WO2019059785A1

WO2019059785A1 - Mezcla explosiva granulada bombeable a granel

Info

Publication number: WO2019059785A1
Application number: PCT/PE2018/000019
Authority: WO
Inventors: Karl Georg MASLO LUNA
Original assignee: Exsa S.A.
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US10065899B1

Abstract

La presente invención está dirigida a composiciones explosivas bombeables caracterizadas porque comprenden a) una emulsión matriz, la cual, a su vez, está constituida de i) nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción entre 60% y 70%; ii) nitrato de sodio de 1% a 20%; iii) urea desde 1% a 8 %; iv) tiourea desde 0.1% a 2%, v) agua desde 5% a 20%; vi) ácido acético o ácido sulfámico desde 0.1 a 2%; vii) agentes tensioactivos de naturaleza iónica o polimérica de desde 0.5 a 3%; y viii) un hidrocarburo que puede ser petróleo o un aceite mineral de base parafínica o nafténica, y en donde el segundo componente de la composición son prills de nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción de desde 5% hasta 50%.

Description

MEZCLA EXPLOSIVA GRANULADA BOMBEABLE A GRANEL

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con materiales explosivos para su aplicación en minas mediante equipos de bombeo en minería subterránea.

RESUMEN La presente invención está dirigida a composiciones explosivas bombeables caracterizadas porque comprenden a) una emulsión matriz, la cual, a su vez, comprende i) nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción entre 60% y 75%; ii) nitrato de sodio de 1% a 20%; iii) urea desde 0.1% a 8 %; iv) tiourea desde 0.1% a 2%, v) agua desde 5% a 20% vi) 0.1% a 2% de ácido acético o ácido sulfámico; vii) agentes tensioactivos de naturaleza no iónica o polimérica de desde 0.5 a 3%, ; y viii) un hidrocarburo que puede ser petróleo o un aceite mineral de base paraflnica o nafténica de 4% a 10%, y en donde el segundo componente de la composición b) son prills de nitrato de amonio grado técnico y/o fertilizante de una densidad de 0,85 g/cm³ a 0.99 g/cm³ . La mezcla explosiva está constituida por 50% a 95% de emulsión matriz y 5% a 50% prills (gránulos) de nitrato de amonio grado técnico y/o fertilizante.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conocen en el estado del arte patentes internacionales relacionadas con sistemas para composiciones explosivas. Es el caso de la patente US5500062 dirigida a una emulsión explosiva. Dicha invención reporta un sistema tensioactivo mixto para uso en explosivos en emulsión que proporciona una estabilidad a la emulsión ya que es un tensioactivo y un co- tensioactivo, en donde cada uno de ellos tiene grupos de cadenas hidrocarbonadas ramificadas. El primer tensioactivo tiene grupos con cadenas de cola significativamente más largos que el co-tensioactivo y en donde los tensioactivos están basados en anhídrido alquenil succínico con un parámetro de interacción beta menor que cero. De otra parte, la patente US4456492 revela una composición explosiva en estado fundido caracterizada porque comprende como primer componente una masa fundida que se puede verter, bombear o fluir a una temperatura en el intervalo de desde -10°C hasta +90°C y que comprende al menos una sal liberadora de oxígeno, por ejemplo, nitrato de amonio, y al menos un material combustible soluble en masa, por ejemplo, urea, y como un segundo componente gránulos aceitados de nitrato de amonio. La composición explosiva ofrece la ventaja de utilizar combustible relativamente barato como combustible secundario en una composición explosiva en estado fundido sin pérdida de sensibilidad a la detonación de la composición durante el almacenamiento. Las composiciones explosivas también muestran buena retención de sensibilidad a la detonación en condiciones de presión estática aplicada en pozos explosivos profundos.

De otra parte, la patente US4401490 hace referencia a una composición explosiva fundida, es decir, la composición se encuentra en estado fluido y comprende al menos una sal de liberación de oxígeno, como nitrato de amonio, al menos un material combustible soluble en fusión, como por ejemplo, urea y al menos un derivado de naftalensulfonato seleccionado entre condensados de formaldehido y ácidos naftalenosulfónicos y sus sales de metales alcalinos y alcalinotérreos, por ejemplo, metilen-bis(naftalen-beta-sulfónico) disódico y en donde las composiciones explosivas muestran una sensibilidad mejorada a la detonación en pozos explosivos de diámetro pequeño.

Por su parte, la patente US4434017 se encuentra dirigida a una composición explosiva y su preparación, en donde las composiciones explosivas no contienen agua y comprenden una sal oxidante, un material combustible miscible con dicha sal en el estado líquido y contiene además burbujas gaseosas.

El documento de patente US4822433 reporta una composición explosiva en emulsión, en donde en la fase discontinua contiene un componente que suministra oxígeno y la fase continua está constituida por un medio orgánico, en donde el componente que suministra el oxígeno y el medio orgánico son capaces de formar una emulsión que en ausencia de un adyuvante suplementario, muestra una conductividad promedio a 60°C que no es superior a 60.000 picomhos/metro y gracias a la presencia de un modificador. Adicionalmente, se conocen mezclas explosivas granuladas con nitrato de amonio grado Anfo con una densidad que fluctúa entre 0.65 g/cm³ a 0.80 g/cm³ y que son empaquetadas en mangas plásticas o en bolsas de diámetros mayores a 2 ½ pulgadas (65mm) y bombeables para diámetros mayores a 3" (75mm). Sin embargo, estas mezclas presentan el problema técnico de no ser sensibles a un cartucho de Emulsión o Dinamita de 1" x 8" (25,4 mm x 203.2 mm) pero si a un booster de 1/3 de libra (0.15 Kg) para su iniciación como carga de columna.

En este sentido, es evidente que en el estado del arte existe la necesidad aún no satisfecha de composiciones explosivas susceptibles de ser bombeadas a través de equipos de bombeo para minería subterránea, en donde la composición presente una estabilidad mejorada en su tiempo de manipulación, así como también, la necesidad de composiciones con una energía de explosión mejorada y volúmenes de gases incrementados para permitir una fragmentación mejorada del material de roca. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con el problema técnico de emulsiones explosivas bombeables que proporcionan energías de detonación deficientes y por tanto menor fragmentación de la roca. La solución propuesta en la presente invención es proporcionar una mezcla explosiva granular de mayor energía y mayor volumen de gases a base de emulsión que contiene nitrato de amonio entre 60 y 75% en peso junto con gránulos o prills de nitrato de amonio de alta densidad con una densidad de 0.85 g/cm³ a 0.99 g/cm³ en una proporción de 5 a 50% en peso, sensibilizado con 0,1% a 3% de microesferas de sílice (vidrio) o plásticas a base de copolimeros de isobutano e isopentano y una solución de nitrito de sodio que gasifica la mezcla explosiva durante su aplicación.

La composición explosiva bombeable de acuerdo con la invención está caracterizada porque comprende una mezcla explosiva de emulsión matriz y prills (gránulos) de nitrato de amonio grado técnico y/o fertilizante de alta densidad. La emulsión matriz contiene en su composición 60% a 75% de nitrato de amonio grado técnico o fertilizante, 1% a 20% de nitrato de sodio, 0,1% a 8% de urea como combustible, 0.1% a 2% de tiourea, 5% a 20% de agua, 0.1% a 2% de ácido acético o ácido sulfámico, 0.5% a 3% de agentes tensoactivos de naturaleza no iónica o polimérica y 4% a 10% de un hidrocarburo que puede ser petróleo diésel y/o biodiesel y/o aceite mineral de base parafínica y/o nafténica. La mezcla explosiva bombeable se caracteriza porque es una mezcla de la emulsión matriz con 5% a 50% de nitrato de amonio grado técnico o fertilizante de densidad de 0.85 g/m³ a 0.99 g/cm³ lo que permite incrementar la energía de la mezcla explosiva.

La mezcla explosiva bombeable es sensibilizada con 0.1% a 3% de microesferas de naturaleza plástica o de sílice (vidrio) o mediante la gasificación química con una solución de nitrito de sodio y es aplicado en minería subterránea con una unidad bombeable en taladros de 32 mm a 65 mm. La mezcla explosiva bombeable de la invención es iniciada con un cartucho de dinamita o de emulsión de Γ x 8" (25,4 mm x 203.2 mm).

Aún más, la presente invención está dirigida a composiciones explosivas o también denominadas como mezclas explosivas que son susceptibles de bombeo a granel por medio de equipos de bombeo en minería subterránea, en donde las composiciones comprenden a) una emulsión matriz en la proporción 50% a 95% y b) 5% a 50% de prills (gránulos) de nitrato de amonio de alta densidad.

Específicamente, la invención está dirigida a composiciones explosivas bombeables caracterizadas porque comprenden a) una emulsión matriz, la cual, a su vez, comprende: a) Una emulsión matriz la cual comprende:

Una fase oxidante que contiene:

i. Nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción entre 60% a 80% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

II. Nitrato de sodio de 1% a 20% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

iii. Urea desde 0.1% a 8 % en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

IV. Tiourea desde 0.1% a 2% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

v. agua desde 5% a 20% en peso respecto al peso total de la solución oxidante; vi. ácido acético o ácido sulfámico desde 0.1 a 2% en peso respecto al peso tota! de la solución oxidante;

una fase combustible que comprende:

vii. Agentes tensioactivos de naturaleza polimérica desde 1 % a 35% en peso respecto al peso total de la solución combustible y comprende Poliisobuten anhídrido succínico (PIBSA);

viii. Agentes tensioactivos no iónico de desde 1% a 35% en peso respecto al peso total de la solución combustible;

ix. Un hidrocarburo que puede ser petróleo, biodiesel o mezclas de los mismos desde 1% a 80% en peso respecto al peso total de la solución combustible;

x. Un aceite mineral de naturaleza parafinica o naftenica desde 1 % a 70%. en donde la proporción de la solución oxidante es de 90% a 95% y de la solución combustible es de 5% a 10% para formar la emulsión matriz; y b) prills (gránulos) de nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción de 5% hasta 50%. en peso respecto al peso total de la mezcla total.

Para los compuestos de la emulsión, en el punto i) el nitrato de amonio puede ser de grado técnico o grado fertilizante lo cual indica que se puede emplear nitrato de amonio con características fisicoquímicas estándar; para el punto ii) el nitrato de sodio es en forma de cristales blancos grado técnico; en el punto iii) la urea como combustible cristalino grado granulado o perlado; en el punto iv) la tioúrea debe ser grado técnico y el agua que participa en la matriz de la mezcla de la presente invención puede ser potable, de pozo, desionizada, desmineralizada y destilada, entre otras.

En el punto vii) de la matriz de la composición explosiva de la presente invención, los agentes tensoactivos de naturaleza no iónica pueden ser seleccionados del grupo que consiste de Sorbitan Monoleato (SMO) y un agente tensoactivo de naturaleza polimérica que también puede hacer parte de la presente invención, el cual se selecciona del grupo que consiste de Poli-isobuten anhídrido succinico (PIBSA), poli-isobuten anhídrido Lactona y mezclas de los mismos. En una realización preferida de la invención, los agentes tensoactivos para la matriz de la composición explosiva bombeable de la invención es una mezcla de PIBSA y SMO en una proporción de 10% a 90% de PIBSA con respecto al SMO.

En el punto viii) los hidrocarburos que pueden participar dentro de la matriz de la composición o mezcla explosiva bombeable de acuerdo con la invención, puede ser petróleos ligeros, pesados, por ejemplo, petróleo ligeros con grado API mayores a 31.1 y crudos medios o medianos con grados API entre 29.9 y 22. Adicionalmente, de acuerdo con la presente invención, el hidrocarburo como componente viii) puede ser seleccionado de petróleo diesel, biodiesel, aceite mineral o mezclas de los mismos.

Para el caso de aceite mineral de base parafínica, la matriz de la mezcla o combinación explosiva bombeable puede tener aceite parafínico, petrolato líquido, petrolato liquido pesado, aceite mineral blanco, aceite mineral pesado, aceite de petróleo, base parafina, parafina líquida, parafina, vaselina liquida, etc, en donde la propiedades físicas de estos aceites minerales son: un punto de ebullición entre 260°C y 360°C con una densidad específica entre 0.845 hasta 1 , liquido aceitosa sin color ni olor. Por lo general, estos aceites minerales son una mezcla de hidrocarburos parafínicos producidos por la destilación del petróleo y tienen una fórmula general

Para el caso de aceite mineral de base nafténica con densidad de 0.80 g/cm³ a 0.90 g/cm³ y viscosidad de 50 cP a 1000 cP, la matriz de la mezcla o combinación explosiva bombeable de la invención puede tener aceite mineral.

Para el caso del componente b) de la mezcla o composición explosiva de la invención, es necesario mencionar que el término prills hace referencia a pequeños agregados, gránulos o glóbulos de un material que, por lo general, corresponde a esferas secas formadas por un líquido fundido.

En el siguiente ejemplo se ilustra lo realizado en la presente invención. Ejemplo 1 : a. La fase oxidante, se prepara en un tanque provisto de un sistema de calefacción y de un sistema de agitación, se disuelven 72.46 % peso de nitrato de amonio, 6.05 % en peso de nitrato de sodio, 1.00 % en peso de tiourea y 17.59 % en peso de agua, 2.05 % en peso de Urea y 0.85 % en peso de ácido sulfamico a una temperatura comprendida entre 80°C y 90°C. b. Para la fase combustible, se prepara en otro tanque igualmente provisto de un sistema de calefacción y de un sistema de agitación, se funde y homogeniza, entre 35°C y 50°C, una mezcla de 20.50 % en peso de agente tenso activo a base de PIBSA, 7.40 % en peso de Monooleato de Sorbitan (SMO), 18.70 % en peso de aceite mineral de naturaleza naftenica y 53.4 % en peso de petróleo biodiesel. c. En la preparación de la emulsión, la fase oxidante (a) y la fase combustible (b) son introducidas en la proporción 94% de fase oxidante y 6% de fase combustible en un tanque emulsificador de alta velocidad de cizallamiento a 1250 rpm, donde se forma la emulsión matriz a una temperatura entre 75°C y 85°C con una densidad 1 ,38 g/cm³ y una viscosidad 20 000 cP. d. La emulsión obtenida pasa a un mixer o mezclador que trabaja a 100 rpm, donde 69.0% de emulsión matriz se introduce conjuntamente con 1.5% en peso de microesfera plástica y 29.5% en peso de nitrato de amonio granulado grado fertilizante de densidad 0.85 g/cm³ a 0.99 g/cm³. El producto obtenido es bombeado a un silo de 30 ton (30.000 kg) a 75 ton (75.000 Kg) de capacidad para su almacenamiento.

e. La mezcla explosiva granular es comercializada a granel y es aplicado en minería subterránea con una unidad bombeable de accionamiento neumático, eléctrico, electroneumatico o hidráulico. La densidad se regula in situ en función de la dureza de la roca mediante la adición de 0,5 partes en peso del agente gasificante de nitrito de sodio que permite obtener una mezcla explosiva con una densidad en el rango de 0.80 g/cm³ a 1.25 g/cm³

TABLA N° 1

Datos comparativos

En la tabla N° 2 se puede corroborar que la velocidad de la mezcla explosiva granulada bombeable de acuerdo con la presente invención presenta una mayor velocidad de detonación en comparación con una emulsión bombeable convencional. Adicionalmente, se puede observar que el volumen de los gases también aumenta de manera significativa para el caso de la mezcla explosiva de acuerdo con la invención al igual que la energía. Portante, es notorio que la mezcla explosiva de la invención presenta propiedades mejoradas gracias a su composición.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición explosiva granular bombeable a granel caracterizada porque comprende a) una emulsión matriz, la cual, a su vez, comprende÷ Una fase oxidante que contiene:

i. Nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción entre 60% a 80% en peso respecto al peso total de la solución oxidante; ii. Nitrato de sodio de 1 % a 20% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

iv. Tiourea desde 0.1 % a 2% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

v. agua desde 5% a 20% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

vi. ácido acético o ácido sulfámico desde 0.1 a 2% en peso respecto al peso total de la solución oxidante;

una fase combustible que comprende:

vii. Agentes tensioactivos de naturaleza poiimérica desde 1% a 35% en peso respecto al peso total de la solución combustible;

ix. Un hidrocarburo que puede ser petróleo, biodiesel o mezclas de los mismos desde 1% a 80% en peso respecto ai peso total de la solución combustible;

x. Un aceite mineral de naturaleza parafinica o naftenica desde 1% a 70%.

en donde la proporción de la solución oxidante es de 90% a 95% y de la solución combustible es de 5% a 10% para formar la emulsión matriz; y b) y prills de nitrato de amonio grado técnico o fertilizante en una proporción desde 5% hasta 50% en peso respecto al peso total de la mezcla total de densidad 0.85 g/cm³ a 0.99 g/cm³.

2. La composición explosiva granular bombeable a granel de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada porque en la fase combustible en el literal vii) los agentes tensoactivos de naturaleza no iónica son seleccionados del grupo que consiste de Sorbitan Monoleato (SMO) y un agente tensoactivo de naturaleza polimérica seleccionado del grupo que consiste de Poli-isobuten anhídrido succinico (PIBSA) o poli-isobuten anhídrido Lactona y mezclas de los mismos

3. La composición explosiva granular bombeable a granel de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque en la fase combustible en el literal vii), el agente tensoactivo para la matriz de la composición explosiva bombeable es una mezcla de PIBSA y SMO en una proporción de 10% a 90% de PIBSA con respecto al SMO.

4. La composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mezcla explosiva bombeable es sensibilizada con 0.1 % a 3% de microesfera de naturaleza plástica a base de copolímeros de isobutano e isopentano o de sílice (vidrio).

5. La composición de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la mezcla explosiva es sensibilizada mediante la gasificación química con una solución de nitrito de sodio.

6. Una composición explosiva o mezcla explosiva para bombeo a granel por medio de equipos de bombeo en minería subterránea, caracterizada porque la composición comprende a) una emulsión matriz en la proporción 50% a 95% y b) 5% a 50% de prills de nitrato de amonio de alta densidad.

7. La composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición se encuentra en una unidad bombeable para taladros de 32 mm a 65 mm o en una unidad bombeable de accionamiento neumático, eléctrico, electroneumatico o hidráulico en minería subterránea.

8. La composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mezcla explosiva bombeable se inicia con un cartucho de Dinamita o de emulsión de 1" x 8" (25,4 mm x 203.2 mm).