Энерговыделяющие композиции на основе алюминия и аммиачной селитры

Состав, %	Теплота взрыва, Q, Дж/г	Т, К	Р	Класс	Водоустойчивость	Реология состава	Энергия отталкивания, Eg	Эффективный показатель адиабаты, гэ	Примечание
NH4NO3:AJ, 60:40	9,8	5600	22	ВВ	-	Порошок	-	-	Не рекомендуется
NH4NO3:AJ:H2O 56:38:6	9,0	4900	35	ЭК	-	Паста	0,61	1,0+08/V0	Сухие, особо прочные и трещиноватые материалы
NH4NO3:AJ, 82:18	6,98	3900	29	ВВ	-	Порошок			Не рекомендуется
NH4NO3:AJ:H2O 25:60:15	6,10	4300	215	ЭК	+	Паста	2,5	1,15+0,16/V	Рыхлая среда подводные взрывы
NH4NO3:AJ:H2O 45:30:25	6,7	3500	167	ЭК	+	Паста льющаяся	2,5	1,12+0,21/V	Прочный материал в воде
NH4NO3:AJ:H2O 43:29:28	6,34	3300	130	ЭК	+	Паста льющаяся	1,9	1,12+0,19/V
NH4NO3:AJ:H2O 39:26:35	5,6	2850	130	ЭК	+	Паста льющаяся	2,1	1,13+0,226/V
NH4NO3:AJ:H2O 77:17:6	6,5	3600	50	ЭК	-	Паста	1,35	1,14+0,074/V	Сухие, прочные конструкции
NH4NO3:AJ:H2O 90:5:5	2,9	1780	75	ЭК	-	Паста	1,8	1,18+0,51/V
NH4NO3:AJ:H2O:NaNO3 45:8:23:12:12	2,9	1740	90	ЭЭК	+	Свободно льющаяся	1,95	1,17+0,49/V	Подводные механизированные работы
NH4NO3:AJ:H2O:NaNO3 52:2,5:30:13,5	1,8	1140	75	ЭЭК	+	Свободно льющаяся	1,7	F=1,18

Лучший способ защиты ЭК от воды - желатинизирование водного раствора окислителя с последующим добавлением (при помешивании) в гелеобразную массу алюминиевого порошка или пудры. Желатинизаторами (гелеобразующими агентами) служат набухающие в воде синтетические или природные полимеры - соли карбоксиметилцеллюлозы, поликриламид. Для превращения вязкой льющейся массы в резиноподобное вещество желатинизатор «сшивают», т.е. соединяют молекулы углеводородов мостиками из атомов поливалентных металлов (хрома, сурьмы, алюминия, бора).

Реология, или вязкость, ЭК определяется соотношением твердой и жидкой фазы, наличием желатинозатора и сшивающих агентов. При содержании воды менее 15% ЭК представляет собой пастообразное вещество. При использовании в качестве горючего материала алюминиевой пудры пастообразное состояние при концентрации алюминия свыше 2Q%. Быстрое пастообразование происходит благодаря высокой удельной поверхности пудры и размыванию жидкой фазы по ее поверхности. Увеличение содержания воды приводит к образованию свободнольющихся ЭК.

Введение поликриламида придает таким составам резиноподобное состояние. Получение такого состояния в аммиачно-селитровых ЭК происходит за счет дополнительной «сшивки» поликриламида двухромовокислым калием (0,1%) и серноватистокислым натрием (0,2%).

Физическая стабильность - увлажняемость, слеживаемость, уплотняемость, рассеивание, летучесть.

Увлажняемость или гигроскопичность - способность материалов поглощать влагу из окружающей среды. Гигроскопичность характеризуется величиной гигроскопической точки, отношением упругости водяных паров над насыщенным раствором к упругости водяных паров, насыщающих воздух при той же температуре.

Гигроскопическая точка выражается в процентах относительной влажности и характеризует состояние вещества, при котором оно не подсыхает и не увлажняется. Чем выше гигроскопическая точка вещества, тем менее оно гигроскопично. Окислители ЭК гигроскопичны, например, точка гигроскопичности аммиачной селитры при +25°С ‑ 62,7%, а у большинства ВВ и ЭК, изготовленных на ее основе, ‑ 60 - 80%. Это обстоятельство способствует слеживаемости, снижает сыпучесть, ухудшает детонационные свойства. Лучший способ защиты - полиэтиленовая пленка, прорезиненная бумага, бумага, покрытая парафином. Борьба с увлажняемостью затрудняет использование ВВ на основе гигроскопических солей. ЭК, изготовленные на этих же солях, такими недостатками не обладают, наоборот, их специально увлажняют, делая более безопасными без снижения работоспособности в зоне ЭХВ.

Слеживаемость - способность порошкообразных взрывных веществ терять при хранении сыпучие свойства и превращаться в плотную сплошную массу -связана с увлажнением и рекристаллизацией водорастворимых компонентов. При высыхании или понижении температуры из насыщенного раствора выделяются новые кристаллы, цементирующие массу в плотный конгломерат, ВВ уплотняются. Слеживаемость возникает также в результате полиморфных превращений в увлажненной аммиачной селитре при +35 °С.

При производстве ВВ на основе аммиачной селитры влажность и температура строго регламентируются. ЭК не требуют специальных мер для предотвращения слеживаемости, при добавлении воды они принимают кашеобразное состояние, гарантирующее безопасность и эффективную работу.

Уплотненность напрямую связана с растворением твердой фазы окислителя. На практике она имеет двойное значение. Вода флегматизирует состав. Однако в случае проведения реакции при постоянном объеме плотность энергии и давления возрастают из-за включения потенциальных сил отталкивания.

Уплотненность связана с высыханием состава и кристаллизацией селитры, что крайне нежелательно. В порошкообразных ВВ повышенная уплотненность может привести к потере детонационной способности. ЭК всегда должны находиться во влажном состоянии.

Расслоение - это разделение состава на составляющие части в зависимости от внешних условий или самопроизвольно, что приводит к снижению или потере ВВ и ЭК взрывчатых свойств. Расслоение характерно для составов, компоненты которых различаются по плотности, форме, размерам частиц, агрессивному состоянию. При большом содержании жидкой фазы происходит оседание более твердых компонентов.

Такие составы должны желатинизироваться и «сшиваться» Если ЭК находится в упаковке, то при ее повреждении жидкая фракция вытекает, ЭК становится взрыво- и пожароопасным. Расслоение характерно и для ВВ.

В игданитах жидкость стекает в нижние слои, у водосодержащих ВВ твердые частицы осаждаются и скапливаются в нижних слоях. ВВ и ЭК для предотвра­щения расслоения загущаются и структурируются твердыми агентами.

Летучесть - способность компонентов испаряться в процессе хранения и применения. В некоторых ВВ улетучиваются нитроэфиры, горючие материалы испаряются в игданитах, а вода - из ВВВ. ЭК в виде испарения теряют воду и органическое горючее. В результате эти вещества становятся пожаро- и взрывоопасными.

Химическая стабильность определяет качество порохов ВВ, ЭК, ВВВ; характеризует скорость разложения состава, ускорить который могут продукты распада и примеси. Сохранение порохов, ВВ, ЭК, ВВВ низкой стойкости, изготовленных с нарушением технологического процесса, может привести к взрыву.

Для нейтрализации действия продуктов распада и входящих в них примесей необходимо точно знать составляющие компоненты, технологию изготовления конкретного вещества и только после этого вводить стабилизирующие добавки.

Алюминий в составе аммиачно-селитреных ВВ стали применять только в начале 60-х гг., когда нашли способ предотвращения реакции взаимодействия алюминия с водой. В ряду электрохимических потенциалов алюминий стоит ниже водорода, поэтому имеет место реакция

2AL + ЗН₂О = AL₂O₃ + ЗН₂.

Примеси меди и железа существенно ускоряют взаимодействие алюминия с растворами щелочей и соляной кислоты. Один из основных способов достижения химической стабильности ‑ введение буферной смеси NaOH: KH₂PO₄ (1:29).

Карбамид пассивирует алюминий и обеспечивает необходимую химическую стойкость. Стабильность состава, содержащего алюминий, возрастает с увеличением размера частиц алюминия.

При нагревании примеси по-разному влияют на разложение селитры. Хроматы, хлориды и соединения кобальта действуют каталитически, карбамид и сульфаты проявляют ингибирующее действие, нитраты металлов, окись алюминия, двуокись кремния влияния не оказывают. Органические вещества снижают термостойкость селитры.

При изготовлении ЭК выдерживается процентное содержание воды не менее 5%.

Чувствительность к механическому воздействию (удару, трению, встряхиванию, неосторожному перемещению).

Чувствительность к удару определяется на копрах. Груз падает с определенной высоты на наковальню, на которой располагается прибор № 1 или № 2 с навеской испытуемого состава. Прибор № 1 состоит из металлического поддона, направляющей обоймы и двух поршеньков, между торцами которых помещается навеска 0,02 - 0,05 г исследуемого состава. Поршеньки точно пригнаны к каналу обоймы и не позволяют составу растекаться. Прибор № 2 имеет кольцевую (объемную) канавку на уровне расположения навески, что позволяет оценить чувствительность состава в условиях его течения. Чувствительность состава к удару оценивается по частоте взрывов в стандартном приборе и по нижнему пределу.

Безопасность ВВ и ЭК связана с детонационной способностью, возникновением быстрой химической реакции и незатухающей ударной волны. Простые виды воздействия ‑ удар, трение, нагрев ‑ легко возбуждают детонацию в инициирующих взрывчатых веществах, для которых свойственно быстрое нарастание химической реакции и давления в очаге первичного разогрева.

Во вторичных бризантных ВВ возбуждение осуществляется за счет ударно-волнового воздействия инициирующего ВВ. Детонационная способность оценивается критическим диаметром. Например, сухая порошкообразная селитра (1 г на см²) в стеклянной трубке имеет устойчивую детонацию при диаметре 100 мм, а в стальной трубке с толщиной стенок 20 мм критический диаметр – 7 мм.