CC BY
87
УДК 662.2-397.1
Е.А. Петров, С.В. Петерс, Н.В. Бычин, А.А. Аверин, Д.В.Тихонов
ФГУП «ФНПЦ «Алтай» В.Е. Рябиков
ТОО «АиК»
Исследование свойств ферросиликоалюминия и перспектив его применения в промышленных взрывчатых веществах
Оценивались физико-химические свойства ферросиликоалюминия и детонационные характеристики взрывчатых веществ (ВВ) на его основе.
Установлено, что порошок ферросиликоалюминия может применяться в качестве альтернативы алюминию в составах широкого класса мощных промышленных ВВ.
Ключевые слова: ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА, ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, ГОРЮЧИЕ КОМПОНЕНТЫ, ФЕРРОСПЛАВЫ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА,
ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЙ, ДЕТОНАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, АММОНАЛЫ
Ye.A. Petrov, S.V. Peters, N.V.Bychin, A.A. Averin, D.V. Tikhonov, V.Ye. Riabikov. Ferro-aluminum-silicon property and prospects of use in industrial explosives research
Ferro-aluminum-silicon physicochemical properties and detonating characteristics of explosives based on it were evaluated.
It was stated that ferro-aluminum-silicon powder can be used as an alternative for aluminum in compositions of wide class of industrial explosives.
Key words: EXPLOSION ENERGY INCREASE, EXPLOSIVES, COMBUSTIBLE COMPONENTS, FERROALLOYS, PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES, FERRO-ALUMINUM-SILICON, DETONATION CHARACTERISTICS, AMMONALS
Одним из широко применяемых методов повышения энергии взрыва промышленных ВВ при разрушении крепких и весьма крепких горных пород является введение в их состав высококалорийных горючих компонентов, в качестве которых применяют в основном алюминий в виде пудры или порошка. Вопрос замены дефицитного, дорогостоящего и опасного в обращении алюминия на экономически выгодные и менее опасные горючие компоненты является актуальным.
Согласно [1], тепловой эффект от взрыва ВВ может быть повышен путем использования ферросплавов с увеличенным содержанием кремния и алюминия (таблица 1).
Таблица 1 - Энергетические характеристики металлов
Наименование горючей добавки Теплота образования оксидов,ккал/моль Повышение теплоты взрыва состава на 1 г горючей добавки, ккал
Алюминий 398,0 7,40
Кремний 205,0 7,35
Кальций 150,8 3,77
Железо 197,6 1,77
В Казахстане (г. Экибастуз) основано производство одного из таких сплавов -ферросиликоалюминия (ФСА). Процесс получения основан на высокотемпературном совместном восстановлении кремния, алюминия и железа твердым углеродом [2]. В отличие от порошков ферросилиция (ФС) порошки ФСА менее абразивны и на примере гранулитов показали высокие энергетические характеристики [3].
В данной работе оценивались основные физико-химические свойства порошка ФСА и детонационные характеристики аммоналов на его основе.
1 Элементный анализ образцов проводился на рентгенографическом микроанализаторе марки ИЫК-БбО (Япония).
Таблица 2 - Характеристики различных марок ферросплавов
Состав ферросплава, % ФС-75 ФСА
Железо 19,8 33,89
Кремний 77,8 57,9
Алюминий 1,6 7,39
Кальций 0,8 -
Титан - 0,82
По данным исследований, порошки практически не содержат технологических примесей (таблица 2).
2 Электронно-оптические исследования проведены на растровом электронном микроскопе марки ивМ-840 (Япония) с увеличением в 200 и в 1000 раз.
Результаты показали (рисунок 1), что порошок ФСА однороден по текстуре поверхности частиц, полидисперсен по размерам, форма частиц остроугольная.
2
Рисунок 1 - Микрофотографии ФСА. Удельная поверхность 800 см /г
3 Электростатические характеристики металлических горючих определялись по ОСТ В 84-2176 при относительной влажности воздуха 34-60% и температуре 220С. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Электростатические характеристики металлических горючих
Наименование показателя АСД-4 ПП-2 ФС-75 ФСА ФСА
Площадь удельной поверхности, см2/г 4000 3000 3000 800 2900
Относительная влажность воздуха, % 38 60 60 48 34
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом-см 4,3106 1,4'103 9,1. 106 1,1 1012 2,0108
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом 1,4107 0,37102 1,6109 43,71013 3,4109
Минимальная энергия зажигания, Дж 0,004 0,002 0,173 >0,123 >0,123
Электростатические свойства порошков зависят от дисперсности и относительной влажности воздуха. При равных условиях эксперимента порошки ФСА можно отнести к полупроводникам. В отличие от порошков алюминия пылевоздушные смеси порошков ФСА не чувствительны к электрической искре, то есть не способны воспламеняться от разряда статического электричества.
4 Температура начала окисления на воздухе образцов ФСА определялась термогравиметрическим методом на дифференциальном термогравиметрическом анализаторе РТС-бО в условиях линейного нагрева со средней скоростью 10 град/мин в интервале от комнатной температуры до 10000С. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Температура начала окисления на воздухе
Показатель Алюминий ФС-75 ФСА
Температура,0С 755 860 847
5 Физические характеристики
Водоустойчивость (водопроницаемость для порошков) металлических горючих определялась на гидродинамическом приборе. Метод основан на установлении времени прохождения столба воды через слой ВВ определенной толщины. Плотность оценивалась объемно-весовым методом. Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5 - Физические характеристики металлических горючих
Показатель ПП-1 ФС-75 ФСА ФСА
Площадь удельной поверхности, см2/г 3000 3000 800 2900
Водопроницаемость, с >300 65 15 57
Насыпная плотность, г/см 0,75 0,92 1,47 1,19
Плотность утряски, г/см 1,11 1,0 1,57 1,32
Плотность при давлении 10 кг/см , г/см3 1,12 1,33 2,02 1,89
Уплотняемость, % 49 44 37 58
Образцы ФСА более гигроскопичны и тяжелы, чем ПП-1 и ФС-75, легко уплотняются при утряске и прессовании. С увеличением дисперсности порошка ФСА эти показатели снижаются.
6 Детонационные характеристики оценивались на примере штатных аммонала Э-5 и детонита М. Эксперименты проводились на зарядах массой 200 г и в патронах диаметром 36 мм для Э-5 и 32 мм для детонита М. Инициирование осуществлялось от ЭД-8. Скорость детонации определялась методом ионизационных датчиков, а эффективность по методике, описанной в [4].
Таблица 6 - Детонационные характеристики ВВ на основе различных горючих
Показатель ПП-2 ФС-75 ФСА ФСА
Площадь удельной поверхности, см2/г 3000 3000 800 2900
Скорость детонации детонита М в бумажной оболочке, м/с 4050 3810 4080 4260
Эффективность детонита М, мм 17,0 13,6 14,4 14,9
Скорость детонации аммонала Э-5 в металлической оболочке, м/с 4620 4300 4330 4425
По данным исследований (таблица 6), скорость детонации и эффективность ВВ на основе ФСА с удельной поверхностью 2900 см2/г выше, чем для составов на ФС-75, и соизмеримы с составами на алюминии. Можно сделать вывод, что порошок ФСА по своим физико-химическим характеристикам удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлическим порошкам, как к горючим, и может применяться в качестве альтернативы алюминию в составах широкого класса мощных промышленных ВВ. Эффективность их применения будет расти при увеличении в составе ФСА доли кремния и алюминия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Дубнов, Л.В. Промышленные взрывчатые вещества/ Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. - М.: Недра. - 1988.
2 Абишев, Д.Н. Разработка технологии и освоение производства ферросиликоалюминия / Д.Н. Абишев, А.А. Жарменов, С.О. Байсанов, М.Ж. Толымбеков // Комплексная переработка минерального сырья. - Алматы: РГП «НЦ КПМС РК», 2002.
3 Бахтин, А.К. Новая энергетическая добавка для промышленных взрывчатых веществ / А.К. Бахтин, Е.А. Бахтин, Е.А. Петров // Горный журнал. - 2004.- №10. - С.34-37.
4 Руднев, А.Ю. Отработка методик определения работоспособности промышленных ВВ / А.Ю. Руднев, В.П. Удовиченко, Е.А. Петров, М.В. Казутин // Материалы и технологии XXI века. - М.: ИЭИ «Химмаш», 2000. - С.82-85.
