DE3642139A1

DE3642139A1 - Composition and process for producing an ammonium nitrate explosive

Info

Publication number: DE3642139A1
Application number: DE19863642139
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Lotze
Original assignee: MSW Chemie GmbH
Current assignee: MSW Chemie GmbH
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3642139C2; DD266567A5

Abstract

Composition and process for producing a solid, free-flowing rock explosive based on ammonium nitrate, with a low level of toxic constituents in the explosion fumes.

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.They are rock explosives under the name ANC known, which consists essentially of about 91 to 94 wt .-% Ammonium nitrate and 5.7 to 6.3 wt .-% mineral oil as well an inert substance.

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.These explosives have a weakly negative acid material balance, which has the consequence that in the detonation relatively little nitrogen oxide in the explosive vapors arises, but a lot more carbon monoxide. That means, that these plumes of explosives have toxic properties have so that very complex ventilation measures in closed pit rooms are required.

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.Explosives are also known, which consist of a Emulsion of a highly concentrated aqueous solution of ammonium nitrate with mineral oil, where Gelling agents, stabilizers and still sensitizers (Explosives) are added.

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. These emulsion explosives are also made of hollow glass beads for the purpose of increasing and adjustability of the Detonation ability added. The effect is based that when the shock wave arrives the through the hollow glass beads almost formed air pockets be pressed together adiabatically, whereby at the Front boundary in many places high tempe temperatures occur in the mixture, the reaction process initiate and continue.

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.Emulsion explosives develop in contrast to solid ones ANC-type explosives add less toxic substances the detonation. This is due to the fact that the emulsion explosives because of the addition of such Substances that prevent segregation during detonation implement themselves almost completely.

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.The emulsion explosive is already in quarries successfully used. He would be one in mining Possible solutions to the problems addressed. However, its introduction is related to technical work obstacles in the way. The transport of an emulsion blast from above ground to the explosives depot underground cannot be managed by downpipes, for example digits. In addition, the blasting technology is underground the site is fundamentally different from that in the quarry. There are rocks to be blasted off per room unit Site significantly less drill holes underground Diameter and fill with explosives than in the quarry. With these small diameters is the introduction of the pasty mass of an emulsion explosives to the problem in several ways.

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.The invention is therefore based on the object Advantages of the emulsion explosive with the advantages the solid granulated ANC explosives. The invention is concerned with a method for the production of a solid rock explosive, the free-flowing and therefore easy even in boreholes is to be injected with a small diameter, which at Dismissing the shots, however, is less toxic Releases substances into the explosive vapor than conventional ANC explosives.

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.The invention solves the problem in that a mixture of ammonium nitrate or another inorganic oxidizing salt, water and gas conclude e.g. B. in the form of hollow glass beads is that this mixture is granulated, preferably to a grain size of 1 to 3 mm, whereupon the granules is dried, preferably to a water content from 0.2 to 4.0% by weight, whereupon the granules are carbonized fabric carrier, preferably a liquid carbon carrier, e.g. B. spindle oil is added.

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.The essence of the invention Process in that for the purpose of granulation the mixture of ammonium nitrate and water of hollow glass beads ensures that this is with water wetted ammonium nitrate attaches to the hollow glass beads, where the effects are also achieved be the emulsion mixed with hollow glass beads exhibit explosives.

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.The water addition can be up to 10, preferably 6 to 8 wt .-%, and is only required if the ammonium nitrate itself does not contain enough water should. The addition of hollow glass beads is up to 10% by weight. The carbon carrier is used in amounts of 3 to 9% by weight. added.

Darüber hinaus kann der Mischung aus Ammoniumnitrat, Wasser sowie den Hohlglasperlen ein Bindemittel, z. B. Mono- oder Polysaccharide, insbesondere Stärke, zuge geben werden.In addition, the mixture of ammonium nitrate, Water and the hollow glass beads a binder, for. B. Mono- or polysaccharides, especially starch will give.

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. A special granulation process during implementation of the inventive method for producing a such solid explosives is that the humidified ammonium nitrate is heated to 120 to 150 ° C and in the resulting melt-like solution, hollow glass pearls can be introduced in amounts of up to 10% by weight and granulated this hot mixture in a prilling tower , whereupon the granules are cooled, preferably to 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.It is worked in detail so that a water containing ammonium nitrate melt from 120 to 150 ° C continuously nuanced in a sound mixing device is fed. This is done using a rotary valve the hollow glass beads possibly together with other crystal water-containing salts and optionally silica gel feeds. The mixing device is flowed through quickly and dead space-free nozzles or centrifugal distributors for Crushed in drops and then fed into one Prill tower through dehydration and cooling to solidify brought.

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.Another granulation process when performing the inventive method for producing a solid explosive is that the ammonium nitrate melt, which contains the hollow glass beads a cooling roll is cooled, whereupon the ent standing scabs are gently broken, so that Granules with a grain size of 1 to 3 mm are produced. The ammonium nitrate melt through the cooling roller preferably from a temperature of 20 to 50 ° C. cooled so that flakes of the same temperature form by gently breaking it down to a corresponding one Grain size can be brought. The faction of 1 to 3 mm is sieved out. The undersize and that Oversize (after gentle grinding) is returned guided.

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.Another granulation process in the process of the inventive method for producing the solid explosive is that the crystalline Ammonium nitrate with the hollow glass beads and with the bandage medium mixed with 6 to 8 wt .-% water while moistening and the mixture on the turntable or in a roller drum with adjustment of the green moisture granulated by spraying water and / or steam becomes. By drying the green granules, e.g. B. on the fluidized bed, the water content of the granules brought to 0.2 to 4 wt .-%. Doing so have Binder mono- and polysaccharides, e.g. B. in the form of strength, especially proven. An addition of silica gel has proven to be beneficial.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Granulate werden dann mit 5,2 bis 6,5 Gew.-% Spindelöl behandelt, das in die porösen Granulatkörner eindiffundiert.The granules produced by this process are then treated with 5.2 to 6.5 wt .-% spindle oil, the diffused into the porous granules.

Example 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.90 kg of crystalline ammonium nitrate with a water content of 7% with the help of indirect heat exchange melted at 150 ° C. Via a cellular wheel sluice 1.5 kg of hollow glass beads are added and in the Melt suspended. Via a centrifugal distribution the mixture comes in drop form into a prill tower and is cooled there under water evaporation. The granules are sieved, the undersize (less than 1 mm) and any existing oversize (over 3 mm) returned and melted again. The granules the grain size 1 to 3 mm, which is now 2% water contains, is finally sprayed with 6.2% spindle oil.

Example 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. 50 kg dry ammonium nitrate (water content 0.3%) are with returned fine material and ground Oversize and 1 kg of hollow glass beads mixed and under Add 4 kg of water and 0.5 kg of starch as a binder granulated on the turntable at ambient temperature, transferred to a fluidized bed and at 110 ° C a residual water content of 0.5 wt .-% dried.

Blast test examples

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".With the explosives produced according to the invention are based on the "steel tube test" Sprengver search done. See also: Test procedure of Federal Institute for Materials Testing, Berlin - Special print nos. 1 and 2, magazine: "Explosivstoffe", 49th year, (1961). "Safety-related characteristics data of explosive substances ".

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 a room with a 2 × 4 m footprint and a height A steel pipe of 2.50 m is placed on a sand bed set up vertically. This steel tube has one Height (length) of 300 mm, an inner diameter of 25.3 mm and a wall thickness of 4 mm. on the one The tube is welded to the front with a cover, on the other side with cover and screw thread Mistake.

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.In this steel tube, 92 g of each are to be taken looking for explosives at a charging station length housed by 240 mm; the rest of the cavity is filled with clay. The rotating lid contains an opening for the electric moment detonator, the detonated with a detonator.

Aus der Prüfkammer wird nach dem Sprengversuch über einen Schlauch ein definiertes Luftvolumen mit den Sprengschwaden durch Drägerröhrchen gesaugt. The test chamber becomes over after the blasting test a hose with a defined volume of air Blasting fumes sucked through Dräger tubes.

Die Anzeigewerte für die erfindungsgemäßen Sprengstoffe und Vergleichsbeispiele finden sich in der folgenden Tabelle:The display values for the explosives according to the invention and comparative examples can be found in the following Table:

Es wird gezeigt, daß der Sprengstoff gemäß der Erfindung gegenüber dem konventionellen festen Sprengstoff verbesserte CO- und NO_x-Werte in den Sprengschwaden aufweist.It is shown that the explosive according to the invention has improved CO and NO _x values in the explosive vapors compared to the conventional solid explosive.

Die folgende Zusammensetzung hat sich als günstig heraus gestellt: (ein fester, gewerblicher Ammoniumnitratspreng stoff, in rieselfähiger Form):The following composition has turned out to be favorable provided: (a solid, commercial ammonium nitrate blast fabric, in pourable 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%preferred range 75-94% ammonium nitrate 87-93% 0.5-3% starch 0.8-1.2% 1-10% hollow glass beads 1-3% 0.2-10% water 0.4-2% 4-7% liquid carbon carrier
(e.g. spindle oil) 5.2-6.5%

wobei die Prozentzahlen Gewichtsprozentzahlen sind.where the percentages are percentages by weight.

Claims

1. A method for producing a solid explosive based on z. B. ammonium nitrate as an oxygen carrier and a carbon carrier, preferably a liquid carbon carrier, for. B. spindle oil, characterized in that a mixture of ammonium nitrate or another inorganic oxidizing salt, optionally a solid carbon carrier, water and Gasein include z. B. in the form of hollow glass beads, that this mixture is granulated, preferably to a grain size of 1 to 3 mm; whereupon the granulate is dried, preferably to a water content of 0.2 to 4.0% by weight, whereupon the granulate is a liquid carbon carrier, e.g. B. spindle oil is added.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the addition of water to the granulation mass up to 10, is preferably 6 to 8% by weight.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized records that the addition of hollow glass beads for granulation mass is up to 10 wt .-%.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized records that the mixture of ammonium nitrate or another inorganic oxidizing Salt, water as well as hollow glass beads and a bandage medium, e.g. B. mono- or polysaccharides, in particular special starch and / or silica gel added becomes.

5. The method according to claims 1 to 3, characterized records that the humidified ammonium nitrate Heated 120 to 150 ° C, in the resulting melt like solution hollow glass beads in quantities up to 10% be introduced, this hot mixture in one Prill tower granulated and the granules under water withdrawal is cooled, preferably to 20 ° C.

6. The method according to claims 1 to 4, characterized records that the crystalline ammonium nitrate under Add a binder and moisten it from 6 to 8% water mixed with the hollow glass beads and the mixture on a turntable or in a Roll drum with adjustment of the green moisture granulated by spraying water and / or steam is what the granules by drying on a Water content of 0.2 to 4 wt .-% is brought.

7. The method according to claims 1 to 3, characterized records that the ammonium nitrate melt that the Contains hollow glass beads, abge on a chill roll is cooled, whereupon the resulting scales be broken gently so that granules of a grain size of 1 to 3 mm.

8. The method according to claim 7, characterized in that that the ammonium nitrate melt at 20 to 50 ° C. is cooled.

9. The method according to claims 1 to 8, characterized records that the carbon carrier in amounts of 3 to 9 wt .-% is added.

10. rock explosive, characterized in that it has the following composition: 75-94% ammonium nitrate, preferably 87-93%, 0.5-3% starch, preferably 1%, 1-10% hollow glass beads, preferably 1-3%, 0.2-10% water, preferably 0.4-2%, 4-7% liquid carbon carrier (Spindle oil), preferably 5.2-6.5%, the percentages being percentages by weight.