litceysel.ru
добавить свой файл
1



Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)



РЕФЕРАТ



По дисциплине: Химия

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Химия промышленно-взрывчатых веществ.



Выполнил: студент гр. ТО-02 ______________ /Ворона М.А./

(подпись) (Ф.И.О.)


ОЦЕНКА: _____________


Дата: __________________

ПРОВЕРИЛ:



Руководитель: Доцент ____________ /Липин А.Б./


(должность) (подпись) (Ф.И.О.)


Санкт-Петербург

2003 год.

Оглавление:


1. Явление взрыва.

  1. Взрывчатые вещества.

  2. Классификация взрывчатых веществ.

  3. Нитросоединения.

  4. Аммиачная селитра.

  5. Смеси аммиачной селитры с горючими и невзрывчатыми компонентами.

  6. Нитроглицериновые ВВ.

  7. Оксиликвиты.

  8. Дымный порох.

10. Металлические патроны для отбойки угля.

11. Предохранительные промышленные ВВ. Беспламенное взрывание.

12. Расчёт кислородного баланса смеси веществ.


1. ЯВЛЕНИЕ ВЗРЫВА

Взрывом называется чрезвычайно быстрый переход вещества или системы веществ из одного качественного состояния в другое, сопровождающееся таким же быстрым превращением его потенциальной энергии в механическую работу, направленную на разрушение окружающей среды. Механическую работу совершают сжатые газы или пары, имевшиеся до взрыва или образовавшиеся в момент взрыва, а также прилегающие к месту взрыва слои воздуха. Крайняя быстрота выделения энергии и огромное давление (десятки и сотня тысяч атмосфер) сжатых газов предопределяют сильно разрушительный характер механического действия взрыва. Быстро расширяющиеся сжатые газы вызывают в окружающей среде волну возмущения, называемую ударной волной, которая представляет собой скачкообразное изменение давления, температуры и плотности, распространяющееся в среде со сверхзвуковой скоростью. Помимо действия, производимого сжатыми газами, ударная волна также проявляет сильное разрушающее действие, в том числе и на больших расстояниях, где газы взрыва уже не показывают заметного эффекта. Ударная волна постепенно переходит в звуковую.


Взрывы бывают физического и химического порядка. При взрывах физического порядка изменяется лишь физическое состояние вещества (переход жидкости в пар и т.д.). Примерами таких взрывов являются взрывы паровых котлов или баллонов со сжиженными или сжатыми газами. В горной практике примером может служить отбойка угля с помощью металлических патронов, содержащих жидкую углекислоту (Кардокс) или сжатый воздух (Эйрдокс). При взрывах химического порядка изменяется химический состав вещества, например взрыв смеси метана и кислорода, являющийся результатом химической реакции

(1)

Химическое превращение вещества при взрыве характеризуется тремя факторами: крайней быстротой явления, образованием газов или паров в результате реакции и выделением теплоты (экзотермичность реакции). Каждый из названных факторов играет большую роль в процессе взрыва. Значение первых двух факторов ясно из предыдущего. Выделение теплоты проявляется в том, что высокое давление в месте взрыва создается не только за счет малого объема конденсированного ВВ, в котором образовались газы, но и за счет нагревания их до высокой температуры выделившейся теплотой. Если условно принять продукты взрыва за идеальные газы, то по закону Гей-Люссака давление их возрастает пропорционально росту температуры:



где Р — конечное давление, кг/см2;

—начальное давление, кг/см2;

tтемпература взрыва, град.

Скорость взрыва достигает 8000 м/сек, объем газов (приведенный к 0° и 760 мм давления) колеблется от 600 до 1000 л/кг ВВ, температура достигает 4500°, а давление—десятков и сотен тысяч атмосфер.


Учитывая сказанное, взрыв можно характеризовать как чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества, сопровождающееся выделением большого количества тепла (энергии) с образованием сильно нагретых сжатых газов, производящих работу вследствие резкого повышения давления в месте их образования.


2. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют такие химические системы, которые под влиянием внешнего импульса (см. ниже) способны со значительной скоростью переходить в другие системы. С образованием газов или паров и с выделением тепла, нагревающего газы до высокой температуры. ВВ относятся к системам химически мало устойчивым, стремящимся к переходу в системы устойчивые, имеющие несравненно более прочные внутримолекулярные связи.

Характерным признаком ВВ является способность к внутримолекулярным реакциям окисления — восстановления.

Основной реакцией при взрыве наиболее распространенных ВВ является окисление углерода и водорода, входящих в состав ВВ. Если взрывчатая система химически однородна, то молекулы ее в большинстве современных ВВ состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. В смесевых ВВ одни компоненты смесей могут быть богаты горючими элементами, а другие — кислородом.

По своему физическому состоянию взрывчатые химические системы могут быть: а) газовыми смесями (метан + воздух; ацетилен + кислород), б) смесями твердых или жидких веществ с газами (угольная, древесная и тому подобная активная пыль, нефть + кислород воздуха), в) жидкими веществами (нитроглицерин, нитрогликоль), г) смесями твердых и жидких компонентов (динамиты: нитроэфиры + селитра; оксиликвиты: жидкий кислород + твердое горючее), д) твердыми взрывчатыми соединениями или смесями (тринитротолуол, аммониты).

С химической точки зрения ВВ разделяются на следующие группы: а) азотнокислые эфиры спиртов (нитроглицерин, нитрогликоль, тэн), б) азотнокислые эфиры клетчатки (коллодионный хлопок), в) нитросоединения ароматического ряда (тротил, динитронафталин, тенерес, тетрил), г) соли азотной кислоты (различные селитры: аммиачная, калиевая, натровая и др.), д) соли азотистоводородной кислоты (азид свинца), е) соли гремучей кислоты (гремучая ртуть).


К современным промышленным ВВ предъявляется ряд требований, главными из которых являются: 1) достаточная мощность, 2) простота и безопасность при изготовлении, 3) удобство и безопасность в обращении, 4) постоянство свойств, 5) безотказность действия при достаточном начальном импульсе, 6) равномерность действия при взрыве и 7) приемлемая стоимость. Кроме того, к отдельным группам ВВ (в зависимости от их назначения) предъявляются дополнительные требования: малое образование ядовитых газов при взрываний в подземных выработках, безопасность применения в- шахтах, опасных по газу или пыли, и др.


3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

В соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» все промышленные ВВ по условиям безопасности применения делятся на следующие группы:

I группа—ВВ, допущенные только для открытых работ;

II группа—ВВ, допущенные для всех подземных и открытых работ, за исключением шахт, опасных по газу или пыли;

III группа—ВВ, допущенные для всех подземных и открытых работ, в том числе и для шахт, опасных по газу или пыли.

Практически каждая группа ВВ применяется почти исключительно в тех условиях, для которых она предназначена. Исключение составляют случаи необходимости или желательности использования ВВ определенных групп в других условиях, но при этом следует учитывать, что ВВ I и II групп нельзя использовать в шахтах, опасных по газу или пыли, а ВВ I группы — в подземных разработках.

ВВ I и II группы называются непредохранительными, а ВВ III группы—предохранительными. Третья группа, в свою очередь, делится на четыре подгруппы: 1) для работ по углю и по породе в угольных шахтах, 2) для работ по породе в угольных шахтах, 3) для работ в серных шахтах и 4) для работ в нефтяных и озокеритовых шахтах.

Для каждого вида ВВ «Едиными правилами безопасности» установлены следующие цвета оболочек патронов или цвета полое на бумажной обертке патронов: а) непредохранительные ВВ для открытых работ — белый; б) непредохранительные ВВ для подземных работ, кроме шахт, опасных по газу или пыли — красный; в) предохранительные ВВ для работ только по породе — синий; г) предохранительные ВВ для работ по углю и по породе — желтый; д) предохранительные ВВ для работ в серных шахтах—зеленый.


ВВ всех групп должны удовлетворять следующим требованиям: 1) иметь достаточную мощность, 2) безотказно детонировать от капсюлей-детонаторов или от промежуточного детонатора 3) быть безопасными в обращении, при хранении и транспортировании.

ВВ II и III групп не должны образовывать при взрыве большее количество ядовитых газов, чем принятые в настоящее время ВВ для подземных работ; кроме того, ВВ III группы должны быть безопасными при взрываний в опасной среде (взвешенной в воздухе горючей пыли или смеси горючего газа с воздухом). Ассортимент промышленных ВВ, допущенных к применению «Едиными правилами безопасности», указан ниже.

ВВ в зависимости от своей природы и входящих в них компонентов могут быть разделены на следующие пять групп: 1) аммиачноселитренные, 2) нитроглицериновые, 3) нитропроизводные ароматического ряда, 4) оксиликвиты, 5) дымный порох. Кроме того для отбойки угля, наряду с ВВ, иногда применяют металлические патроны (кардокс, гидрокс, кемикол, аэрдокс). Ниже излагаются характеристика и общие свойства каждой из перечисленных групп ВВ.


4. НИТРОСОЕДИНЕНИЯ.

Большая часть применяемых на практике ВВ содержит связанные о атомами углерода нитрогруппы или нитратные группы . Взрывчатые соединения, содержащие нитратную группу, называются нитроэфирами (нитрглицерин, нитрогликоль и др.), а соединения, содержание нитрогруппу, называют нитросоедииениями (тротил, гексоген, динитронафталин и др.).

Нитросединения, у которых гитрогруппа связана непосредственно с атомами углерода бензольного кольца отличаются высокой химический стойкостью. Они не способны к самопроизвольному разложению и самовозгоранию, химический состав и физические свойства их весьма стабильны (выдерживают нагревания до температуры плавления без заметного химического разложения). К таким нитросоединениям относится тротил.


Соединения, у которых нитрогруппа связана с углеродным атомом через азот, физически и химически менее устойчивы, чем нитросоединения, обладают высокой чувствительностью и повышенной опасностью в обращении. Так, тетрил, имеющий температуру плавления около 128°С, при длительной выдержке при температуре 140°С может воспламениться, а тротил, имеющий температуру плавления около 80°С, выдерживает нагревание в течение нескольких часов при температуре 240°С.

Все нитросоединения нерастворимы или малорастворимы в воде, практически не гигроскопичны, водоустойчивы, с увеличением числа нитрогрупп взрывчатые свойства нитросоединений усиливаются, а токсичнооть - снижается.

Тротил (тринитротолуол или тол) является одним из самых распространенных химических ВВ. Он представляет собой твердое вещество с температурой затвердевания 80,2°С. Тротил получается нитрацией толуола смесями азотной и серной кислот (для обезвоживания) по реакции:



Чистый тротил состоит из кристаллов ромбической формы, имеющих цвет от светло- до темно-желтого. Насыпная плотность порошкообразного тротила 0,9 г/. При прессовании под давлением около 4000 кг/ плотность достигает 1,6 г/. Литой тротил имеет плотность 1,54 - 1,59 г/.

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую химическую стойкость. Вспышка его обычно не сопровождается взрывом. Температура вспышки тротила 310°С. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом пространстве или в очень больших количествах.


Применяют тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых зарядов. При попадании в тротил песка или других твердых примесей резко возрастает его чувствительность к удару и трению, что необходимо учитывать при заряжании скважин. Наиболее восприимчив к инициированию порошкообразный тротил, наименее восприимчив – литой.

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от капосюля-детонатора или от нескольких витков ДШ. Для взрывания гранулированного или литого тротила требуется более мощный промежуточный детонатор из тротиловых шашек или патронов
аммонита.

Алюмотол.
Для повышения энергии взрыва и работоспособности в тротил вводят алюминиевый порошок. Оптимальным содержанием алюминия в плавленой смеси с тротилом можно считать 15-20%. В выпускаемом нашей промышленностью алюмотоле содержится 15% алюминия. Алюмотол целесообразно применять только в водонаполненном состоянии, а еще лучше в смеси с раствором аммиачной селитры.

Алюмотол - это мощное (теплота взрыва 1240 ккал/кг), водоустойчивое ВВ с удельным весом 1,5 - 1,6 г/. Скорость детонации 6 км/с, работоспособность 420 . На взрывных работах из-за довольно высокой стоимости (485 рублей за I тонну) алюмотол целесообразно применять совместно с более дешевыми ВВ, используя его для заряжания донной части скважины. Благодаря большой работоспособности и сильному местному действию алюмотола, при его применении в комбинированных зарядах достигается хорошая отработка взрывом подошвы уступа карьера и улучшается качество дробления породы.

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) - мелкокристаллическое ВВ светло-желтого цвета. Насыпная плотность около 1 г/, а плотность, достигаемая прессованием, равна - 1,68 г/. Скорость детонации тетрила при плотности 1,63 г/ составляет 7200 м/с. Температура вспышки тетрила 190 - 194°С. При горении даже в сравнительно небольших количествах тетрил способен взрываться. Тетрил относится к категории ВВ весьма чувствительных к тепловому и механическому воздействию. Примесь даже 0,05% песка резко повышает чувствительность тетрила к удару и трению. Тетрил обладает большой восприимчивостью к детонации и очень хорошо передает ее другим ВВ. Тетрил применяют в основном для снаряжения капсюлей-детонаторов в качестве вторичного инициирующего ВВ. На открытых взрывных работах тетрил в виде шашек применяют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования маловосприимчивых ВВ.


Гексоген (циклотриметилентринитрамин) и октоген (циклотетраметилентетранитрамин) по химическому строению и свойствам сходны. Гексоген - белый кристаллический порошок без вкуса и запаха, имеет высокую чувствительность к внешним воздействиям, температура вспышки 290. Насыпная плотность около 1,1 г/см3. Температура плавления 203,5. В воде он почти нерастворим.

Гексоген токсичен, химически стоек: признаки разложения заметны при температуре 200. Скорость детонации гексогена при плотности 1,7 г/ равна 8600 м/с, работоспособность 475 , теплота взрыва 1500 ккал/кг. Гексоген находит применение для снаряжения капсюлей-детонаторов (в качестве вторичного инициирующего ВВ) и детонирующих шнуров, а также в качестве компонента некоторых сортов аммонитов с целью увеличения их мощности и для изготовления зарядов и торпед, используемых при прострелке нефтяных скважин.


5. АММИАЧНАЯ СЕЛИТРА.

Аммиачная селитра выпускается в виде чешуек, гранул или кристаллов и представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, полученное взаимодействием аммиака с азотной кислотой по уравнению:


Насыпная плотность аммиачной селитры в зависимости от формы и размеров частиц находится в пределах 0,8 - 0,9 г/. Аммиачная селитра обладает гигроскопичностью и слеживаемстью. Слеживаемость создаёт известные трудности при ее обработке в процессе изготовления ВВ и является основным препятствием к изготовлению некоторых ВВ на местах применения. Для уменьшения слеживаемости аммиачную селитру выпускают в виде крупных чешуек или гранул.


Заметно меньшей слеживаемостъю по сравнению с обычной обладает водоустойчивая аммиачная селитра ЖВ, содержащая гидрофобную смесь парафина и железных солей жирных кислот.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем ее растворимость находится в сильной зависимости от температуры.

Растворение селитры в воде происходит со значительный поглощением тепла и понижением температуры замерзания раствора. При растворении 6 частей селитры в 10 частях воды температура понижается примерно на 27. Раствор содержащий 50 г селитры на 100 г воды, замерзает при температуре около -13°С.

Аммиачная селитра - стойкая в нормальных условиях хранения соль, не взаимодействующая с алюминием и железом.

Расплавленная аммиачная селитра реагирует со многими металлами, в том числе со свинцом, никелем, и цинком. Особенно активно действует селитра на кадмий и медь.

В чистом виде аммиачная селитра является слабым взрывчатым веществом. По энергии взрыва она в три раза слабее большинства промышленных ВВ. В отличие от большинства ВВ аммиачная селитра не взрывается от капсюля-детонатора и требует для возбуждения взрыва применения достаточно мощных промежуточных детонаторов (при этом взрыв чрезвычайно опасен).

Критический диаметр детонации аммиачной селитры в открытых зарядах в зависимости от размеров частиц, плотности и влажности селитры колеблется в широких пределах. Мелко измельченная сухая аммиачная селитра при плотности 0,8 г/ способна к детонации в зарядах диаметром около 10 см; в то же время детонация чешуйчатой селитры с влажностью около 1% затухает в зарядах диаметром 30 см.

Взрывчатое превращение аммиачной селитры протекает по реакции:


Этому уравнению соответствует теплота взрыва 375 ккал/кг.

Вследствие малой чувствительности аммиачной селитры к механическим воздействием с ней обращаются не так осторожно, как с другими ВВ. Для ее измельчения применяют стальные размалывающие аппараты: дезинтеграторы, молотковые мельницы. Однако чувствительность селитры к механическим воздействиям сильно возрастает при повышении температуры.

Кислородный баланс аммиачной селитры положительный: 1 г аммиачной селитры при разложении выделяет 0,2 г кислорода, связанного с азотом в виде окислов, но способного окислить органические добавки, если они примешаны к селитре. Из-за этого свойства аммиачную селитру используют в качестве компонента взрывчатых смесей. От многих других окислителей (нитратов калия и натрия, перхлората калия) аммиачная селитра выгодно отличается тем, что в продуктах ее разложения не содержится твердых веществ, увеличивающих термодинамические потери при взрыве.

Примеси органических веществ, введенные даже в небольших количествах, значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры и чувствительность ее к механическим воздействиям.


6. СМЕСИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ С ГОРЮЧИМИ И НЕВЗРЫВЧАТЫМИ КОМПОНЕНТАМИ.


Амиачно-селитернные ВВ представляют собой смеси аммиачной селитры со взрывчатыми или невзрывчатыми веществами и являются основными ВВ, применяемыми в настоящее время в горной промышленности. К таким ВВ относятся динамоны, игданиты, гранулиты.

Динамонами называют смеси аммиачной селитры с горючими невзрывчатыми материалами.

Массовый выпуск динамонов был начат в годы Великой Отечественной войны. Динамоны АМ-8 и АМ-10 сняты с производства как устаревшие и признанные нецелесообразными к дальнейшему изготовлению и применению.

Игданиты разработаны Институтом горного дела им.

А. А. Скочинского в 1958 г., откуда и получили свое название. Игданит готовится на месте его применения вручную смешиванием гранулированной аммиачной селитры (