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La présente invention se rapporte à des granules imper- .méables de nitrates inorganiques. Plus particulièrement,l'invention concerne des granules de nitrates inorganiques susceptibles d'être utilisés directement comme charge explosive principale dans des trou de mines de grand diamètre.
A cause du coût beaucoup moins élevé des compositions ex- ,plosives exemptes d'esters nitriques explosifs et de composés nitro et à cause des risques moindres qu'entraînent leur manipulation et leur stockage, les compositions explosives comprenant essentielle- ment des nitrates inorganiques et des sensibilisateurs combustible$ non explosifs sont fort souvent utilisées dans les opérations de
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tir de mines où l'on fait usage de trous de mines de grand diamètre (4 à 10 pouces-10 à 25 cm). On perd cependant une grande partie de l'économie réalisée par le moindre coût de ces agents à cause de la solubilité dans l'eau des sels de nitrates inorganiques.
Comme un grand nombre des trous de mines contiennent des quantités importan- tes d'eau amenées, soit par infiltration dans le sol, soit par les eaux superficielles provenant de la pluie, les compositions explosi- ves de sels de nitrates sont emballées dans des récipients étanches (généralement métalliques). Les récipients interviennent pour une part importante dans le coût total de la charge, quoique ne contri- buant 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 peut être introduite dans un trou de mine est fortement réduite. Les parois des trous de mines ont un contour irrégulier, un diamètre va- riable et comportent de nombreuses crevasses et fissures.
Le diamè- tre maximum du récipient qui est introduit dans le trou de mine ne peut dépasser le diamètre minimum, du trou de mine. Comme les récipient sont rigides et ne peuvent pas être bourrés dans le trou de mine poux prendre la forme de son contour sans porter atteinte 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 charge, ment d'un plus grand nombre de trous ou de trous plus grands qu'il ne le faudrait normalement pour réaliser l'effet disruptif désiré.
Des travaux récents sur l'emploi de matières polymères formant des pellicules synthétiques flexibles comme emballage pour ces composi- tions ont été prometteurs, mais cet emballage est coûteux et il est difficile d'assurer l'étanchéité si l'on manipule les charges sans ménagements, en particulier lorsqu'on les enfonce entre des parois dé chiquetées du trou de mine. Si l'on utilise une pellicule suffisam- ment épaisse pour qu'elle ne soit ni déchirée ni abîmée, on perd la majeure partie de la flexibilité et de nouveau 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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imperméables. Parmi différents traitements, on a proposé de mélanger, d'aroser par pulvérisation, de baratter, de 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 l'eau, qui n'est pas suffisante pour permettre l'usage des sels directement dans les trous de mines humides.
Cela étant, le but de la présente invention est de four- nir des granules de nitrates inorganiques sous une forme telle qu' ils puissent être directement utilisés dans le trou de mine pour ti-- rer la mine. Un autre but de l'invention est de fournir des granules de nitrates inorganiques sous une forme telle qu'ils soient tout à fait imperméables à l'eau, même après une immersion prolongée.
Les recherches et les essais qui ont conduit à la présen- te invention ont montré que les tentatives antérieures pour rendre imperméables les sels de nitrates inorganiques ont échoué tout d' abord parce que :
1. le revêtement manquait d'uniformité à un degré tel qu' il subsistait des ouvertures qui laissaient entre l'eau, @ 2. la quantité de revêtement utilisé ne suffisait pas pour enrober lesgranules du sel,
3. les particules enrobées adhéraient les unes aux autres pendant le durcissement du revêtement et par leur séparation ultérieu re, des solutions de continuité se formaient dans le revêtement,
4.
les revêtements se fendillaient par des changements de densité des particules des sels, particulièrement du nitrate d'ammo- noum, à la suite de variations.de température, et
5. la matière de revêtement n'était pas suffisamment im- perméable à l'eau vu la minceur de la couche entourant la particule de sel:
Suivant la présente invention, on a trouvé que les diffi- cultés rencontrées jusqu'ici peuvent être toutes vaincues et que l'
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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 nitrocellulose plastifiée, le sel du nitrate inorganique se présentant sous la forme d'une particule symétrique, de préférence une sphère ou un cylindre de longueur à peu près égale à son diamètre, les dimensions de la particule étant telles que l'étendue de sa surface permette un revêtement d'au moin
5 millièmes de pouce (0,127 mm) d'épaisseur pour une quantité de ma- tière de revêtement représentant moins de 15% 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 im.., portance du point de vue explosif parce qu'ils peuvent être facile- ment obtenus à des prix assez peu élevés, mais aussi les autres sels de nitrates inorganiques, comme les sels de métaux alcalino-terreux, par exemple, dont certains ont été utilisés dans des explosifs à des fins spéciales. On peut également faire usage de mélanges de nitra- tes inorganiques.
Par "nitrocellulose plastifiée" on entend ici une nitro- cellulose ayant une teneur en azote d'au moins 11,5% en poids, mélanr gée avec un ester d'acide gras à poids moléculaire élevé ou un autre plastifiant. La composition de nitrocellulose est flexible au delà 'des températures rencontrées normalement aux Etats-Unis d'Amérique.
Comme indiqué ci-dessus, la quantité de revêtement utili, sé est telle qu'on obtienne une épaisseur moyenne de revêtement d'au moins 5 millièmes de pouce (0,127 mm) mais ne dépassant pas 15% en poids du granule revêtu. Une quantité de revêtement suffisante pour obtenir en moyenne 5 millièmes-de pouce d'épaisseur sur toute la sur face de chaque granule représente un minimum avec lequel une propor- tion importante des granules revêtus a une imperméabilité à l'eau satisfaisante. Dans tout procédé de revêtement, certaines irrégulari- tés sont inévitables et pour certains granules le revêtement est in-
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férieur à 5 millièmes de pouce.
Si l'épaisseur est de loin inférieu re, le granule ne donnera pas satisfaction lors des essais d'immer- sion. 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 5 millièmes de pouce (0,127 mm). par exemple de 9 à 20 millièmes de pouce (0,229 à 0,508 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 explosif, la quantité de revêtement ne doit pas dépasser de beaucoup la quanti, té stoechiométrique nécessaire pour brûler l'excès d'oxygène prove- nant des sels de nitrates. Un équilibre négatif en oxygène est mau- vais à cause de la fumée et de la réduction de la force explosive.
En outre, une trop grande quantité de matière de revêtement a un ef- fet désensibilisant et peut provoquer le non amorçage des granules, même de grand diamètre et à amorçage par une amorce puissante. Par exemple, il faut environ 85 parties de nitrate d'ammonium, pur pour fournir l'oxygène nécessaire pour oxyder complètement environ 15 par, ties de nitrocellulose plastifiée parce que la quantité d'oxygène né- cessaire pour les plastifiants est beaucoup plus grande que pour la nitrocellulose. 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 nitrocellulose plasti- fiée utilisée pour le revêtement ne doit pas dépasser 15% en poids du granule revêtu.
Afin d'obtenir un revêtement de nitrocellulose plastifiée d'une épaisseur moyenne d'environ 5 millièmes de pouce et qui cepen- dant ne dépasse pas la limite de 15% en poids du granule revêtu, il est nécessaire que les dimensions du granule soient telles que la pro- portion de composition de revêtement convienne à l'obtention de l' épaisseur moyenne minimum.
En supposant que le granule non revêtu @
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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 trou- ve dans le cas où l'épaisseur du revêtement est pratiquement insigni- fiante par rapport au rayon de la sphère (c'est-à-dire que la surfa- ce du revêtement est égale à celle du granule) on peut calculer les dimensions du granule par l' équation :
W d
Wc x dp x 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 ma- tière 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 re- vêtement minimum, avec le maximum possible de composition de revête- ment mais encore que les dimensions du granule ont un rapport direct avec l'uniformité du revêtement obtenu par les procédés habituels de revêtement. De petits granules ont tendance à s'agglomérer pendant L'opération de revêtement, et une part importante de la composition de revêtement s'accumule dans les espaces libres entre les granules.
Plus tard, après l'application du revêtement, lorsque les agglomé- rats sont brisés par un barattage ultérieur par exemple, les points 'de contact restent non revêtus et l'eau peut pénétrer en ces points.
On a trouvé que les granules qui ont un diamètre inférieu à 0,25 pouce (6 mm) ne peuvent pas être revêtus avec autant de suc- cès que les-'-granules ayant 0,25 pouce de diamètre au moins, aussi est-il préférable d'utiliser des granules ayant comme dimension mi- nimum 0,25 pouce. En fait, les dimensions maximum dépendent de l'usa- ge auquel le granule est destiné plutôt que de limites déterminées par le revêtement.
Les compositions de nitrocellulose plastifiée ont une flexibilité suffisante pour résister aux tensions produites par le$ changements de densité d'un granule de nitrate d'ammonium, par exem-
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ple, pendant la transition. Lorsqu'on le dhauffe à 32 C, le nitrate d'ammonium change de forme et de densité d'unè façon telle que le granule augmente d'environ 2% en diamètre. Cette augmentation suffit à faire craquer n'importe quel revêtement rigide. Les exemples mon- trent que le revêtement de nitrocellulose plastifiée ne craque pas.
Les granules suivant l'invention peuvent être obtenus par divers procédés de revêtement. On a trouvé qu'un de ceux-ci consis- te à dissoudre la nitrocellulose et un plastifiant, par exemple le @ phtalate de dibutyle, dans un solvant volatil ou un mélange de sol- vants, par exemple l'alcool éthylique, le toluène, le xylène et la cétone méthyl-isobutylique, pour former un liquide pouvant être pul- vérisé par projection, à introduire les particules symétriques du sel de nitrate inorganique dans une baratte chauffée, à pulvériser la solution de nitrocellulose et du plastifiant lentement sur les pellicules barattées, et à continuer le barattage jusqu'à ce que les particules soient uniformément revêtues et le solvant évaporé.
Pour compléter la description de l'invention, on se ré- férera aux exemples suivants. Il est clair que les exemples ne sont donnés que pour illustrer l'invention qui n'est pas limitée aux pro- portions ou aux procédés décrits.
EXEMPLE I . -
On moule dams une presse de 2 tonnes un granule de nitra- te d'ammonium en grains (moins de 20% de refus au crible de 35 mail- les, 15 à 35% passant au crible de 100 mailles) ayant une densité de 1,4 g/cm3, un poids de 0,900 g et se présentant sous la forme d'un cylindre de 3/8 pouce de diamètre (9,5 mm) à extrémités hémi-sphéri- ques, de telle sorte que l'épaisseur du granule soit également de 3/8 pouce.
On ajoute à 17 parties de nitrocellulose (contenu en azo- te de 12%) 4,3 parties d'huile de ricin et 4,3 parties de phtalate de dibutyle, 7,5 parties d'alcool éthylique, 24 parties de toluène, 13,7 parties de xylène, 12 parties de cétone méthyl-isobutylique, 4,3 parties de n-butanol et 12,9 parties d'acétate de butyle. On
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agite alors les ingrédients soigneusement pendant environ 120 minutes
Le mélange de solvants est choisi pour fournir une capacité de solù- bilisation maximum pour un coût minimum.
On revêt les granules (2000 parties en poids) par pulvéri. sation de 780 parties de la solution (équivalant à 200 parties en poids de matières solides) pendant qu'ils sont barattés dans un tam- bour horizontal. La pulvérisation se fait par atomisation au moyen d'air. 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 con- tinue avec séchage continu, pulvérisation intermittente avec séchage continu, ou pulvérisation intermittente avec séchage intermittent.
Le poids des granules tombant les uns sur les autres suffit pour éga- liser la nitrocellulose plastifiée en un revêtement mince continu.
La volatilité du mélange de solvants ainsi que le courant d'air chauq dirigé directement à travers la masse des granules facilite l'élimi- nation du solvant qui s'effectue très rapidement et il ne se produit aucune adhérence. Le revêtement représente 9% en poids du granule re- vêtu et a une épaisseur moyenne de 10,0 millièmes de pouces (0,254 mm).
. Les granules revêtus sont divisés en plusieurs groupes.
On place sous eau un lot de 300 parties (à 20 C) 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 (10 jours pendant lesquels les granules sont exposées alternativement à la 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 livres) pouce carré au monomètre, pendant 24 heures, après quoi on sèche le lot et on le pèse pour,déterminer la proportion en poids de matière non dissoute.
Les résultats de ces deux essais sont de 97.0% et
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82,4% respectivement.
EXEMPLE II.-
Dans cet exemple, on forme des granules (pesant chacun 1,100 g avec une densité de 1,7 g/cm3) de nitrate de sodium (moins de 2% de refus au crible de 10 mailles, moins de'14% de refus au crible de 20 mailles, 15 à 40% passant au crible de 100 mailles) de la même manière que dans l'exemple 1. On prépare la solution à pul- vériser sur ces granules également comme dans l'exemple 1, sauf que la composition comprend 20,7 parties de nitrocellulose, 5,2 parties de phtalate de dibutyle, 5,1 parties d'huile de ricin, 7,0 parties d'alcool éthylique, 27,6 parties de xylène, 8,6 parties de n-buta- nol, et 24,8 parties d'acétate de butyle. On applique le revêtement de la manière décrite dans l'exemple I sauf qu'on utilise une cuve rotative à la place du tambour.
Le revêtement de nitrocellulose plan tifiée représente 9,6% en poids du granule revêtu et a une épais- seur moyenne de 14,5 millièmes de pouce (0,368 mm). Les résultats des essais d'imperméabilité comme décrits dans l'exemple I avec ou sans stockage à température cycliquement variable, sont de 84,7% et 90,0% respectivement: EXEMPLE III.-
Dans cet exemple, on chauffe 4870 parties de nitrate d'am- monium, 180 parties de farine de seigle, 180 parties'd'amidon de mais et 380 parties d'un combustible à faible densité dans un mélan- 'geur à 70 C et on y ajoute 390 parties de thiosulfate de sodium. On continue le mélange pendant environ 15 minutes.
La composition de- vient plastique car l'eau de cristallisation libérée par le thio- sulfate de sodium, gélatinise l'amidon de mais et dissout les nitra tes. Après mélange pendant le temps nécessaire, la composition est grenée dans le mélangeur sous l'effet d'un refroidissement brusque.
On passe la composition en grains au crible de 10 mailles en suite au crible de 20 mailles pour obtenir une matière uniforme à écoulement libre qui est amenée, comme dans l'exemple I, dans une presse à granuler de 2 tonnes. Le granule obtenu a une densité de
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de 1,12 g/cm3 un poids de 0,350 g et se présente sous la forme d' un corps cylindrique de 3/8 pouce de diamètre, 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 I et cette solution a la même composition que dans l'exemple II. Le revêtement est appliqué de la manière décrite dans l'exemple II. Ce revêtement représente 6,5% en poids et a une épais- seur moyenne de 9,0 millièmes de pouce (0,229 mm). Les résultats des essais d'imperméabilité, comme décrits dans l'exemple I, avec ou sans stockage à température cycliquement variable sont de 865 et 97% respectivement.
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 com- positions explosives supérieures. L'incorporation de mélanges de ni- trates inorganiques, avec ou sans combustibles, permet le réglage précis de l'équilibre en oxygène du granule.
REVENDICATIONS.
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1.- Granule explosif, insensible, imperméable, caractéri- sé en ce qu'il comprend un noyau symétrique composé d'au moins un nitrate inorganique, entouré d'un revêtement continu d'une composi- tion de nitrocellulose plastifiée, le poids de.ce revêtement repré- sentant moins de 15% du poids du granule et son épaisseur moyenne é- tant d'au moins 5 millièmes de pouce (0,127 mm).
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The present invention relates to impermeable granules of inorganic nitrates. More particularly, the invention relates to granules of inorganic nitrates capable of being used directly as the main explosive charge in boreholes of large diameter.
Because of the much lower cost of explosive compositions free from explosive nitric esters and nitro compounds and because of the reduced risks involved in their handling and storage, the explosive compositions mainly comprising inorganic nitrates and nitrates. Non-explosive combustible $ sensitizers are widely used in
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blasting using large diameter blastholes (4 to 10 inches-10 to 25 cm). However, much of the savings made by the lower cost of these agents are lost because of the water solubility of the inorganic nitrate salts.
As many of the blastholes contain large quantities of water brought in either by infiltration into the soil or by surface water from the rain, the explosive compositions of nitrate salts are packed in containers. waterproof (usually metallic). The receptacles represent a significant part of the total cost of the load, although they contribute little or not at all to the energy thereof. In addition, and this is a more important consequence, the amount of charge which can be introduced into a borehole is greatly reduced. The walls of the blastholes are irregular in outline, variable in diameter, and have numerous crevices and cracks.
The maximum diameter of the container which is introduced into the blast hole cannot exceed the minimum diameter of the blast hole. As the receptacles are rigid and cannot be stuffed into the blasthole lice take the shape of its outline without impairing the seal, a large part of the hole is not filled. Failure to use the entire blasthole volume necessitates drilling and loading more holes or larger holes than would normally be required to achieve the desired disruptive effect.
Recent work on the use of polymeric materials forming flexible synthetic films as packaging for these compositions has shown promise, but such packaging is expensive and it is difficult to provide a seal if the loads are handled roughly. , especially when driven between jagged walls of the blast hole. If one uses a film thick enough so that it will not be torn or damaged, most of the flexibility is lost and again the blast hole cannot be fully utilized.
Much work has also been done in the past to coat the salts of inorganic nitrates with a material.
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waterproof. Among different treatments, it has been proposed to mix, sprinkle by spraying, to churn, to varnish crystals and granules of these salts with petroleum derivatives, waxes, natural and synthetic resins, starch derivatives and cellulose and many other materials. At most, only a small improvement in water resistance could be obtained, which is not sufficient to allow the use of salts directly in wet blastholes.
However, the object of the present invention is to provide granules of inorganic nitrates in such a form that they can be directly used in the blasthole to draw the blast. Another object of the invention is to provide granules of inorganic nitrates in a form such that they are completely impermeable to water, even after prolonged immersion.
The research and trials which led to the present invention have shown that previous attempts to make inorganic nitrate salts impermeable primarily because:
1. the coating lacked uniformity to such an extent that there were openings which let water in, @ 2. the amount of coating used was not sufficient to coat the granules with the salt,
3. the coated particles adhered to each other during the curing of the coating and by their subsequent separation, solutions of continuity were formed in the coating,
4.
the coatings cracked due to changes in particle density of the salts, especially ammonium nitrate, as a result of temperature changes, and
5. the coating material was not sufficiently impermeable to water due to the thinness of the layer surrounding the salt particle:
According to the present invention, it has been found that the difficulties encountered heretofore can all be overcome and that the
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a granule of a satisfactory inorganic nitrate composition can be prepared by coating salts of an inorganic nitrate with a plasticized nitrocellulose composition, the salt of the inorganic nitrate being in the form of a symmetrical particle , preferably a sphere or a cylinder of length approximately equal to its diameter, the dimensions of the particle being such that the extent of its surface allows a coating of at least
5 thousandths of an inch (0.127 mm) thick for an amount of coating material of less than 15% by weight of the weight of the coated granule.
By "salt of an inorganic nitrate" is meant here not only the salts of ammonium nitric acid and of an alkaline metal (for example sodium or potassium) which are of primary importance. explosively because they can be easily obtained at relatively low prices, but also other salts of inorganic nitrates, such as the salts of alkaline earth metals, for example, some of which have been used in explosives for special purposes. Mixtures of inorganic nitrates can also be used.
By "plasticized nitrocellulose" is meant herein a nitrocellulose having a nitrogen content of at least 11.5% by weight, mixed with a high molecular weight fatty acid ester or other plasticizer. The nitrocellulose composition is flexible beyond temperatures normally encountered in the United States of America.
As indicated above, the amount of coating used is such that an average coating thickness of at least 5 thousandths of an inch (0.127 mm) but not exceeding 15% by weight of the coated granule is obtained. An amount of coating sufficient to provide an average of 5 thousandths of an inch in thickness over the entire surface of each granule is a minimum with which a substantial proportion of the coated granules has satisfactory water impermeability. In any coating process, certain irregularities are inevitable and for some granules the coating is undesirable.
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less than 5 thousandths of an inch.
If the thickness is much less, the granule will not give satisfaction during the immersion tests. When the average thickness is increased, the proportion of granules which do not give satisfaction during these tests decreases.
Also, it is preferable to use an amount of coating which gives an average coating of more than 5 thousandths of an inch (0.127 mm). for example 9 to 20 thousandths of an inch (0.229 to 0.508 mm).
The desire to have a thick coating, in order to obtain a large proportion of impermeable granules is counterbalanced by the fact that in order for the granule to give good results as an explosive, the amount of coating should not greatly exceed the amount. The stoichiometric pressure required to burn off excess oxygen from the nitrate salts. A negative oxygen balance is poor due to the smoke and the reduction in explosive force.
In addition, too much coating material has a desensitizing effect and may cause granules to not prime, even of a large diameter and primed by a strong primer. For example, it takes about 85 parts of pure ammonium nitrate to provide the oxygen needed to completely oxidize about 15 parts of plasticized nitrocellulose because the amount of oxygen needed for plasticizers is much greater than. for nitrocellulose. It is also desirable to introduce other fuels (especially organic fuels) either into the pellet or into the coating to have the desired sensitivity and density.
However, the amount of plasticized nitrocellulose used for the coating should not exceed 15% by weight of the coated granule.
In order to obtain a coating of plasticized nitrocellulose having an average thickness of about 5 thousandths of an inch and which, however, does not exceed the limit of 15% by weight of the coated granule, it is necessary that the dimensions of the granule be such. that the proportion of coating composition is suitable for achieving the minimum average thickness.
Assuming the uncoated pellet @
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has an optimum surface with respect to its volume, that is to say that it is a perfect sphere, and supposing further that one is in the case where the thickness of the coating is practically insignificant - fiante with respect to the radius of the sphere (that is to say that the surface of the coating is equal to that of the granule) one can calculate the dimensions of the granule by the equation:
W d
Wc x dp x where r represents the radius of the granule, Wp represents the weight of the granule, Wc represents the weight of the coating composition, dp represents the density of the granule, dc represents the density of the coating material, and t represents the thickness of the coating material.
It has been found that it is not only necessary for the granule to have dimensions large enough to achieve minimum coating, with the maximum possible coating composition, but also for the dimensions of the granule to be directly related to the coating composition. uniformity of the coating obtained by the usual coating methods. Small granules tend to clump together during the coating operation, and a significant portion of the coating composition accumulates in the clearances between the granules.
Later after application of the coating, when the agglomerates are broken up by subsequent churning, for example, the contact points remain uncoated and water can penetrate at these points.
It has been found that granules which are less than 0.25 inch (6 mm) in diameter cannot be coated as successfully as granules having 0.25 inch or more in diameter, so is- it is preferable to use granules having a minimum dimension of 0.25 inch. In fact, the maximum dimensions depend on the use for which the granule is intended rather than on limits determined by the coating.
The plasticized nitrocellulose compositions have sufficient flexibility to withstand the stresses produced by changes in density of an ammonium nitrate granule, e.g.
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ple, during the transition. When heated to 32 ° C, the ammonium nitrate changes shape and density so that the granule increases by about 2% in diameter. This increase is enough to crack any hard coating. The examples show that the plasticized nitrocellulose coating does not crack.
The granules according to the invention can be obtained by various coating methods. It has been found that one of these consists of dissolving nitrocellulose and a plasticizer, eg dibutyl phthalate, in a volatile solvent or a mixture of solvents, eg ethyl alcohol, toluene. , xylene and methyl isobutyl ketone, to form a sprayable liquid, introducing the symmetrical particles of the inorganic nitrate salt into a heated churn, spraying the nitrocellulose solution and plasticizer slowly onto the films churned, and continue churning until the particles are evenly coated and the solvent has evaporated.
To complete the description of the invention, reference is made to the following examples. It is clear that the examples are given only to illustrate the invention which is not limited to the proportions or to the methods described.
EXAMPLE I. -
A granule of ammonium nitrate granules (less than 20% residue through 35 mesh sieve, 15 to 35% passing through 100 mesh sieve) having a density of 1 is molded in a 2 ton press. , 4 g / cm3, weighing 0.900 g and being in the form of a cylinder 3/8 inch in diameter (9.5 mm) with hemi-spherical ends, so that the thickness of the granule is also 3/8 inch.
To 17 parts of nitrocellulose (12% nitrogen content) are added 4.3 parts of castor oil and 4.3 parts of dibutyl phthalate, 7.5 parts of ethyl alcohol, 24 parts of toluene, 13.7 parts of xylene, 12 parts of methyl-isobutyl ketone, 4.3 parts of n-butanol and 12.9 parts of butyl acetate. We
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then stir the ingredients thoroughly for about 120 minutes
The mixture of solvents is chosen to provide maximum solubilization capacity at minimum cost.
The granules (2000 parts by weight) are coated by spraying. sation of 780 parts of the solution (equivalent to 200 parts by weight of solids) while they are churned in a horizontal drum. Spraying is done by atomization using air. A stream of hot air (29 cubic feet / minute (0.821 m3 minute) at 52 C) is directed through the mass of the churned granules to remove the solvent. It takes about 1 hour for coating and drying. The coating can be applied by continuous spraying with continuous drying, intermittent spraying with continuous drying, or intermittent spraying with intermittent drying.
The weight of the granules falling on top of each other is sufficient to level the plasticized nitrocellulose into a continuous thin coating.
The volatility of the mixture of solvents as well as the flow of hot air directed directly through the mass of the granules facilitates the removal of the solvent which takes place very quickly and no adhesion occurs. The coating represents 9% by weight of the coated granule and has an average thickness of 10.0 thousandths of an inch (0.254 mm).
. The coated granules are divided into several groups.
A batch of 300 parts (at 20 ° C) is placed under water in a pressure canister at 20 pounds / square inch (1.405 kg / m2) with a manometer, for 24 hours, after which the batch is dried and weighed to determine the proportion by weight of undissolved material. A second batch of 300 g is subjected to storage at cyclically variable temperature (10 days during which the granules are exposed alternately at room temperature for 12 hours and at 49 ° C. for 12 hours). and then placed under water in a pressure canister at 20 psi for 24 hours, after which the batch was dried and weighed to determine the proportion by weight of undissolved material.
The results of these two tests are 97.0% and
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82.4% respectively.
EXAMPLE II.-
In this example, granules (each weighing 1.100 g with a density of 1.7 g / cm3) of sodium nitrate are formed (less than 2% residue on the 10 mesh screen, less than 14% residue on the screen. 20 mesh, 15 to 40% passing through a 100 mesh screen) in the same manner as in Example 1. The spray solution is prepared on these granules also as in Example 1, except that the composition comprises 20.7 parts of nitrocellulose, 5.2 parts of dibutyl phthalate, 5.1 parts of castor oil, 7.0 parts of ethyl alcohol, 27.6 parts of xylene, 8.6 parts of n-buta - nol, and 24.8 parts of butyl acetate. The coating was applied as described in Example I except that a rotating tub was used in place of the drum.
The planed nitrocellulose coating represents 9.6% by weight of the coated granule and has an average thickness of 14.5 mils (0.368 mm). The results of the impermeability tests as described in Example I with or without storage at cyclically variable temperature are 84.7% and 90.0% respectively: EXAMPLE III.-
In this example, 4870 parts of ammonium nitrate, 180 parts of rye flour, 180 parts of corn starch and 380 parts of low density fuel are heated in a mixer at 70 ° C. and 390 parts of sodium thiosulfate are added thereto. Mixing is continued for about 15 minutes.
The composition becomes plastic because the water of crystallization liberated by the sodium thiosulfate gelatinizes the corn starch and dissolves the nitrates. After mixing for the necessary time, the composition is grained in the mixer under the effect of sudden cooling.
The grain composition was passed through a 10 mesh sieve followed by a 20 mesh sieve to obtain a uniform free flowing material which was fed, as in Example I, to a 2 ton pellet press. The granule obtained has a density of
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of 1.12 g / cm3 a weight of 0.350 g and is in the form of a cylindrical body 3/8 inch in diameter, with hemispherical ends, so that the thickness of the granule is
5/16 inch (8 mm).
The spray solution is formed on these granules as in Example I and this solution has the same composition as in Example II. The coating is applied as described in Example II. This coating is 6.5% by weight and has an average thickness of 9.0 thousandths of an inch (0.229 mm). The results of the impermeability tests, as described in Example I, with or without storage at cyclically variable temperature are 865 and 97% respectively.
The above examples illustrate not only the excellent impermeability of the granules according to the present invention but also the numerous possibilities of variations to obtain superior explosive compositions. The incorporation of mixtures of inorganic nitrates, with or without fuels, allows the precise adjustment of the oxygen balance of the granule.
CLAIMS.
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1.- Explosive, insensitive, impermeable granule, charac- terized in that it comprises a symmetrical core composed of at least one inorganic nitrate, surrounded by a continuous coating of a plasticized nitrocellulose composition, the weight of This coating being less than 15% by weight of the granule and its average thickness being at least 5 thousandths of an inch (0.127 mm).