DE3642139A1 - Zusammensetzung und verfahren zur herstellung eines ammoniumnitrat-sprengstoffes - Google Patents
Zusammensetzung und verfahren zur herstellung eines ammoniumnitrat-sprengstoffesInfo
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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.
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.
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.
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%
(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.
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