексоген 1,0-1,5 4,0 Тротил 8,0-10,0 U.0 Аммониг 6ЖВ(21 % тротила,79%NH4NO0 10.0-12,0 12.0 Аммиачная селитра, порошкообразная 100.0 Карбатолы >120.0 Акванал АМШ - 2NH4NOvAI:NaNOv.CO(NH2h: Н20 = 45:8:12:12 ЭК на основе NH4N03 >18,0 <18.0

Заключение и выводы

При проведении исследований энерговыделяющих композиций на основе аммиачной селитры — алюминия — карбомида — воды различного теплосодержания, реологии и водоустойчивости определены термодинамические параметры продуктов взрыва. Исследованы вопросы использования в качестве окислителей воды, нитратов натрия, кальция, калия, лития и перхлоратов лития, аммония и калия. Выполнены термодинамические расчеты для разрушения горных пород, железобетона и бетона.

Реализованы модели для случая водо-оргапической среды с примесью металла в плазме, показывающие существенную зависимость параметров разряда от состава плазмы и рабочей среды, позволяющие регулировать параметры разряда.

<< | >>
Источник: Матвейчук В.В.. Взрывное дело (Внимание, взрыв): Учебно-практическое пособие. — М.: Академический Проект. —512 с.. 2005

Еще по теме Физико-химические свойства энерговыделяющих композиций:

  1. 3.5.2 Химический состав и физико-химические свойства игристого ароматизированного вина
  2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ОМОНОЛИЧИВАНИЯ СИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ. СТРУКТУРА СИЛИКАТНГО КАМНЯ И КРИТЕРИИ ЕЕ ОЦЕНКИ
  3. Химические и физико-химические методы очистки сточных вод
  4. 3.4 Изучение химического и физико-химического составаароматизированного виноматериала
  5. 4.1.2. Изучение влияния расширяющейся композиции на свойства твердеющего цемента
  6. 28. Химические свойства бензола
  7. 60. Химические свойства глюкозы и ее применение
  8. 46. Альдегиды и их химические свойства
  9. ТЕХНОЛОГИЯ, ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА И ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
  10. 65. Сахароза, ее физические и химические свойства
  11. 69. Химические свойства целлюлозы и ее применение
  12. 10. Химические свойства метана и его гомологов
  13. 12. Химические свойства предельных углеводородов
  14. 22. Химические свойства ацетилена
  15. 52. Химические свойства и получение карбоновых кислот
  16. 40. Химические свойства и применение предельных одноатомных спиртов
  17. Физико-химические (инструментальные) методы, используемые для оценки экологического состояния аграрных и иных ландшафтов
  18. 18. Химические свойства углеводородов ряда этилена. Правило Марковникова
  19. Глава XII Главнейшие изменения образовательного процесса применительно к основным физико-психическим свойствам человеческой природы. Общий вывод
  20. 4.1. Синтез расширяющейся композиции на основе доломитов 4.1.1. Изучение влияния температуры и добавок на возможность регулирования расширения композиции