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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).