Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические и взрывчатые свойства аммиачной селитры. Учебное пособие.pdf
7) Метод снижения гигроскопичности. Сплавление аммиачной
селитры с менее гигроскопичными солями, (NH
4)2SO4
.
8) Метод повышения статической прочности и устойчивости к
термическим циклам нагрев-охлаждение.
Ведение кондиционирующих добавок (фосфаты и сульфаты
аммония, калия, карбамиды, магнезиально-железистой и др.),
обеспечивают наличие отсутствия переходов кристаллических
модификаций аммиачной селитры под влиянием температурных
изменений.
9) Метод гранулирования.
Получение аммиачной селитры в виде гладких шаровидных
однородных гранул уменьшает поверхность соприкосновения
гранулированных частиц с воздухом. Суммарная поверхность
однородных гранул меньше поверхности такого же количества
мелкокристаллического вещества, поэтому скорость поглощения
влаги из воздуха гранулированной аммиачной селитрой уменьшается.
Уменьшение слеживаемости аммиачной селитры при
применении неорганических добавок в основном определяется:
- понижением гигроскопической точки аммиачной селитры, что
уменьшает количество испарившейся межчастичной влаги;
- понижением содержания свободной влаги в частицах АС;
- изменением удельного объема маточного раствора;
- ослаблением связи между кристаллами.
В качестве меры слежалости гранулированной селитры, как,
впрочем, и других сыпучих материалов, принимают энергию
разрушения U всех единичных связей, возникших между отдельными
гранулами в единице насыпного объёма [9].
Она может быть выражена следующим уравнением:
U = ½ N ∙ n ∙ a, (1.21)
где ½ - коэффициент, учитывающий то, что одна
единичная связь образуется при соприкосновении двух гранул; N общее количество гранул в единице насыпного объёма; n - число
единичных связей, приходящихся на одну гранулу; a - энергия,
необходимая для разрушения одной единичной связи при данном типе
упаковки.
Если энергию, необходимую для разрушения всех единичных
связей, подвести в виде энергии свободного падения и пренебречь её
21
затратой на преодоление сопротивления воздуха, совершение
пластических деформаций и других побочных процессов, то:
U = ½ N ∙ n ∙ a = γ
где γ
- насыпной объёмный вес гранулированной
нас
∙ h, (1.22)
нас
селитры; h - высота падения слежавшейся селитры.
Решая уравнение относительно h, приняв во внимание, что вес
одной гранулы равен:
γ
gгр =
= 1/6d
N
, (1.23)
каж
получим:
3 ∙ n ∙ a
h =
d
, (1.24)
3
каж
Из уравнения видно, что высота падения слежавшейся селитры
h, необходимая для разрушения всех связей, возникших между
гранулами единицы насыпного объёма, обратно пропорциональна
кубу диаметра гранулы.
Измерив экспериментально величину h, легко вычислить
энергию, необходимую для разрушения одной связи.
В качестве показателя слежалости можно использовать высоту
падения h образца селитры, при которой разрушаются все единичные
связи.
Если ограничить высоту падения образца слежавшейся селитры
до некоторого практически удобного предела h
то, измерив с
1
помощью просеивания степень дробления селитры до гранул
заданного диаметра, можно вычислить высоту, необходимую для
разрушения всех связей между гранулами по следующему уравнению:
100∙h
h =
1
, (1.15)
c
где с - степень дробления образца селитры в процентах до
гранул заданного диаметра при падении с высоты h
.
1
22
1.4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОКАЗАТЕЛЯМ ФИЗИКО-
Наименование показателя
Норма для марки
А
Б
Высший
Первый
Второй
1
2 3 4
5
1. Внешний вид
Гранулы белого цвета или слегка
окрашенные без механических примесей
2. Суммарная массовая
пересчете на:
NH4NO3 в сухом веществе,
%, не менее
азот в сухом веществе, %,
Не
ется
3. Массовая доля воды, %,
не более:
3.1 гигроскопической
3.2 с сульфатной и
добавками
3.3 с добавками нитратов
ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Для промышленных целей и сельского хозяйства
по ГОСТ 2 – 2013 выпускается две марки аммиачной селитры [16]:
- марка А – гранулированная селитра для промышленных целей;
- марка Б – гранулированная селитра для сельского хозяйства.
Таблица 1.7 - Требования к показателям физико-химических свойств
аммиачной селитры по ГОСТ 2 – 2013
доля нитратного и
аммонийного азота в
не менее
сульфатно-фосфатной
кальция и магния
copт
сорт
98 Не нормируется
нормиру
34.4 34.4 34.4
0.2
0.2
0.2
0.3 0.3 0.3 0.3
сорт
0.3
23
Продолжение таблицы 1.7
1
2 3 4
5
3.4 общей
3.5 с сульфатной и
добавками
3.6 с добавками нитратов
кальция и магния
4. рН водного раствора с
с добавкой нитратов
кальция и магния
с сульфатно-фосфатной
добавкой
с сульфатной добавкой
4.0
4.0
4.0
4.0
5. Массовая доля веществ
кислоты, %, не более
6. Гранулометрический
состав:
массовая доля гранул
не менее
массовая доля гранул
не менее
Не
тся
в том числе гранул
не менее
Не
тся
Не
руется
массовая доля гранул
не более
массовая доля гранул
сульфатно-фосфатной
массовой долей 10 %, не
менее:
нерастворимых в 10 % -
ном растворе азотной
размером от 1 до 3 мм, %,
0.5 0.5 0.5 0.5
0.6 0.6 0.6 0.6
5.0 5.0 5.0 5.0
4.5 4.5 4.5 4.5
0.2 Не нормируется
93 Не нормируется
размером от 1 до 4 мм, %,
размером от 2 до 4 мм, %,
размером менее 1 мм, %,
размером более 6 мм, %
нормируе
нормируе
95 95 95
80 50
4 3 3 4
0 0 0 0
24
норми
Окончание таблицы 1.7
1
2 3 4
5
7. Статическая прочность
менее
или в пересчете на
гранулу, Н (кгс), не менее:
с сульфатной и сульфатнофосфатной добавками
с добавками нитратов
кальция и магния
8. Рассыпчатость не менее
100
100
100
100
марок ЖВГ и ЖВК по ГОСТ
гранул, МПа (кгс/см2), не
- 16.3 14.3 10.2
5 (0.5) - 7 (0.7)
5 (0.5)
- 10 (1.0) - -
- 8 (0.8) - -
Основные крупные производители аммиачной селитры в
Российской Федерации: ОАО «Акрон» (Новгородская обл.), ОАО
«Азот» (Пермский край), ОАО «Азот» (Кемеровская обл.), ОАО
«Ангарский азотно-туковый завод» (Иркутская обл.), ОАО
«Дорогобуж» Смоленская обл. ОАО «Невинномысский азот»
Ставропольский край, ОАО «Куйбышевазот» Самарская обл. ОАО
«Минудобрения» Воронежская обл. ОАО «Череповецкий азот»
Вологодская обл. ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения»
Республика Башкортостан, ООО «Менделеевсказот» Республика
Татарстан.
Поставки аммиачной селитры для производства промышленных
взрывчатых веществ осуществляют, преимущественно, два
предприятия: Кемеровское ОАО «Азот» и ОАО «Азот» г. Березники,
Пермский край, на долю которых в 2007 г. пришлось свыше 78 % от
общего объема поставок аммиачной селитры для этих целей. В
производстве промышленных взрывчатых веществ применяется
аммиачная селитра водоустойчивая
14702−79, и аммиачная селитра пористая различных марок.
Пористую аммиачную селитру выпускают:
- группа «Акрон», объединяет предприятия: ОАО «Акрон»
Новгородская обл., и ОАО «Дорогобуж» Смоленская обл. (Селитра
аммиачная пористая, марки МП, ТУ 2143-036-00203789-2003);
- филиал ОАО «ОХК «УРАЛХИМ» ОАО «Азот» г. Березники
Пермский край (Селитра аммиачная пористая, ТУ 2143-635-00209023-
99); - АО «СДС Азот», объединяет предприятия: ОАО «Азот»
(Кемеровская обл.) и ОАО «Ангарский азотно-туковый завод»
25
(Иркутская обл.) (Селитра аммиачная пористая (ПАС), ТУ 2143-639-
Наименование показателя
Норма для марки
ЖВГ
ЖВК
ОКП 21 4319
0200
ОКП 21 4319
0100
Кристаллический или
или комков затвердевшего плава
2. Массовая доля азотнокислого
вещество, %, не менее
3. Массовая доля воды, %, не
более
4. Массовая доля жирных кислот
и парафина в соотношении 1:1, %
6. Кислотность в пересчете на
HNO3, %, не более
8. Массовая доля веществ,
нерастворимых в соляной кислоте,
%, не более
9. Механическая прочность гранул
менее
10. Массовая доля гранул от 1 до 3
мм, %, не менее
11. Рассыпчатость, %
00209023-99).
Требования к физико-химическим показателям аммиачной селитры
водоустойчивой марок ЖВГ и ЖВК приведены в таблице 1.8.
Таблица 1.8 – Требования к физико-химическим показателям
аммиачной селитры водоустойчивой по ГОСТ 14702−79 [22].
1. Внешний вид
аммония в пересчете на сухое
гранулированный продукт без
видимых посторонних включений
99,0 99,0
0,8 0,7
0,3 - 0,4 0,3 - 0,4
5. Массовая доля железа, % 0,06 - 0,09 0,06 - 0,09
0,07 0,07
7. Водоустойчивость по
гидродинамическому прибору,
2451,7 (25) 2451,7 (25)
Па (см вод. ст.), не менее
0,01 0,01
на раздавливание, г/гранулу, не
400 -
94 -
100 -
26
Неконтролируемая физико-химическая характеристика аммиачной
Характеристика
Норма
1. Насыпная плотность, г/см
3
0,85 - 1,0
селитры водоустойчивой марки ЖВГ приведена в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Неконтролируемая физико-химическая характеристика
аммиачной селитры водоустойчивой марки ЖВГ
В России АС марки «пористая» получают методом
приллирования высококонцентрированного плава АС с последующей
химической газификацией сформированных капель-гранул.
За рубежом ПАС получают методом приллирования
увлажненного плава (2 – 3 % влаги) и последующей сушки с
осуществлением режима возвратно-повторных модификационных
переходов в кристаллической структуре гранул [5, 14].
Актуальна проблема повышения статической прочности и
устойчивости гранул аммиачной селитры к термическим циклам
нагрев - охлаждение (в диапазоне температур от - 20 до + 60°С).
У лучших российских и мировых производителей статическая
прочность гранул находится в пределах от 4 до 5 Н/гранулу. Для
предприятий, проводящих промышленные взрывные работы,
требуется более 10 Н/гранулу. В России пористую аммиачную
селитру требуемого качества производит лишь отдельные заводы.
Для изготовления простейших гранулированных
промышленных взрывчатых веществ типа гранулита (игданита)
продолжают применять непористую аммиачную селитру (АС)
промышленного назначения, по ГОСТ 2 – 2013, что приводит к
низкой эффективности полученных на ее основе промышленных
взрывчатых веществ. Согласно прогноза [15] в России, ожидается рост
потребления аммиачной селитры промышленного назначения: в
период 2010 - 2020 гг. объем использования АС увеличится, более чем
на 20% (около 2% в год) и превысит отметку в 1,2 млн. т.
Соответствующий рост производства АС требует создания
новых наукоемких производительных экологически чистых процессов
производства аммиачной селитры, обеспечивающих возможность
регулирования свойств продукционной АС, в зависимости от
требований промышленности.
Требования к физико-химическим свойствам - селитры
аммиачной пористой, марки МП приведены в таблице 1.10.
27
Таблица 1.10 - Требования к физико-химическим свойствам. Селитра
Наименование показателя
Нормы для пористой
селитры марки МП
ОКП 21 4310
1. Внешний вид
Приллированный
них примесей от белого
до бежевого цвета
2. Суммарная массовая доля нитратного и
менее
98,0
3. Массовая доля воды, %, не более:
4. Статическая прочность гранул, н/гранулу
(кг/гранулу), не менее
4 (0,4)
5. Гранулометрический состав, %, массовая
менее 1 мм и от 2 до 3 мм суммарно, не
более
25
6. Водородный показатель (рН) 10%
водного раствора, не менее
6,0
7. Рассыпчатость, %, не менее
100
8. Насыпная плотность, г/см
3
0,70 – 0,76
9. Массовая доля органической добавки (в
пересчете на углерод (С)), %, не более
0,15
10. Удерживающая способность по отношению к дизельному топливу, %, не менее
5,6
11. Маслопоглощение, %, не менее
8,0
аммиачная пористая, марки МП по ТУ 2143-036-00203789-2003
производства группы «Акрон»
продукт без посторон-
аммонийного азота в пересчете на нитрат
аммония NH
в сухом веществе, %, не
4NO3
- метод сушки
- метод Фишера
доля гранул размером:
- менее 1 мм, не более
- от 1 до 2 мм, не менее
-
0,4
0,7
2
75
28
Требования к физико-химическим свойствам - селитры
Наименование показателя
Норма для селитры
ПАС
1. Внешний вид
Гранулированный продукт без
примесей
2. Суммарная массовая доля
веществе, %, не менее
98
3. Массовая доля воды,
не более
0.5
4. Впитывающая способность по
%, не менее
10
5. Удерживающая способность по
%, не менее
5,5
6. Насыпной вес, г/см3, не более
0,84
7. Статическая прочность гранул,
Н/гранулу (кг/гранулу), не менее
4 (0,4)
8. Гранулометрический состав:
- массовая доля гранул размером
от 1 до 4 мм, %, не менее
95
- массовая доля гранул размером
от 1 до 3 мм, %, не менее
90
- массовая доля гранул менее 1 мм
и более 3 мм, %, суммарно
10
- массовая доля гранул более
4 мм, %
0
9. Рассыпчатость, %, не менее
100
аммиачной пористой (ПАС) приведены в таблице 1.11.
Таблица 1.11 - Требования к физико-химическим свойствам. Селитра
аммиачная пористая (ПАС) по ТУ 2143-639-00209023-99 производства
ОАО «Ангарский азотно-туковый завод»
аммиачной пористой марки
посторонних механических
нитратного и аммонийного азота в
пересчете на NH
в сухом
4NO3
определяемая методом сушки, %,
отношению к дизельному топливу,
отношению к дизельному топливу,
29
Применение непористой аммиачной селитры в составах
простейших взрывчатых веществ малоэффективно, т. к. впитывающая
(удерживающая) способность непористой АС по отношению к
нефтепродуктам составляет 4 - 6 %, что не обеспечивает
необходимого для эффективного взрыва нулевого кислородного
баланса [6].
Лучше показатели удерживающей способности по отношению к
дизельному топливу (ДТ) достигнуты у пористой аммиачной селитры
(ПАС) – 9 – 12 % [6, 14].
Однако, на долю стран СНГ приходится лишь 5 % от выпускаемого в
мире объема ПАС [9].
Перспективой использованию ПАС может послужить пропитка
непористой АС стабильной водной эмульсией ДТ или водной
эмульсией других органических веществ (например, отработанного
машинного масла с угольной или алюминиевой пылью) для создания
эмульсионных взрывчатых (ЭВВ).
При этом компоненты эмульсии микронного диапазона
проникают в мельчайшие поры гранул, тем самым обеспечивая
повышение удерживающей и впитывающей способности
органических веществ и в результате пропитки позволяют получить
гранулы, эксплуатационные характеристики которых способны
конкурировать с аналогичными показателями гранул пористой
аммиачной селитры (ПАС).
Потребление эмульсионных ВВ возрастает, что связано с
внедрением на горных предприятиях установок по изготовлению ЭВВ
(порэмитов, гранэмитов, сибиритов и др.). Доля эмульсионных
составов, изготавливаемых на местах применения составляет в
настоящее время порядка 60 %.
Опыт применения ЭВВ указывает на их существенные
преимущества по сравнению с другими ВВ:
- регулирование мощности ЭВВ в широких пределах (от 1400 до
650 ккал/дм
3
) за счет введения в состав энергетических добавок или
изменения плотности;
- низкая чувствительность к тепловым и механическим
воздействиям, безопасность в обращении;
- безотходное экологически чистое производство, полная
механизация при зарядке скважин и минимизация выделения газов
при изготовлении и взрывании ВВ;
- сравнительно дешевая доступная сырьевая база;
30