Смесевые взрывчатые вещества

В ряду смесевых ВВ наиболее распространенными и нашед­шими широкое практическое применение в боеприпасах и в ка­честве промышленных ВВ (ПВВ) являются так называемые ам-миачно-селитренные взрывчатые вещества (АСВВ).

Окислителем в АСВВ служит аммиачная селитра, АС (NH4NO3). В качестве горючих используются или взрывчатые вещества (тротил, динитропроизводные бензола, толуола, наф­талина и т.п.), или невзрывчатые компоненты (органические мелкодисперсные порошки, органические вязкие соединения -смолы, битумы, мазут и т.п.).

Смеси АС со взрывчатыми веществами носят название аммо­ниты. Если в качестве ВВ используется тротил (тол), то смесь именуется как аммотол. АС в смеси с динитронафталином назы­вается шнейдерит. с динитро бензол ом - беллит и т.п. При введе­нии в состав аммонитов алюминиевого порошка смесь называет­ся аммонал.

Взрывчатые смеси, приготовленные из АС и невзрывчатого горючего, называются динаммонами. Первым представителем ВВ типа динаммонов (правда, с использованием калиевой, а не аммиачной селитры) был дымный порох, который в течение не­скольких веков служил человеку как единственный взрывчатый материал и метательного, и бризантного действия. Даже после появления таких мощных ВВ_? как динамиты (ВВ на основе НГ), ДП еще длительное время использовался в горнодобывающей промышленности как «мягкое» ВВ, не производящее сильного дробления руды.

Количество АС обычно составляет 40-60% в смесях с ВВ и 70-90% с невзрывчатыми компонентами.

Добавление АС к таким ВВ, как тротил, нитропроизводные других ароматических соединений, которые имеют большой не­достаток собственного кислорода для полного окисления углерода и водорода молекулы (низкий кислородный баланс), с од­ной стороны, приводит к значительному повышению фугасного действия, с другой стороны, применение АС является также и экономически выгодным, поскольку ее стоимость значительно ниже стоимости индивидуальных ВВ. Поэтому в военный пери­од, когда оба указанных фактора имеют большое значение, при­менение АСВВ приобретает широкие масштабы.

В табл. 7.1 приведены свойства некоторых АСВВ в сравне­нии с тротилом и ДП.

Применение АСВВ для промышленных целей представляется более рациональным по сравнению с индивидуальными ВВ по той причине, что они обладают меньшей стоимостью и меньшей бризантностыо (не вызывают сильного дробления породы), а также имеют более высокую фугаеность, обеспечивающую вы­полнение больших объемов работы по перемещению, выемке грунта, отколу породы. В связи с этим ЛСВВ являются основ­ным видом взрывчатых веществ, используемых в горнодобы­вающей промышленности, при строительстве и других видах гражданских работ.

Технологический процесс производства ВВ - механических смесей складывается из следующих основных операций: подго­товки компонентов; смешивания компонентов; уплотнения сме­си; обработки с целью придания эксплуатационных или техно­логических свойств, необходимых для снаряжения изделий.

Учитывая, что в смесевых ВМ эффективность, полнота взаи­модействия компонентов при взрывчатом превращении зависят от размера частиц (чем мельче частицы, тем полнее их взаимо­действие) и тщательного перемешивания окислителя и горюче­го, стадии подготовки компонентов и смешивания являются наиболее ответственными в технологической цепочке.

На примере производства дымного пороха рассмотрим ос­новные этапы фабрикации ВВ - механической смеси, состоящей из твердых компонентов.

Подготовка компонентов дымного пороха заключается в их измельчении в шаровой мельнице бронзовыми шарами и после­дующем просеивании с отбором нужных фракций по дисперсно­сти. Далее подготовленные компоненты, взятые в необходимых пропорциях, помещаются в смеситель в виде деревянной бочки с деревянными шарами. Бочка приводится во вращательное дви­жение, и компоненты тщательно перемешиваются.

Полученная пороховая масса подвергается уплотнению на гидравлических прессах или бегунах, после обработки на кото­рых ДП представляет собой плотные шашки или куски, которые

измельчаются до определенных размеров и подаются на зерне­ние,

Зернение проводят пропусканием уплотненной пороховой массы через валки с рифленой поверхностью. Затем во вращаю­щихся деревянных бочках с гладкой внутренней поверхностью полируют зерна. Происходит сглаживание острых ребер и углов. Получаются обкатанные гладкие частицы, которые далее сорти­руются путем просеивания через сита с ячейками определенных размеров.

 

 

Производство АСВВ, со­стоящих из твердых горючего и окислителя, в принципе не отли­чается от рассмотренного выше производства дымного пороха. Здесь так же проводится тща-тельная подготовка компонен­тов. Причем измельчение осу­ществляется на различных уста­новках (дезинтеграторах, мель­ницах разнообразных конструк­ций). Смешивание производится в шаровых мельницах, объемных смесителях типа «пьяная бочка» или бегунах.

Смеситель «пьяная бочка» (рис. 7.1 а) представляет собой вращаю­щуюся цилиндрическую емкость, ось которой наклонена к оси вра­щения. Бегуны (рис. 7.1 б) состоят из чаши и двух или трех жерновов, совершающих сложные движения о шоситеяьно дна чаши, размельчая материал раздавливанием и ис­тиранием.

После смешивания масса просеивается и подвергается или упаковке в порошкообразном состоянии, или патронируется, или прессуется в шашки.

Производство аммотолов, используемых для снаряжения бо­еприпасов, имеет определенные особенности. Аммотолы с со­держанием 40-60% тротила получают смешиванием расплав­ленного тротила с нагретой порошкообразной АС. Получается суспензия АС в расплавленном тротиле, которая используется для снаряжения изделия методом заливки.

Для аммотолов с содержанием тротила менее 40% смешива­ние также проводят в расплаве тротила, но полученная масса не обладает текучестью и используется после охлаждения для сна­ряжения методом прессования или шнекования.

Порошкообразные АСВВ в области промышленного приме­нения в последней четверти XX в. в значительной степени усту­пили свои позиции новым видам ВВ. Одной из причин, побу­дившей создание новых ПВВ, явилась необходимость проведе­ния взрывных работ в обводненных шпурах и скважинах.

Первыми водоустойчивыми ПВВ были гранулированные тротил (гранулотол) и сплав тротила с 15% порошкообразного алюминия (алюмотол). Позднее появились смесевые составы, представляющие гранулированную АС, покрытую пленкой тро­тила (граммониты), и эмульсию капелек водного раствора АС в плаве тротила (гранитолы).

Более дешевыми, без применения тротила, промышленными ВВ типа динаммонов явились водоустойчивые составы, полу­чаемые нанесением плава нефтепродукта на гранулы АС (грану-литы АС~4. АС—8) или смачиванием гранул АС дизельным топ­ливом. Получается сыпучее, не пылящее ПВВ с взрывчатыми свойствами, превышающими свойства аммонитов (по длитель­ности воздействия ударной волны на пласт). Они получили на­звание «игданиты» или АС-ДТ.

Новым-классом являются водрнаполненные ПВВ, представ­ляющие загущенные растворы АС в смеси с тротилом или иными

горючими (акватолы, акваниты).

И, наконец, промышленными взрывчатыми веществами, со­вершившими своеобразную революцию в производстве и при­менении стали так называемые ПВВ эмульсионного типа (порэ-миты, гранэмиты, эмульсии типа «вода в масле»), приготовляе­мые непосредственно или вблизи мест их применения на специ­альных установках, смонтированных на автомашинах.

В США на местах применения производится 80% всех ПВВ, в том числе около 90% без тротилового содержания. Тенденция увеличения производства эмульсионных ПВВ четко прослежи­вается и в нашей промышленности. Так, если в 1991 г. их объем составлял 15%, 2002 г. - 58%, то в 2010 г. планируется довести производство эмульсионных ПВВ до 80% от общего потребле­ния. В отличие от технологии производства порошкообразных и гранулированных АСВВ, в основе которой лежат физико-химические процессы (измельчение, сушка, смешивание компо­нентов, укупорка), производство водоэмульсионных ВВ, со­стоящих из высококонцентрированного водного раствора АС и жидкого нефтепродукта (дизельного топлива, мазута и т.п.), ба­зируется на гидромеханических процессах. Раствор АС, нагре­тый до 60-90°С, диспергируется в нефтепродукте за счет интен­сивного перемешивания. В образовавшуюся смесь добавляется эмульгатор, и масса приобретает свойства устойчивой эмульсии, в которой каждая капля (глобула) раствора АС покрыта тонкой пленкой нефтепродукта. Водоэмульсионные ПВВ обычно со­держат 94-95% дисперсной фазы (раствора АС в воде) и 5-6%

дисперсионной среды (горючее и эмульгатор).

 

Пиротехнические составы

Пиротехнические составы (ПС) представляют или механиче­скую смесь твердых компонентов, или механическую смесь твердых компонентов с пластичным связующим (цементатором).

Кроме того, в пиросоставы вводятся добавки различного назна­чения (для усиления яркости или окрашивания пламени, стаби­лизации или замедления горения, флегматизации состава и т.д.). В качестве окислителей находят применение соединения, со­держащие активный кислород, т. е. тот кислород, который оста­ется в свободном состоянии после окисления горючих элемен­тов собственной молекулы. Например, молекула перхлората ам­мония, разлагающаяся по уравнению

имеет 2,5 атома активного кислорода, которые могут быть использо­ваны для окисления атомов молекулы горючего компонента. Наиболее часто как окислители находят применение:

1) неорганические соли:

· нитраты [NaNO3, KNO3, NH4NO3, Ba(NO3)2, Sr(NO3)3]

· хлораты [КСlO3, Ва(С1О3)2]

· перхлораты [KClO4, NH4ClO4]

 

2) пероксид бария [ВаO2]

3) оксиды металлов [Fe3O4, Fe2O3, MnO2, Pb3O4]
Горючее для ПС подбирается сообразно назначению пиросостава в соответствии с теми рабочими задачами, которые дол­жен решать ПС.

Для зажигательных составов требуется высокая температура горения и горючее подбирается исходя из этого требования. Дымовые составы, наоборот, при горении не должны развивать высокие температуры, и горючее соответственно должно удов­летворять этому требованию.

В качестве горючих компонентов в пиротехнических соста­вах применяются:

1) неорганические вещества:

· металлы (А1, Мg, Zn, Тi, Fе);

· сплавы металлов (А1+ Мg, Мg+Si, А1+Si);

· неметаллы (С, Р, S);

· соединения серы (Р2S3, Sb2S3, FeS2);
2) органические вещества:

· различные углеводороды (нафталин, антрацен, мазут, фрак­ции нефти и т.п.);

· высокомолекулярные соединения (полиэтилен, каучуки, битумы, смолы);

· вещества других классов (уротропин, высокомолекулярные органические кислоты и т.п.).

Роль цементаторов в пиросоставах сводится к связыванию и скреплению всех компонентов, приданию пластичности и меха­нической прочности, а в ряде случаев цементаторы играют и роль компонентов, оказывающих влияние на закономерности горения состава. Функции цементаторов выполяют: искусствен­ные смолы (идитол, бакелит) и природные смолы (шеллак, ка­нифоль, резинаты), высыхающие масла (олифа), клей (декстрин и др.).

ПС характеризуются широким спектром выполняемых задач: кратковременное и длительное освещение местности в ночное время; обеспечение дымовой маскировки, ночной и дневной сигнализации, указание траектории полета пули и снаряда трас­серами, зажигание. Перечисленные области далеко не исчерпы­вают всю широту применения ПС. Очень важные задачи выпол­няют различные составы в сложных космических устройствах, боевых ракетах, самолетах и т.д.

Многообразие задач определяет и многообразие рецептур ПС. Для иллюстрации в табл.7.2 приведены рецептуры некото­рых пиротехнических составов.

Пиротехнические составы при рассмотрении классификации были отнесены к ВМ. Однако следует отметить, что далеко не все из них способны подвергаться разложению с удовлетворени­ем тех четырех обязательных признаков, которые обусловлива­ют взрывчатое разложение (эюютермичность, высокая скорость

процесса, разложение с выделением газообразных продуктов и способность к самораспространению реакции).

В целом ряде взаимодействие компонентов ПС идет без газо­выделения или с незначительным газовыделением и их разложе­ние не может быть отнесено к взрывчатому (например, термиты, составы из металлического горючего и нитратов).

К детонационному разложению способны ПС, содержащие в качестве окислителя хлораты, перхлораты, аммиачную селитру в смеси с органическими горючими. Такие составы при мощном детонационном импульсе (300-500 г тротила) способны к неза-тухаемому взрыву со скоростью детонации 2000-2500 м/с. Это и не удивительно, поскольку составы такого характера представ­ляют смесевые ПВВ (динаммоны), свойства которых были рас­смотрены ранее.

Несмотря на разнообразие пиротехнических составов, техно­логическая схема их построена по единому принципу и включа-

ет две стадии (рис. 7.2): подготовку исходных материалов (дроб­ление, сушку, измельчение, просеивание, усреднение, дозирова­ние) и приготовление составов (смешивание). При использова­нии ПС для снаряжения пиротехнических изделий в порошкооб­разном виде состав передается на стадию снаряжения. В иных случаях ПС подвергаются гранулированию, прессованию или другим операциям формования.

Сушка исходных материалов проводится в трубчатых, ка­мерных, вакуумных сушилках, транспортных пневмосушилках, сушилках в «кипящем слое».

Операция измельчения исходных материалов при производ­стве ПС имеет важное значение, так как дисперсностью компо-

центов можно регулировать скорость горения состава, которая является важным эксплуатационным параметром пиросмесей.

Для измельчения используются щековые, зубовалковые, мо­лотковые, шнековые дробилки и мельницы различных конст­рукций (дезинтеграторы, шаровые, бисерные и т.п.).

Аппаратурное оформление процесса приготовления составов зависит от характера компонентов. При использовании сухих порошкообразных компонентов с высокой чувствительностью применяются смесители, в основу действия которых положен принцип свободного перемещения компонентов во вращающих­ся сосудах цилиндрической или иной формы, не содержащих внутри рабочего пространства никаких элементов, принудитель­но действующих на компонент. Простейшим представителем та­кого смесителя является «пьяная бочка» (см. рис. 7.1 а).

Для смесей, в состав которых входят вязкие компоненты (каучук, различные смолы), используются мешалки, предназна­ченные для перемешивания тестообразной массы и имеющие смешивающие элементы в виде двух шнековых винтов с различ­ным шагом, скоростью и направлением вращения (рис 7.3) или с элементом перемешивания в виде двух вращающихся навстречу друг другу 2 - образных мешалок (рис. 7.4).

Для смешивания составов с маслами, клеями применяются мещалки, работающие по принципу планетарного движения не­скольких мешалок (вращение вокруг общей и собственной оси).

Принципиальная схема устройства такой мешалки представ­лен а на рис. 7.5.

После смешивания ПС направляются на производство по снаряжению пиротехнических изделий.