DE2553055B2 - Sicherheitssprengstoff - Google Patents
SicherheitssprengstoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sicherheitssprengstoff, der sich im wesentlichen im Sauerstoffabgleich befindet mit einem Gehalt an selbstexplosivem
Sensibilisator, Ammoniumchlorid, Harnstoff oder Thioharnstoff, Alkalimetall- sowie gegebenenfalls Ammoniumnitrat
Derartige Sicherheitssprengstoffe werden hauptsächlich in Bergwerken verwendet, beispielsweise beim
Sprengen von fester Kohle und Gestein. Um die unter diesen Bedingungen erforderlichen Sicherheiiskriterien
zu erfüllen, ist es erforderlich, daß die genannten Sprengstoffmassen nicht brennen oder glimmen. Ferner
sollen sie, wenn sie in einem Bohrloch der Detonation einer benachbarten Patrone ausgesetzt sind, jenseits des
Bereiches einer mitschwingenden Detonation liegen. Bekannte Sicherheitssprengstoffe dieser Art enthalten
selbst-explosive Sensibilisatoren, wie Nitroglyzerin, und andere brennstoffliefernde Salze, wie Ammoniumchlorid. Ferner enthalten derartige Massen zur Herabsetzung der Brenneigenschaften Salze, wie Natriumchlorid
und andere Bestandteile.
Ferner sind Sprengstoffmassen der genannten Art mit geringem Deflagrationsvermögen bekannt die
außer den genannten Bestandteilen zur Herabsetzung des Deflagrationsvermögens verschiedene Bestandteile
u. a. Harnstoff enthalten.
Schließlich sind Sicherheitssprengstoffmassen bekannt die neben dem selbst-explosiven Sensibilisator
Alkalinitrat, Ammoniumchlorid und zur Regulierung des Sauerstoffabgleichs Harnstoff oder Harnstoffderivate
enthalten.
Alle diese bekannten Massen enthalten das Ammoniumchlorid in einem Anteil, der maximal äquimolar zur,
vorhandenen Alkalinitratmenge ist. Da bei der Detonation solche Sprengstoffmassen, die einen hohen Anteil
an Ammoniumchlorid besitzen, große Mengen an Chlorwasserstoff liefern und dieses Gas selbstverständlich in Bergwerken als äußerst schädlich anzusehen ist
hat man bisher davon abgesehen, in den genannten Massen den Ammoniumchlorid-Anteil in einer größeren
Menge vorzusehen als derjenigen, die mit dem
vorhandenen Alkalinitrat bei der Detonation reagiert
Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Sicherheitssprengstoff zur Verfügung zu stellen, der sich nicht nur
im Sauerstoffabgleich befindet sondern flammlöschende Eigenschaften besitzt wobei diese Eigenschaften
durch eine der Brennstoffkomponenten selbst eingebracht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei den Sicherheitssprengstoffen
der genannten Art das Ammoniumchlorid in einer
größeren Menge vorliegt als zur äquimolaren Umsetzung mit dem Alkalimetallnitrat erforderlich ist und die
vorhandene Harnstoff- oder Thioharnstoffmenge 0,15 bis 0,8 Teile je Teil derjenigen Ammoniumchloridmenge
beträgt welche im Oberschuß zu der für die Umsetzung
mit dem Alkalimetallnitrat erforderlichen Menge vorliegt
Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, daß das Ammoniumchlorid während der Detonation neben
seiner Funktion als Brennmaterial infolge der Entwick
lung von Chlorionen ebenfalls wirksam in der
Verhütung oder Unterdrückung von Grubengasexplosionen oder deren Auslösung ist
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Sprengstoffe der Erfindung nach der Detonation nicht
nur eine äußerst erwünschte Sauerstoffbilanz, d.h. Sauerstoffwerte nahe 0 aufweisen, sondern auch trotz
ihres hohen Anteils an Ammoniumchlorid im Detonationsgas nur sehr geringe Mengen an Chlorwasserstoff
entwickeln. Dies ist insofern überraschend, als bei den
bekannten Sicherheitssprengstoffmassen mit einem
Gehalt an Alkalinitrat und Ammoniumchlorid die einzige Möglichkeit zur Verhinderung der Entstehung
größerer Mengen an Chlorwasserstoff darin gesehen wurde, die Menge an Ammoniumchlorid in der
Ausgangsmischung zu begrenzen. Es konnte auch nicht erwartet werden, daß der zur Regulierung der
Sauerstoffbilanz in derartige Massen einverleibte Harnstoff den Chlorwasserstoff neutralisieren würde, da
sich der Harnstoff bei der Detonation in Wasser,
Kohlendioxid und Stickstoff, gegebenenfalls Stickoxide,
zersetzt Demgemäß hat man bisher zwar kleinere oder größere Mengen Harnstoff zwecks Erreichung eines
Sauerstoffabgleichs verwendet, um die Erzeugung von Stickoxiden aus sauerstoffpositiven Massen oder Koh
lenstoffmonoxid aus sauerstoffnegativen Massen zu
vermeiden, wobei die Menge an Ammoniumchlorid stets insoweit begrenzt wurde, als überschüssiges
Ammoniumchlorid über die zur Umsetzung mit vorhandenem Nitrat erforderliche Menge zur erhöhten
Der erfindungsgemäße Sicherheitssprengstoff mit einem Gehalt an Ammoniumchlorid als Brennstoff und
als flammenlöschendes Material enthält Harnstoff oder Thioharnstoff als ein Ergänzungsbrennmaterial, welches
überraschenderweise die Chlorwasserstoffmenge in den Explosionsprodukten herabsetzt, wenn der Harnstoff
oder Thioharnstoff in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,8 Teilen pro Anteil Ammoniumchlorid vorhanden
ist, das im Überschuß über die anwesende Menge, die
sich mit in der Masse vorhandenem Alkaliniirat umsetzt,
vorliegt. Es ist bevorzugt daß der Harnstoff oder Thioharnstoff 2 bis 10 Gewichts-% der gesamten
Sprengstoffmasse ausmacht.
Die Sprengstoffmasse sollte vorzugsweise keine wesentliche Menge irgendeines fasrigen Zellulosebrennmaterials enthalten, welches nach Detonation der
Masse glimmen oder brennen könnte. Der Sprengstoff
soll sich weitgehend in Sauerstoffabgleich befinden. In
keinem Fall soll weniger als 75% des verfügbaren Sauerstoffs durch insgesamt vorhandenes Ammoniumchlorid plus Harnstoff oder Thioharnstoff gebunden
werden.
Die Masse kann, falls gewünscht, zusätzlich flammenhemmende Bestandteile, wie Natriumchlorid und
China-Ton neben Ammoniumchlorid enthalten, und ebenso können gewünschtenfalls Materialien, wie
Guargummi und Kalciumstearat enthalten sein, um die Wasserbeständigkeit zu erhöhen.
In Massen, die zum Sprengen von fester Kohle bestimmt sind, sollten die Anteile der brennstoffliefernden und flammenlöschenden Bestandteile eingestellt
sein, um die Sprengkraft (Stärke je Gewicht) im Bereich von 15 bis 45% Sprenggelatine zu halten, wobei solche
Einstellungen und ihre Wirkung in der Sprengstofftechnik üblich und bekannt sind.
Ein bevorzugter Sicherheitssprengstoff ist gemäß Anspruch 3 zusammengesetzt
Die Erfindung wird ferner durch die folgenden Beispiele und die begleitende Tabelle erläutert Die
Beispiele, die durch »A« und eine davor stehende Zahl bezeichnet sind, sind erfindungsgemäß und die anderen
Beispiele dienen nur als Vergleich.
Beispiel | Nr. | 3 | 4 | 8A | 4A | 9 | 5 | 9A | 5A | 6 | 10 | 6A | |
1 | 2 | ||||||||||||
Masse (Gew.-%) | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | iO.O | ||||||
Nitroglycerin/Nitroglykol | 10.0 | 10.0 | - | - | - | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | ||||
Nitrobaumwolle | - | - | - | - | - | 25.0 | 25.0 | 19.0 | 19.0 | ||||
Ammoniumnitrat | - | - | 44.0 | 44.0 | 44.0 | 20.0 | 20.0 | 30.0 | 30.0 | ||||
Natriumnitrat | 55.24 | 44.0 | 28.7 | 36.0 | 36.0 | 18.0 | 18.0 | 25.0 | 25.0 | ||||
Ammoniumchlorid | 34.76 | 27.7 | 17.3 | 10.0 | 6.0 | 25.45 | 23.45 | 14.45 | 11.45 | ||||
Natriumchlorid | - | 18.3 | - | - | - | - | - | - | - | ||||
China-Ton | - | - | - | - | - | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | ||||
Guargummi | - | - | - | - | - | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | ||||
Kalziumstearat | - | - | - | - | 4.0 | - | - | - | 3.0 | ||||
Harnstoff | - | - | - | - | - | - | 2.0 | - | - | ||||
Thioharnstoff | - | - | |||||||||||
Eigenschaften | 27 | 33 | 32 | 35 | 36 | 41 | 40 | ||||||
Gewichtsbrisanz, % | 33 | 27 | |||||||||||
Sprenggelatine | +8.1 | +4.8 | + 1.6 | +4.0 | + 1.5 | +4.4 | +2.0 | ||||||
Sauerstoffwert (g/100 g) | + 10.7 | +8.5 | 47 | 60 | 6 | 54 | 34 | 55 | 21 | ||||
HCl erzeugt (cc/kg) | 23 | 17 | 1 | 8.3 | 8.3 | 5.4 | 5.4 | 6.1 | 6.1 | ||||
Überschuß an NH4Cl über | 0 | 0 | |||||||||||
NaNO3-Äquivalent (als % | |||||||||||||
vom gesamten Sprengstoff) | - | - | 0.53 | - | 0.37 | - | 0.49 | ||||||
Harnstoff- oder Harnstoff | - | - | |||||||||||
derivatanteile pro Anteil | |||||||||||||
Überschuß-NH4C1 | 61.5 | 78.2 | 78.2 | 55.1 | 55.1 | 61.7 | 61.7 | ||||||
% des gesamten verfügbaren | 59.5 | 59.3 | |||||||||||
Sauerstoffs abgeglichen durch | |||||||||||||
NH4Cl | - | - | 15.5 | - | 17.2 | - | 13.2 | ||||||
% des gesamten verfügbaren | - | - | |||||||||||
; Sauerstoffs abgeglichen durch | |||||||||||||
I Harnstoff | |||||||||||||
ί
Tabelle (Fortsetzung) |
|||||||||||||
Beispiel | Nr. | 8 | 1OA | ||||||||||
7 | 7A | ||||||||||||
Masse (Gew.-%) | 8.0 | 8.0 | 10.0 | 10.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 |
Nitroglycerin/Nitroglykol | 0.05 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | O.i |
Nitobaumwolle | 25.0 | 25.0 | 12.0 | 12.0 | 25.0 | 25.0 | 20.0 | 20.0 |
Ammoniumnitrat | ||||||||
Fortsetzung | Beispiel | 25 | Nr. | 53 055 | 8A | 9 | 6 | 10 | 1OA | |
5 | 7 | 7A | ||||||||
39.0 | 20.0 | 25.0 | 25.0 | |||||||
Masse (Gew.-%) | 16.9 | 16.9 | 33.4 | 21.4 | 9A | 22.0 | 22.0 | |||
Natriumnitrat | 16.0 | 16.0 | 8 | - | 24.0 | 19.4 | 16.4 | |||
Ammoniumchlorid | 32.45 | 30.2 | - | - | 20.0 | 4.0 | 4.0 | |||
Natriumchlorid | - | - | 39.0 | 1.0 | 1.0 | 21.4 | 1.0 | 1.0 | ||
Cina-Ton | 1.0 | 1.0 | 33.4 | 0.5 | 0.5 | 22.0 | 0.5 | 0.5 | ||
Guargummi | 0.5 | 0.5 | 4.0 | 4.0 | - | - | - | 3.0 | ||
Kalziumstearat | - | 2.25 | - | - | - | 1.0 | - | - | ||
Harnstoff | - | - | 1.0 | 0.5 | ||||||
Thioharnstoff | 0.5 | 45 | 36 | 2.0 | 33 | 33 | ||||
Eigenschaften | 30 | 33 | - | - | ||||||
Gewichtsbrisanz, % | - | +0.2 | +2.4 | +3.5 | + 1.1 | |||||
Sprenggelatine | +3.4 | + 1.6 | 5 | 35 | 36 | 30 | 5 | |||
Sauerstoffwert (g/100 g) | 43 | 22 | 45 | 8.9 | 8.8 | 6.3 | 6.3 | |||
HCl erzeugt (cc/kg) | 5.4 | 5.4 | +0.8 | |||||||
Überschuß an NH4Cl über | +3.4 | 24 | ||||||||
NaNO3-Äquivalent (als % | 16 | 0.45 | - | 8.8 | - | 0.48 | ||||
vom gesamten Sprengstoff | - | 0.42 | 8.9 | |||||||
Harnstoff- oder Harnstoff | ||||||||||
derivatanteile pro Anteil | 71.4 | 65.7 | 0.23 | 61.8 | 61.8 | |||||
Überschuß-NH4C1 | 54.6 | 54.6 | - | |||||||
% des gesamten verfügbaren | ||||||||||
Sauerstoffs abgeglichen durch | 15.2 | - | 75.7 | - | 15.0 | |||||
NH4Cl | - | 13.7 | 71.4 | |||||||
% des gesamten verfügbaren | ||||||||||
Sauerstoffs abgeglichen durch | 10.9 | |||||||||
Harnstoff | - | |||||||||
Die Massen wurden in üblicher Weise gemischt, indem man Materialien in der herkömmlichen Form zur
Sprengstoffherstellung verwendet. Somit waren die oxidierenden und flammenlöschenden Salze und der
Harnstoff kristalline Feststoffe, von denen mehr als 90 Gew.-°/o ein 30-Maschensieb (Br. St.) passierten und
mehr als 70% auf einem 120-Maschensieb (Br. St.) zurückgehalten wurden. Der Guargummi, das !Calciumstearat
und der China-Ton waren die gewöhnlichen, fein gepulverten technischen Materialien.
Beim Test in Patronen (3,65 cm Durchmesser, 7,5 cm Länge) brannte keine der Massen unbegrenzt oder
ergab irgendein Verpuffungsanzeichen, wenn die Patronen, getrennt in einem Stahlrohr, in einem
Verpuffungstest, wie er in der brit. PS Nr. 10 16 462 beschrieben ist, gezündet wurden. Alle Massen besaßen
gleiche Sprengstoffeigenschaften zur Sprengung in fester Kohle.
Der bei der Detonation erzeugte Chlorwasserstoff wurde bestimmt, indem man 100 g — Ladungen des
Sprengstoffs in einem 20-1-Stahlgefäß zündete und den
erzeugten Rauch analysierte. Wie die Beispiele zeigen, erzeugten die Sprengstoffe mit einem Gehalt an
Harnstoff bedeutsam niedrigere Chlorwasserstoffmengen als die entsprechenden Massen, bei denen der
Harnstoff durch das gleiche Gewicht an Natriumchlorid, welches bei der Detonation nicht zersetzt wird, ersetzt
war. bo
Die Beispiele 3, 4 und 4A weisen Ammoniumchlorid im Überschuß zur Menge auf, die zum Natriumnitratgehalt
äauivalent ist. Beispiele 5 bis 1OA enthielten einen Anteil Ammoniumnitrat.
Ammoniumchlorid war der einzige Brennstoff in den Beispielen 1 bis 4. Obwohl die Beispiele 1 und 2 eine
äquivalente Menge Natriumnitrat zur vollständigen Umsetzung enthielten, erzeugten sie erhebliche Chlorwasserstoffmengen,
und sie waren zur Anwendung in Bergwerken zu sauerstoffreich. Die l%ige Erhöhung in
der Ammoniumchloridmenge in Beispiel 3, verglichen mit Beispiel 2, erhöhte den erzeugten Chlorwasserstoff
wesentlich und eine weitere Erhöhung im Ammoniumchloridgehalt in Beispiel 4, zur Reduzierung des
Sauerstoffwertes auf einen praktischen Wert, führte zu einer weiteren Erhöhung des erzeugten Chlorwasserstoffs.
Der Ersatz von etwas Natriumchlorid durch Harnstoff in Beispiel 4A reduzierte ferner den
Sauerstoffwert und setzte den erzeugten Chlorwasserstoff merklich herab.
Die restlichen Beispiele enthielten Ammoniumnitrat als einen Teil des oxidierenden Salzes. Deren Massen
waren sensitiver als die der Beispiele 1 bis 4 und 4A, und sie enthielten ebenso Guargummi und Kalciumstearat,
um die Wasserbeständigkeit zu erhöhen. Sie alle enthielten eine größere Ammoniumchloridmenge als
zur vollständigen Umsetzung mit dem anwesenden Natriumnitrat erforderlich ist. Die Beispiele, die durch
»A« und eine vorstehende Zahl bezeichnet sind, entsprechen den Beispielen, die nur durch die
entsprechende Zahl bezeichnet sind, mit der Ausnahme, daß sie Harnstoff anstelle einer äquivalenten Menge
Natriumchlorid enthielten, und in allen Fällen erzeugten die Beispiele mit Harnstoff weniger Chlorwasserstoff.
Claims (3)
1. Sicherheitssprengstoff, der sich im wesentlichen im Sauerstoffabgleich befindet, mit einem Gehalt an
selbst-explosivem Sensibilisator, Ammoniumchlorid, Harnstoff oder Thioharnstoff, Alkalimetall- und ggf.
Ammoniumnitrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumchlorid in einer größeren
Menge vorliegt als zur äquimolaren Umsetzung mit dem Alkalimetallnitrat erforderlich ist und die
vorhandene Harnstoff- oder Thioharnstoffmenge 0,15 bis 0,8 Teile je Teil derjenigen Ammoniumchloridmenge beträgt, welche im Überschuß zu der für
die Umsetzung mit dem Alkalimetallnitrat erforderlichen Menge vorliegt .
2. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff oder Thioharnstoff 2 bis
10% des Gesamtgewichts beträgt
3. Sprengstoff nach Anspruch Ii gekennzeichnet
durch 5 bis 15 Gew.-% Nitroglycerin, Nitroglykol
oder eine Mischung davon, 0 bis 30 Gew.-% Ammoniumnitrat, 15 bis 50 Gew.-% Natriumnitrat,
15 bis 40 Gew.-% Ammoniumchlorid, 0 bis 25 Gew.-% Natriumchlorid und 1 bis 10 Gew.-%
Harnstoff.
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