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La présente invention se rapporte à des granules imper- méables de nitrates inorganiques. Plus particulièrement, l'inven- tion concerne des granules de nitrates inorganiques susceptibles d'être utilisés directement comme charge explosive principale dans des trous de mines de grand diamètre.
A cause du coût beaucoup moins élevé des compositions explosives exemptes d'esters nitriques explosifs et de composés ni- tro et à cause des risques moindres qu'entraînent leur manipulation et leur stockage, les compositins exmplosives comprenant essen- tiellement des nitrates inorganiques et des sensibilisateurs combus, tibles non explosifs sont fort souvent utilisées dans les opérations de tir de minés où l'on fait usage de trous de mines de grand diamè-
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tre (10 à 25 cm).
On perd cependant une grande partie de l'écono- mie réalisée par le moindre coût de ces agents à cause de la solu- bilité dans l'eau des sels de nitrates inorganiques. Comme un grand nombre des trous de mines contiennent des quantités importantes d' eau amenées, soit par infiltration dans le sol soit par' les eaux superficielles provenant de la pluie, les- compositions explosives. de sels de nitrates sont emballées dans des récipients: étanches (gé- néralement métalliques).
Les récipients interviennent pour une part importante dans le coût total de la charge, quoiqu'ils ne contribuent que peu ou pas du tout à l'énergie de celle-ci, En outre., et c'est là une conséquence plus importante, la quantité de charge qui, ain- si emballée peut être introduite dans un trou de mine est forte- ment réduite.
Les parois des trous de mines ont un contour irrégu- lier, un diamètre variable et comportent de nombreuse$ crevasses et fissures.'Le diamètre maximum du récipient qui est introduit dans le trou de mine ne peut dépasser le diamètre minimum du trou de mine Comme .les récipients sont rigides et ne peuvent pas être bourrés pour prendre la forme du contour du trou de mine sans porter attein- te à l'étanchéité, une grande partie du trou n'est pas remplie. La non utilisation de l'entièreté du volume du trou de mine nécessite le forage et le chargement d'un plus grand nombre de trous ou de trous plus grands qu'il ne faudrait normalement pour réaliser l'ef- fet disruptif désire.
Des travaux récents sur l'emploi de matières polymères formant des pellicules synthétiques flexibles comme embal- lage pour ces compositions ont été prometteurs,mais cet emballage est coûteux et il est difficile d'assurer l'étanchéité si l'on mani- pule les charges sans ménagements, en particulier lorsqu'on les en- fonce entre des parois déchiquetées du trou de mine. Si l'on utili- se une pellicule suffisamment épaisse pour qu'elle ne soit ni déchi- rée ni abimée, on perd la majeure partie de la flexibilité et de nou- veau on ne peut utiliser entièrement le trou de mine.
De nombreux travaux ont également été entrepris dans le passé pour revêtir les sels de nitrates inorganiques d'une matière
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imperméable. Parmi différents traitements on a proposé de mélanger, d'arroser par pulvérisation; de baratterde vernir des cristaux et des granules de ces sels avec des dérivés de pétrole, des cires des résines naturelles et synthétiques, des dérivés d'amidon et de cellulose et bien d'autres matières. On n'a pu obtenir tout au plus qu'une faible amélioration de la résistance à. qui n'est pas suffisante pour permettre l'usage des sels directement dans les trous de mine humides.
Cela étant, le but de la présente invention est fournir des sels de nitrates inorganiques sous mie forme -telle qu'ils puis- sent être directement utilises dans le trou. de mine pour tirer la mine. Un autre but de l'invdention est de fournir des sels de nitra- tes inorganiques sous une forme telle soient tout à fait im- perméables à l'eau même après une immersion prolongée.
Les recherches et les essais qui ont mené à la présente invention ont montré que les tentatives antérieures pour rendre im- perméables les sels de ni traites inorganiques ont échoué tout d'a- bord parce que :
1 le rev@tement manquait d'uniformité à un degré tel qu'il ,subsistait des ouvertures qui laissaient entrer 1? eau,
2 la quantité de revêtement utilisé ne suffisait pas pour enrober les granules du sel,
3 des particules enrobées adhéraient les unes aux autres pendant le durcissement du revêtement et par leur séparation ulté- rieure, des solutions de continuité se formaient dans le revêtement,
4 les revêtements se fendillaient par des changement de densité des particules des sels,
particulièrement du nitrate d'am- monium., à la suite de variations de termpérture, et
5 la matière de revêtement n'était pas suffisamment im- perméable à l'eau vu la minceur de la couche autour de la particule de sel.
Suivant la présente invention, on a trouvé que les diffi- cultes rencontrées jusqu'ici peuvent être toutes vaincues et que 1'
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on peut préparer un granule d'une composition de nitrates inorgani- -ques donnant toute satisfaction, en revêtant des sels d'un nitrate inorganique d'une composition de chlorure de polyvinyle plastifiée le sel du nitrate inorganique se présentant sous la forme d'une par ticule symétrique, de préférence une sphère ou un cylindre de lon- gueur à peu près égale à son diamètre, les dimensions de la parti- cule étant telles que l'étendue de sa surface permette un revête- ment d'au moins 3 millièmes de pouce, (0,076 mm) d'épaisseur pour une quantité de matière de revêtement représentant moins de 10% en poids du poids du granule revêtu.
Par "sel d'un nitrate inorganique", on entend ici non seulement les sels d'acide nitrique d'ammonium et d'un métal alca- lin (par exemple le sodium ou le potassium) qui sont de première importance du point de vue explosif parce qu'ils peuvent être faci- lement obtenus à des prix assez peu élevés mais aussi les autres sels de nitrates inorganiques, comme les sels de métaux alcalino- terreux dont certains ont été utilisés dans des explosifs à des fins spéciales. On peut également faire usage de mélanges de nitra- tes inorganiques, un mélange de nitrate d'ammonium et de nitrate de potassium ayant un intérêt particulier.
Par "chlorure de polyvinyle plastifiée on entend ici une matière ayant la formule (H2CCHCl)n,dans laquelle n représen- te la polymérisation, en mélange avec un plastifiant. La présente invention permet donc l'usage de l'un ou l'autre des chlorures de polyviiiyle plastifiés vendus dans le commerce ces compositions se présentant généralement sous la forme de poudre. On obtient de bons. résultats avec tous les plastifiants connus du chlorure de polyvi- nyle, par exemple les esters d'acides gras à poids moléculaire éle- vé comme le phtalate de dioctyle.
' Comme indiqué ci-dessus, la quantité de revêtement utili. sé est telle qu'on obtienne une épaisseur moyenne de revêtement d' au moins 3 millièmes de pouce (0,076 mm) mais nedépassantpas 10% en poids du granule revêtu. Une quantité de revêtement suffisante pour
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obtenir en moyenne 3 millièmes de pouce d'épaisseur sur toute la sur, face de chaque granule représente un minimum avec lequel mie propor., tion importante des granules revêtus a une imperméabilité à Peau satisfaisante. Dans tout procédé de revêtements il y a des irrégula- rités inévitables et pour certains granules le revêtement est infé- rieur à 3 millièmes de pouce.
Si l'épaisseur est de loin inférieure, le granule ne donnera pas satisfaction lors des essais d'immersion.
Lorsque l'épaisseur moyenne est augmentée, la proportion de granules qui ne donnent pas satisfaction lors de ces essais diminue. Aussi, est-il préférable d'utiliser une quantité de revêtement qui donne un revêtement moyen de plus de 3 millièmes de pouce (0,076 mm), par exemple de 7 à 15 millièmes de pouce (0,178 mm à 0,381 mm).
Le désir d'avoir un revêtement épais afin., d'obtenir une grande proportion de granules imperméables est contrebalancé par le fait que, pour que le granule donne de bons résultats comme explo- sif, la quantité de revêtement ne doit pas dépasser de beaucoup la quantité stoechiométrique nécessaire pour brûler l'excès d'oxygène provenant des sels de nitrates. Un équilibre négatif en oxygène est mauvais à cause de la fumée et de la réduction de la force explosi- ve. En outre, une trop grande quantité de matière de revêtement a un effet désensibilisant et peut provoquer le non amorçage des gra- nules, même de grand diamètre et à amorçage par une amorce puissan- te.
Par exemple, il faut environ 87 parties de nitrate d'ammonium pur pour fournir l'oxygène nécessaire pour oxyder complètement en- viron 13 parties de chlorure de polyvinyle pur. La quantité d'oxy- gène nécessaire pour les plastifiants est généralement plus impor- tante. Il est également désirable d'introduire d'autres combustibles (en particulier des combustibles organiques), soit dans le granule soit dans le revêtement pour avoir la sensibilité et la densité voulues. Cela étant, la quantité de chlorure de polyvinyle utilisée pour le revêtement ne doit pas dépasser 10% en poids du granule re- vêtu.
Afin d'obtenir un revêtement de polyvinyle plastifié d'
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une épaisseur moyenne d'environ 3 millièmes de pouce et qui cepen- dant ne dépasse pas la limite de 10% en poids du granule revêtu, il est nécessaire que les dimensions du granule soient telles que la proportion de composition de revêtement convier.ne à l'obtention de l'épaisseur moyenne minimum.
En supposant que le granule non revê- tu ait une surface optimum par rapport à son volume, c'est-à-dire qu'il soit une sphère parfaite, et en supposant en outre que l'on se trouve dans le cas où. l'épaisseur du revêtement est pratique- ment insignifiante par rapport au rayon de la sphère (c'est-à-dire que la surface du revêtement est égale à celle du granule) on peut calculer les dimensions du granule par l'équation :
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où, r représente le rayon du granule, Wp représente le poids du gra- nule, Wc représente le poids de la composition de revêtement, dp représente la densité du granule, dc représente la densité de la matière de revêtement, et t représente l'épaisseur de la matière de revêtement.
On a trouvé qu'il est non seulement nécessaire que le granule ait des dimensions suffisamment grandes pour réaliser un revêtement minimum avec le maximum possible de composition de revê- tement mais encore que les dimensions du granule ont un rapport direct avec l'uniformité du revêtement obtenu par les procédés ha- bituels de revêtement. De petits granules ont tendance à s'agglo- mérer pendant l'opération de revêtement, et une part importante de la composition de revêtement s'accumule dans les espaces libres en- tre les granules. Plus tard, après l'application du revêtement, lors, .que les agglomérats sont brisés par un barattage ultérieur par exem- ple, les points de contact restent non revêtus et l'eau peut péné- trer en ces points.
On a trouvé que les granules qui ont un diamètre infé- rieur à 0,25 pouce (6 mm) ne peuvent pas être revêtus avec autant de succès que les granules ayant 0,25 pouce de diamètre au moins;
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aussi est-il préférable d'utiliser des granules ayant comme dimen- sion minimum 0,25 pouce. En faite les dimensions maximum dépendent de l'usage auquel le granule est destiné plutôt que de limites dé- terminées par le revêtement.. Les compositions de chlorure de poly- vinyle plastifie ont une flexibilité suffisante pour résister aux tensions produites par les changements de densité d'un granule de nitrate d'ammonium, par exemple, pendant la. transition.
Lorsqu'on le chauffe à 32 C,le nitrate d'ammonium. change de forme et de den-. sité d'une façon telle que le granule augmente d'environ 2% en dia-. mètre. Cette augmentation suffit à faire craquer n'importe quel re- vêtement rigide. La flexibilité et la résistance du revêtement sui- vant l'invention ont été éprouvées en plaçant un certain nombre des granules décrits dans l'exemple 1 sur le sol et en les écrasant jusqu'à les aplatir. Lors de l'immersion dans 1-'eau,, un pourcenta- ge à peu près normal est resté satisfaisants
Les granules suivant l'invention peuvent être obtenus par divers procédés de revêtement.
Un de ceux-ci consiste à dissou- dre le chlorure de polyvinyle et un plastifiant, par exemple le phta- late de dioctyle, dans un solvant volatil, par exemple le tétrahy- drofurane, pour former uri liquide pouvant être pulvérisé par pro- jection,à introduire les particules symétriques du sel de nitrate inorganique dans une baratte chauffée,à pulvériser la solution de chlorure de polyvinyle lentement sur les particules barattées, et à continuer le barattage jusqu'à ce que les particules soient unifor- mément revêtues et le solvant évaporé.
Pour compléter la description de l'invention, on se réfé- rera aux exemples suivants. Il est clair que les exemples ne sont donnés que pour illustrer l'invention ,qui n'est pas limitée aux proportions ou aux procédés décrits.
EXEMPLE 1.-
On moule dans une presse de 2 tonnes un granule de ni- trate d'ammonium en grains (moins de 20% ne passant au crible de 35 mailles, 15 à 35% passant au crible de 100 mailles) ayant une
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densité de 1,4 g/cm3, un poids de 0900 g et se présentant sous la forme d'un cylindre de 3/8 pouce de diamètre (9,5 mm) à extrémités hémi-sphériques de telle sorte que l'épaisseur du granule soit éga- lement de 3/8 pouce.
On ajoute à 2610 parties de tétrahydrofurane 300 parties de chlorure de polyvinyle et 90 parties de phtala,te de dioctyle., on agite soigneusement les ingrédients pendant environ 30 minutes et on les traite au reflux pendant 30 minutes.
On revêt les granules (2000 parties en poids) par pulvé- risation de 615 parties de la solution (équivalent à 80 parties en poids de matières solides) pendant qu'ils sont barattés dans un cy- lindre à rotation. La pulvérisation se fait par automisation au moyen d'air et on dirige un courant d'air chaud (29 pieds cube/ minute (0,821 m3/minute)à 52 C) à travers la masse des granules barattés pour éliminer le solvant. Il faut environ 1 heure pour le revêtement et le séchage.
Le revêtement peut être appliqué par pulvérisation continue avec sé.chage continu, pulvérisation intermit tente avec séchage continu, ou pulvérisation intermittente avec sé- chage intermittent.
Le poids des granules tombant les uns sur les autres suf- fit pour égaliser le chlorure de polyvinyle plastifié en un revête- ment mince continu. La tension de vapeur élevée du solvant, ainsi que le courant d'air chaud dirigé à travers la masse des granules, font que le solvant est éliminé très rapidement et il ne se produit aucune adhérence. Le revêtement représente 4% en poids du granule revêtu et a une épaisseur moyenne de 7,5 millièmes de pouce (0,190 mm
Les granules revêtus sont divisés en plusieurs groupes.
On place sous eau un lot de 300 parties (à 20C) dans une bombe à pression à 20 livres/pouce carré (1,405 kg/m2) au manomètre, pendant 24 heures, après quoi on sèche le lot et on le pèse pour déterminer la proportion en poids de matière non dissoute.
On soumet un second lot de 300 g à un stockage à température cycliquement variable (la jours pendant lesquels les granules sont exposésalternativement à le
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température ambiante pendant 12 heures et à 49 C pendant 12 heures) et on le place ensuite sous eau dans une bombe à pression à 20 li- vres/pouce carré au manomètre, pendant 24 heures après quoi on sè- che le lot et on le pèse pour déterminer la proportion en poids de matière non dissoute. Les résultats de ces deux essais sont de 94,75 et de 84,15, respectivement.
EXEMPLE 2. -
On revêt des granules dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 sauf que la proportion en poids du chlorure de polyvi- nyle plastifié est réduite à 3,0%; l'épaisseur moyenne du revêtement est ainsi réduite à 4,5. Les résultats des essais d'imperméabilisé avant et après le stockage à température cycliquement variable sont de 77,8% et 62,2% respectivement.
EXEMPLE 3. -
Dans cet.exemple, on prépare les granules et le revête- ment de la même manière que dans l'exemple 1. On revêt les granules dans une cuve rotative inclinée à 45 et tournant à 25 tours/minute, Les granules, 2000 parties en poids sont revêtus en pulvérisant 1000 parties d'une solution de chlorure de polyvinyle plastifié (équivalent à 130 parties des matières solides) sur les granules tandis qu'ils sont barattés dans la cuve rotative. En même temps que l'on procède à la pulvérisation, on répand 130 parties de ferro.. silicone en poudre sur les granules. On dirige un courant d'air chaud (70 C) dans la cuve pour éliminer le solvants Il faut envi- ron 1 heure pour le revêtement et le séchage.
Le revêtement de chlo- rure de polyvinyle plastifié représente 6% en poids du granule re- vêtu et a, y compris le ferrosilicone, une épaisseur moyenne de 15 millièmes de pouce (0,381 mm). Des essais d'imperméabilité, comme décrit plus haut, donnent les résultats suivants pour ces granules avant et après stockage à température cycliquement variable: 97% et 86,7% respectivement.
EXEMPLE 4. -
Dans cet exemple, on forme les granules de la même fa-
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çon -que dans l'exemple 1, et on prépare la solution à pulvériser sur les granules également comme dans l'exemple 1, sauf que la com- position de revêtement comporte 240 parties de chlorure de polyvi- nyle, 75 parties de phtalate de dioctyle, 60 parties d'un ester d' acide gras modifié atomisé ("Acrawax" C) et 2625 parties de tétra- hydrofurane. On applique le revêtement en utilisant le procédé dé- crit dans l'exemple 3, sauf qu'on n'ajoute pas de ferrosilicone. Le revêtement représente 6% en poids du granule revêtu et a une épais- seur moyenne de 6,5 millièmes de pouce (0,165 mm).
Les essais d'im- perméabilité, décrits plus haut, donnent les résultats suivants pour les granules avant et après stockage à température cycliquement variable: 93,5% et 78,4% respectivement.
EXHALE 5 . -
On prépare des granules revêtus de la même manière que dans l'exemple 4, sauf que la composition de revêtement comprend 240 parties de chlorure de polyvinyle, 75 parties de phtalate de dioctyle, 90 parties d'huile de ricin et 2595 parties de tétrahydro, furane. Le revêtement représente 6,0% en poids du granule revêtu et a une épaisseur moyenne de 7,8 millièmes de pouce (0,198 mm).
Les résultats des essais d'imperméabilité avant et après le stocka, ge à température cycliquement variable sont 98,0% et 80,0% respec- tivement.
EXEMPLE 6.-
Dans cet exemple, on forme des granules pesant chacun 1,100 g avec unedensité de 1,7 gramme/cm3) de nitrate de sodium (moins de 2% de refus au crible de 10 mailles, moins de 14% de re- fus au crible de 20 mailles, 15 à 40% passant au crible de 100 mail... les)de la même manière que dans l'exemple 1. On prépare la solu- tion à pulvériser sur ces granules également comme dans l'exemple 1, sauf que la composition de revêtement comprend 183 parties de chlorure de polyvinyle, 72 parties de phtalate de dioctyle, 2745 parties de tétrahydrofurane. On applique le revêtement de la manié- re décrite dans l'exemple 3.
Le revêtement de chlorure de polyviny-
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le plastifié représente 6% en poids du granule revêtu et a une épaisseur moyenne de 5,0 millièmes de pouce (0,127 mm)? Les résul- tats des essais d'imperpéabilité avant et après le stockage à tem- pérature cycliquement variable, sont de 921% et 97,9% respective- ment.
EXEMPLE 7. -
Dans cet exemple, on chauffe 2400 parties de nitrate de sodium, 300 parties d'amidon de mais et 300 parties de ferrosili- cone dans un mélangeur à 60 C et on y ajoute 300 parties de DNT fondu. On porte la température à 80 C; on ajoute 300 parties de thiosulfate de sodium- et on continue le mélange pendant environ 15 minutes. La composition devient plastique car l'eau de cristallisa- tion libérée par le thiosulfate de sodium, gélatinise l'amidon de mais et dissout les nitrates. Après mélange pendant le temps né- cessaire,la composition est grenée dans le mélangeur sous l'effet d'un refroidissement brusque.
On passe le composition en grains au crible de 10 mail- les et ensuite au crible de 20 mailles pour obtenir une matière uni forme à. écoulement libre qui est amenée., comme dans l'exemple 1 dans une presse à granuler de 2 tonnes. Le granule obtenu a une den, site de 1,9 g/cm3,un poids de 0,600 g et se présente sous la forme d'un corps cylindrique de 3/8 pouce de ciamètre, à extrémités hémi- sphériques de telle sorte que l'épaisseur du granule soit de 5/16 pouce (8 mm).
On forme la solution à pulvériser sur ces granules comme dans l'exemple 1, excepté que la composition de revêtement comprend 240 parties de chlorure de polyvinyle, 75 parties de phtalate de dioctyle, 30 parties d'un ester d'acide gras modifié atomisé ("Acrawax" C), et 2655 parties de tétrahydrofurane. Le revêtement est appliqué de la manière décrite dans 1-'exemple 3, sauf que l'on pulvérise sur 2000 parties de granules, 870 parties de la solution (équivalent à 100 parties de matières solides) et que l'on répand 100 parties de ferrosilicone en poudre. Ce revêtement représente
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5% en poids et a une épaisseur moyenne de 12,5 millièmes de pouce (0,318 mm).
Les essais d'imperméabilité avant et après stockage à température cycliquement variable donnent 100% et 98,9$ respecti- vement.
Les exemples ci-dessus illustrent non seulement l'excel lente imperméabilité des granules suivant la présente invention mais aussi les nombreuses possibilités de variantes pour obtenir des compositions explosives supérieures. Par exemple , l'incorpora- tion de ferrosilicone donne une plus grande densité au granule et augmente la force explosive. L'incorporation de mélanges de nitra- tes inorganiques., avec ou sans combustibles, permet le réglage pré- cis de l'équilibre en oxygène du granule.
REVENDICATIONS.
1.- Granule explosif, insensible,imperméable caractérisé en ce qu'il comprend un noyau symétrique composé d'au moins un ni- trate inorganique, entouré d'un revêtement continu d'une composi- tion de chlorure de polyvinyle plastifié, ce noyau ayant des dimen- sions telles qu'une quantité de matière de revêtement représentant moins de la% en poids du granule suffise pour donner au revêtement une épaisseur moyenne d'au moins 3 millièmes de pouce (0,076 mm).