NO872418L - Eksplosiv forbindelse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en ny eksplosiv forbindelse og eksplosive blandinger og bestanddeler av sprengstoffer inneholdende denne forbindelsen. Mere spesielt gjelder oppfinnelsen en assosiasjonsforbindelse fremstilt ved reaksjon mellom ammoniumnitrat (AN) og glycin. Oppfinnelsen gjelder også fremgangsmåter for fremstilling av forbindelsen og en fremgangsmåte for sensibilisering av ammoniumnitrat og spreng-stof f blandinger inneholdende ammoniumnitrat.

AN er en vanlig brukt bestanddel i mange sprengstoffblandinger. I flytende fase kan det reagere meget raskt, men i blandinger inneholdende fast AN, begrenser de fysiske prosessene med smelting, fordampning og diffusjon reaksjonshastigheten og påvirker detonasjonslettheten uheldig (følsomhet), detonasjonshastighet og kritisk diameter for detonasjon av blandingene. Problemene med fast AN kan i noen grad hindres ved bruk av AN i form av fint krystallinsk materiale eller mikroporøse prills. Fine krystaller er imidlertid vanskelige å fremstille og krystallene har en tendens til å vokse under lagring. Bruken av mikroporøst materiale reduserer densiteten og derfor massestyrken til sprengstoffblandingene.

Foreliggende oppfinnelse har oppstått fra arbeidet som er rettet mot forbedring av de eksplosive egenskapene til AN i fast fase i sprengstoffblandinger.

Det er oppdaget at ammoniumnitrat og glycin sam-krystalli-serer for å danne en krystallinsk assosiasjonsforbindelse som har et smeltepunkt på ca. 135°C og inneholder to mol AN og en mol glycin. Denne forbindelse (heretter av hensiktsmessighets grunner kalt ANGC) har eksplosive egenskaper som er markert bedre enn de til ammoniumnitrat eller blandinger av ammoniumnitrat og ikke-selv-eksplosive brensler, f.eks. AN/brenselolje-blandinger. ANGC er en oksygen-negativ forbindelse og kan derfor med fordel anvendes som en sensibiliserende brenselbestanddel i sprengstoffblandinger i blanding med oksyderende salt som f.eks. ammoniumnitrat

eller ammoniumperklorat.

Foreliggende oppfinnelse består således i en ny eksplosiv forbindelse (ANGC) som er en assosiasjonsforbindelse av to mol AN og en mol glycin. Formelen for den nye forbindelsen er 2NH4N03/NH2CH2COOH og består, uttrykt som prosent av bestand-delene, av 68 vekt% AN og 32 vekt% glycin. Oppfinnelsen gjelder også sprengstoffblandinger inneholdende ANGC.

I et annet aspekt består oppfinnelsen av en fremgangsmåte for fremstilling av ANGC ved samkrystallisering av to mol AN og en mol glycin fra en blanding av AN og glycin. Krystallisasjonen utføres fortrinnsvis fra avkjøling av en smelte eller en mettet løsning inneholdende AN og glycin, selvom forbindelsen kan fremstilles i mindre utbytter ved å blande partikkelformig AN og glycin. Forbindelsen synes å dannes i enhver blanding som inneholder ammoniumnitrat og glycin i hvilket som helst forhold.

ANGC er i seg selv et anvendbart sprengstoff og har fysiske og eksplosive egenskaper som passer for dets bruk som en eksplosiv tennsats eller forsterkerladning. Det er også egnet som en energetisk bestanddel i en sprengnings- eller driv-sprengstoffblanding. på grunn av dets negative oksygenverdi kan det fordelaktig anvendes i sprengningssprengstoffblandinger i blanding med et oksyderende salt. Slike blandinger kan fremstilles ved å blande glycin med mer enn den mengde AN som kreves for kombinasjonen med glycinet som idet ANGC dannes in situ i nærvær av overskudd AN og enhver ytterligere eksplosiv ingrediens. Således kan en oksygenbalansert blanding fremstilles ved å blande 17 vektdeler glycin med 83 vektdeler AN for å gi en blanding som inneholder 63,8 deler ANGC og 36,2 deler AN. Denne blandingen er meget følsommere enn en balansert AN/brensel-oljeblanding og kan detoneres i små diametere med en sprengnings-detonator (dvs. den er fenghette-følsom).

ANGC ifølge oppfinnelsen er også en anvendbar bestanddel, minst delvis som erstatning for AN, i andre sprengningsbland-inger, f.eks. sprengstoffer som inneholder nitroglycerin eller fri nitrotoluen som sensibiliseringsmiddel, vandige oppslemmings-sprengstoffer hvor ANGC er dispergert i en vandig løsning av oksyderende salt og emulsjonssprengstoffblandinger inneholdende en brenselfase og en oksyderende fase.

Sprengstoffblandinger ifølge oppfinnelsen kan, i tillegg til AN og ANGC, omfatte et hvilket som helst oksyderende salt som er i stand til å avgi oksygen i en eksplosiv omgivelse, f.eks. ammoniumperklorat, natriumperklorat, kalsiumperklorat, natrium nitrat, kaliumnitrat, kalsiumnitrat, ureaperklorat, hydrazinnitrat, guanidinnitrat eller guanidinperklorat.

ANGC er spesielt fordelaktig som en ingrediens i emulsjonssprengstoffblanding med lavt vanninnhold (mindre enn 5 vekt%), hvori det kan innblandes i en oksyderende smelte som emulgeres med et flytende brensel. I noen tilfeller kan blandingen fordelaktig sammensettes slik at emulsjonen blir fast ved avkjøling. Faste emulsjoner kan sammensettes slik at de er egnet for anvendelse som tennsatser, massesprengningseksplosiver eller drivmidler og kan varmestøpes eller formes som ønsket etter fastgjøring. De faste emulsjonene er fortrinnsvis smelte-i-brensel-emulsjoner når de sammensettes ved forhøyede tempera-turer, og fortrinnsvis minst en del av de fastgjorte oksyderings-middeldråpene forblir innkapslet i den kontinuerlige brenselfasen i den faste emulsjonen.

Smelte-i-brensel-emulsjoner ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig inneholde en substans som danner en eutektisk smelte når de oppvarmes med AN for å redusere smeltepunktet i smeiten og derfor sammensetningstemperaturen for emulsjonen. Slike substanser omfatter uorganiske, oksyderende salter som f.eks. nitratene av bly, natrium og kalsium og organiske forbindelser som f.eks. urea, metylaminnitrat og heksametylen tetramin.

Brenselfasen i emulsjonssprengstoffene ifølge oppfinnelsen, som generelt utgjør fra 3 til 12 vekt% av emulsjonen, skal være i det vesentlige uløselig i den oksyderende fasen og skal være fluid ved en egnet temperatur for emulgering med den oksyderende fasen. Foretrukne brensler omfatter raffinert (hvit) mineral-olje, dieselolje, parafinolje, benzen, toluen, parafinvoks, bivoks, ullvoks og råpetroleumvoks, dinitrotoluen og trinitrotoluen. Brenselfasen kan også om ønsket omfatte et polymert materiale, f.eks. polyisobuten, polyetylen eller etylen/vinyl-acetat kopolymer eller en polymerforløper.

Emulsjonssprengstoffene ifølge foreliggende oppfinnelse inneholder fordelaktig et emulgeringsmiddel, f.eks. et sorbitan seskvioleat, sorbitan mono-oleat, sorbitan monopalmitat, sorbitan stearat, alkylarylsulfonat eller et fettamin. En diskontinuer-lig, gassformig eller hulromfase, f.eks. hule partikler som f.eks. mikroballonger eller fine gassbobler, kan også innføres i emulsjonen for å øke emulsjonssprengstoffets følsomhet.

Oppfinnelsen illustreres ytterligere ved hjelp av følgende eksempler i hvilke alle deler og prosenter er uttrykt i vekt. Eksempler 5 og 12 er sammenligningseksempler og er ikke eksempler ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

Bekreftelse av dannelse av forbindelsen i AN/ glycin ved smeltepunktbestemmelse

Veiede blandinger av ammoniumnitrat og glycin ble smeltet sammen, fastgjort, malt opp og fylt i standard smeltepunktrør. Ved oppvarming med en hastighet på 2°C/minutt ble den temperatur ved hvilken blandingen var fullstendig smeltet nedtegnet.

Smeltepunktene var:

Resultatene stemmer overens med dannelsen av en forbindelse fra ca. 32% glycin og 68% AN, dvs. 2NH<N03/NH2CH2COOH.

Smeltepunktmønsteret er som ventet i et AB-system med kongruent forbindelse dannelse. (Konferer "Phase Equilibria", A. Reisman, Academic Press, New York 1970, sider 217-28).

Eksempel 2

Bekreftelse av dannelse av forbindelse ved hjelp av røntgenstråle diffraksjon og infra- rødt spektrum.

Blandinger av 30/70 glycin/AN og 40/60 glycin/AN ble smeltet, fastgjort og malt til et pulver. Røntgenstråle pulver-diffraksjon på 30/70-blandingen oppviste ingen diffraksjonslinjer forårsaket av glycin, svake linjer forårsaket av AN og sterke linjer forårsaket av en annen bestanddel. 40/60-Blandingen oppviste svake glycin-linjer, ingen AN-linjer og sterke linjer forårsaket av en annen bestanddel (dvs. den nye forbindelsen).

En 32/68-blanding oppviste ingen AN- eller glycin-linjer, men bare de som var forårsaket av den nye forbindelsen. d-Avstandene (Angstrøm-enheter) for forbindelsen gruppert i rekkefølge for deres visuelt fastslåtte intensitet var. (1) 3,34, 2,70 (2) 5,78, 4,50, 3,99, 3,91 (3) 3,50, 2,49, 4,38 (4) 5,40, 3,22, 3,19, 2,85, 2,37 (5) 5,55, 3,68, 2,93, 2,77, 2,75, 2,62

2,57, 2,28, 2,24, 2,19, 2,09, 2,06

Et infra-rødt spektrum som er bestemt for en forbindelse som er fremstilt ved smelting av en 32/68-blanding av glycin/AN vises i det medfølgende diagram.

Eksempel 3

Bekreftelse av forbindelse dannelse ved differensiell avsøknings-kalorimetri

Smeltede blandinger av glycin og ammoniumnitrat ble fastgjort og malt.

Fase (IV) - (III) og (III) - (II)-overføringer i AN ble fulgt ved differensiell avsøkningkalorimetri (DSC). Etterhvert som glycinet økte avtok størrelsen (endotermisiteten) for overføringen betydelig mer enn det som kunne ventes av en ren fortynningseffekt. Ved 30% glycin hadde faststoff/faststoff-faseoverføringene av AN/glycinblandingen i hovedsak forsvunnet og over 32% glycin var de ikke lenger tydelige, dvs. det var ingen adskilte AN-krystaller i blandingen. Fraværet av hvilke som helst spaltningstopper når blandinger som inneholdt over 32% glycin ble oppvarmet inntil de var smeltet, viste at den nye forbindelsen (ANGC) var stabil fra 20°C eller lavere til dens smeltepunkt.

Et smeltepunktdiagram som beskrevet i eksempel 1 ble bekreftet ved å observere smeltepunktene for blandingene.

Eksempel 4

94 Deler ammoniumnitrat og 6 deler glycin ble blandet sammen og tilsatt til 15 deler vann. Blandingen ble oppvarmet ved omrøring til ca. 60°C, holdt ved denne temperaturen i 30 minutter og så avkjølt til 5°C. Det resulterende produktet, som ble separert fra moderluten ved filtrering, ble tørket. Tre plast-beholdere i form av sylindere med en lengde på 90 mm og en diameter på 45 mm ble fylt med det tørkede produktet. Innholdet i hver av sylinderene ble med hell detonert ved hjelp av en detonator som inneholdt en basisladning på 0,6 g pentaeritritol tetranitrat (PETN).

Eksempel 5

For sammenligningsformål ble den generelle fremgangsmåten fra eksempel 4 gjentatt bortsett fra at det ikke ble brukt noe glycin. Det omkrystalliserte ammoniumnitratet som ble oppnådd på denne måten kunne ikke detoneres under de betingelser som er brukt i eksempel 4, og det ble heller ikke oppnådd detonering når den detonator som ble brukt i eksempel 4 ble erstattet med en kombinasjon av detonatorer bestående av to detonatorer med 0,6 g PETN basisladninger og en detonator med en basisladning på 0,4 g PETN.

Eksempler fra og med 6 til og med 9

Den generelle fremgangsmåten fra eksempel 4 ble gjentatt bortsett fra at mengdene av ammoniumnitrat og glycin som ble brukt, var som angitt i tabell 1. Den minimale mengde PETN som var nødvendig i en detonatorbasisladning for å detonere blandingen er angitt i tabell 1. Detonatorene inneholdt i

hvert tilfelle en primær ladning på 0,16 g blyazid.

Eksempel 10

Den generelle fremgangsmåte fra eksempel 7 ble gjentatt bortsett fra at plastbeholderene i dette eksempel ble erstattet med sylindere av papir som var 250 mm lange og hadde en diameter på 45 mm. Når blandingene ble detonert ved hjelp av en detonator med en basisladning på 0,4 g PETN, ble det oppnådd en detonasjonshastighet på 4350 m/sek.

Eksempel 11

Den generelle fremgangsmåten fra eksempel 10 ble gjentatt, bortsett fra at papirsylinderene var 40 cm lange og hadde en diameter på 2,5 cm. Det ble oppnådd en detonasjonshastighet på 2800 m/sek.

Eksempel 12

For sammenligningsformål ble den generelle fremgangsmåten fra eksempel 10 gjentatt, men sprengstoffblandingen i dette eksemplet ble erstattet med en konvensjonell sprengstoffblanding av ammoniumnitrat og brenselolje fremstilt fra 94 deler knust, "prillet" ammoniumnitrat og 6 deler dieselolje. Forsøk på å detonere blandingen ved hjelp av en detonator med en basisladning på 0,6 g PETN mislyktes.

Eksempel 13

En smelte-i-brensel-emulsjon ble fremstilt ved emulgering av en smeltefase og en oljefase som beskrevet nedenfor under høye skjærkraftbetingelser ved 100°C.

Smeltefase

Emulsjonen fikk lov å kjøle seg ned til 40°C og så ble 30 deler RDX tilsatt til 70 deler av emulsjonen og blandingen fylt i patroner. Etter 10 timer ved omgivelsestemperatur var blandingen helt fast. En 32 mm patron med en blandingsdensitet på 1,67 g/cm<3>detonerte med 6900 m/sek. når den ble initiert med en detonator med en basisladning på 0,8 g PETN i kombinasjon med en 4 g tennsats av pentolit (50/50 PETN/TNT).

Eksempel 14

Et vandig oppslemmingssprengstoff ble fremstilt ved å blande følgende ingredienser ved 50°C og justere pH til 5,7 med eddiksyre.

Natriumnitrit 0,08%

Når den ble fylt i patroner som var 61 cm lange og hadde en diameter på 5 cm med en densitet på 1,08 g/ml, detonerte den når den ble tent med 5 g pentolit (50/50 PETN/TNT), idet detonasjons-hastigheten var 3800 m/sek.

Eksempel 15

Et smelte-i-brensel-emulsjonssprengstoff ble fremstilt ved

å emulgere en smeltefase og en oljefase med følgende sammen-setning ved 100°C.

Smeltefase

Brenselfase

Emulsjonen hadde en kitt-lignende konsistens når den var kald, idet dråpene i emulsjonen var flytende.

100 Deler av emulsjonen ble blandet med 2,5 deler glassmikroballonger (type C15/250) og det ble laget patroner i papprør med 32 mm diameter med en densitet på 1,32 g/cm<3>. Patronene detonerte når de ble initiert med en detonator med en basisladning på 0,2 g PETN.

Eksempel 16

Et basis smelte-i-brensel-emulsjonssprengstoff ble fremstilt ved å emulgere en smeltefase og en oljefase med følgende sammen-setning ved 90° C.

Smeltefase

Brenselfase 73 Deler av basis emulsjonssprengstoffet ble avkjølt til 40°C og blandet jevnt med 20 deler ammonium perklorat, 5 deler finatomisert aluminium og 2 deler glassmikroballonger (type - C15/250) ble tilsatt. Blandingen ble laget til patroner ved støping i papprør med 85 mm diameter. Etter henstand over natten ved 5°C var blandingen blitt fast. Når den ble initiert med en detonator med en basisblanding på 0,8 g PETN og en 28 g pentolitforsterker, detonerte det støpte sprengstoffet.

Eksempel 17

En vann-i-olje-emulsjonssprengstoff ble fremstilt ved å emulgere en vandig fase og en oljefase med følgende sammenset-ning :

Vandig fase

Oljefase

2,5 Deler av glassmikroballonger (type C15/250) ble jevnt blandet inn i emulsjonen og det ble fremstilt patroner av emulsjonen i papprør med 32 mm diameter med en densitet på

1,14 g/cm3 . Når de ble initiert med en detonator med en basisladning på 0,2 g PETN, detonerte patronene.

Eksempel 18

80 Deler fint ammoniumnitrat ble blandet med 10 deler glycin og 5 deler vann for å danne en blanding inneholdende ANGC og AN.

Blandingen ble tørket (med tilfeldig omrøring). 10 Deler finmalt TNT ble tilsatt med blanding og knusing og det resulterende pulver, i hvilket alle partiklene var mindre enn 25 um, ble formet til patroner i papprør med 32 mm diameter med en densitet på 1,35 g/cm<3>.

Når de ble initiert med en detonator med en basisladning på 0,8 g PETN, detonerte patronene.

Claims (11)

1. Assosiasjonsforbindelse av to mol ammoniumnitrat og en mol glycin.

2. Sprengstoffblanding inneholdende den forbindelse som er krevet i krav 1 og et oksyderende salt i tillegg.

3. Blanding ifølge krav 2, karakterisert ved at det tilsatte, oksyderende saltet omfatter ammoniumnitrat, natriumnitrat, kaliumnitrat, kalsiumnitrat, guanidinnitrat, hydrazinnitrat, ammoniumperklorat, natriumperklorat, kalsiumperklorat eller guanidinperklorat.

4. Blanding ifølge krav 3, karakterisert ved at den omfatter 63,8 vektdeler av den forbindelse som er krevet i krav 1 og 36,2 vektdeler ammoniumnitrat.

5. Sprengstoffblanding, karakterisert ved at den omfatter den forbindelse som er krevet i krav 1 og et sensibiliseringsmiddel omfattende nitroglycering eller trinitrotoluen.

6. Vandig oppslemmingssprengstoffblanding, karakterisert ved at den omfatter den forbindelse som er krevet i krav 1 dispergert i en vandig løsning av et oksyderende salt.

7. Emulsjonssprengstoffblanding, karakterisert ved at den omfatter en brenselfase og en oksyderende fase inneholdende den forbindelse som er krevet i krav 1.

8. Emulsjonssprengstoffblanding ifølge krav 7, karakterisert ved at den er fast ved omgivelsestemperatur .

9. Emulsjonssprengstoffblanding ifølge krav 8, karakterisert ved at den er en smelte-i-brensel-emuls jon når den sammensettes ved forhø yet temperatur og inneholder ved avkjøling til omgivelsestemperatur minst en del av den oksyderende forbindelsen i form av faste dråper som er innkapslet i en kontinuerlig brenselfase.

10. Emulsjonssprengstoffblanding ifølge kravene 7-9, karakterisert ved at den oksyderende fasen omfatter en substans som danner en eutektisk smelte når den oppvarmes med AN.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av den forbindelse som er krevet i krav 1, karakterisert ved at to mol ammoniumnitrat og en mol glycin samkrystalliseres fra en blanding av ammoniumnitrat og glycin.