CC BY
20
УДК 662.76.032; 622.276.63
А. А. Косарев, В. Н. Александров, Т. С. Клюкин
ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ АМОНИТА 6ЖВ И ВМ НА ОСНОВЕ БАЛЛИСТИТНОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА В ПРИСУТСТВИИ ПОЛИГАЛИТСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД
Ключевые слова: соляная порода, пирит, взрывчатый материал, температура вспышки, термохимическая совместимость.
Определены температуры вспышки взрывчатых материалов в смеси с соляной породой и пиритом. Показано отсутствие химического взаимодействия между взрывчатым материалом и соляной породой. Обнаружено химическое взаимодействие между взрывчатым материалом и пиритом.
Keywords: salt rock, explosive material, flash point, thermochemical compatibility.
Flash points of explosive materials in a mixture of salt rock and pyrite were determined. Ihe absence of chemical interaction between the explosive material and rock salt was provided. The chemical interaction between the explosive material and pyrite was discovered.
Введение
Обеспечение безопасности при проведении взрывных работ на карьерах и подземных рудниках всегда было и остается важной задачей. Среди множества причин не санкционированных взрывов особое место занимает самопроизвольное возгорание взрывчатого материала (ВМ) в результате его взаимодействия с агрессивными рудами.
Наиболее остро этот вопрос стоял при добыче пиритоносных руд с помощью промышленных взрывчатых веществ (ПВВ), содержащих аммиачную селитру [1].
Проблемой стабильности аммиачно-селитренных взрывчатых веществ (ВВ) в условиях сульфидных месторождений занимался институт «УНИПРО-МЕДЬ» [1]. В результате исследований были установлены наиболее реакционноспособный минерал (пирит) и влияние его дисперсности, рН и минерализации скважинных вод, а также других факторов на термохимическую стабильность ВВ. Предложено термосовместимость ВМ и породы оценивать по времени задержки теплового самовоспламенения модельного состава в герметичных стальных ампулах с максимальной степенью заполнения. Определены требования к модельным составам: руда должна содержать более 90% пирита и иметь дисперсность 0,044-0,074 мм.
В исследованиях, проведенных в ФГБОУ ВПО КНИТУ [2], была показана возможность использования энергии взрыва заряда ПВВ для интенсификации скважинной гидродобычи соляных пород. Показано, что выбор ВМ для проведения подобных работ должен проводиться не только исходя из экономических показателей и взрывчатых характеристик, но и с учетом возможного взаимодействия ВМ с породой.
Исследования, проведенные Робертсоном [1], показали, что на термораспад аммиачной селитры существенно влияют оксиды, хлориды, сульфаты калия, магния, кальция и другие соединения, которые входят в состав соляных пород. Следовательно, применение аммиачно-селитренных ВМ, как наиболее дешевых и самых распространенных, для интенсификации скважинной гидродобычи соляных пород остается под вопросом.
Было интересным рассмотреть возможность использования в технологии гидродобычи соляных пород взрывчатых материалов на основе утилизируемого баллистиного твердого топлива, так как расширение сферы использования ВВ подобного типа остается по-прежнему актуальным [3].
Экспериментальная часть
Как было показано [4], соляные породы Шар-лыкского проявления полигалитов представлены смесью различных минералов: галит, полигалит, ангидрит, кизерит, доломит и нерастворимой в воде терригенной составляющей. Основными компонентами являются галит, полигалит и ангидрит. В то же время, в зависимости от типа породы или его разновидности, они могут являться главными компонентами (от 50% и более), второстепенными минералами (от 5% до 30%), примесями (менее 5%) и единичными зернами (менее 1%).
В качестве объекта исследования были использованы следующие образцы кернов полигалитсо-держащих пород скважин №№ 1П и 2П Шарлык-ской площади (Оренбургская область) (табл. 1).
Таблица 1 - Характеристики пород
Состав, %
Проба № Поли- Галит Ангид-
галит рит
Полигалит- 2П/19
гали-товая (перекрывающая толща) 5,63 91,27 1,56
Ангидрит-
полигалит (продуктивная толща) 1П/9 79,15 0,76 12,91
Ангидрит (подстилающая 4 h 6,04 9,2 70,64
толща)
1. Полигалит K2MgCa[S04]2H20. Химический состав: К2О 7-14 %, СаО 17-25 %, S03 47,5-53 %, вода 6-8 %.
2. Ангидрит СаЭО4. Состав: СаО 41,2%, БО3 58,8 %, в качестве примеси часто встречается стронций.
3. Галит №С1. Состав: № 39,4 %, С1 60,6%.
Образцы сульфидной руды были представлены
пиритом (РеБг 98,2%) Березниковского рудника.
Оценка совместимости пород с ВМ проводилась с применением тестера для автоматического определения температуры воспламенения АЕТ402 производства фирмы 02М КБ8БЛЯС.
Температуры вспышки (Твсп) определялась в изотермическом режиме с задержкой 5 с и в динамическом при линейных скоростях нагрева 1, 5, 10 и 20 град/мин в открытом тигле при массе навески ВВ 0,5 г. Прибор позволяет проводить одновременно пять параллельных опытов и за счет термопар, расположенных внутри реакционных сосудов, определять температуру непосредственно в испытуемом веществе. Эксперименты проводились с воздушно-сухими пробами (имитация сухих скважин), приготовленными из породы (фракция 63/50) и ВМ (фракция 125/100) в соотношении 1:1.
В качестве взрывчатых веществ использовались измельченные аммонит 6ЖВ и утилизируемое бал-листитное твердое ракетное топливо (ТРТ) РНДСИ.
Результаты и обсуждение
Проведение предварительной оценки совместимости пород и ВМ первоначально планировалась методом дифференциально-термического анализа. Однако интерпретация полученных результатов сильно затруднялась наложением тепловых эффектов испарения воды (влажная проба) и полиморфных переходов ЫН4Ы03. Поэтому было решено провести определение ТВСП ВВ и смеси его с породой.
Катализирующее или ингибирующее действие компонентов породы должно сказаться на чувствительности ВМ к тепловому воздействию. Как было отмечено [5] между ТВСП, температурой начала интенсивного разложения и температурой максимального разложения существует линейная корреляция, так как их объединяет одинаковый механизм возбуждения взрывчатого превращения в бризантном ВВ - самоускоряющаяся экзотермическая реакция разложения, приводящая к тепловому взрыву.
На ТВСП влияют много факторов: масса навески, скорость нагрева, дисперсность и другие [6]. Определение ТВСП аммонита 6ЖВ в изотермическом режиме осложнялось тем, что отсутствовали внешние признаки взрывчатого превращения.
В динамическом режиме выяснилось, что при малых скоростях нагрева кривая нагревания ВМ имеет вид, затрудняющий определение ТВСП (тепловые эффекты вследствие медленного химического разложения выражены неявно). Однако высокие скорости нагрева должны маскировать действие породы на процесс разложения ВМ, и, как показали результаты при скорости 20 град/мин, кривые нагревания всех смесей и исходного ВМ накладывается друг на друга.
Примеры кривых нагревания приведены на рис. 1 и 2.
Математическая обработка экспериментальных
данных проводилось при помощи встроенного программного обеспечения. Чтобы теплопроводности ВМ и его смеси с породой были близки, в исходное ВМ добавлялось измельченное стекло (фракция 63/50).
ДО
г. г и in и л : I ,i .....■ д ::- т м m . ш
Temperature [СС]
Рис. 1 - Кривые нагревания аммонита 6ЖВ и его смесей с породами: 1 - исходный ВМ, 2 - 1П/14, 3 - 2П-/19, 4 - 1П/9. Скорость нагрева 10 град/мин
ЛОЕТ Ui.muinr
Temperature fc]
Рис. 2 - Кривые нагревания ТРТ и его смесей с породами. 1 - 2П/19, 2 - 1П/9, 3 - исходный ВМ, 4 - 1П/14. Скорость нагрева 10 град/мин
Результаты определения ТВСП (воздушно-сухая проба) при различных скоростях нагрева представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты определения ТВСП при различных скоростях нагрева
ВМ Образец породы Скорость нагрева, г рад/мин
5 10 20
ТРТ 2П/19 178 180,5 182
1П/9 178 178,5 184,2
1П/14 172 178 186
FeS2 176 178,5 184
174 178 182
6ЖВ 2П/19 247 260 270
1П/9 242 270 275
1П/14 235 265 270
FeS2 170 165 200
240 260 282
Выводы
Была проведена предварительная оценка совместимости соляных пород Шарлыкского проявления
полигалитов, пиритовой руды с аммонитом 6ЖВ и ВМ на основе баллиститного ТРТ по ТВСП (воздушно-сухая проба)
Было показано, что определение ТВСП при скоростях нагрева 1 и 20 град/мин не целесообразно.
Результаты эксперимента показали, что добавки соляных пород к аммониту 6ЖВ и ВМ на основе баллиститного ТРТ практически не влияют на их
ТВСП
Значительное снижение ТВСП аммонита в смеси с пиритом свидетельствуют о их химическом взаимодействии при нагревании.
Литература
1. Ю. М. Михайлов, Е. В. Колганов, В. А. Соснин Безопасность аммиачной селитры и ее применение в промышленных взрывчатых веществах. Дзержинск, Партнер-плюс, 2008. 304 с.
2. В. Н. Александров, И. Ф. Садыков, В. Я. Базотов, А. К. Вишняков, Д. В. Бегашев // Взрывное дело, 101, 58, 80-92 (2009).
3. А. В. Косточко, А. А. Косточко, Р. А. Ибрагимов, Е. В. Храмова // Вестник Казанского технологического университета, Вестник Казанского технологического университета, 15, 10, 54-59 (2012).
4. Отчет о НИР, науч. рук. В. Г. Чайкин // Казань, ЦНИИ-геолнеруд, Инв. № 3415, 479 с. (2009).
5. В. Ю. Авдеев, Е. В. Юртаев, А. А. Гидаспов, Ю. В. Мо-щенский, Т. П. Серегина // Вестник Казанского технологического университета, 16, 24, 48-50 (2013).
6. Л. П. Орленко Физика взрыва. М, Физматлит, 2002. 832 с.
© А. А. Косарев - к.т.н., доцент каф. ТТХВ КНИТУ, [email protected], В. Н. Александров - старший преподаватель каф. ТТХВ КНИТУ, [email protected] , Т. С. Клюкин - студент КНИТУ, [email protected].
© А. А. Kosarev - Ph.D, docent of department T. S. Ch. S. KNRTU; [email protected], В. Н. Александров - senior lecturer of department T. S. Ch. S. KNRTU, [email protected], Т. С. Клюкин - student of KNRTU, [email protected].
