авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Исследование физико–химических и взрывчатых свойств аммиачной селитры и смесей на ее основе

На правах рукописи

ЛИТОВКА Ольга Борисовна ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИХ И ВЗРЫВЧАТЫХ СВОЙСТВ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ И СМЕСЕЙ НА ЕЕ ОСНОВЕ 05.17.07. – Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им.

Д.И.Менделеева Кандидат технических наук, профессор

Научный консультант:

Козак Георгий Дмитриевич Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Державец Аврам Семенович Кандидат технических наук, доцент Хотин Владимир Григорьевич Федеральное государственное унитарное Ведущая организация предприятие «Центральный научно исследовательский институт химии и механики»

Защита диссертации состоится « 16 » сентября 2010 года в 14:00 на заседании диссертационного совета ДС 212.017.02 в РХТУ им. Д.И. Менделеева ( Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20, корпус 2) в аудитории 250.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева

Автореферат разослан « 28 » июня 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета ДС 212.017.02 Козак Г.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наибольшее количество взрывчатых веществ (ВВ) применяется в горной промышленности и строительстве, где взрывной способ разрушения является практически безальтернативным методом подготовки крепких горных пород к выемке.

Практически все ВВ промышленного назначения являются смесевыми системами, состоящими из компонентов различной химической природы и физического состояния.

Придание высокой детонационной способности системе, помимо повышения эффектив ности ее действия, снижает вероятность отказа детонации, а следовательно, способству ет повышению безопасности взрывных работ. Это определяет необходимость и актуаль ность изучения смесевых ВВ и их компонентов по таким факторам как детонационные свойства и физическая совместимость.

Цель и задачи работы. Целью работы является определение влияния качества компонентов и особенностей технологии изготовления смесевых ВВ на основе аммиач ной селитры (АС) на техническую и экономическую эффективность их применения.

В задачи работы входит:

выбор и корректировка методов исследования свойств компонентов и готовых сме севых ВВ;

исследование свойств сырья, применяемого для изготовления аммиачно селитренных ВВ в стране, и сравнение полученных показателей с данными для зару бежных аналогов;

установление взаимосвязи между физико-химическими и детонационными свойст вами смесей АС и дизельного топлива (ДТ);

разработка нового состава смесевой системы и способа получения зарядов низкой плотности на основе АС методом вакуумного формования.

Научная новизна. При изучении смесей АСДТ на основе селитр различных про изводителей и марок решена научно – техническая задача определения влияния свойств пористой аммиачной селитры (ПАС) на качество взрывчатых смесей. Изучено влияние дополнительной термической обработки ПАС на детонационные свойства смесей АСДТ. Исследована эффективность применения и осуществлена доработка методики определения показателя адсорбционной способности пористой гранулированной АС.

В работе также решена научно – техническая задача применения литьевой техно логии для формирования взрывчатых зарядов невысокой плотности из расплава с тем пературой плавления ниже 100 0С. Решение этой задачи направлено на повышение безо пасности технологии изготовления литых пористых зарядов за счет применения в каче стве теплоносителя воды.

На защиту выносятся:

метод определения адсорбционной способности пористой аммиачной селитры по от ношению к дизельному топливу;

экспериментальные данные определения адсорбционной способности аммиачной се литры по отношению к дизельному топливу, полученные для селитр различных произ водителей;

экспериментальные данные определения скорости детонации смесей АСДТ, изготов ленных на основе селитр различных производителей;

состав на основе эвтектической смеси аммиачной селитры и карбамида для изготов ления литых пористых зарядов, обеспечивающих невысокую скорость и давление дето нации;

экспериментальные данные определения скорости детонации литых пористых заря дов на основе эвтектической смеси аммиачной селитры и карбамида.

Практическая полезность. Отработана методика определения показателя ад сорбционной способности ПАС с помощью применения адсорбирующего материала – фильтровальной бумаги. Методика рекомендована для применения в промышленных условиях на заводе - производителе ПАС (ООО «Ангарский азотно-туковый завод»).

В работе предложен новый состав для изготовления литых пористых зарядов ме тодом вакуумного формования с регулируемыми при изготовлении плотностью, скоро стью и давлением детонации. Установлены детонационные характеристики пористых зарядов на основе предложенного состава. Такие заряды предназначены для решения задач «мягкого» дробления, актуальных при добыче блочного камня, кристаллосырья (алмазов) и др.

Апробация работы. Результаты работы доложены на международной конферен ции «New Trends in Research of Energetic Materials» г. Пардубице, Чехия, 2007, 2008 и 2009 гг.;



на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2007 и 2008 гг.;

на научном симпозиу ме «Неделя горняка – 2007», МГГУ, Москва, 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, 3 из которых в ре цензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литератур ного обзора, двух глав, каждая из которых содержит методическую, экспериментальную части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы, включающего 130 источ ников. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста и содержит 54 рисун ка, 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен литературный обзор, в котором рассмотрены основ ные свойства и вопросы детонационной способности АС и составов на её основе. Рас смотрены результаты экспериментального определения скорости (D) и критического диаметра детонации (dk) как самой аммиачной селитры, так и составов на ее основе.

Приводится краткий анализ аварий, связанных с производством, транспортировкой и хранением АС.

Во второй главе приведены результаты исследования физико-химических и взрывчатых свойств составов на основе гранулированной ПАС и горючей добавки (ди зельного топлива).

Практически все взрывчатые вещества, используемые в различных отраслях про мышленности, являются смесевыми системами. Основу взрывчатых смесей составляют базовые вещества, которые могут быть взрывчатыми уже в исходном состоянии, как, например, в смесях на основе тротила, гексогена, октогена и т.п., или окислителями, как это реализовано в смесях на основе АС. Дополнительные компоненты в смесевых сис темах выполняют роль горючих (окислителей), сенсибилизаторов, флегматизаторов, технологических добавок и т.д.

Естественно, что все свойства конечного продукта будут определяться свойства ми компонентов, входящих в состав ВВ, их химической и физической совместимостью, равномерностью распределения и технологичностью процессов изготовления.

Для рассматриваемого в работе вида смесей: АС или гранулированной ПАС и жидкого горючего из числа нефтепродуктов, в частности, дизельного топлива (ДТ) - од ним из важнейших факторов качества, эффективности является физическая совмести мость компонентов. Факторы совместимости для данной пары веществ по существу полностью определяются строением и пористостью частиц-гранул ПАС или показате лем адсорбционной способности гранул селитры по отношению к жидкому горючему.

Необходимость обеспечения хорошей совместимости компонентов определяется усло вием формирования смеси с содержанием окислителя и горючего, обеспечивающим ну левой кислородный баланс. Для рассматриваемых смесей это соотношение составляет:

АС/ДТ = 94,5/5,5 %.

Пористость гранул ПАС определяется технологией изготовления, но может изме няться при хранении и переработке с применением термического воздействия, в связи с протеканием модификационных переходов в кристаллической структуре АС. Качест венная оценка структуры гранул в работе была осуществлена с использованием микро фотографирования.

Количественно структура гранул АС и ПАС была оценена по показателям ад сорбционной способности ПАС. Известен и применяется на практике ряд способов оп ределения этого показателя ПАС. Способы отличаются по принципу определения коли чественного показателя адсорбционной способности, а получаемые по ним результаты могут различаться в несколько раз и не всегда определяют реальную характеристику вещества (гранул АС) – количество поглощенного и распределенного по телу гранулы селитры дизельного топлива.





В работе различными методами определены показатели адсорбционной способ ности нескольких марок ПАС и АС по отношению к ДТ, а полученные результаты со поставлены с величинами D составов типа АСДТ на основе тех же образцов селитр.

Условные обозначения изученных в работе селитр после сокращений АС и ПАС содержат буквенное обозначение источника происхождения по месту расположения (город, страна) или названию фирмы. В работе использованы образцы селитр от ряда российских производителей: заводов ОАО «Акрон» (ПАС-А и ПАС-МП), Березников ского ОАО «Азот» (ПАС-БЖ и ПАС-ББ) и ООО «Ангарский азотно-туковый завод» (ПАС-И), г. Дорогобуж (ПАС-Д, АС-Д) и г. Кирово-Чепецк (АС-КЧ). Для сравнитель ных испытаний использованы образцы ПАС иностранных фирм: из Франции (ПАС-GP) и Китая (ПАС-М и ПАС-МН).

Показатели адсорбционной способности определялись по двум известным и опи санным в нормативно-технической документации (НТД) на ПАС российского производ ства методам: гравиметрическим, основанном на стекании избытка ДТ из смеси в дели тельной воронке (принятое в НТД название показателя – «впитывающая способность» Св), и динамическим, основанном на центрифугировании образца с нагрузкой 167g (по НТД - «удерживающая способность» - Су).

В целях повышения корректности получаемых результатов и использования ме тодов испытаний, аналогичных или близких зарубежным производителям и потребите лям ПАС, в работе применена и отработана до практической реализации методика опре деления адсорбционной способности ПАС по отношению ДТ удаления избытка ДТ с поверхности гранул фильтровальной бумагой в замкнутом объеме. Для предложенного в работе метода принято название – «метод адсорбции», а для получаемого показателя обозначение - См.

Результаты определения селитры по отношению к ДТ, полученные различными методами, приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, результаты определения - показатели адсорбционной спо собности селитры по отношению к ДТ - в значительной мере зависят от применяемого метода. Гравиметрический метод дает завышенные результаты. Показатель впитываю щей способности (Св) не является корректным, т.к. в большей степени характеризует измерительную систему, а не вещество (гранулы ПАС). В статических условиях прове дения испытаний ДТ может оставаться в виде пленки на поверхности гранул, в мени сках, в зонах контакта гранул между собой и со стенками измерительного сосуда.

Таблица 1.

Показатели адсорбционной способности аммиачной селитр по отношению к ДТ Селитра Св, % Су, % См, % АС-Д 5,17 1,32 0, АС-КЧ 4,51 1,15 0, ПАС-Д 12,81 4,8 2, ПАС-А 10,78 4,35 2, ПАС-МП 13,78 8,08 2, ПАС-И 8,96 3,27 1, ПАС-ББ 9,67 5,71 4, ПАС-GP 14,98 10,44 11, ПАС-МН - 7,43 7, ПАС-М - 7,67 7, Показатели удерживающей способности, полученные динамическим методом с помощью центрифугирования (Су), ниже показателей впитывающей способности, опре деленных гравиметрическим методом, но и эти показатели не полностью соответствуют цели оценки качества ПАС для изготовления смесей АСДТ, т.к. не исключается воз можность сохранения пленки на поверхности гранул, или напротив - удаления ДТ из пор гранул.

Названные недостатки определения показателей адсорбционной способности се литры по отношению к ДТ устраняются при использовании метода адсорбции (См).

Корреляция полученных результатов с показателями способности смесей АСДТ к взры ву подтверждают корректность данного метода.

Сущность метода адсорбции заключается в удалении ДТ, введенного в систему с избытком, с поверхности гранул с помощью листов (кусочков) фильтровальной бумаги.

Вся процедура определения См выполняется в стеклянном сосуде – бюксе с притертой крышкой, куда загружаются в заданном количестве (по массе) порции ПАС, ДТ и ку сочки бумаги, которые после выполнения процедуры впитывания излишка масла при встряхивании сосуда из него удаляются.

При сравнении результатов для различных селитр в рамках одной методики опре делено, что наилучшей адсорбционной способностью по отношению к ДТ обладают се литры китайского и французского производства. Эти селитры способны поглотить ди зельного топлива больше, чем необходимо для получения смеси с нулевым кислород ным балансом. В России АС марки «пористая» получают по методу приллирования вы сококонцентрированного плава АС и последующей химической газификации сформи рованных капель-гранул. В зарубежных фирмах ПАС получают по методу приллирова ния увлажненного (2-3% влаги) плава и сушки гранул с осуществлением возвратно повторных модификационных переходов в кристаллической структуре гранул.

Результаты определения показателей адсорбционной способности в лабораторных условиях подтверждаются наблюдениями за состоянием смесей АСДТ при их приготов лении в полигонных условиях.

Смеси АСДТ на основе технической АС (ГОСТ 2-85) представляют собой сильно омасленную систему гранул, ДТ из которой начинает выделяться (стекать) уже в про цессе смешивания. Такие смеси обладают низкой детонационной способностью (dk = 150 мм и более).

Смеси АСДТ на основе ПАС российских производителей также характеризуются наличием масляной пленки на гранулах, но явно выраженного стекания ДТ из системы не наблюдается, а омасливание проявляется в загрязнении тары, стенок емкостей, рабо чих инструментов и одежды работающих. Показатель dk таких смесей около 100 мм В смесях АСДТ на основе селитр французского и китайского производства нали чие ДТ определялось только по запаху или с помощью фильтровальной бумаги. Для этих составов dk составил 70-80 мм.

Хорошее адсорбционная способность гранул и отсутствие масляной пленки на поверхности свидетельствует о наиболее эффективном взаимном распределении горю чего в окислителе. Экспериментально подтверждено, что детонационные параметры смесей на основе ПАС французского и китайского производства выше, чем у аналогов российского производства.

В работе определены параметры детонации смесей АСДТ – D и dk. Определение D осуществлялось методом ионизационных датчиков «на замыкание», расположенных на заданных базовых расстояниях друг от друга. В основной массе опытов измерение D выполнялось на двух последовательно расположенных базовых расстояниях (D1 и D2), что позволяло оценивать устойчивость процесса взрыва по длине заряда. Опыты прово дились в трубах-оболочках из различных материалов (полиэтилен - П, асбестоцемент АЦ, бумага и сталь). Заряд на месте испытаний устанавливался вертикально на сталь ную плиту – свидетель. Полученные результаты сравнивались с данными расчетов. Рас чет проводился с учетом полного реагирования всех компонентов в смеси с помощью программы «Shock and Detonation», разработанной в РХТУ им. Д.И. Менделеева.

По взрывчатым характеристикам смеси АСДТ на основе ПАС российского произ водства (ПАС-А, ПАС-Б) уступают аналогам на ПАС иностранных фирм (ПАС – GP, ПАС – М): скорость детонации смесей меньше, а критический диаметр больше. Выбор ка результатов определения скорости детонации смесей АСДТ приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты определения скорости детонации составов АСДТ.

оболочка оболочка, D1, D2, D1, D2,, Селитра г/см3 Селитра г/см3 материал d, мм км/с материал d, мм км/с км/с км/с 0,82 АЦ 100 2,53 2,75 ПАС- 0,83 АЦ 100 3,13 3, БТХ 0,79 АЦ 100 2,31 2,30 0,83 АЦ 100 3,13 2, 0,65 АЦ 100 3,05 3,10 0,74 П 104 2,97 3, ПАС-А 0,79 АЦ 100 2,41 2,88 0,74 П 104 3,36 3, ПАС-М 0,79 Бумага 100 2,74 1,99 0,74 П 70 1,63 1, 0,84 Сталь 69 2,90 2,86 0,74 Сталь 53 3,33 3, 0,87 АЦ 100 3,36 3,45 0,72 АЦ 100 3,48 3, 0,87 Бумага 100 2,46 2,50 0,72 АЦ 100 3,33 3, ПАС 0,87 Бумага 75 2,08 1,92 0,72 Бумага 100 2,94 3, АТХ 0,85 Бумага 100 2,50 2,60 0,71 Бумага 100 2,88 3, 0,85 Бумага 75 2,08 2,00 0,72 Бумага 75 2,67 2, ПАС-GP 0,85 АЦ 100 2,67 2,86 0,72 Бумага 75 2,65 2, ПАС-Б 0,85 Бумага 100 1,85 1,72 0,72 Бумага 72 2,63 2, 0,85 Сталь 69 2,90 2,82 0,72 Сталь 69 3,70 3, 0,72 Сталь 100 3,77 4, 0,72 П 42 2,20 2, Изучено влияние дополнительной термической обработки селитры на детонаци онные свойства смесей АСДТ. После термической обработки ПАС российских произво дителей, основанной на последовательном нагревании образцов выше температуры фа зового перехода IV – III ( для чистой аммиачной селитры 32,2 0С) с последующим охла ждением, детонационные характеристики смесей АСДТ улучшаются. При этом после термической обработки насыпная плотность ПАС и смесей на её основе, по сравнению с иcходными образцами селитр, уменьшается, а D – увеличивается. Данные, полученные при испытаниях составов АСДТ на основ селитры ПАС-Б и ПАС-А после термической обработки (ПАС-БТХ и ПАС-АТХ, соответственно) приведены в таблице 2.

В работе проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений D для опытов в стальной оболочке при диаметре зарядов 50 – 100 мм. Результаты представле ны на рис.1.

Наилучшие результаты получены для составов на основе селитр французского и китайского производства, для которых плотность зарядов АСДТ составляет 0,70 - 0, г/см3. Для них различие измеренной и расчетной скорости детонации составило не более 0,5 км/с, тогда как для составов на основе селитр российского производства, при плот ности зарядов выше 0,8 г/см3, различие достигает 1 – 1,5 км/с.

D(0.8 г/см ) D, км/с 4, 4,0 D(0.7 г/см ) 3, 3, 2, 2, 1, Марка селитры 1, ПАС-А2 ПАС-Б ПАС-М ПАС-GP ПАС-GP ЖВГ-Тх 1 2 3 4 5 Рис. 1. Сравнение экспериментальных (точки) и расчетных (пунктирные линии для зарубежных селитр при плотности 0,7 г/см3 и для российских селитр при плотности 0,8 г/см3) значений скорости детонации смесей АСДТ. - скорость детонации на первом базовом расстоянии, а - скорость детонации на втором базовом расстоянии.

Для оценки причин различия свойств исследуемых селитр была применена диффе ренциальная сканирующая калориметрия (ДСК). На рис.2 представлена зависимость те плового потока от температуры для селитр различных производителей.

Установлено, что у образцов селитр французского и китайского производства не проявляется один модификационный переход (III II, Т = 84,2 0С для химически чис того нитрата аммония), который наблюдается у селитры российского производства при температуре около 88 0С. Этот факт объясняется существованием непосредственного метастабильного перехода IV II, а также влиянием на фазовые переходы влаги, со держащейся в селитре.

2 dH/dt, mW ПАС-А dH/dt, mW ПАС-МП - - - - - - - - - - - - o o T, C T, C - - 50 100 150 200 50 100 150 200 2 dH/dt, mW 2 dH/dt, мW ПАС-GP ПАС-М 0 -2 - -4 - -6 - -8 - -10 - -12 - o T, C -14 -14 T,C 50 100 150 200 250 50 100 150 200 Рис.2. Диаграмма ДСК селитр различных производителей.

В третьей главе приведены результаты исследования физико – химических и де тонационных свойств литых пористых зарядов на основе смеси аммиачной селитры и карбамида.

Изменение плотности заряда является одним из основных средств регулирования таких важных эксплуатационных свойств взрывчатых изделий, как скорость и давление детонации. Имеется большое число задач взрывной техники, когда необходимо полу чить заряды с невысокими скоростью и давлением детонации и, следовательно, с пони женной плотностью. К их числу относятся задачи как военного, так и мирного характе ра: мягкое метание, мягкое дробление ценных горных пород (добычи штучного камня и амлазосодержащих руд), обработка металлов взрывом, штамповка и др. Наиболее про стой способ – получение зарядов насыпной плотности не всегда удобен, т.к. в процессе хранения и транспортировки плотность зарядов может изменять свое значение. В осо бенности это касается зарядов на основе аммиачной селитры.

В литературных источниках описаны взрывчатые свойства загущенных жидких по ристых нитрометана и диэтиленгликольдинитрата, а также свойства литых пористых за рядов на основе тротила, которые готовили, расплавляя тротил на водяной бане, аэрируя его или добавляя тонкодисперсный алюминий и применяя вакуумное формование.

Также из литературы известно, что нитрат аммония способен образовывать эвтек тические смеси с такими веществами, как карбамид (К), нитраты некоторых аминов и другими. В настоящей работе этот факт был использован для понижения точки плавле ния аммиачной селитры. Согласно литературным данным, карбамид способствует по вышению термической устойчивости АС, снижению ее горючести и, таким образом, по вышает безопасность технологии изготовления зарядов.

В работе имеющиеся данные об образовании эвтектики нитрата аммония с карба мидом и применении метода вакуумного формования были использованы для получе ния литых пористых зарядов с невысокими скоростью и давлением детонации для обес печения мягкого взрывания.

Исследование физико-химических свойств смесей аммиачной селитры с карбами дом проводили, применяя метод дифференциальной сканирующей калориметрии.

У образцов карбамида фиксируется только пик плавления, а у образцов аммиачной селитры, помимо пика плавления, фиксируется еще хорошо известные из литературы четыре эндотермических пика модификационных переходов. Для построения диаграм мы плавкости были проведены исследования с помощью метода ДСК смесей с различ ным соотношением аммиачной селитры и карбамида. При составе АС/К 60/40 образует ся эвтектическая смесь, о чем свидетельствует отсутствие на диаграмме ДСК пиков фа зовых переходов АС, и регистрируется только пик плавления при температуре Т = 45 0С (рис.3.).

2 dH/dt, мВт - -4 - - - - o T, C 20 40 60 80 100 120 140 160 Рис.3. Диаграммы ДСК для смеси АС/К 80/20 (сплошная линия) и эвтектической смеси АС/К 60/40 (пунктирная линия).

В случае, если аммиачная селитра находится в избытке, картина получается более сложной (состав АС/К 80/20, рис.3.). На диаграмме ДСК присутствуют пики модифика ционных переходов избыточной для создания эвтектики и не растворяющейся в ней ам миачной селитры, но они несколько смещены по температуре, по сравнению с чистой аммиачной селитрой. По результатам исследования смесей аммиачной селитры и кар бамида в различных соотношениях была построена диаграмма плавкости (рис.4.).

Таким образом, исследование плавкости смесей АС/К показало, что при содержа нии аммиачной селитры 60-75% можно получать смеси с температурой плавления ниже 100 0С, т.е. при приготовлении этих смесей с добавлением алюминиевой пудры (ПАП-2) можно использовать в качестве теплоносителя воду, что значительно упрощает процесс изготовления зарядов и повышает его безопасность.

200 o Tпл, C 20 CАС, % 30 40 50 60 70 80 90 Рис. 4. Диаграмма плавкости системы аммиачная селитра/карбамид (точки – экспери мент, линия – результат обработки).

В работе была проведена расчетная оценка параметров детонации смесей АС/К и алюминия. Расчет проводился с учетом полного реагирования всех компонентов в смеси с помощью программы «Shock and Detonation», разработанной в РХТУ им. Д.И. Менде леева. Теплота взрыва составов с 10-15 % алюминия меняется в диапазоне 4,5-5, МДж/кг, скорость детонации при одинаковой плотности слабо зависит от соотношения аммиачной селитры и карбамида, а при изменении плотности от 0,5 до 1,0 г/см3 ско рость детонации по расчетам может меняться от 3,2 до 5,2 км/с.

Основное количество экспериментов по изготовлению литых зарядов с помощью вакуумной технологии проводили со смесями АС/К 70/30 и 75/25 с 10% алюминиевой пудры ПАП-2. Для улучшения смачивания частичек алюминия расплавом применяли хорошо известный из технологии изготовления водонаполненных ВВ прием: в смесь вводили 0,5% полиакриламида.

Технология приготовления и вакуумного формования зарядов заключалась в сле дующем. Все компоненты смеси взвешивали в соответствующих пропорциях и в сухом состоянии перемешивали встряхиванием в течение 20 мин в закрытой стеклянной колбе, в которую помещали резиновые пробки для улучшения смешивания. После окончания перемешивания сухую смесь помещали в стеклянный стакан, снабженный рубашкой, в которой циркулировала вода, нагреваемая с помощью термостата до 90 - 95 0С. Смесь тщательно перемешивалась до получения льющейся однородной массы.

Расплавленную смесь заливали, в бумажную изложницу, закрытую снизу газопро ницаемой пробкой. Между верхним срезом изложницы и уровнем расплава оставляли свободное пространство. Высоту расплава замеряли (высота заливки - hзал). Закрытую пробками изложницу помещали в вакуум-шкаф и осуществляли вакуумирование до дав ления 0,1-0,2 кг/см2. По мере падения давления мельчайшие пузырьки воздуха, внесен ные с алюминиевой пудрой в расплав, увеличивались в размере, уровень расплава под нимался и достигал верхней пробки (высота заряда - hзар). После выдержки под вакуу мом в течение 1,5 – 2 часов до полной кристаллизации заряд извлекали из шкафа, взве шивали, измеряли и рассчитывали плотность. Полученная плотность заряда зависела от степени заполнения изложницы расплавом (hзал/ hзар). Измеренная при отработке техно логии изготовления зарядов зависимость - (hзал/ hзар) описывается уравнением прямой:

=1,4569(hзал/ hзар) – 0,2024, R2 = 0, В работе были определены критический диаметр и скорость детонации литых по ристых зарядов состава АС/К/ПАП-2 (67,5/22,2/10).

Определение критического диаметра проводили методом цилиндрических зарядов.

Для определения критического диаметра детонации заряды различного диаметра крепи ли к металлической пластине – свидетелю, которую в свою очередь укладывали на мас сивную стальную плиту-основание. Инициирование заряда осуществляли прессованны ми шашками диаметром d=11 мм, массой m=1,5 г, имевшими плотность =1,67 – 1, г/см3 из флегматизированного гексогена. Испытания проводили при соотношении дли ны заряда к диаметру L/d = 7,5 – 10. О результате судили по деформации пластины – свидетеля, отмечая полную детонацию заряда или ее затухание. Результаты определения критического диаметра представлены на рис. 5.

d, мм, г/см 0,55 0,60 0,65 0,70 0, Рис. 5. Определение критического диаметра состава АС/К 75/25 с 10% ПАП-2:

– полная детонация, – затухание.

Критический диаметр детонации (dк 22 – 24 мм) измерен для зарядов плотно стью 0,6 – 0,7 г/см3. Обычно для пористых систем (водонаполненные ВВ, вспененный диэтиленгликольдинитрат, вспененный литой алюмотол) зависимость dк() имеет вид кривой с минимумом, который соответствует плотности для различных систем от 0,5 до 0,8 г/см3.

D, м/с, г/см 0,6 0,8 1,0 1,2 1, Рис. 6. Расчетные зависимости и результаты экспериментального определения (точки) скорости детонации литых пористых зарядов от плотности (пояснение по тек сту).

На рис. 6. представлены экспериментальные результаты и расчетные значения ско рости детонации исследуемого состава при различной плотности. Точками на рисунке обозначены экспериментальные значения скорости детонации смеси АС/К/ПАП- 67,5/22,5/10, линией 1 – расчетные значения скорости детонации смеси. Эксперимен тальное определение скорости детонации проводили с помощью фоторегистра ЖФР -3.

Оболочкой зарядов были стальные трубы с каналом 10 мм, толщиной стенки 13 мм (на ружный диаметр трубы 36 мм) и длинной 125 мм. Трубы, применяемые для испытаний, для фоторегистрации имели радиальные отверстия, диаметром 1,5 мм, просверленные с шагом 10 – 15 мм.

Различие экспериментальных скоростей детонации и расчетных значений при плотностях 0,5 – 0,8 г/см3 можно объяснить тем, что в этих условиях состав АС/К/ПАП 2 67,5/22,5/10 представляет собой эвтектическую смесь АС/К с включениями свободной аммиачной селитры. Как известно из литературы, при детонации водонаполненных взрывчатых составов, сенсибилизированных тонкодисперсным алюминием, реагирует с ПАП-2 только растворенная АС. Та же селитра, которая не растворена в воде и находит ся в кристаллическом состоянии, является балластом. Эти результаты дают основание предположить, что и в случае литых пористых зарядов на основе смеси АС, К и ПАП- реагирует только та часть АС, которая находилась при смешении в расплавленном со стоянии, а часть АС (19,7 %), находящаяся в кристаллическом состоянии, не успевает прореагировать в детонационной волне. Это оказывает замедляющее влияние на про цесс детонации. Для подтверждения этого предположения был проведен расчет скоро сти детонации смеси, в которой содержание аммиачной селитры, находящейся в кри сталлическом состоянии, было заменено инертным компонентом – оксидом алюминия (линия 2 на рис. 6.). Состав этой смеси АС/К/ПАП-2/Al2O3 47,8/22,5/10/19,7. Как видно из рис.6, расчеты подтверждают справедливость сделанного предположения.

Для оценки безопасности применения предложенного состава (АС/К/ПАП- 67,5/22,5/10) проанализировано поведения исследуемого состава при нагревании в воз душном термостате. При нагревании смеси до температуры 250 0С экзотермических ре акций не наблюдалось. Устойчивое горение смеси в порошкообразном состоянии при атмосферном давлении получить не удалось.

ВЫВОДЫ В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложены науч но-обоснованные технологические разработки по исследованию свойств аммиачной се литры и изготовлению смесей на ее основе.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. В работе установлено, что показатели адсорбционной способности АС по от ношению к ДТ позволяют судить о качестве пористой селитры, а следовательно, и о де тонационных свойствах смесей АСДТ на ее основе. Хорошая адсорбционная способ ность ПАС обеспечивает высокие показатели детонационной способности, эффективно сти и экологичности составов АСДТ.

2.Разработан метод определения адсорбционной способности ПАС по отношению к ДТ удалением избытка масла с поверхности гранул с помощью фильтровальной бума ги, позволяющий получить показатели, корректно отражающие целевое назначение ПАС - изготовление смесей АСДТ.

3. Экспериментально определено отличие в меньшую сторону детонационных ха рактеристик смесей АСДТ на основе селитр российского производства от детонацион ных характеристик аналогичных составов на основе селитр иностранного производства.

4. Подтверждено, что взрывчатые характеристики смесей АСДТ на основе селитр российского производство подвергнутых термической обработке улучшаются, но все же остаются ниже полученных для составов на основе ПАС иностранного производства.

5. С помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии установле но, что у образцов ПАС французского и китайского производства не проявляется экс тремум характерный для модификационного перехода IIIII, который наблюдается у образцов отечественных селитр при температуре 86-88 °С.

6. Для смесей АСДТ на основе селитр различных производителей и марок решена научно – техническая задача подтверждения определяющего влияния качества пористой аммиачной селитры на качество взрывчатых смесей на ее основе с дизельным топливом.

7. Решена научно – техническая задача применения литьевой технологии для формирования взрывчатых зарядов пониженной плотности из расплава аммиачной се литры, карбамида и алюминия температура плавления, которого ниже 1000С. Получен ное решение направлено на повышение безопасности технологии изготовления литых пористых зарядов, за счет применения в качестве теплоносителя воды.

8. С помощью метода ДСК построена диаграмма плавкости смеси аммиачной се литры и карбамида и установлено отсутствие фазовых переходов аммиачной селитры в эвтектическом составе. Отработана технология изготовления литых пористых зарядов пониженной плотности методом вакуумного формования из сплава аммиачной селитры, карбамида и алюминиевой пудры (АС/К/ПАП-2 67,5/22,5/10). Определены детонацион ные характеристики литых пористых зарядов: dk при плотности 0,6-0,7 г/см3 составляет 22 – 23 мм, D при плотности 0,6 – 0,8 г/см3 составляет 2,5 – 3 км/с.

9. Исследованный состав и литые пористые заряды на его основе рекомендуются для проведения взрывных работ, когда необходимо мягкое воздействие (добыча штуч ного камня, добыча кристаллосырья, дробление «негабарита», мягкое метание).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Старшинов А.В., Литовка О.Б., Аринина С.В., Козак Г.Д. Исследование фи зико-химических и взрывчатых характеристик систем на основе гранулированной ам мичной селитры // Сб. науч. тр. «Успехи в химии и химической технологии». М.: Изд.

центр РХТУ им Д.И. Менделеева. 2006. №4. С. 120-135.

2. Litovka O.B., Starshinov A.V., Kozak G.D. Design-experiment investigation of ANFO mixtures on a base of different brand marks of porous grill ammonium nitrate // New trends in research of energetic materials: Trans of the 10th seminar. Univ. Pardubice. Czech.

Republic, 2007. Р. 742-752.

3. Starshinov A.V, J. Jamyan, Kozak G.D, Litovka O.B. Kazakova S.V. Progress and some peculiarities of the use of explosives on base of ammonium nitrate in contemporary conditions // New Development on Engineering blasting: Metallurgical Industry Press. 2007.

Р. 377-380.

4. Старшинов А.В., Жамьян Ж., Козак Г.Д., Литовка О.Б., Нейманн В.Р., Фе рапонтов В.П. Некоторые методики и результаты определения характеристик смесевых ВВ и сырья для их изготовления // Материалы научного симпозиума «Неделя горняка 2007». М.: Изд. МГГУ. 2007. С. 85-91.

5. Литовка О.Б., Чугреева Е. Ю., Старшинов А.В., Козак Г.Д. Физико химические и взрывчатые характеристики простейших составов на основе пористой гранулированной аммиачной селитры // Сб. науч. тр. «Успехи в химии и химической технологии». М.: Изд. центр РХТУ им Д.И. Менделеева. 2007. №4. С. 82-86.

6. Литовка О.Б., Зайцев М.М., Козак Г.Д. Пористые заряды на основе эвтекти ческой смеси аммиачной селитры и карбамида // Сб. науч. тр. «Успехи в химии и хими ческой технологии». М.: Изд. центр РХТУ им Д.И. Менделеева. 2008. №4. С. 110-114.

7. Litovka O.B., Kozak G.D., Chugreeva E. Ya., Starshinov A.V. Cast porous charges on a base of ammonium nitrate–urea eutectic // New trends in research of energetic materials: Trans of the 10th seminar. Univ. Pardubice, Czech. Republic. 2008. P. 57-66.

8. Kozak G.D., Starshinov A.V., Litovka O.B., Kazakova S.V. Design-experiment investigation of mixtures on base of nitrate ammonium, carbamide and biuret // New trends in research of energetic materials: Trans of the 10th seminar. Univ. Pardubice, Czech. Republic.

2009. Р. 135-141.

9. Старшинов А.В., Нейманн В.Р., Бакулин В.Н., Козак Г.Д., Литовка О.Б., Жамьян Ж. Результаты испытаний смесей АСДТ из различных видов сырья // Взрывное дело. 2009. Выпуск №102/59. С. 145-156.

10. Козак Г. Д., Старшинов А. В., Литовка О. Б., Казакова С.В. Свойства литых пористых зарядов на основе смесей аммиачной селитры с карбамидом // Физика горения и взрыва. 2010. № 1. С. 80-84.

11. Старшинов А.В., Костылев С.С., Нейманн В.Р., Литовка О.Б., Милетенко И.В., Жамьян Ж. Некоторые особенности сырьевого обеспечения и метрологического оснащения производства смесевых взрывчатых веществ // Маркшейдерия и недрополь зование. 2010. № 1 (45). С. 49-54.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.