CC BY
43
| Е. А. Петров // Ye. A. Petrov post@frpc.secna.ru isf@bti.secna.ru
профессор, доктор техн. наук, ГНС АО «ФНПЦ «Алтай», декан инженерного спец. факультета Бийского технологического института (филиал) ФГБОУ ВПО АлтГТУ, 659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 professor, doctor of technical sciences, STS JSC "FNPTs" Altai ", the dean of the engineering special. Faculty of Biysk Technological Institute (branch) FGBOU HPE Altstu, 1, Sotsialisticheskaya Street, Biysk, 659322, Russia
| Н. П. Вдовина // N. P. Vdovina post@frpc.secna.ru
канд. техн. наук, СНС - руководитель группы АО «ФНПЦ «Алтай», 659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 candidate of technical sciences, SNA - the head of the group of JSC "FNPTs" Altai", 1, Sotsialisticheskaya Street, Biysk, 659322, Russia
■ П. И. Савин // P. I. Savin post@frpc.secna. rupawel-323@mail.ru
инженер - технолог 1 категории АО «ФНПЦ «Алтай», 659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 engineer - technologist of 1 category JSC "FNPTs" Altai", 1, Sotsialisticheskaya Street, Biysk, 659322, Russia
УДК 662.221.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИНГИБИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ХИМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В СРЕДЕ ПИРИТА INVESTIGATION OF CONCENTRATION INHIBIT ADDITION OF RESISTANCE TO CHEMICALS EMULSION EXPLOSIVES IN A PYRITE
Более 70 % ассортимента занимают эмульсионные промышленные ВВ. Дынный тип ВВ обладает как широким спектром преимуществ, так и недостатков, например, их ограниченное применение в сульфидных рудах.
Целью данной работы являлось, исследование влияния концентрации данных добавок на химическую стойкость эмульсионной матрицы (ЭМ) в среде пирита, а так же оценивалось влияние данных ингибиторов на качество и «живучесть» эмульсионной матрицы.
В качестве объекта исследования использовалась несенсибилизированная ЭМ типа «Порэмит» следующего состава: нитрат аммония - 66,5 %, натриевая селитра-14 %, вода-12 %, эмульгатор РЭМ - 2 %, дизельное топливо - 5,5 %. ЭМ имела следующие показатели: плотность - 1,42±0,01 г/ см3, электрическая емкость - 80-90 пФ.
ЭМ смешивалась с пиритом (П) в соотношении 80:20 по массе соответственно. Ингибиторы вводились сверх массы ЭМ от 1 до 3%
В работе исследовано влияние концентрации дифениламина, уротропина, мочевины на химическую стойкость эмульсионных взрывчатых веществ в среде пирита.
Установлено, что рассмотренные ингибиторы повышают, в зависимости от концентрации, стабильность ЭМ в среде пирита. В равных условиях эксперимента стабилизация достигается (по давлению 20-30 мм рт. ст.) при содержании ингибиторов: для ДФА - 1 %, для У - 2 %, для М ближе к
3 %. При 2 % ДФА стабильность ЭМ в среде пирита практически равна исходной ЭМ в отсутствии пирита.
Установлено, что лучшими ингибирующими свойствами обладает дифениламин.
Показано, что 2 % дифениламина, уротропина, мочевины не снижают качества и «живучести»
эмульсии порэмита.
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (госконтракт №11927ГУ/2017 от 04.07.2017).-
More than 70% of the assortment is occupied by emulsion industrial explosives. This type BB has both a wide
range of advantages and disadvantages, for example, their limited use in sulphide ores. The aim of this work was to investigate the effect of the concentration of these additives on the chemical resistance of the emulsion matrix (EM) in pyrite media, as well as the effect of these inhibitors on the quality and "survivability" of the emulsion matrix.
The non-sensitized EM of the "Poramit" type was used as the research object: ammonium nitrate - 66.5%, sodium nitrate-14%, water-12%, emulsifier SEM - 2%, diesel fuel - 5.5%. EM had the following parameters: density -1.42 ± 0.01 g /cm3, electric capacity - 80-90 pF.
EM was mixed with pyrite (P) in a ratio of 80:20 by weight, respectively. Inhibitors were administered in excess of the EM mass from 1 to 3%.
The effect of the concentration of diphenylamine, urotropine, urea on the chemical resistance of emulsion explosives in pyrite was investigated.
It was found that the inhibitors considered increase the stability of EM in the pyrite medium, depending on the concentration. Under equal experimental conditions, stabilization is achieved (at a pressure of 20-30 mm Hg) with the content of inhibitors: for DPA -1%, for V - 2%, for M closer to 3%. At 2% DFA, the stability of EM in the pyrite medium is almost equal to the initial EM in the absence of pyrite. It was found that diphenylamine possesses the best inhibitory properties.
It is shown that 2% of diphenylamine, urotropine, urea does not reduce the quality and "survivability" of the emulsion of pore emit.
This work was supported by the Foundation for Assistance to Small Innovative Enterprises in Science and Technology (State Contract No. 11927U/2017 of 04.07.2017).
Ключевые слова: ЭМУЛЬСИОННОЕ ВВ, ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ, СУЛЬФИДНЫЕ РУДЫ, ПИРИТ, ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ, ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ТЕМПЕРИРОВАНИЕ, СУЛЬФИДНАЯ РУДА Key words: EMULSION EXPLOSIVES, CHEMICAL RESISTANCE, SULFIDE ORES, PYRITE, THERMAL STABILITY, ISOTHERMAL TEMPERING, SULFIDE ORE
В настоящее время для добычи полезных ископаемых промышленность выпускает широкий ассортимент взрывчатых веществ (ВВ). Более 70 % ассортимента занимают эмульсионные промышленные ВВ. Дынный тип ВВ обладает как широким спектром преимуществ, так и недостатков. Одним из недостатков является их ограниченное применение в сульфидных рудах [1].
В работе [2] рассмотрен процесс взаимодействия пирита с аммиачно-селитренными ВВ. Показано, что причиной деструкции эмульсионных ВВ является комплекс параллельно последовательных окислительно-восстановительных реакций, в результате которых, образуется азотная кислота и оксиды азота, катализирующие процесс разложения нитрата аммония, поэтому для стабилизации ВВ необходима их нейтрализация. В работе 3] показано, что эмульсионные ВВ термически и химически более стойки в среде пирита, чем порошкообразные и гранулированные аммиачно-селитренные ВВ.
В работах [4-6] установлено, что лучшее ингибирующее влияние оказывают добавки нейтрализующие продукты разложения азотной кислоты, чем добавки замедляющие её распад. Наиболее эффективные из исследованных веществ, при их содержании в составе 3 % - это дифениламин (ДФА), уротропин (У), мочевина (М).
Целью данной работы являлось, исследо-
вание влияния концентрации данных добавок на химическую стойкость эмульсионной матрицы (ЭМ) в среде пирита, а так же оценивалось влияние данных ингибиторов на качество и «живучесть» эмульсионной матрицы.
В качестве объекта исследования использовалась несенсибилизированная ЭМ типа «По-рэмит» следующего состава: нитрат аммония -66,5 %, натриевая селитра - 14 %, вода - 12 %, эмульгатор РЭМ - 2 %, дизельное топливо - 5,5 %. ЭМ имела следующие показатели: плотность - 1,42±0,01 г/см3, электрическая емкость - 80-90 пФ.
ЭМ смешивалась с пиритом (П) в соотношении 80:20 по массе соответственно. Ингибиторы вводились сверх массы ЭМ от 1 до 3 %.
Оценка химической стойкости проводилась манометрическим методом на установке «Вулкан» при 30 °С и 50 °С. Данный метод основан на измерении давления газообразных продуктов термического распада веществ в замкнутой реакционной камере первичного преобразователя в изотермическом режиме. Отношение экспериментальной массы к объему реакционной камеры составляло 0,5 г/28 см3. В результате испытаний строились графики зависимости давления образующихся газообразных продуктов от времени эксперимента. Термически стойкими являются составы, в результате термостатирования которых, в течение 24 часов, прекращается рост давления и кривая роста выходит на «плато».
Качество и «живучесть» определялось с помощью температурных нагружений «тепло-холод». Образцы выдерживалась при +80 °С в течение 8 часов, затем при -4 °С в течение 16 часов. После каждого цикла качество эмульсии определялось с помощью электрической емкости. Один цикл соответствует примерно 1 месяцу хранения [1].
На рисунке 1 приведены экспериментальные зависимости давления продуктов разложения исходной ЭМ и ЭМ в смеси с пиритом (ЭМ/П) при 30 °С от времени термостатирования. Полученные данные показали, что ЭМ в присутствии пирита химически и термически нестойкая. Компоненты состава активно взаимодействуют с образованием газообразных продуктов. В течение суток идет непрерывный рост давления и кривая зависимости не выходит на «плато».
На рисунках 2 - 4 приведены результаты манометрических испытаний ЭМ/П с ингибито-
Рисунок 1 - Химическая стойкость ЭМ и ЭМ/П Figure 1 - Chemical resistance of EM and EM / P
рами химической стойкости при 50 °С.
Исследования показали, что стабилизация ЭМ/П зависит от типа и содержания ингибитора. При 1 % требованиям стабильности удовлетворяют составы с ДФА и У. Давление выходит на «плато» и не превышает 50ммрт. ст.
При 2-х % содержании ингибитора все составы удовлетворяют требованиям, при этом существенно снизили давление. Лучший результат достигнут на ДФА, где давление, характер роста кривой с ДФА в среде пирита аналогичен исходной ЭМ при 30 С.
При 3-х % содержании ингибитора все составы так же удовлетворяют требованиям стабильности. По сравнению с 2-х % несколько улучшились результаты по давлению для У, для М практически не улучшились и ухудшились для ДФА, но в последнем случае результаты не хуже, чем для У в аналогичных условиях или для об-
40 t зо Q. ф 20 5 X Ф С и "=C10 0 1
к-A
1-□
5 10 15 20 25 ДФА —П—У —Д—M Время, ч
Рисунок 3 - Химическая стойкость ЭМ/П с ингибиторов в количестве 2 % Figure 3 - Chemical resistance of EM / P with inhibitors in an amount of 2%
Рисунок 2 - Химическая стойкость ЭМ/П с ингибиторами в количестве 1 % Figure 2 - Chemical resistance of EM/P with inhibitors in an amount of 1%
Рисунок 4 - Химическая стойкость ЭМ/П с ингибиторами в количестве 3 % Figure 4 - Chemical resistance of EM / P with inhibitors in an amount of 3%
Таблица 1. Качество и «живучесть» ЭМ с 2 % ингибитора Table 1. Quality and "vitality" of EM with 2% inhibitor
Кол-во циклов Электрическая емкость состав, пФ
ЭМ ЭМ/М ЭМ/У ЭМ/ДФА
0 цикл 70 69 72 60
1 цикл 70 76 80 85
2цикл 65 78 75 91
3 цикл 65 80 75 82
4 цикл 65 80 75 82
5 цикл 65 75 75 72
6 цикл 65 80 75 95
7 цикл 65 75 68 98
8 цикл 70 75 68 90
9 цикл 75 90 75 100
разца с 1 % ДФА. Это может быть связано, как с природой, так и фазовыми изменениями при нагревании ДФА (температура плавления ДФА составляет 54-55 °С).
Об этом могут свидетельствовать результаты исследования качества и «живучести» ЭМ с добавками ингибиторов в количестве 2 % (таблица 1). В целом ингибиторы не снижают качества, как по сравнению с исходной ЭМ, так и по оценке «живучести», но для образцов ЭМ/ДФА колебания значений электрической емкости от циклов термостатирования более заметны.
Таким образом установлено, что рассмотренные ингибиторы повышают, в зависимости от концентрации, стабильность ЭМ в среде пирита. В равных условиях эксперимента стаби-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
лизация достигается (по давлению 20-30 мм рт. ст.) при содержании ингибиторов: для ДФА - 1 %, для У - 2 %, для М ближе к 3 %. При 2 % ДФА стабильность ЭМ в среде пирита практически равна исходной ЭМ в отсутствии пирита. Показано, что качество и «живучесть» ЭМ не снижается при введении ингибиторов ДФА, У, М в состав по-рэмита в количестве до 2 % по массе.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-08-00844.
The project is fulfilled with financial support of RFFI within the frames of a scientific project No. 17-08-00844
1. Колганов, Е.В. Эмульсионные промшленные взрывчатые вещества - 1-я книга (составы и свойства) / Е.В. Кол-ганов, В.А. Соснин. - Дзержинск Нижегородской области ГосНиИ «Кристалл», 2009. - 592 с.
2. Коваленко И.Л., Куприн В.П. Взаимодействие эмульсионных взрывчатых веществ и их компонентов с сульфидными минералами. // Взрывное дело. 2010. - №103/60, - С. 154 - 159
3. Петров Е.А., Савин П.И., Тамбиев П.Г., Бычин Н.В. Исследование термической стабильности аммонита и гра-нэмита в сульфидных рудах. // Горный журнал Казахстана. - 2014. - № 4. - С. 18 - 22.
4. Петров Е.А., Савин П.И., Тамбиев П.Г., Бычин Н.В. Исследование влияния стабилизирующих добавок на термическое разложение эмульсионного взрывчатого вещества в среде пирита. // Горный журнал Казахстана. -2016. - № 1. - С. 18 - 21.
5. Савин П.И., Петров Е.А., Тамбиев П.Г. Бычин Н.В. Исследование влияния стабилизирующих добавок на химическую стабильность эмульсионных ВВ в сульфидных рудах. // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промыш-ленности: материалы X Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием/ Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2017. - С. 64-68. - 536 с.
6. Петров Е.А., Савин П.И. Влияние мочевины на термическую стабильность аммиачно-селитренных взрывчатых веществ в сульфидных средах / Е.А. Петров, П.И. Савин // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2014. - № 1. - C.158 - 160.
REFERENCES
1. Kolganov, E. V., & Sosnin, V. A. (2009). Emul'sionnyye promyshlennyye vzryvchatyye veshchestva - 1-ya kniga (sostavy i svoystva) [Emulsion Industrial Explosives - Book 1 (Compositions and Properties)]. Dzerzhinsk: Nizhny Novgorod region GosNII "KristaN". [In Russian].
Kovalenko, I. L., & Kuprin, V. P. (2010). Vzaimodeystviye emul'sionnykh vzryvchatykh veshchestv i ikh komponentov s sul'fidnymi mineralami [Interaction of emulsion explosives and their components with sulphide minerals]. Vzryvnoye Delo - Explosive Case, 103(60), 154-159.[In Russian].
Petrov, E. A., Savin, P. I., Tambiyev, P. G., & Bychin, N. V. (2014). Issledovaniye termicheskoy stabil'nosti ammonita i granemita v sul'fidnykh rudakh [Investigation of the thermal stability of ammonite and granite in sulphide ores]. Gornyy Zhurnal Kazakhstana - Kazakhstan Mining Journal, (4), 18-22. [In Russian].
Petrov, E. A., Savin, P. I., Tambiyev, P. G., & Bychin, N. V. (2016). Ssledovaniye vliyaniya stabiliziruyushchikh dobavok na termicheskoye razlozheniye emul'sionnogo vzryvchatogo veshchestva v srede pirita [Investigation of the effect of stabilizing additives on the thermal decomposition of an emulsion explosive in pyrite]. Gornyy Zhurnal Kazakhstana -Kazakhstan Mining Journal, (1), 18-21. [In Russian].
Savin, P. I., Petrov, E. A., Tambiyev, P. G., & Bychin, N. V. (2018). Technologies and equipment of chemical, biotechnological and food industry: Materials of the X All-Russian scientific-practical conference of students, graduate students and young scientists with international participation. Issledovaniye vliyaniya stabiliziruyushchikh dobavok na khimicheskuyu stabil'nost' emul'sionnykh VV v sul'fidnykh rudakh [Investigation of the influence of stabilizing additives on the chemical stability of emulsion explosives in sulphide ores] (pp. 64-68). Biysk: Publishing house of the Altai State Technical University. [In Russian].
Petrov, E. A., & Savin, P. I. (2014). Vliyaniye mocheviny na termicheskuyu stabil'nost' ammiachno-selitrennykh vzryvchatykh veshchestv v sul'fidnykh sredakh [Effect of urea on the thermal stability of ammonia-nitrate explosives in sulphide media]. Vestnik Nauchnogo Tsentra Po Bezopasnosti Rabot v Ugol'noy Promyshlennosti - Industrial Safety, (1), 158-160. [In Russian].
на правах рекламы
58
