Частина 1. Хімічна технологія виробництва бризантних вибухових речовин вибухові речовини як хімічна система

Залежно від характеру зовнішнього впливу хімічне перетворення ВР може мати три форми:

1. Термічне розкладання – порівняно повільний процес розпаду речовини, що відбувається в процесі рівномірного прогріву маси ВР. Унаслідок досягнення деяких критичних умов нагрівання процес автопришвидшується й переходить у тепловий вибух. Температура критичного нагрівання й час розвитку теплового вибуху зменшуються зі збільшенням маси ВР.

2. Горіння виникає внаслідок підпалювання ВР. Цей процес самопоширюється за рахунок хімічного перетворення речовини. Воно відбувається в порівняно невеликій зоні полум'я, яка переміщається по речовині в результаті прогріву попереду лежачих шарів за механізмом нагрівання або дифузійного теплообміну з нагрітими продуктами горіння. Розрізняють стаціонарне (нормальне) горіння, що переміщається по ВР із постійною швидкістю від часток до декількох сотень сантиметрів за секунду, і нестаціонарне (вибухове) горіння, що поширюється зі, швидкістю до сотень метрів за секунду. Нестаціонарне самоприскорюване, або пульсуюче горіння має місце в пористих і високоактивних ВР. Воно поширюється в результаті дифузії високотемпературних продуктів вглиб речовини (горіння в об'ємі). У разі великих значень швидкості горіння процес набуває вибухового характеру, розвивається високий тиск газів, у навколишньому середовищі виникає ударна хвиля, проте менш інтенсивна, ніж у результаті детонації. У замкненому об'ємі процес горіння може перейти у вибух (детонацію).

3. Детонація у ВР відбувається внаслідок ударно-хвильового збудження. Вона являє собою процес переміщення по ВР із постійною надзвуковою швидкістю вузької зони хімічної реакції із крутим стрибком тиску на фронті детонаційної хвилі. Детонація характеризується найбільш сильною руйнівною дією. У зв'язку з цим сьогодні для більшості видів підривних робіт використовують ВР у режимі детонації.

Класифікація бризантних вибухових речовин

Бризантні ВР класифікують за декількома ознаками:

- характерною формою хімічного перетворення в умовах експлуатації;

- чутливістю до простих видів зовнішнього впливу;

- хімічною природою або складом;

- умовами використання.

Залежно від характерної форми хімічного перетворення й призначення ВР поділяють на метальні або порохи; бризантні, здатні до стійкої детонації; піротехнічні сполуки, які в умовах використання, як правило, спрацьовують у режимі вибухового горіння. Наведена класифікація умовна, оскільки заснована не тільки на властивостях, а й на призначенні ВР. Тому бувають випадки, коли ВР одного хімічного складу без певних структурних змін використовують і як метальні, і як бризантні залежно від способу ініціювання.

За чутливістю до простих форм початкового імпульсу ВР розподіляють на первинні (ініціювальні) та вторинні.

За хімічним складом ВР розрізняють індивідуальні сполуки й суміші. В індивідуальних ВР процес хімічного перетворення відбувається за одну стадію у вигляді реакцій мономолекулярного розпаду.

Усе різноманіття вибухових сумішей можна звести до двох типів:

- суміші, що складаються з окиснювача й пального;

- суміші, що складаються з однієї або декількох індивідуальних ВР і різного роду домішок, які забезпечують задані технологічні або експлуатаційні властивості.

Вибухові суміші першого типу характеризуються вибуховим перетворенням, яке має дві стадії. Перша – це розкладання, або газифікація, одного або декількох компонентів, друга – взаємодія продуктів розкладання (газифікації) між собою або частками компонента, що не розкладається, наприклад металу. При цьому компоненти суміші можуть бути як вибуховими, так і невибуховими. Основна частина тепла під час вибуху цих сумішей виділяється на другій стадії, тобто в результаті вторинних реакцій у газоподібній фазі або суспензії. Вибухові суміші типу «окиснювач-пальне» мають ряд переваг над індивідуальними ВР: вони, як правило, більш економічні, дозволяють регулювати склад продуктів і теплові ефекти вибуху. До їх недоліків належать знижена детонаційна здатність та фізична стабільність.

Як окиснювачі в більшості випадків використовують мінеральні солі, що виділяють під час розкладання кисень: NH₄NO₃, NaNO₃, KNO₃, Ca(NO₃)₂, NH₄ClO₄, NaClO₄, KClO₄ і т.д.; іноді застосовують рідкий О₂ (оксиліквіти), HNO₃, С(NO₂)₄. Як пальне у вибухових сумішах використовують висококалорійні органічні сполуки: рідкі та тверді продукти переробки нафти, різні види целюлози, метали та їх сполуки (Аl, феросиліцій тощо), індивідуальні ВР із кисневим балансом (КБ) меншим нуля, що виділяють під час розкладання горючі гази (СО, Н₂, СН₄) і тверду речовину – сажу.

Якщо пальним є метал, то окиснювачами можуть бути й сполуки, що містять зв'язаний кисень, але здатні вступати в екзотермічну реакцію з металом (Н₂О, СО₂). Забезпечувати газами, що містять оксиген, можуть майже всі індивідуальні ВР, тому використовують їх суміші з металами, у яких ВР є окиснювачем щодо металу.

Вибухові суміші другого типу компонують для досягнення яких-небудь спеціальних властивостей ВР. Наприклад, гексоген, октоген плавляться за умов високої температури (Т > 200⁰C) із розкладанням. Для одержання ливарного складу їх змішують з іншими ВР, що мають низьку температуру плавлення, наприклад, тротилом. До багатьох потужних індивідуальних ВР з метою зниження їх чутливості до механічних впливів додають 4 – 8% низькоплавких вуглеводнів (віск, парафін, церезин), що називаються флегматизаторами. В інші суміші ВР вводять сенсибілізатори, що підвищують чутливість до ініціювального імпульсу, наприклад нітрогліцерин (НГЦ), який входить до складу динамітів і вугленітів. У багатьох випадках вибухові суміші мають ознаки обох типів.