NO312092B1 - Poröst, prillet ammoniumnitratprodukt, fremgangsmåte ved fremstilling derav, og dets anvendelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et porøst prillet ammoniumnitrat som angitt i krav l's ingress, en fremgangsmåte ved fremstilling derav, som angitt i kravene 9-13 og en anvendelse som angitt i krav 14.

I beskrivelsen er betegnelsen "porøst prillet" anvendt for å henvise til et partikkelformig produkt, som for tilfellet av ammoniumnitrat inneholder mindre enn 0,5 vekt%, fortrinnsvis mindre enn 0,2 vekt%, vann.

Porøst prillet ammoniumnitrat blir vanligvis anvendt som en av bestanddelene i eksplosive blandinger anvendt i gruvein-dustrien.

Således blir for eksempel porøst prillet ammoniumnitrat blandet med brenselolje for dannelse av den eksplosive blanding kjent som ANFO, og med en emulsjon for dannelse av tungt ANFO, med eller uten tidligere tilsatt brensel.

På grunn av priseffektivitet og/eller for å kontrollere den totale eksplosive effekt av en spesiell ladning, blir lav-densitets ammoniumnitrat-priller ofte foretrukket, og forskjellige fremgangsmåter er tilveiebragt for fremstilling av et slikt produkt. Generelt vil slike metoder vedrøre prilling av mindre konsentrerte oppløsninger av ammoniumnitrat .

Bortsett fra det faktum at de kjente fremgangsmåter har begrenset praktisk anvendelse, vil de også sette store krav til tilgjengelig tørkeutstyr. Selv om de har den ønskede høye porøsitet og følgelig lav densitet, vil de resulterende prills vanligvis ha lav mekanisk styrke, ofte i en slik grad at de er ubrukelige i praktisk anvendelse.

Det er følgelig en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et porøst prillet ammoniumnitratprodukt, med nedsatt densitet, samt en metode for fremstilling derav ved hvilken de nevnte problemer kan overkommes eller i det minste minimaliseres. En ytterligere hensikt er anvendelse av et slikt prillet ammoniumnitrat i sprengstoffblandinger.

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebragt et prillet ammoniumnitratprodukt som innbefatter innkapslede mikrosfærer. Det er funnet at tilstedeværelse av slike mikrosfærer vesentlig nedsetter produktets densitet.

Ammoniumnitratproduktet er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2 - 8.

Fortrinnsvis har mikrosfærene de følgende fysikalske egenskaper i sluttproduktet:

Størrelse: 5 - 1500 /xm

Densitetsområde: 0,015 - 0,3 9 g/cm<3>

Temperaturstabilitet: Stabile ved prosesstemperaturer 130-170°C i tilstrekkelig tid til å effektuere prilling under prilleprosessen

Bruddstyrke: I stand til å motstå minst 100 kp/cm<2> trykk, eller i stand til å gjeninnta sin form etter støtdeformasjon.

Det vil forstås at når mikrosfærene omfatter polymersfærer (ballonger) , velges de slik at de ekspanderer til de stør-relser som er angitt ovenfor under prillingen av ammoniumnitratet.

Fortrinnsvis omfatter mikrosfærene polymere mikro-"ballonger" og med en størrelse i det prillede produkt i området 2,0-150 fim.

Fortrinnsvis er mikrosfæren tilstede i ammoniumnitratet i en konsentrasjon i området 0,05-10 vekt%, mer foretrukket 0,05-0,8 vekt% for tilfelle av polymere "mikroballonger".

I henhold til oppfinnelsen kan det prillede produkt ytterligere omfatte kalksten.

I en foretrukket form av oppfinnelsen kan det porøse, prillede produkt innbefatte 70,0-99,9 vekt% ammoniumnitrat inneholdende innkapslede mikrosfærer som angitt ovenfor og 3 0,0-0,1 vekt% kalsiumkarbonat.

I henhold til oppfinnelsen kan produktets porøsistet frem-mes ytterligere ved inneslutning av gass i produktet under prilleprosessen.

Det er også funnet at passasjer som dannes i et slikt prillet produkt ved inneslutning av gass, kan forbedre porøsiteten av et slikt produkt uten i ugunstig grad å påvirke dets mekaniske styrke.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan gassen utvikles in situ i produktet via en egnet kjemisk reaksjon.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen kan gassen omfatte karbondioksyd som dannes ved spaltning av et egnet karbonat i surt medium.

Karbonatet kan omfatte ethvert egnet vannoppløselig uorga-nisk salt av karbonsyre, såsom kalium- og/eller natriumkarbonat eller alternativt kan det omfatte et mindre oppløse-lig salt.

Når det porøse prillede produkt omfatter ammoniumnitrat, vil det uunngåelig utvise en viss surhet, hvilket vil reagere med tilsatt karbonat til å gi det ønskede karbon-

dioksyd.

Fortrinnvis omfatter karbonatet kaliumkarbonat, som er tilstede i en konsentrasjon på 0,01-1,00 vekt%.

Det er funnet at kaliumnitrat som dannes ved reaksjonen mellom tilsatt kaliumkarbonat og salpetersyre som er tilstede i ammoniumnitratet, virker krystallmodifiserende på ammoniumnitratet og således forøker den mekaniske styrke for ammoniumnitrat og øker overgangstemperaturen (32°C) for krystallovergangen mellom II-krystallformen og III-krystallformen.

<y>tterligere i henhold til oppfinnelsen kan det prillede produkt innbefatte kollodialt silika, som tjener til å hårdgjøre produktets overflate.

<y>tterligere i henhold til oppfinnelsen kan det kollodiale silika tilveiebringes ved å tilsette det ikke-prillede produkt kiselsyre og/eller polykiselsyre og/eller vannglass i en tilstrekkelig konsentrasjon, fortrinnsvis 0,1-10 vekt%, for å sikre en akseptabel sprøhet og bruddstyrke.

Oppfinnelsen innbefatter også innen sitt omfang en eksplo-siv blanding, spesielt ANFO og/eller tungt ANFO, innbefat-tende et slikt prillet ammoniumnitratprodukt hvis densitet er nedsatt som følge av tilstedeværelse av innkapslede mikrosfærer.

Det er funnet at det ved siden av at det erholdes en senket densitet i det resulterende prillede produkt, med eller uten tilsetning av gassproduserende karbonat og med eller uten tilsetning av kollodialt silika, vil den lavere densitet også bibeholdes etter pneumatisk ladning av et sprengstoff av ANFO-type, dannet fra det porøse prillede produkt og brenselolje i forholdet 94:6, som normalt anvendes i et slikt sprengstoff.

I henhold til et ytterligere trekk ved oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å redusere densiteten av et porøst prillet produkt, trinnet å tilsette innkapslede mikrosfærer til produktet under prilling av produktet.

Fortrinnsvis omfatter produktet ammoniumnitrat og mikro-sf ærer av minst én av de ovenfor omtalte typer.

I henhold til dette trekk ved oppfinnelsen blir mikrosfærene tilsatt ved et punkt under prilleprosessen hvor det flytende produkt er oppdelt i dråper.

Når polymere mikrosfærer anvendes, vil denne fremgangsmåte tjene til å nedsette tiden i hvilken sfærene kan erholdes ved høye temperaturer.

Når andre typer mikrosfærer anvendes, vil det tjene til å nedsette tiden under hvilken slike sfærer utsettes for eventuelle sure vandige produkter som kan være tilstede.

Slike tilsetningspunkter kan omfatte:

(a) i sentrum av en konvensjonell type av prillebøtte (b) i tilførselsrøret av en munnstykke-prilleenhet (dusjhodetype) (c) ved injeksjonspunktet for tilfelle av pannegranulert materiale.

Ytterligere omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte som innbefatter trinnet å tilsette til det ikke-prillede produkt et karbonat og/eller kollodialt silika på et hvilket som helst egnet punkt i prosessen før prillingen finner sted, idet gassgenereringen fra karbonatet finner sted fortrinnsvis i dråpene før størkning, på en slik måte at gassboblene er små og jevne og at gassutviklingen ikke er for rask.

Når det for eksempel anvendes et konvensjonelt prille-munnstykke eller roterende bøtte for prilleoperasjonen, kan karbonatet innføres ved hjelp av et atomiseringsmunnstykke lokalisert inne i et slikt apparat i en posisjon mellom dens innløp og utløp.

En ut f ørelsesf orm av foreliggende fremgangsmåte skal be-skrives ved hjelp av eksempler under henvisning til den vedlagte tegning, som er et skjematisk lengdesnitt gjennom et apparat egnet for utførelse av fremgangsmåten.

I dette arrangement blir en konvensjonell type av et konisk formet (dusjhode) prillemunnstykke 10 anvendt for prilling av ammoniumnitrat. Munnstykket 10 har et rørformet innløp II gjennom hvilket ammoniumnitratoppløsningen som skal prilles, kan innmates på to adskilte, i tverretningen ut-stikkende diffusørplater 12 og 13, og passere derfra via en 100 /xm sikt 14 og en munnstykkeplate 15 som ammoniumnitrat-dråper 16.

Munnstykket 10 er også forsynt med et langstrakt utførsels-rør 17, som løper ned langs siden av munnstykket 10 og som er bøyet over dets lengde, som vist. Røret 17, som har sin fremre ende ført gjennom en åpning i munnstykket 10 til det indre av munnstykket 10, har et innløp 18 og et utløp 19 lokalisert inne i munnstykket 10. Selv om utløpet 19, som er forbundet med et vidvinklet sprøytemunnstykke 20, er vist båret på undersiden av diffusørplaten 12, kan det i realiteten være plassert hvor som helst over lengden av munnstykket 10. Om nødvendig kan også dif f usørplatene 12 og 13 utelates.

Mikrosfærene og kaliumkarbonatoppløsningen som er nødvendig i prosessen, innføres gjennom innløpet 18 og føres gjennom røret 17 via utløpet 19 og utgår i atomisert form fra munnstykket 20 og inn i ammmoniumnitratdusjen som passerer gjennom diffusørplaten 12 til diffusørplaten 13.

Selv om silikakolloidet som er nødvendig i prosessen kan tilsettes til selve nitratoppløsningen før prilling, er den foretrukne fremgangsmåte å fremstille en oppløsning av silikakolloidet og tilsette denne oppløsning, enten alene eller i forbindelse med karbonatoppløsningen, til prille-munnstykket 10 via innløpet 11. Den sistnevnte tilsetning i prilleprosessen forhindrer geling av silikakolloidet og blokkering av prosessutstyret.

Tabell 1 indikerer noen av egenskapene som kan gjenfinnes i et produkt i henhold til oppfinnelsen.

1. Belastningen i kg nødvendig for å bryte én enkelt prill. 2. Representerer prillenes resistens mot abrasjon forårsaket av en luftstrøm og uttrykkes som en prosentdel av prillebrekkasje forårsaket av de resulterende

abrasj onskrefter.

3. Dette uttrykker prillenes økede densitet når en eks-plosiv blanding inneholdende prillene blir pneumatisk ladet i et borehull.

Mikrostrukturen i konvensjonelt PPAN og PPAN fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse er henholdsvis vist i de vedlagte kopier av to elektronmikroskop-fotografier, nr. 1 og 2, hvor de innkapslede mikrosfærer i sistnevnte er merket 'X'. Forstørrelsen av fotografi nr. 1 er 2% ganger større enn den på fotografi nr. 2.

Begge fotografier viser tilstedeværelse av naturlige hulrom merket 'Y', som naturligvis har en tendens til å forsvinne ved pneumatisk ladning av produktet.

Sprengstoffet ifølge oppfinnelsen kan anvendes på konvensjonell måte ved fremstilling av en typisk 94:6 ANFO-type sprengstoffblanding.

Tabell 2 viser detonasjonsresultåtene erholdt med en slik blanding.

1. Nummeret vedrører den minste nummererte detonator som initierer ANFO. De anvendte detonatorer inneholdt de følgende sprengstoffer (omtrentlige mengder):

Følsomheten ble bestemt i 26 mm innesluttede ladninger, som ble pneumatisk ladet under anvendelse av utstyr og driftsbetingelser som er vanlige i gull- og platinagruver i Sør-Afrika ved grunn malmstross-bry-ting og tunnelboring.

2. Kritisk diameter er definert av Meyer, i "Explosives", første utgave, fra Verlag Chemie, som den minimale diameter for en sprengstroffladning hvis detonasjon

fremdelses kan finne sted.

3. Detonasjonshastighet (VOD) er definert av den samme kilde som for nr. 1 som forplantningshastigheten av en detonasjon i et sprengstoff. Den er uttrykt som leng-deenhet pr. tidsenhet, eksempelvis m/s. 4. De angitte VOD'er er for 26 mm diameter innesluttede ladninger som er pneumatisk ladede. 5. Området for VOD-verdier er erholdt for forskjellige ladedensiteter, som på sin side er avhengig av trykket

i den pneumatiske ladeanordning under ladeprosessen.

6 . VOD av ladningene som ble helt inn i borede hull med 210 mm diameter i brutt sandsten. 7. Det modifiserte PPAN er et ammoniumnitrat-prillprodukt inneholdende 0,26 vekt% "Expancel 910" mikrosfærer (mikroballonger) .

Det vil bemerkes fra tabell 2 at detonasjonshastigheten for blandingen i henhold til oppfinnelsen generelt er lavere enn den for standarden. Den kritiske diameter for produktet er også mindre, mens sensitivitet for initiering er høyere enn standardens, under de ladebetingelser som ble anvendt ved evalueringen.

Sensitivitet overfor mekanisk håndtering ble undersøkt ved fremgangsmåten i henhold til de Forente Nasjoners anbefal-else med hensyn til transport av farlig gods, og produktet i henhold til oppfinnelsen ble funnet sammenlignbart med standarden.

Det er således funnet at et sikkert og meget høyeffektivt billig ANFO-sprengstoff tilveiebringes i henhold til opp-finneesen, hvilket sprengstoff utviser forbedret følsomhet overfor initiering og reproduserbare detonasjonshastigheter over et bredt område av ladehulldiametere og pneumatiske ladetrykk.

Dessuten, for tilfelle av tungt ANFO vil den lave effektive partikkeldensitet for produktet i henhold til oppfinnelsen by på en fordel fremfor de kjente systemer. Dette også fordi virkemåten for tunge ANFO-systemer er absolutt avhengig av blandingens følsomhet når den eksponeres mot statis-ke og dynamiske trykk.

Claims (14)

1. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt, karakterisert ved at det innbefatter innkapslede mikrosfærer, og mikrosfærene er minst én av de følgende: polymere ballonger, glassballonger, hule metallsfærer, naturlige porøse produkter, cenosfærer såsom flyveaske-flottater, eller lignende.

2. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at mikrosfærene har de følgende fysikalske egenskaper i det prillede produkt: Størrelse: 5 - 1500 /xm Densitetsområde: 0,015 - 0,3 9 g/cm<3 >Temperaturstabilitet: Stabil ved prosesstemperaturer i området 130-170°C i en tilstrekkelig tid til å effektuere prilling under prilleprosessen Bruddstyrke: I stand til å motstå et trykk på minst 100 kp/cm<2> eller i stand til å gjeninnta den opprinnelige form etter støtdeformasjon.

3. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mikrosfærene omfatter polymere mikroballonger som har ekspandert under prilleprosessen til en størrelse i området 2 - 150 fim.

4. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mikrosfærene omfatter sfærer med et polymerskall på basis av kopolymer av akrylnitril og polyvinylidendiklorid med et egnet esemiddel, eller termisk ekspandert naturlig silikat.

5. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mikrosfærene er tilstede i en konsentrasjon på 0,05 - 10 vekt%, fortrinnsvis polymere mikroballonger i en konsentrasjon på 0,05 - 0,8 vekt% og også eventuelt inneholdende kalksten i en mengde på 0,1 - 3 0 vekt%.

6. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at porøsiteten er for-sterket ved innslutning av en gass under prilling av produktet, eksempelvis er gassen utviklet in situ i produktet via en passende kjemisk reaksjon, eksempelvis omfatter gassen karbondioksid dannet ved spaltning av et passende karbonat, såsom kalium- og/eller natriumkarbonat, i et surt medium.

7. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge krav 6, karakterisert ved at karbonatet omfatter kaliumkarbonat og er tilstede i en konsentrasjon på 0,01 - 1,0 vekt%.

8. Porøst prillet ammoniumnitrat-produkt ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det innbefatter kolloidalt silika, som under tørking av det prillede produkt migrerer med vannet til overflaten og hårdgjør denne og således forbedrer produktets mekaniske styrke, fortrinnsvis er det kolloidale silika tilstede i en konsentrasjon i området 0,1 - 10 vekt%.

9. Fremgangsmåte ved fremstilling av et porøst, prillet ammoniumnitrat-produkt med nedsatt densitet, karakterisert ved at en oppløsning av ammoniumnitrat under prilleprosessen kontinuerlig tilsettes innkapslede mikrosfærer og dispergeres i ammoniumnitrat-oppløsningen og således inkorporeres i ammoniumnitratet når dette størkner.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at mikrosfærene tilsettes prilleprosessen når væskeproduktet er oppdelt i dråper, idet tilsetningen skjer: (a) i sentrum av en prillebøtte (b) i tilførselsrøret for en munnstykke-prilleenhet (dusjhodetype) , eller (c) i tilførselsrøret for en injeksjon, for tilfelle av pannegranulert materiale, idet mikrosfærene er i det minste én av de følgende: polymere ballonger, glassballonger, hule metallsfærer, naturlig porøse produkter, cenosfærer, såsom flyveaske-flottater eller sfærer med et polymerskall på basis av en kopolymer av akrylnitril og polyvinylidendiklorid med et egnet esemiddel, eller termisk ekspandert naturlig silikat, og hvor mikrosfærene i det prillede produkt har de følgende egenskaper Størrelse: 5 - 1500 i*m Densitetsområde: 0,015 - 0,39 g/cm<3 >Temperaturstabilitet: Stabil ved prosesstemperaturer i området 130-170°C i en tilstrekkelig tid til å effektuere prilling under prilleprosessen Bruddstyrke: I stand til å motstå et trykk på minst 100 kp/cm<2> eller i stand til å gjeninnta den opprinnelige form etter støtdeformasjon.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at mikrosfærene tilsettes i en konsentrasjon på 0,05 - 10 vekt%, fortrinnsvis i form av polymere mikroballonger, i en mengde på 0,05 - 0,8 vekt%.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9-11, karakterisert ved at det tilsettes et vannoppløselig karbonat, såsom kalium og/eller natriumkarbonat, i en mengde på 0,01 - 1,0 vekt% for in situ dannelse av karbondioksyd for å fremme porøsiteten.

13. Fremgangsmåte ifølge kravene 9-12, karakterisert ved at produktet ytterligere tilsettes kolloidalt silika i form av kiselsyre og/eller vannglass, i en mengde på 0,1 - 10 vekt%.

14. Anvendelse av det porøse prillede ammoniumnitrat-produkt ifølge kravene 1 - 8 i sprengstoffblandinger, såsom ANFO eller tungt ANFO.