MATERIAA
Y WYBUCHOWE
MATERIAA
Y WYBUCHOWE
MATERIAA
Y WYBUCHOWE
EMULSYJNE
Podstawowe składniki
Podstawowe składniki
MWE
MWE
Do podstawowych składników stosowanych
przy wytwarzaniu MWE należą:
1. utleniacze,
2. paliwa,
Ciecze organiczne tworzÄ…ce roztwory z wodÄ…
Paliwa organiczne nie tworzące roztworów z
wodÄ…
Paliwa stałe
3. woda,
4. emulgatory,
5. środki uczulające i modyfikujące.
Utleniacze:
azotany, nadchlorany i chlorany amonu, metali
alkalicznych oraz metali ziem rzadkich,
organiczne pochodne kwasu azotowego
i nadchlorowego,
zawartość substancji utleniających w MWE
zazwyczaj waha siÄ™ w granicach 65-80%.
Paliwa:
1. Ciecze organiczne tworzÄ…ce roztwory z wodÄ…:
alkohol etylowy i metylowy, glikol etylenowy, gliceryna,
formamid oraz inne ciekłe związki zawierające azot
(zawartość do kilku procent),
2. Paliwa organiczne nie tworzące roztworów z
wodÄ…:
toluen, ksyleny, nafta, oleje napędowe, parafinowe,
tłuszczowe, woski, smary, kwasy tłuszczowe oraz ich
pochodne,
nitrozwiÄ…zki alifatyczne i aromatyczne,
zawartość obu typów paliw organicznych wynosi około 5%,
3. Paliwa stałe:
węgiel, siarka, pył aluminiowy, zmielone ziarna zbóż (ich
zawartość w MWE wynosi do 15%).
Woda:
jej zawartość w MWE waha się w granicach 9-16%,
Emulgatory:
w praktyce używa się ich bardzo wiele lecz obecnie
najbardziej popularne sÄ… pochodne sorbitu i sorbitanu,
optymalna zawartość tych substancji w MWE wynosi około
2%.
Åšrodki uczulajÄ…ce (sensybilatory):
wysokoenergetyczne materiały wybuchowe,
stałe niejednorodności,
substancje redukujące gęstość,
zawartość tych substancji w zależności od ich właściwości
fizyko- chemicznych wynosi od kilku do kilkunastu procent.
Substancje modyfikujÄ…ce (modyfikatory):
środki zwiększające lepkość fazy olejowej,
substancje podwyższające rozpuszczalność
utleniaczy w niskich temperaturach,
stabilizatory szklanych środków napowie-
trzajÄ…cych,
katalizatory detonacji,
zawartość tego rodzaju substancji w MWE nie
przekracza kilku procent.
Właściwości fizyko-chemiczne
Właściwości fizyko-chemiczne
i detonacyjne MWE
i detonacyjne MWE
Struktura:
ma postać wielograniastych kropelek pokrytych
cienkÄ… warstwÄ… organicznÄ…,
Zdjęcie skaningowe
struktury matrycy
emulsji
" minimalny wymiar mikroelementu determinowany
jest przez wielkość molekuł emulgatorów
tworzÄ…cych film pokrywajÄ…cy warstwÄ™ utleniaczy.
Krystalizacja:
gdy zmniejsza się rozmiar ziaren, a rośnie ich
powierzchnia właściwa dochodzi do wzrostu
międzyfazowej energii właściwej,
w przypadku MWE jest to szczególnie ważne
gdyż istnieje możliwość krystalizacji azotanu
amonu z przesyconego wodnego roztworu,
Stabilność MWE:
Jest to zdolność MW do zachowania niezmienionych
właściwości fizycznych i chemicznych, a więc także
wybuchowych przez dłuższy czas.
o stabilności MWE decyduje w głównej mierze
wielkość cząstek fazy zdyspergowanej, im są one
mniejsze tym istnieje mniejsza możliwość
krystalizacji nieorganicznych utleniaczy z
roztworu,
przy optymalnej produkcji otrzymuje siÄ™ produkty
których trwałość wynosi ponad 24 miesiące.
Wrażliwość na uderzenie:
Jest to zdolność do rozkładu wybuchowego
spowodowanego przyłożoną siłą.
nie zaobserwowano reakcji wybuchowej
w eksperymentach z emulsjÄ… zawierajÄ…cÄ…
szklane mikrosfery lub granulowane aluminium,
spowodowane jest to faktem rozpadu emulsji,
któremu towarzyszy krystalizacja utleniacza
wspomagana wzrostem ciśnienia, ponieważ
rozpuszczalność azotanu amonu (głównego
składnika większości MWE) w wodzie spada
wraz ze wzrostem ciśnienia.
Prędkość detonacji:
podobnie jak innych MW prędkość detonacji
MWE zależy między innymi od:
gęstości,
średnicy ładunków,
zawartości i rodzaju składników.
jednak szczególny wpływ posiadają dwa
czynniki:
ilość szklanych mikrosfer ( a więc gęstość),
rozmiar ziaren mikrosfer.
Åšrednica krytyczna:
Jest to najmniejsza średnica ładunku MW przy którym
po pobudzeniu go dochodzi do przemiany detonacyjnej
w całej masie MW.
dla określonego zakresu gęstości średnica
krytyczna rośnie wraz ze wzrostem rozmiaru
szklanych mikrosfer, a maleje gdy ich rozmiary
ulegajÄ… zmniejszeniu.
Parametry detonacji MWE w funkcji rozmiaru
i zawartości szklanych mikrosfer
Przeciętna
Åšrednica
średnica Mikrosfery Gęstość MWE Prędkość
krytyczna
mikrosfery [% mas.] [g/cm3] detonacji [m/s]
[mm]
[źm]
5,36 0,909 3890 -
3,87 1,003 4220 10,2
153
2,13 1,100 4210 11,1
1,72 1,210 3750 14,5
8,22 0,904 3840 10,3
6,02 1,002 4170 10,6
111
4,29 1,101 4280 11,0
2,68 1,191 4140 12,7
8,98 0,900 3840 -
6,64 0,998 4150 -
108
4,59 1,103 4370 10,8
3,01 1,202 4120 12,4
9,92 0,895 3780 -
8,29 0,992 4200 -
82
5,87 1,097 4550 -
3,87 1,205 4620 11,0
11,97 0,891 3780 -
9,03 0,999 4240 -
64
6,54 1,112 4590 -
4,32 1,204 4710 10,7
Technologia produkcji
Technologia produkcji
MWE
MWE
Procesy jednostkowe:
1. Przygotowanie zestawów faz utleniaczy i paliw.
2. Utworzenie matrycy emulsji w emulsyfikatorze
(t = 70÷110 0C).
3. Homogenizacja utworzonej matrycy emulsji.
4. Sensybilizacja matrycy emulsji oraz wprowadzenie
dodatków.
5. Homogenizacja uczulonego MWE w ugniatarce
obrotowej.
6. Transport gotowego MWE do leja odbiorczego.
7. Elaboracja w nabojarkach lub transport do
zbiorników połączony z chłodzeniem MW.
Schemat procesu technologicznego produkcji
MWE w postaci nabojowej
Samobieżne systemy
Samobieżne systemy
załadowcze
załadowcze
Samobieżne systemy załadowcze służą do transportu,
produkcji oraz automatycznego załadunku MWE w miejscu
przeznaczenia.
Obecnie stosowane sÄ… dwa systemy:
a) system RP (ang. Re-Pumpable System),
b) system SMS (ang. Site Mixed System)
a)
b)
Systemy załadowcze: a) system RP, b) system SMS
Porównanie zalet
Porównanie zalet
i wad MWE
i wad MWE
Zalety:
" wysoka wodoodporność,
" znacznie większa stabilność od MW ANFO i MW nitroestrowych,
" wysokie parametry detonacyjne i szerokie możliwości ich doboru,
" wysoka gęstość załadowania (do 1,35 g/cm3),
" mała wrażliwość na bodz
ce mechaniczne i cieplne,
" duże bezpieczeństwo produkcji i użytkowaniu,
" możliwość progresywnego załadunku,
" możliwość doboru właściwości reologicznych emulsji,
" długi okres przebywania w otworze strzałowym (do 2 miesięcy),
" możliwość pełnej mechanizacji procesów wytwarzania i
Å‚adowania.
Wady:
" są znacznie droższe od MW ANFO i niewiele droższe od MW
nitroestrowych,
" sole zawarte w emulsji ulegajÄ… rekrystalizacji (starzenie emulsji),
" emulsja jest wrażliwa na działanie sił ścinających,
" pewne problemy może sprawiać dobór właściwości
reologicznych,
" istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia inicjacji w trakcie procesu
wytwarzania, bÄ…dz
przy załadunku (np. wskutek awarii systemu
pompujÄ…cego).
Materiały wybuchowe emulsyjne
Materiały wybuchowe emulsyjne
proszkowe (MWEP)
proszkowe (MWEP)
MWEP sÄ… najnowszÄ… generacjÄ… MW amonowo-saletrzanych,
które łączą w sobie zalety MW ANFO i MWE, a nie posiadają
ich podstawowych wad. MWEP zawierajÄ… matrycÄ™ emulsji w
stanie zamrożonym, która częściowo skrystalizowana
zapewnia im dużą stabilność.
Parametry i właściwości użytkowe są podobne do MWE,
jednak MWEP sÄ… bardziej bezpieczny i Å‚atwiejsze w
użytkowaniu. Spowodowane jest to postacią granulatu lub
proszku w jakich sÄ… one wytwarzane.
Skład MWEP jest podobny do MWE, natomiast metody ich
wytwarzania wymagają większej kontroli nad parametrami
procesu.
Technologia produkcji
Technologia produkcji
MWEP
MWEP
Schemat technologii wytwarzania MWEP
Porównanie zalet
Porównanie zalet
i wad MWEP
i wad MWEP
Zalety:
" zbliżone do MWE parametry detonacyjne (nieznacznie niższe),
" szerokie możliwości modyfikacji parametrów,
" duża stabilność parametrów detonacji w czasie,
" wyższa od MWE wrażliwość na inicjację (lepsze przenoszenie),
" mniejsza wrażliwość na bodz
ce mechaniczne,
" najmniejsza jednostkowa objętość toksycznych produktów gazowych
(o 20 % mniejsza niż dla MWE),
" wysoka stabilność fizyczna układu,
" wygodna, sypka postać MW,
" całkowita wodoodporność,
" brak konieczności stosowania sensybilizatorów,
" wypełnia całkowicie otwór strzałowy (w postaci  luzem ),
" możliwość pełnej mechanizacji robót strzałowych,
" wygodne i bezpieczne użytkowanie (załadunek pneumatyczny).
Wady:
" skomplikowana technologia wytwarzania,
" droższy w wytwarzaniu od MWE,
" duże trudności w otrzymaniu MWEP o pożądanych
właściwościach,
" mniejsza od MWE gęstość ładowania,
" mniejsza koncentracja energii,
" niższe ciepło wybuchu w porównaniu z MW ANFO.
Wykorzystanie przemysłowych MW amonowo saletrzanych
w Stanach Zjednoczonych w okresie ostatniego dziesięciolecia