DE3642139A1 - Zusammensetzung und verfahren zur herstellung eines ammoniumnitrat-sprengstoffes - Google Patents

Description

Es sind Gesteinssprengstoffe unter der Bezeichnung ANC bekannt, die im wesentlichen aus ca. 91 bis 94 Gew.-% Ammoniumnitrat und 5,7 bis 6,3 Gew.-% Mineralöl sowie einem Inertstoff bestehen.

Diese Sprengstoffe haben eine schwach negative Sauer­ stoffbilanz, was zur Folge hat, daß bei der Detonation in den Sprengstoffschwaden zwar relativ wenig Stickoxid entsteht, doch sehr viel mehr Kohlenmonoxid. Das bedeutet, daß diese Sprengstoffschwaden toxische Eigenschaften haben, so daß sehr aufwendige Bewetterungsmaßnahmen in geschlossenen Grubenräumen erforderlich sind.

Es sind auch Sprengstoffe bekannt, welche aus einer Emulsion einer hochkonzentrierten wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat mit Mineralöl bestehen, wobei Geliermittel, Stabilisatoren und noch Sensibilatoren (Explosivstoffe) zugesetzt sind.

Diesen Emulsionssprengstoffen werden auch Hohlglasperlen zu dem Zweck der Erhöhung und der Einstellbarkeit der Detonationsfähigkeit zugesetzt. Deren Wirkung beruht darauf, daß beim Eintreffen der Stoßwelle die durch die Hohlglasperlen gebildeten Lufteinschlüsse nahezu adiabatisch zusammengepreßt werden, wodurch an der Frontgrenze an vielen Stellen gleichzeitig hohe Tempe­ raturen im Gemisch auftreten, die den Reaktionsvorgang einleiten und weiterführen.

Emulsionssprengstoffe entwickeln im Gegensatz zu festen Sprengstoffen der ANC-Art weniger toxische Stoffe bei der Detonation. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Emulsionssprengstoffe wegen des Zusatzes von solchen Stoffen, die die Entmischung verhindern, bei der Detonation sich nahezu vollständig umsetzen.

Der Emulsionssprengstoff wird in Steinbrüchen bereits mit Erfolg eingesetzt. Er wäre gerade im Bergbau eine Lösungsmöglichkeit für die angesprochenen Probleme. Seiner Einführung stehen jedoch arbeitstechnische Hin­ dernisse im Wege. Der Transport eines Emulsionsspreng­ stoffes von über Tage zum Sprengstofflager unter Tage läßt sich beispielsweise nicht durch Falleitungen bewerk­ stelligen. Außerdem ist die Sprengtechnik unter Tage vor Ort eine grundsätzlich andere als die im Steinbruch. Es sind pro Raumeinheit abzusprengenden Gesteins vor Ort unter Tage wesentlich mehr Bohrlöcher geringeren Durchmessers zu bohren und mit Sprengstoff zu füllen als im Steinbruchbetrieb. Bei diesen geringen Durchmessern wird das Einbringen der pastösen Masse eines Emulsions­ sprengstoffes in mehrfacher Hinsicht zum Problem.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des Emulsionssprengstoffes mit den Vorteilen der festen granulierten ANC-Sprengstoffe zu kombinieren. Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines festen Gesteinssprengstoffes, der rieselfähig und daher leicht auch in Bohrlöcher mit geringem Durchmesser einzublasen ist, der beim Abtun der Schüsse jedoch in geringerem Maße toxische Stoffe in die Sprengschwaden abgibt als herkömmlicher ANC-Sprengstoff.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß eine Mischung aus Ammoniumnitrat oder einem anderen anorganischen oxidierenden Salz, Wasser und Gasein­ schlüssen, z. B. in Form von Hohlglasperlen, hergestellt wird, daß diese Mischung granuliert wird, vorzugsweise auf eine Korngröße von 1 bis 3 mm, worauf das Granulat getrocknet wird, vorzugsweise auf einen Wassergehalt von 0,2 bis 4,0 Gew.-%, worauf dem Granulat ein Kohlen­ stoffträger, vorzugsweise ein flüssiger Kohlenstoffträger, z. B. Spindelöl, zugesetzt wird.

Dabei besteht das Wesentliche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darin, daß zum Zwecke der Granulierfähigkeit der Mischung aus Ammoniumnitrat und Wasser der Zusatz von Hohlglasperlen dafür sorgt, daß sich das mit Wasser benetzte Ammoniumnitrat an den Hohlglasperlen anlagert, wobei dann auch zugleich die Wirkungen mit erreicht werden, die mit Hohlglasperlen versetzte Emulsions­ sprengstoffe aufweisen.

Die Wasserzugabe kann bis zu 10, vorzugsweise 6 bis 8 Gew.-%, betragen und ist nur dann erforderlich, wenn das Ammoniumnitrat selbst nicht genügend Wasser enthalten sollte. Die Hohlglasperlenzugabe beträgt bis zu 10 Gew.-%. Der Kohlenstoffträger wird in Mengen von 3 bis 9 Gew.-% zugesetzt.

Darüber hinaus kann der Mischung aus Ammoniumnitrat, Wasser sowie den Hohlglasperlen ein Bindemittel, z. B. Mono- oder Polysaccharide, insbesondere Stärke, zuge­ geben werden.

Ein besonderes Granulierverfahren bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines solchen festen Sprengstoffes besteht dabei darin, daß das befeuchtete Ammoniumnitrat auf 120 bis 150°C erhitzt und in die so entstandene schmelzeartige Lösung Hohlglas­ perlen in Mengen bis zu 10 Gew.-% eingebracht werden und diese heiße Mischung in einem Prillturm granuliert wird, worauf das Granulat abgekühlt wird, vorzugsweise auf 20°C.

Dabei wird im einzelnen so gearbeitet, daß eine wasser­ haltige Ammoniumnitratschmelze von 120 bis 150°C konti­ nuierlich in eine klangvolumige Mischvorrichtung einge­ speist wird. Dabei werden über eine Zellenradschleuse die Hohlglasperlen eventuell zusammen mit anderen kristall­ wasserhaltigen Salzen und gegebenenfalls Silicagel einge­ speist. Die Mischvorrichtung wird schnell durchströmt und totraumfrei Düsen oder Zentrifugalverteilern zur Zerkleinerung in Tropfen zugeführt und dann in einem Prillturm durch Wasserentzug und Kühlung zur Erstarrung gebracht.

Ein anderes Granulierverfahren bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines festen Sprengstoffes besteht darin, daß die Ammonium­ nitratschmelze, die die Hohlglasperlen enthält, auf einer Kühlwalze abgekühlt wird, worauf die dabei ent­ stehenden Schülpen schonend gebrochen werden, so daß Granulate von einer Korngröße von 1 bis 3 mm entstehen. Durch die Kühlwalze wird die Ammoniumnitratschmelze vorzugsweise auf eine Temperatur von 20 bis 50°C ab­ gekühlt, so daß sich Schülpen gleicher Temperatur bilden, die durch schonendes Brechen auf eine entsprechende Korngröße gebracht werden können. Die Fraktion von 1 bis 3 mm wird herausgesiebt. Das Unterkorn und das Überkorn (nach schonender Mahlung) wird wieder zurück­ geführt.

Ein weiteres Granulierverfahren bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des festen Sprengstoffes besteht darin, daß das kristalline Ammoniumnitrat mit den Hohlglasperlen und mit dem Binde­ mittel unter Anfeuchten mit 6 bis 8 Gew.-% Wasser gemischt wird und die Mischung auf dem Drehteller oder in einer Rolltrommel unter Nachstellung der Grünfeuchte durch Aufdüsen von Wasser und/oder Dampf granuliert wird. Durch Trocknen der grünen Granalien, z. B. auf dem Fließbett, wird der Wassergehalt der Granulate auf 0,2 bis 4 Gew.-% gebracht. Dabei haben sich als Bindemittel Mono- und Polysaccharide, z. B. in Form von Stärke, besonders bewährt. Ein Zusatz von Silicagel hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Granulate werden dann mit 5,2 bis 6,5 Gew.-% Spindelöl behandelt, das in die porösen Granulatkörner eindiffundiert.

Beispiel 1

90 kg kristallines Ammoniumnitrat mit einem Wassergehalt von 7% werden mit Hilfe indirekten Wärmeaustausches bei 150°C geschmolzen. Über eine Zellenradschleuse werden 1,5 kg Hohlglasperlen hinzugefügt und in der Schmelze suspendiert. Über eine Zentrifugalverteilung gelangt die Mischung in Tropfenform in einen Prillturm und wird dort unter Wasserverdampfung abgekühlt. Das Granulat wird gesiebt, das Unterkorn (unter 1 mm) und eventuell vorhandenes Überkorn (über 3 mm) werden zurückgeführt und wieder aufgeschmolzen. Das Granulat der Korngröße 1 bis 3 mm, das nun noch 2% Wasser enthält, wird schließlich mit 6,2% Spindelöl bedüst.

Beispiel 2

50 kg trockenes Ammoniumnitrat (Wassergehalt 0,3%) werden mit zurückgeführtem Feingut und vermahlenem Überkorn und 1 kg Hohlglasperlen gemischt und unter Zusatz von 4 kg Wasser und 0,5 kg Stärke als Bindemittel auf dem Drehteller bei Umgebungstemperatur granuliert, in ein Fließbett überführt und bei 110°C auf einen Restwassergehalt von 0,5 Gew.-% getrocknet.

Sprengtest-Beispiele

Mit dem nach der Erfindung hergestellten Sprengstoff werden in Anlehnung an den "Stahlrohrtest" Sprengver­ suche durchgeführt. Vgl. dazu: Prüfverfahren der Bundesanstalt für Materialprüfung, Berlin - Sonder­ druck Nr. 1 und 2, Zeitschrift: "Explosivstoffe", 49. Jahrgang, (1961). "Sicherheitstechnische Kenn­ daten explosionsfähiger Stoffe".

In einem Raum mit 2×4 m Grundfläche und einer Höhe von 2,50 m wird auf einem Sandbett ein Stahlrohr senkrecht aufgestellt. Dieses Stahlrohr hat eine Höhe (Länge) von 300 mm, einen Innendurchmesser von 25,3 mm und eine Wandstärke von 4 mm. Auf der einen Stirnseite ist das Rohr mit einem Deckel verschweißt, auf der anderen Seite mit Deckel und Schraubgewinde versehen.

In diesem Stahlrohr werden jeweils 92 g des zu unter­ suchenden Sprengstoffs bei einer Ladesäulenlänge von 240 mm untergebracht; der restliche Hohlraum wird mit Lehm besetzt. Der drehbare Deckel enthält eine Öffnung für den elektrischen Momentzünder, der mit einer Zündmaschine zur Detonation gebracht wird.

Aus der Prüfkammer wird nach dem Sprengversuch über einen Schlauch ein definiertes Luftvolumen mit den Sprengschwaden durch Drägerröhrchen gesaugt.

Die Anzeigewerte für die erfindungsgemäßen Sprengstoffe und Vergleichsbeispiele finden sich in der folgenden Tabelle:

Es wird gezeigt, daß der Sprengstoff gemäß der Erfindung gegenüber dem konventionellen festen Sprengstoff verbesserte CO- und NO _x -Werte in den Sprengschwaden aufweist.

Die folgende Zusammensetzung hat sich als günstig heraus­ gestellt: (ein fester, gewerblicher Ammoniumnitratspreng­ stoff, in rieselfähiger Form):

bevorzugter Bereich 75-94% Ammoniumnitrat87-93% 0,5-3% Stärke0,8-1,2% 1-10% Hohlglasperlen1-3% 0,2-10% Wasser0,4-2% 4-7% flüssiger Kohlenstoffträger
(z. B. Spindelöl)5,2-6,5%

wobei die Prozentzahlen Gewichtsprozentzahlen sind.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines festen Spreng­ stoffes auf der Basis von z. B. Ammoniumnitrat als Sauerstoffträger und einem Kohlenstoffträger, vorzugsweise einem flüssigen Kohlenstoffträger, z. B. Spindelöl, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Ammoniumnitrat oder einem anderen anorganischen oxidierenden Salz, gegebenenfalls einem festen Kohlenstoffträger, Wasser und Gasein­ schlüssen, z. B. in Form von Hohlglasperlen, her­ gestellt wird, daß diese Mischung granuliert wird, vorzugsweise auf eine Korngröße von 1 bis 3 mm; worauf das Granulat getrocknet wird, vorzugsweise auf einen Wassergehalt von 0,2 bis 4,0 Gew.-%, worauf dem Granulat ein flüssiger Kohlenstoffträger, z. B. Spindelöl, zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzugabe zur Granuliermasse bis zu 10, vorzugsweise 6 bis 8 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlglasperlenzugabe zur Granulier­ masse bis zu 10 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mischung aus Ammoniumnitrat oder einem anderen anorganischen oxidierenden Salz, Wasser sowie Hohlglasperlen und ein Binde­ mittel, z. B. Mono- oder Polysaccharide, insbe­ sondere Stärke und/oder Silicagel, zugegeben wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das befeuchtete Ammoniumnitrat auf 120 bis 150°C erhitzt, in die so entstandene schmelz­ artige Lösung Hohlglasperlen in Mengen bis zu 10% eingebracht werden, diese heiße Mischung in einem Prillturm granuliert und das Granulat unter Wasser­ entzug abgekühlt wird, vorzugsweise auf 20°C.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das kristalline Ammoniumnitrat unter Zusatz eines Bindemittels und unter Anfeuchten von 6 bis 8% Wasser mit den Hohlglasperlen gemischt und die Mischung auf einem Drehteller oder in einer Rolltrommel unter Nachstellung der Grünfeuchte durch Aufdüsen von Wasser und/oder Dampf granuliert wird, worauf das Granulat durch Trocknung auf einen Wassergehalt von 0,2 bis 4 Gew.-% gebracht wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ammoniumnitratschmelze, die die Hohlglasperlen enthält, auf eine Kühlwalze abge­ kühlt wird, worauf die dabei entstehenden Schülpen schonend gebrochen werden, so daß Granulate von einer Korngröße von 1 bis 3 mm entstehen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniumnitratschmelze auf 20 bis 50°C abgekühlt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kohlenstoffträger in Mengen von 3 bis 9 Gew.-% zugegeben wird.

10. Gesteinssprengstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Zusammensetzung aufweist: 75-94%Ammoniumnitrat, vorzugsweise 87-93%, 0,5-3%Stärke, vorzugsweise 1%, 1-10%Hohlglasperlen, vorzugsweise 1-3%, 0,2-10%Wasser, vorzugsweise 0,4-2%, 4-7%flüssiger Kohlenstoffträger (Spindelöl), vorzugsweise 5,2-6,5%,wobei die Prozentzahlen Gewichtsprozentzahlen sind.