Главная | Обратная связь

Классификация ВВ по химическому составу и краткие сведения по технологии изготовления промышленных ВВ

ВВ можно классифицировать по различным признакам:

- по принадлежности к определенному классу химических соединений (нитроэфиры, нитросоединения, нитроамины, перхлоратные ВВ и т. п.),

- по устойчивости горения,

- по условиям применения и т. д.

Так, по скорости протекания реакции ВВ могут быть разделены на:

- инициирующие (или первичные),

- бризантные (или вторичные),

- метательные (пороха)

- пиротехнические составы.

Особенностью инициирующих ВВ является их высокая чувствительность к внешним воздействиям. Поэтому инициирующие ВВ широко используют в различных средствах взрывания. Небольшое количество инициирующего ВВ поджигают при помощи огнепроводного шнура (в капсюлях-детонаторах) или электровоспламенителя (в электродетонаторах), горение его быстро переходит в детонацию, которая возбуждает взрыв вторичного ВВ.

 

Горение вторичных ВВ обычно устойчиво и переход в детонацию возможен лишь при некоторых условиях, поэтому детонацию вторичных ВВ вызывают не поджиганием, а используют для этого средства взрывания (электродетонаторы , детонирующий шнур и т. п.).

 

Горение метательных ВВ и пиротехнических составов весьма устойчиво и не переходит в детонацию даже в условиях, при которых этот переход имеет место для вторичных ВВ.

 

По составу ВВ обычно подразделяют на:

- индивидуальные химические соединения

- смесевые ВВ, представляющие механические смеси нескольких компонентов.

 

К индивидуальным взрывчатым химическим соединениям относятся такие ВВ, как тротил, тетрил, гексоген, нитроглицерин, азид свинца, тэн и др.

К смесевым принадлежит большинство промышленных ВВ: аммониты, динамиты, гранулиты, водонаполненные ВВ и др.

Рассмотрим основные группы индивидуальных и смесевых ВВ, имеющих применение в настоящее время в горнодобывающей промышленности нашей страны.

Нитросоединения. Большое количество взрывчатых химических соединений относится к группе нитросоединений, представляющих органические вещества, в молекуле которых имеется нитрогруппа NO₂, связанная непосредственно с углеродом. К нитросоединениям относятся такие ВВ, как тротил, тетрил, динитронафталин, пикриновая кислота и др. Различают нитросоединения бензольного (ароматического) и парафинового рядов.

Нитросоединения ароматического ряда отличаются высокой химической стойкостью, они неспособны к самопроизвольному разложению и самовозгоранию и почти не меняют своих химических и физических свойств при длительном хранении.

Число нитрогрупп, имеющихся в молекуле, их положение могут быть различными, в соответствии с этим изменяются химические, физические и взрывчатые свойства нитросоединений.

При увеличении числа нитрогрупп в молекулах нитросоединений повышается их температура плавления и увеличивается скорость детонации и работоспособность. Наибольшее распространение во взрывном деле находят тринитросоединения ароматического ряда, т. е. такие, у которых бензольное кольцо связано с тремя нитрогруппами. Характерным представителем таких веществ является тринитротолуол (тол) или тротил.

Тротил C₆H₂(NO₂)₃CH₃ представляет собой твердое белое (быстро желтеющее на свету) вещество, имеющее температуру плавления 80,2°. Плотность тротила 1,663 г/см³. Тротил практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях.

Детонационная способность тротила зависит от его физического состояния, дисперсности и плотности: с увеличением размера частиц критический диаметр детонации его увеличивается, с увеличением же плотности — уменьшается.

Скорость детонации тротила при плотности 1,6 г/см³ равна 6800 м/с. Критический диаметр детонации сухого гранулированного тротила в открытых зарядах около 60 мм, а водонаполненного — 25-30 мм.

В зависимости от плотности и условий взрывания тротила, теплота взрыва его колеблется от 800 до 1000 ккал/кг. Работоспособность его в свинцовой бомбе сравнительно невелика — 295 см², что объясняется наличием в продуктах взрыва твердого углерода (сажи), так как тротил имеет отрицательный кислородный баланс (-74%).

Для повышения энергии взрыва и работоспособности в тротил иногда вводят алюминиевый порошок. Опыт показал, что оптимальное количество алюминия составляет 15—20% и поэтому выпускаемый нашей промышленностью алюмотол содержит 15% алюминия.

Нитроамины.Органические вещества, в молекуле которых имеется нитрогруппа, связанная с атомом азота, называются нитроаминами. Многие из нитроаминов являются ВВ, например циклотриметилентринитрамин, широко известный под названием гексоген (C₃H₆N₆O₆). До недавнего времени гексоген применяли в основном для снаряжения боеприпасов, но в последнее время его стали использовать как сенсибилизатор в промышленных ВВ, в качестве вторичного заряда в электродетонаторах и для снаряжения детонирующего шнура.

Гексоген представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления +203,5° С. Плотность его около 1,8 г/см³. Гексоген практически нерастворим в воде и плохо растворяется в органических растворителях. Химическая стойкость гексогена высокая; разложение его начинается лишь при температуре +200° С.

Гексоген обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям (чувствительность к удару 70-90%) и поэтому его часто используют во флегматизированном виде.

Работоспособность гексогена в свинцовой бомбе 475 см³, теплота взрыва около 1300 ккал/кг. Гексоген имеет малый критический диаметр (1-2 мм) и детонирует с высокой скоростью (при плотности 1,7 г/см³ она равна 8,6 км/с).

Другим представителем класса нитроаминов является тетрил [C₆H₂(NO₂)₄NCH)₃], это кристаллы желтого, или светло-желтого цвета. Температура плавления тетрила около +129С°, при плавлении разлагается. Теплота взрыва тетрила - 1090 ккал/кг, работоспособность - 340 см³.

Тетрил применяют в прессованном виде в основном для снаряжения капсюлей-детонаторов. Иногда прессованные шашки его используют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов гранулированных и водонаполненных ВВ.

Нитроэфиры.Нитроглицерин является представителем большой группы ВВ, которые по своему химическому строению относятся к эфирам азотной кислоты. Название нитроглицерин — неправильно, таккак это соединение не содержит нитрогрупп, связанных непосредственно с углеродом, но оно общепринято и сохранилось в технике. В действительности это соединение представляет собой глицеринтринитрат и является полным эфиром глицерина и азотной кислоты.

Сложные эфиры азотной кислоты (нитроэфиры) в недалеком прошлом имели большое военное и промышленное значения. Особенно широко использовали азотнокислые эфиры глицерина и целлюлозы — нитроглицерин и пироксилин, которые и в настоящее время применяют при производстве порохов. В производстве промышленных ВВ эти вещества, а также нитрогликоль, диэтиленгликольдинитрат и тэн находят ограниченное применение и используются главным образом для производства детонитов и предохранительных ВВ (V и VI класса).

Наличие в молекуле нитроэфиров нитратной группы (ONO₂) приводит к тому, что они по своим свойствам резко отличаются от других ВВ. Это отличие выражается прежде всего в ограниченной химической стойкости нитроэфиров и их высокой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям. Поэтому обращение с этими ВВ требуют особого внимания и осторожности.

Нитроглицерин получают обработкой специального (очень чистого) глицериеа смесью азотной и серной кислот по реакции:

C₃H₅(OH)₃ + 3HNO₃ = C₃H₅(ONO₂)₃ + 3H2O

Нитроглицерин в чистом виде представляет собой маслянистую бесцветную и прозрачную жидкость плотностью около 1,6 г/см'. Нитроглицерин плохо растворяется в воде и хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Температура вспышки нитроглицерина примерно равна +180—200° С.

Нитроглицерин имеет небольшой положительный кислородный баланс (+3,5 %) и является одним из наиболее мощных ВВ. Теплота взрыва нитроглицерина 1480 ккал/кг; при взрывании в свинцовой бомбе он дает расширение 550 см³.

Для нитроглицерина и некоторых ВВ на его основе характерно наличие двух скоростей детонации: малой (1100—2000 м/с) и большой (8000—8500 м/с). Однако вследствие очень высокой чувствительности нитроглицерина (детонация его вызывается падением груза массы 2 кг с высоты всего 4 см) его нельзя использовать для взрывных работ в чистом виде. Поэтому нитроглицерин обычно вводят во взрывчатые смеси в качестве сенсибилизатора.

Так как замерзший нитроглицерин (температура замерзания его +13° С) чрезвычайно чувствителен к механическим воздействиям, в качестве сенсибилизатора используют не чистый нитроглицерин, а смесь жидких нитроэфиров, например нитроглицерин и диэтиленгликольдинитрат.

Из других нитроэфиров в настоящее время находит применение тэн (пентаэритриттетранитрат) С(CH₂ONO₂)₄. Это белое кристалли­ческое вещество плотностью 1,728 г/см³ с температурой плавления 141° С.

В отличие от жидких нитроэфиров, тэн — химически стойкое вещество, не требующее постоянного контроля за стойкостью при хранении. Температура вспышки тэна 205° С. Он имеет высокую чувствительность к удару и поэтому чаще всего его выпускают флегматизированным.

Тэн является мощным ВВ, теплота взрыва 1360 ккал/кг, работо­способность по пробе Трауцля 500 см³, скорость детонации тэна при плотности 1 г/см³ равна 5,55 км/с, а при плотности 1,62 г/см³— 8,0 км/с. Применяют тэн главным образом при изготовлении детони­рующего шнура, а также при изготовлении промежуточных детона­торов.

Аммониты.Аммонитами называют аммиачно-селитренные ВВ, представляющие смеси аммиачной селитры с нитросоединениями, главным образом с тротилом. Аммониты получают путем механического смешения аммиачной селитры с тротилом и другими компонентами в шаровых мельницах.

Несмотря на отмеченные недостатки, аммониты одно время являлись основным видом промышленных ВВ в нашей стране, так как они обладали достаточной мощностью, были недороги и относительно малочувствительны к механическим воздействиям. Благодаря этим достоинствам аммониты не утратили значения и в настоящее время. Однако область применения их теперь ограничена подземными разра­ботками, так как на открытых работах их используют сейчас в основном в качестве промежуточных детонаторов и для вторичного дробления негабаритных кусков породы.

Чтобы знать, в каких условиях можно применять тот или иной аммонит (так же как и любое другое ВВ),их патронируют в бумажные оболочки различного цвета или в белые оболочки с отличительной цветной диагональной полосой. Так, взрывчатые вещества, допущенные для применения только на открытых работах имеют белую оболочку (или белую диагональную полосу); патроны ВВ, предназначенные к применению в подземных разработках, кроме шахт, опасных по газу или пыли, окрашивают в красный цвет; ВВ, допущенные к взрывным работам в шахтах, опасных только по газу, имеют синюю оболочку, а ВВ, разрешенные к применению по углю в шахтах, опасных по газу или пыли, желтую.

В зависимости от условий применения аммониты значительно различаются как по составу, так и по свойствам.

Характерной особенностью аммонитов, как и большинства смесевых ВВ является то, что при повышении плотности критический диаметр детонации их увеличивается. Поскольку диаметр патронов ограничен (обычно 31 ± 1 мм), при некоторой, характерной для каждого вида аммонита плотности критический диаметр соизмерим с диаметром патрона и он не детонирует. Эта плотность называется критической плотностью и для большинства аммонитов составляет 1,3— 1,4 г/см³. Повысить критическую плотность можно введением в состав аммонита более мощных, чем тротил, сенсибилизаторов, таких, как гексоген. Так, содержащий гексоген скальный аммонит № 1 имеет критическую плотность около 1,5 г/см³, что позволяет применять его в спрессованных до плотности 1,45 г/см³ зарядах. Прессование ВВ увеличивает объемную энергию заряда и повышает эффективность взрыва. С этой же целью во взрывчатые составы входят порошкообразный алюминий, повышающий теплоту взрыва ВВ.

Нитроглицериновые ВВ:

- динамиты

- порошкообразные нитроглицериновые ВВ.

Характерным свойством динамитов является высокая плотность (1,4—1,5 г/см³) и пластичность, что обусловлено высоким содержанием в их составе желатинированного нитроглицерина(от 15 до 90%)

Динамиты обладают высокой работоспособностью и водоустойчивостью.

Недостатками динамитов являются: высокая чувствительность к механическим воздействиям и сильное влияние температуры на их взрывчатые характеристики. Поэтому в настоящее время в нашей стране динамиты почти не применяют.

Группа порошкообразных нитроглицериновых ВВ представлена в нашей стране детонитами и предохранительными нитроглицериновыми ВВ (победит ВП-4, серный и нефтяной аммониты и углениты).

Детонитами называют аммиачно-селитренные ВВ, сенсибилизированные нитроэфирами и предназначенные для взрывных работ в шахтах, не опасных по газу и пыли.

 

Сенсибилизация ВВ жидкими нитроэфирами особенно важна для предохранительных ВВ, имеющих ограниченную теплоту взрыва и пониженную детонационную способность

 

Победит ВП-4 является мощным предохранительным ВВ, предна­значенным к применению в породных забоях шахт, опасных по метану.

Угленит Э-6 и селектит № 1 относятся к ВВ повышенной предохранительности (V класс) и используются при короткозамедленном взрывании в угольных и смешанных тупиковых забоях. Угленит № 7 является селективно детонирующим высокопредохранительным ВВ (VI класс).

Серный и нефтяной аммониты предназначены к применению в шахтах, опасных соответственно по серной пыли и бензиновым парам.