Тема 3. Лекція №3. Промислові вибухові речовини

Промислові ВР – це вибухові речовини, які характеризуються зниженою чутливістю до зовнішнього впливу і відносно невисокою вартістю. Вони повинні безвідмовно детонувати від засобів ініцію-вання (ЗІ), не мати шкідливого впливу на організм людини під час виготовлення і роботи з ними.

За складом ВР підрозділяються на вибухові хімічні речовини (однокомпонентні ВР, індивідуальні ВР) і вибухові механічні суміші.

До першої групи належать хімічні речовини, молекули яких у визначених умовах здатні до розпаду з утворенням нових, головним чином газоподібних, речовин з виділенням енергії, до другої – вибухові механічні суміші, що являють собою систему, побудовану з двох чи більше речовин (як вибухових, так і невибухових), хімічно не зв'язаних між собою. Усі промислові ВР – це механічні суміші.

1. Промислові вибухові хімічні речовини

У гірничій справі вибухові хімічні речовини застосовуються тільки як компоненти вибухових механічних сумішей, а також для виготовлення засобів ініціювання.

За хімічним складом і застосуванням вибухові хімічні речовини поділяються на чотири групи: ініціювальні; нітросполуки; нітро-ефіри (нітрати); солі азотної кислоти (селітри).

За роллю в процесі ініціювання (збудження детонації) промислових ВР однокомпонентні підрозділяються на первинні та вторинні.

Первинні ВР призначені для збудження детонації вторинної ВР від променя вогню (чи іншого невибухового початкового імпульсу). Роль їх грають ініціювальні ВР.

Вторинні ВР призначені для формування (у межах ділянки невеликої довжини) детонаційної хвилі, здатної збудити стійку детонацію промислової ВР. Це найбільш потужні індивідуальні високобризантні ВР, наприклад гексоген (його бризантність понад 60 мм – свинцевий стовпчик повністю руйнується).

З усіх однокомпонентних ВР розглянемо лише ті, котрі найширше застосовуються під час виробництва промислових ВР і засобів ініціювання.

Ініціювальні вибухові речовини. Це високобризантні ВР, що характеризуються підвищеною чутливістю до зовнішніх впливів (удару, проколу, проміння вогню, нагрівання) і дуже коротким періодом наростання швидкості детонації (детонують у невеликих масах – частках грамів).

Гримуча ртуть. Hg(CNO₂) (ртутна сіль гримучої кислоти). Це дрібнокристалічна речовина білого чи сірого кольору; отримується з металевої ртуті шляхом обробки її етиловим спиртом в азотній кислоті. Густина кристалів дорівнює 4,42 кг/дм³, гравіметрична гус-тина – 1,6 кг/дм³. Суха гримуча ртуть чутлива до вогню і до меха-нічних впливів. Температура спалаху (при цьому відбувається дето-нація) дорівнює 160…165 ºС. Швидкість детонації гримучої ртуті при густині 3,3 кг/дм³ дорівнює 5,4 км/с, чутливість до удару 2 см, працездатність 110 см³. При дряпанні чи зламі кристалика виникає вибух.

Гігроскопічність гримучої ртуті невелика, але при збереженні під водою вона всмоктує до 30% вологи. Волога гримуча ртуть не небезпечна у користуванні. Так, при вологості 30% вона не вибухає від вогню й удару, але добре детонує від вибуху заряду сухої гримучої ртуті. У присутності вологи гримуча ртуть здатна взаємодіяти з деякими металами, утворюючи дуже небезпечні вибухові сполуки – фульмінати. Особливо легко реагує з алюмінієм (тому її не поміщають в алюмінієві гільзи). Через токсичність парів застосовується тільки як первинна ВР у капсулах-детонаторах (КД). Цим забезпечується їх висока безпека: гримуча ртуть добре пресується і тому не виймається з відкритої гільзи.

У гільзи детонаторів гримучу ртуть запресовують під тиском не вище 25 МПа, густина при цьому досягає 3,3 кг/дм³. У випадку перевищення зазначеної густини гримуча ртуть перестає детону-вати від променя вогню і дає відкази.

Азид свинцю. PbN₆ (свинцева сіль азотисто-водневої кислоти). Це – дрібнокристалічний порошок білого кольору, сіль азотисто- водневої кислоти HN₃. Густина кристалів 4,8 кг/дм³. Вологи не боїться і при вмісті її до 30% не втрачає вибухових властивостей. Азид свинцю менш чутливий до вогню і механічних впливів, ніж гримуча ртуть. Температура спалаху (при цьому відбувається детонація) дорівнює 330 ºС, чутливість до удару 6 см, працездат-ність 115 см³.

Від вогню азид свинцю так само добре детонує, як і від удару. Як ініціювальна ВР краще гримучої ртуті. У детонаторах пресується до густині 4,6 кг/дм³. Швидкість детонації дорівнює 5,3 км/с.

У присутності вологи і вуглекислоти азид свинцю легко взаємодіє з міддю, утворює чутливий азид оксидної міді; із залізом взаємодіє погано, а з алюмінієм не взаємодіє. Через це детонатори з азидом свинцю виготовляють в алюмінієвих, біметалічних чи картонних гільзах, крім мідних.

Азид свинцю – більш потужна первинна ініціювальна ВР, ніж гримуча ртуть, а гази вибуху менш отруйні. Тому в промисловості переходять до застосування цієї ініціювальної ВР в електро-детонаторах (ЕД), тобто в закритих конструкціях.

Оскільки азид свинцю менш чутливий до вогню, ніж гримуча ртуть, для безвідмовності дії детонаторів його іноді застосовують разом з більш чутливим до теплового імпульсу тенересом. У чашечку ЕД поверх заряду азиду свинцю, як проміжний заряд, поміщають 0,1 г тенереса (температура спалаху 270 ºС), що викли-кає вибух азиду свинцю, а останній підриває заряд вторинної (бризантної) ВР.

ТНРС (тенерес). C₆H(NO₂)₃O₂Pb∙H₂O (свинцева сіль стифнинової кислоти) – тринітрорезорцинат (стіфнат) свинцю. Це кристалічний порошок золотисто-жовтого кольору. Густина кристалів 3,01 кг/дм³. Малорозчинний у воді, малогігроскопічний. Фізично і хімічно стійкий. З металами не взаємодіє. Температура спалаху 270 ºС, працездатність 110 см³, чутливість до удару 11см. Швидкість детонації 5,2 км/с.

Нітросполуки. Тетрил. C₆H₂(NO₂)₃N(NO₂)CH₃. Це дрібноокрис-талічна ВР блідо-жовтого кольору. Температура спалаху 190 ºС, пра-цездатність 380 см³, бризантність 22 мм, чутливість до удару 30 см. Швидкість детонації при густині 1,65 кг/дм³ дорівнює 7...7,2 км/с. Тетрил дуже чутливий до детонації і добре передає її іншим ВР. Практично не гігроскопічний, не розчинний у воді і має порівняно високу хімічну стійкість. Однак він здатний досить енергійно взаємодіяти з аміачною селітрою, виділяючи теплоту. Ця суміш здатна до самозапалювання і тому виготовлення і застосування таких сумішей категорично заборонені.

Тетрил – токсична речовина. Під час роботи з ним на заводах з виготовлення ВР, відкриті частини тіла (руки, обличчя) жовтіють (жовтизна тримається приблизно два тижні). Належить до ВР підвищеної потужності, тому багато років його застосовували як вторинну ВР, спресовану до 1,68 кг/дм³ у всіх детонаторах (гриму-чортутнотетрилові). На теперішній час його застосовують в основ-ному для виготовлення пресованих шашок – проміжних детонаторів (допдетонаторів) при підриванні малочутливих до детонації ВР (водонаповнених, гранулітів та ін.).

Гексоген. C₃H₆N₃(NO₂)₃. Це кристалічний порошок білого кольо-ру. Температура спалаху 290 ºС, працездатність 520 см³, бризант-ність 29 мм, чутливість до удару 30 см. Швидкість детонації при густині 1,7 кг/дм³ дорівнює 8,3 км/с. Одна з потужних одноком-понентних ВР. Застосовується у всіх типах детонаторів як вторинна ВР і в складі потужних аміачно-селітряних ВР. Крім того, вико-ристовується в сплавах із тротилом для виготовлення шашок (ТГ-500), які застосовуються як проміжні детонатори.

Тротил (тол, тринітротолуол). C₆H₂(NO₂)₃CH₃. Це – криста-лічна речовина блідо-жовтого кольору. Вихідним продуктом при виготовленні тротилу є кам'яновугільний чи нафтовий толуол, який обробляють сумішшю азотної і сірчаної кислот. Випускають у вигляді лусочок. Перед введенням до складу ВР подрібнюють на порошок. Порошкоподібний тротил добре пресується і легко пла-виться при температурі 80,5 ºС. Густина у порошкоподібному виді 0,9 кг/дм³, при пресуванні 1,55 кг/дм³, плавленого 1,54...1,59 кг/дм³. Температура спалаху дорівнює 310 ºС. Працездатність 300 см³, бри-зантність 16 мм, чутливість до удару 85 см (простріл кулею, як правило, вибуху не викликає). Чутливість тротилу до механічних впливів (до початкового імпульсу) залежить від його фізичного стану: порошкоподібний і пресований вибухають від капсуля-детонатора; лускоподібний і литий вибухають тільки від проміж-ного детонатора (порошкоподібного чи пресованого тротилу або іншої ВР).

Має негативний кисневий баланс, тому при вибуху утворюється велика кількість оксиду вуглецю. Токсичний, особливо в тонко-подрібненому стані, викликає тротилову інтоксикацію організму, подразнення шкіри і хворобу очей.

Тротил належить до ВР середньої потужності. Широко використовується як складова частина більшості промислових ВР. У чистому вигляді чи в суміші з гексогеном (теном) застосовується у вигляді литих чи пресованих шашок як проміжний детонатор.

Нітроефіри. На основі цієї групи хімічних речовин створені найбільш потужні пластичні і напівпластичні промислові ВР, названі нітрогліцериновими чи нітроефірними.

Тен (тетранітропентаеритрит). C₅H₈(ONO₂)₄. Це – кристаліч-ний порошок білого кольору. Температура спалаху 220 ºС, праце-здатність 500 см³, бризантність 25 мм, чутливість до удару 30 см. У детонаторах тен пресується до густини 1,62 кг/дм³, вологи не боїться. Швидкість детонації 8,2...8,7 км/с. Застосовується при виготовленні детонувальних шнурів, а також проміжних детонаторів.

Колодіонна бавовна (піроксилін). Це тверда ВР, яку одержують при обробленні клітковини (бавовни) азотною кислотою в при-сутності сірчаної кислоти.

Піроксилін з 11 нітрогрупами (C₂₄H₂₉O₉(ONO₂)₁₁) називається нерозчинним, а з 9 (C₂₄H₃₁O₁₁(ONO₂)₉) – розчинним піроксиліном чи колодіонною бавовною. Розчиняється в суміші спирту з ефіром, у нітрогліцерині, у нітрогліколі та в інших органічних розчинниках, утворюючи колоїдний розчин. Колодіонна бавовна використо-вується для виготовлення бездимного пороху, а також пластичних і напівпластичних ВР. Піроксилін, спресований у шашці густиною 1,2 кг/дм³, має швидкість детонації 4,3 км/с. Температура спалаху 177 ºС.

Нітрогліцерин. C₃H₅(ONO₂)₃. Його отримують при обробленні гліцерину сумішшю азотної і сірчаної кислот. Являє собою без-барвну маслянисту рідину. Отруйний. Густина дорівнює 1,6 кг/дм³, чутливість до удару 4 см. Температура спалаху 180 ºС. Температура замерзання може бути +13 ºС і +2 ºС, що пояснюється існуванням двох модифікацій, які відрізняються лише фізичними властиво-стями. Небезпечний у використанні. Самостійно для підривних робіт не застосовується, але є одним з основних компонентів у багатьох вибухових речовинах. Працездатність дорівнює 550 см³, бризантність 20 мм.

Нітрогліколь. C₂H₄(ONO₂)₂. Його отримують при обробленні спирту гліколя сумішшю азотної і сірчаної кислот. Безбарвна рідина, густина 1,49 кг/дм³, температура спалаху +215 ºС, темпе-ратура замерзання –22,6 ºС. Добре змішується з нітрогліцерином і знижує його температуру замерзання. Застосовується для вигото-влення ряду ВР. Працездатність 650 см³, бризантність 30 см, чутливість до удару 7 см.

Селітри. З огляду на низьку детонаційну здатність селітр, за умовами збереження і транспортування вони не відносяться до ВР.

Аміачна селітра. NH₄NO₃. Це кристалічний порошок білого ко-льору, одержують синтетичним шляхом на азотнотукових заводах. Працездатність 165...230 см³, густина 1,7 кг/дм³, швидкість дето-нації 1,5....3 км/с, дуже гігроскопічна, легко розчиняється у воді.

Під час зберігання аміачної селітри відбувається перекриста-лізація, що супроводжується спіканням, з пухкої перетворюється на тверду масу. При тривалому зберіганні аміачна селітра злежується. Самостійно (як ВР) вона не використовується, але входить до складу багатьох вибухових механічних сумішей.

Через те що під час вибуху аміачної селітри виділяється багато газоподібних продуктів і мало теплоти, і, крім того, розвивається невисока температура, її вводять як основний компонент у запо-біжні ВР. Для зменшення гігроскопічності і злежуваності аміачну селітру обробляють гідрофобними добавками (оксидом заліза). У маркуванні таким модифікаціям аміачної селітри додають індекс ЗВ.

Натрієва і калієва селітри. NaNO₃ і КNO₃. Містять у 2 рази більше кисню, ніж аміачна селітра, мають позитивний кисневий баланс (більше 40%). Густина кристалів більше 2 кг/дм³. При вибу-ховому розкладанні утворюють мало газів і багато твердих оксидів. Суміші цих селітр із горючими чуттєві до механічних впливів і до запалення. Вони мають обмежене застосування – для приготування високозапобіжних водомістких ВР, які селективно детонують ВР. Добавки цих селітр підвищують густину ВР, знижують температуру замерзання, добре утримують воду у складі ВР, перешкоджаючи їх висиханню.