[RU]

1. Водный раствор окислителя, состоящий из смеси растворенных окисляющих нитратных солей и воды, предназначенный для применения при получении составов взрывчатых веществ, температура кристаллизации которого составляет 10°C или менее, причем указанный раствор содержит от 12 до 24 мас.% воды; нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина в количестве от 10 до 18 мас.%; остальное - нитрат аммония и нитрат кальция или смесь нитрата кальция и нитрата магния, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция или смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет от 0,75:1 до 1,25:1.

2. Водный раствор окислителя по п.1, где температура кристаллизации составляет 0°C или менее.

3. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция составляет приблизительно 1.

4. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет приблизительно 1.

5. Водный раствор окислителя по п.1, где содержание воды в водном растворе окислителя составляет от 17 до 22 мас.%.

6. Водный раствор окислителя по п.1, где нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина присутствует в количестве от 12 до 17 мас.%.

(57) Реферат / Формула:

1. Водный раствор окислителя, состоящий из смеси растворенных окисляющих нитратных солей и воды, предназначенный для применения при получении составов взрывчатых веществ, температура кристаллизации которого составляет 10°C или менее, причем указанный раствор содержит от 12 до 24 мас.% воды; нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина в количестве от 10 до 18 мас.%; остальное - нитрат аммония и нитрат кальция или смесь нитрата кальция и нитрата магния, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция или смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет от 0,75:1 до 1,25:1.

2. Водный раствор окислителя по п.1, где температура кристаллизации составляет 0°C или менее.

3. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция составляет приблизительно 1.

4. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет приблизительно 1.

5. Водный раствор окислителя по п.1, где содержание воды в водном растворе окислителя составляет от 17 до 22 мас.%.

6. Водный раствор окислителя по п.1, где нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина присутствует в количестве от 12 до 17 мас.%.

---

Евразийское 027414 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201400885
(22) Дата подачи заявки
2013.02.11
(51) Int. Cl.
C06B 25/36 (2006.01) C06B 47/00 (2006.01) C06B 31/12 (2006.01) C06B 31/32 (2006.01)
(54) РАСТВОР ОКИСЛИТЕЛЯ
(31) 1202402.2
(32) 2012.02.10
(33) GB
(43) 2015.05.29
(86) PCT/IB2013/051107
(87) WO 2013/118103 2013.08.15
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
МЭКСЕМ ДЭНТЕКС САУТ ЭФРИКЕ (ПРЕПРАЙЕТЕРИ) ЛИМИТЕД (ZA)
(72) Изобретатель:
Циммерманн Леон Михаэль (ZA)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(56) US-A-3369944 US-A-3645809 US-A-4294633 EP-A2-1375456 WO-A2-03042130 WO-A2-2009000915 US-A-3996078 US-A-4356044 US-A-3713917 US-A-4718954 GB-A-2083805
(57) Изобретение относится к водному раствору окислителя, состоящему из смеси растворенных окисляющих нитратных солей и воды в количестве от 12 до 24 мас.% воды, от 10 до 18 мас.% нитрата монометиламмония или нитрата моноэтаноламина, и остальное - нитрат аммония и нитрат кальция или смесь нитрата кальция и нитрата магния, причем соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция или смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет от 0,75:1 до 1,25:1. Настоящий водный раствор окислителя имеет температуру кристаллизации, равную 10°C или менее. Настоящий водный раствор окислителя предназначен для применения при получении составов взрывчатых веществ. Преимущество раствора по настоящему изобретению в том, что нет необходимости поддерживать его в нагретом состоянии при хранении в нагретых емкостях или нагретых трубах с кожухом, как это требуется при обращении с растворами окислителя согласно предшествующему уровню техники.
Предпосылки создания настоящего изобретения
Во многих странах, в которых используют взрывчатые вещества (ВВ) без оболочки, они попадают в категорию эмульсий, суспензий или гелей нитрата аммония (сокращенно ANE), определенную в справочнике ООН по вопросам транспортировки опасных грузов, и подлежат транспортировке и хранению в качестве окислителей 5.1 с номером U.N. 3375. В соответствии с названием такие вещества присутствуют в форме эмульсий или водных гелей (или взвесей). Так как они не относятся к классу ВВ, правила по их транспортировке и хранению значительно менее строгие по сравнению с классом ВВ. Такие ANE следует относить к ВВ в случаях закачивания их в скважину для взрывных работ либо за счет механического увлечения газом, либо при добавлении химического порообразующего средства в процессе закачивания.
Одна из проблем существующих составов ВВ без оболочки (в форме водных гелей или в форме эмульсий) заключается в том, что они представляют собой чрезвычайно вязкие жидкости и с трудом поддаются перекачиванию или транспортировке по трубопроводам на значительные расстояния. Эта проблема обычно исключается при открытых разработках, где доступ транспорта обеспечивает простую доставку средств к скважине, предназначенной для загрузки, опускание заправочного шланга в скважину и затем закачивание ВВ в скважину. Однако при использовании ВВ без оболочки в процессе подземных разработок в большинстве случаев требуется устанавливать насосный агрегат на некотором расстоянии от рабочей поверхности забоя, предназначенной для загрузки, и просто протягивать шланг к скважине, предназначенной для загрузки. Такие операции имеют особое значение при заканчивании узкой рудной жилы, как наблюдается в большинстве золото- и платиноразрабатывающих рудниках.
Вторая проблема заключается в изначальной разработке пластов взрывным способом. Так как такие взрывоопасные материалы должны транспортироваться в контейнерах с использованием тех же самых грузоподъемных средств или проходов, которые используются для персонала, оборудования и руды, то такие операции серьезно препятствуют добыче. Так как они не являются взрывоопасными до тех пор, пока они не закачены во взрывную скважину, существует возможность, по крайней мере, теоретически, прокачивать их через длинный трубопровод до необходимого подземного участка. В таком случае проблемой также является вязкость, так как существует конечный предел расстояния, на которое можно закачивать вязкую жидкость с учетом энергетической природы закачиваемого материала и, следовательно, предел максимального давления при откачивании, до которого можно откачивать указанную жидкость.
Физическая природа ANE представляет собой другое ограничение расстояния, на которое их можно транспортировать по трубопроводу. В случае ANE типа водного геля или взвеси продукт существует в форме насыщенного раствора окисляющих солей и растворимого топлива, загущенных загустителем определенного сорта (обычно гуаровая камедь), с которым смешивают дополнительное количество окисляющих солей и (возможно) нерастворимое топливо. При закачивании такой суспензии через очень длинную линию существует риск того, что твердые вещества полностью заблокируют линию и полностью остановят процесс закачивания. Если предполагается сброс или закачивание такой суспензии по очень длинной вертикальной (или наклонной) трубе для доставки в подземный пласт, риск блокировки трубопровода так велик, что такая операция превращается в очень рискованную задачу. В случае ANE типа эмульсии их получают при приготовлении раствора окисляющих солей в воде при повышенной температуре с последующим эмульгированием такого раствора в фазе топлива, содержащей масло и эмульгатор, затем эмульсию охлаждают до температуры окружающей среды. В связи с чрезвычайно малым размером эмульсионных мицелл соли не способны повторно кристаллизоваться. Следует помнить, что фаза топлива в эмульсии составляет только приблизительно вплоть до 6 или 7% в расчете от массы продукта и представляет собой непрерывную фазу. Раствор окисляющей соли составляет более 90% в расчете на массу эмульсии и представляет собой диспергированную фазу. Это означает, что оболочка вокруг капель раствора окислителя является чрезвычайно тонкой и растянутой, и что если эти оболочки по какой-либо причины разрываются, то капли раствора окислителя слипаются и как только мицеллы становятся достаточно большими, соли начинаются кристаллизоваться из раствора. В этом случае растущие кристаллы начинают покалывать оболочки других мицелл и эмульсия быстро расслаивается, а соли кристаллизуются, так как они находятся при температуре, значительно более низкой, чем температура из кристаллизации. Если такое явление происходит, то вся масса отверждается и ее прокачивание становится невозможным. Если предполагается транспортировать эмульсию с поверхности в подземный пласт через длинный трубопровод, то следует обязательно учитывать риск расслоения эмульсии в процессе ее транспортировки и то, что в этом случае трубопровод будет полностью заблокирован, что приведет к серьезным экономическим последствиям и снижению добычи.
Кража также является основной проблемой как для упакованных ВВ, так и для ВВ без оболочки, используемых в горнодобывающей промышленности. Украденные ВВ могут попасть в руки криминальных элементов или террористов, что является основной угрозой для населения.
Объект настоящего изобретения относится к этим проблемам.
Краткое описание сущности настоящего изобретения
В настоящем изобретении предлагается водный раствор окислителя, состоящий из смеси растворенных окисляющих солей и менее 25 мас.% воды, предназначенный для получения составов ВВ, температура кристаллизации которых составляет 10°C или менее, даже 0°C или менее, причем указанный раствор содержит
нитрат аммония и
нитрат кальция или смесь нитрата кальция и нитрата магния, предпочтительно нитрат кальция,
где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция или смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет от 0,75:1 до 1,25:1 и предпочтительно приблизительно 1, и нитрат монометиламмония или нитрат моноалкиламина.
Термин "температура кристаллизации" означает температуру, при которой одна или более растворенных окисляющих солей начинает выпадать в осадок из раствора окислителя.
Обычно содержание воды в растворе окислителя составляет от 12 до 24 мас.%, предпочтительно от 17 до 22 мас.%.
Нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина может присутствовать в количестве от 10 до 18 мас.%, предпочтительно от 12 до 17 мас.%.
При каждом снижении на 1% содержания воды в растворе, содержащем менее 24% воды, раствор предпочтительно содержит по крайней мере дополнительные 1,67% нитрата монометиламмония или нитрата моноэтаноламина, чтобы сохранить низкую температуру кристаллизации раствора. В других случаях нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина предпочтительно присутствует, по крайней мере, в количестве, которое удовлетворяет условиям уравнения: M> 5(24-W)/3 (где W означает процентное содержание воды в растворе, M означает процентное содержание нитрата монометиламмо-ния в растворе).
Этот раствор можно использовать при получении либо водного геля ВВ либо эмульсии ВВ или ANE. В раствор можно добавлять другие нитраты, такие как нитрат магния, нитрат натрия и нитрат калия, но их молярные концентрации должны быть значительно ниже, чем концентрация нитрата кальция. Описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
В этой заявке испрашивается приоритет в связи с предварительной заявкой GB 1202402.2, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.
В настоящем изобретении предлагается водный раствор окислителя, состоящий из смеси растворенных окисляющих солей и воды, которые не кристаллизуются при температуре менее 10°C, и даже при 0°C или менее (например, -7°C), и который можно использовать для получения водного геля или эмульсии ВВ или ANE (эмульсий, суспензий или гелей нитрата аммония), при условии, что он удовлетворяет следующим критериям:
1) раствор содержит от 12 до 24 мас.% воды;
2) раствор содержит нитрат аммония (NH4NO3) и нитрат кальция (Ca(NO3)2), причем молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция составляет от 0,75:1 до 1,25:1, предпочтительно 1:1;
3) если содержание воды в растворе составляет менее 24%, то при каждом снижении содержания воды на 1% раствор предпочтительно содержит по крайней мере дополнительные 1,67% нитрата моно-метиламмония (CH3NH3NO3), другое название нитрат метиламина. В других случаях содержание нитрата монометиламмония должно удовлетворять условиям уравнения: M> 5(24-W)/3 (где W означает процентное содержание воды в растворе, M означает процентное содержание нитрата монометиламмония в растворе).
При необходимости можно заменить некоторое количество нитрата кальция на нитрат магния (т.е. получать смесь нитрат кальция/нитрат магния), при условии, что соотношение молярной концентрации нитрата аммония и суммы молярных концентраций нитрата кальция и нитрата магния находится в интервале от 0,75:1 до 1,25:1, предпочтительно 1:1.
Затем раствор можно использовать для получения (наряду с прочими составами) водных гелей или суспензий ВВ или ANE. Его можно легко транспортировать в подземный пласт на нижний уровень рудника через трубопровод с относительно малым диаметром с использованием существующих грузоподъемных средств или стволов шахты к рабочему участку, в котором указанный раствор будет превращен в водный гель или эмульсию ВВ или ANE.
При использовании растворов окислителя по настоящему изобретению для получения эмульсий ВВ можно транспортировать раствор окислителя и смесь топливо/эмульгатор каждого в отдельности и получать эмульсию в рабочем участке таким образом, чтобы в случае хранения ВВ без ее использования в течение более длительного периода времени, чем несколько дней (например) эмульсия расслаивается и становится не взрывоопасной благодаря нестабильной природе, свойственной любой эмульсии. Эта новая система может представлять собой значительный прогресс в борьбе против преступности и терроризма, так как кража становится непривлекательной благодаря чрезвычайно короткому сроку годности конечного ВВ. Очевидно, что, так как два компонента эмульсии являются жидкостями, практически не существует предела расстояния, на которое можно транспортировать их по трубопроводу, и более того,
можно использовать трубопровод с чрезвычайно малым диаметром и, следовательно, они характеризуются чрезвычайно низкой стоимостью в отличие от эмульсии ANE нормального типа.
Кроме того, свободнотекучие характеристики этого продукта позволяют без каких-либо проблем прокачивать его через длинный шланг. В руднике с узкими шахтами можно установить насосный агрегат в безопасном участке и протянуть шланг от агрегата до рабочей поверхности. Как только загрузка завершена, шахтер сворачивает шланг и на следующий день, когда поверхность забоя очищена, он может размотать шланг и протянуть его до новой рабочей поверхности и снова осуществить загрузку. Вероятно, нет необходимости в передвижении насосного агрегата более одного раза в месяц, что обеспечивает значительную экономию времени и рабочей силы.
Настоящее изобретение более подробно описано со ссылкой на следующие примеры, не ограничивающие его объем.
В разделе "Примеры" ниже описаны растворы, приготовленные из 80%-ного раствора нитрата мо-нометиламмония и либо твердого нитрата аммония, либо 88%-ного раствора нитрата аммония, а также из сельскохозяйственного нитрата кальция производства южно-африканской фирмы OMNIA Fertilizer Ltd, выпускаемый по торговым названием OMNICAL(tm), который содержит приблизительно 80% нитрата кальция и приблизительно 15% воды и соответствующее количество нитрата аммония (до 100%). Причина в использовании этого материала, а не химически чистого вещества, заключается в том, что стандартный химически чистый нитрат кальция содержит 30,5% воды в форме кристаллизационной воды, и в том, что согласно настоящему изобретению из сельскохозяйственного материала можно получить растворы, содержащие высокие уровни нитрата кальция и при этом поддерживать относительно низкие уровни воды. Затем смесь нагревают и получают прозрачный раствор, который затем охлаждают при перемешивании и при появлении первых кристаллов измеряют и регистрируют температуру кристаллизации.
Для иллюстрации настоящего изобретения в табл. 1 ниже представлены некоторые примеры.
Таблица 1
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
6,6
12,0
16,3
20,0
23,1
25,8
28,1
30,1
Нитрат кальция (НК) (%)
54,4
49,0
44,7
41,0
37,9
35,2
32,9
30,9
Моли Н А/мол и НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
Нитрат монометиламмония (%)
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
Температура кристаллизации (°С)
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
7,0
12,5
17,1
21,0
24,2
27,0
29,5
31,6
Нитрат кальция (НК) (%)
57,0
51,5
46,9
43,0
39,8
37,0
34,5
32,4
Моли Н А/мол и НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
Нитрат монометиламмония (%)
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
Температура кристаллизации (°С)
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
7,3
13,1
17,9
22,0
25,4
28,3
30,9
33,1
Нитрат кальция (НК) (%)
59,7
53,9
49,1
45,0
41,6
38,7
36,1
33,9
Моли Н А/мол и НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
Нитрат монометиламмония (%)
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
Температура кристаллизации (°С)
38,8
20,5
Эти результаты свидетельствуют о том, что при постоянном количестве воды, даже когда содержание воды является относительно высоким (22%), температура кристаллизации составляет величину выше 0°C, если молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция выходит за пределы интервала от 0,5:1 до 1,5:1, и всегда менее 0°C, если молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция составляет 1:1.
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
7,3
13,3
18,2
22,3
25,8
28,7
31,3
33,6
Нитрат кальция (НК) (%)
59,5
54,7
49,8
45,7
42,2
39,3
36,7
34,4
Моли НА/моли НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
15,6
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
Нитрат монометиламмония (%)
17,6
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
Температура кристаллизации (°С)
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
7,6
13,9
19,0
23,3
26,9
30,0
32,7
35,1
Нитрат кальция (НК) (%)
62,7
57,1
52,0
47,7
44,1
41,0
38,3
35,9
Моли НА/моли НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
15,4
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
Нитрат монометиламмония (%)
14,3
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
Температура кристаллизации (°С)
54,5
37,5
17,6
Номер смеси
Нитрат аммония (НА) (%)
8,0
14,5
19,8
24,3
28,0
31,3
34,1
36,5
Нитрат кальция (НК) (%)
65,8
59,5
54,2
49,7
46,0
42,7
39,9
37,5
Моли НА/моли НК
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Вода (%)
15,1
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
Нитрат монометиламмония (%)
11,1
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
11,0
Температура кристаллизации (°С)
Эти результаты свидетельствуют о том, что растворы с низким содержанием воды, если содержание нитрата монометиламмония в растворе снижается ниже определенного уровня, все еще характеризуются минимальной температурой кристаллизации, если молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция находится в интервале от 0,75:1 до 1,25:1, но при этом эта минимальная температура уже не менее 0°C. В то время как для обращения и применения в подземном пласте отрицательная температура кристаллизации практически не требуется, такая отрицательная температура кристаллизации представляет собой большое преимущество как при транспортировке до рудника, так и при хранении на предприятии по его производству и в руднике. Предмет настоящего изобретения прежде всего относится к способу минимизации температуры кристаллизации раствора окислителя при поддержании относительно низких уровней воды, что в свою очередь позволяет готовить ВВ на участке его конечного применения, которое характеризуется достаточным количеством энергии для эффективного дробления породы.
Представленные в этой таблице результаты свидетельствуют о том, что если молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция составляет 1:1 и если содержание воды в растворе составляет 24% или более, то чтобы обеспечить отрицательную температуру кристаллизации, не требуется добавление монометиламмония.
Эти результаты указывают на то, что при содержании воды на уровне 15%, если содержание нитрата монометиламмония составляет 15%, то можно обеспечить отрицательную температуру кристаллизации, при условии, что молярное соотношение нитрата аммония и нитрата кальция составляет 1:1.
В табл. 5 ниже показаны серии результатов для растворов, в которых молярное соотношение нитрата аммония (НА) и нитрата кальция (НК) поддерживается на уровне 1:1, в то время как содержание воды снижается (с шагом 1%) от 24 до 14% и при этом содержание нитрата монометиламмония (НММА) повышается от 0 до 16,67% (с шагом 1,67%). В каждом случае температура кристаллизации сохраняется на уровне менее 0°C.
Номер смеси
К10
К11
К12
НА (%)
24,9
24,7
24,5
24,3
24,0
23,8
23,6
23,4
23,2
23,0
22,7
НК (%)
51,1
50,6
50,2
49,7
49,3
48,8
48,4
47,9
47,5
47,0
46,6
Моли НА/моли НК
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Вода(%)
24,0
23,0
22,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
HMMA (%)
0,00
1,67
3,33
5,00
6,67
8,33
10,00
11,67
13,33
15,00
16,67
Температура кристаллизации (СС)
В табл. 6 показаны серии результатов для растворов, в которых молярное соотношение нитрата аммония (НА) и нитрата кальция (НК) снова поддерживается на уровне 1:1, в то время как содержание воды снижается (с шагом 1%) от 24 до 14% и при этом содержание нитрата монометиламмония (НММА) повышается от 0 до 20% (с шагом 2%). В каждом случае температура кристаллизации сохраняется на уровне менее 0°C.
Таблица 6
Номер смеси
L10
L11
НА (%)
24,9
24,6
24,3
23,9
23,6
23,3
23,0
22,6
22,3
22,0
21,6
НК (%)
51,1
50,4
49,7
49,1
48,4
47,7
47,0
46,4
45,7
45,0
44,4
Моли НА/моли НК
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Вода(%)
24,0
23,0
22,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
НММА (%)
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
Температура кристаллизации (°С)
Указанные выше две серии экспериментов указывают на то, что поддержание этих постоянных соотношений обеспечивает в высшей степени пригодные температуры кристаллизации.
Можно также добавлять в раствор нитрат магния и при этом поддерживать отрицательную температуру кристаллизации, при условии, что молярное соотношение нитрата кальция и нитрата магния составляет не менее приблизительно 4,0:1, и предпочтительно, чтобы это соотношение составляло не менее приблизительно 4,25:1 и наиболее предпочтительно, чтобы это соотношение составляло не менее приблизительно 4,5:1, и кроме того, соотношение молярных концентраций нитрата аммония и суммы молярных концентраций нитрата кальция и нитрата магния должно быть по возможности близким к величине 1:1.
Эти условия представлены в табл. 7, где НМ означает нитрат магния.
Указанные результаты свидетельствуют о том, что при относительно низких концентрациях нитрата магния и при молярном соотношении нитрата кальция и нитрата магния на уровне приблизительно 4,5:1 или более, все еще можно обеспечить отрицательную температуру кристаллизации, при условии, что молярное соотношение нитрата аммония и суммы нитрата кальция и нитрата магния составляет приблизительно 1:1. Ясно, что если присутствует нитрат магния, то учитывается молярное соотношение нитрата аммония и суммы нитрата кальция и нитрата магния, а не одно только соотношение нитрата аммония и нитрата кальция.
Затем готовили растворы, содержащие различные количества нитрата натрия (НН) и те же самые количества нитрата монометиламмония и воды, указанные выше для смесей А1-А8 в табл. 1, но не содержащие нитрат кальция. Результаты показаны в табл. 9.
Номер смеси
SN1
SN2
SN3
SN4
SN5
SN6
SN7
SN8
SN9
SN10
НА (%)
НН (%)
Моли НА/моли НН
31,3
15,1
9,7
7,0
5,4
4,3
3,6
3,0
2,5
Вода (%)
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
22,0
НММА (%)
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
17,0
Температура кристаллизации (°С)
Полученные результаты четко свидетельствуют о том, что в то время как при добавлении нитрата натрия вплоть до концентрации 16% наблюдается незначительный снижающий эффект на температуру кристаллизации, и этот эффект является практически ничтожным по сравнению с системой, содержащей только нитрат аммония, нитрат монометиламмония и воду, в отличие от системы, когда используют нитрат кальция, где снижение температуры кристаллизации является значительным, когда соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция является близким к величине 1:1.
Готовили также растворы, содержащие нитрат натрия (НН), а также нитрат кальция, нитрат аммония, нитрат монометиламмония и воду. Результаты показаны в табл. 10.
Таблица 10
Номер смеси
Р10
НА (%)
14,6
20,0
24,6
28,4
31,7
14,2
19,4
23,8
27,5
30,7
НК (%)
44,9
39,5
34,9
31,1
27,8
47,8
42,6
38,2
34,5
31,3
НН %
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
Моли НА/моли НК
0,67
1,04
1,44
1,87
2,34
0,61
0,93
1,28
1,63
2,01
Вода(%)
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
НММА (%)
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
Температура кристаллизации (°С)
Ясно, что в присутствии нитрата натрия, пока соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция находится в интервале, определенном для системы в отсутствии нитрата натрия, можно добавлять небольшие количества нитрата натрия, но даже при таких низких уровнях он оказывает повышающий эффект на температуру кристаллизации. Аналогичный эффект наблюдается при добавлении нитрата калия, как показано в табл. 11а и 11б.
Таблица 11а
Номер смеси
KN11
KN12
KN13
KN14
KN15
KN16
KN17
KN18
KN19
НА (%)
27,1
30,2
14,0
15,0
17,1
20,6
25,2
29,1
32,5
НК (%)
33,9
30,8
38,3
37,3
35,2
31,7
27,1
23,3
19,8
Нитрат калия (%)
6,5
6,5
15,2
15,2
15,2
15,2
15,2
15,2
15,2
Моли НА/моли НК
1,64
2,01
0,75
0,82
1,00
1,33
1,91
2,57
3,36
Вода(%)
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
18,5
НММА (%)
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
14,0
Температура кристаллизации (°С)
Затем из растворов B4 и K3 готовили эмульсионные продукты, чтобы исследовать их эффективность в качестве ВВ. Эти два раствора были выбраны, так как они оба кристаллизуются при -4°C и оба содержат равные количества воды, но различные количества нитрата монометиламмония, чтобы исследовать эффект нитрата монометиламмония на взрывчатые свойства полученных эмульсионных ВВ. Конечные продукты характеризуются следующими свойствами.
Номер смеси
Эмульсия В4
Эмульсия КЗ
НА (%)
18,9%
21,6%
НК (%)
38,8%
44,2%
НММА (%)
12,6%
2,9%
Вода(%)
19,8%
19,4%
Эмульгатор PIBSA
1,0%
1,0%
Соевое масло
5,8%
7,8%
Стеклянные микросферы*
3,1%
3,1%
Кислородный баланс
-0,75%
-0,04%
Теоретическая чистая энергия ВВ
2,874 мегаДж/кг
2,950 мегаДж/кг
Плотность продукта
1,19 г/см3
1,19 г/см3
* Микросферы K20 производства 3М.
Каждую эмульсию готовили в картриджах с диаметром 50 мм, длиной 600 мм при загрузке в горизонтально уложенной трубе из пластика (толщиной 100 мкм) и инициировали с использованием 15 г усилителя пентолита. Эмульсию B4 инициировали и детонировали по всей длине заряда при постоянной скорости, как показано с помощью контрольной трубки, расположенной в контакте с картриджем, которая была полностью сплющена по всей длине картриджа. Эмульсия K3 была не способна поддерживать детонацию и основную часть продукта регенерировали. Этот эксперимент свидетельствовал о том, что нитрат монометиламмония не только повышает растворимость солей при постепенном снижении уровней воды, но и улучшает чувствительность конечной эмульсии.
Настоящее изобретение открывает возможность транспортировать водный раствор окислителя, смесь масла и эмульгатора и газовыделяющий агент в отдельности к руднику. А затем транспортировать их с поверхности в подземный рабочий участок через трубопровод с относительно малым диаметром, любой требуемой длины напрямую к плоскости забоя, предназначенного для разработки, и только тогда смешивать три жидкости (раствор окислителя, раствор масла/эмульгатора и газовыделяющий реагент) по мере их закачивания в скважину для получения эмульсионных ВВ. Можно также эмульгировать газовы-деляющий реагент в смеси масло/эмульгатор и в этом случае транспортировать только две жидкости и затем смешивать их в плоскости забоя. Преимущество заключается в том, что нет необходимости поддерживать раствор в нагретом состоянии при хранении в нагретых емкостях или нагретых трубах с кожухом, как это требуется при обращении с растворами окислителя согласно предшествующему уровню техники.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Водный раствор окислителя, состоящий из смеси растворенных окисляющих нитратных солей и воды, предназначенный для применения при получении составов взрывчатых веществ, температура кристаллизации которого составляет 10°C или менее, причем указанный раствор содержит
от 12 до 24 мас.% воды;
нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина в количестве от 10 до 18 мас.%; остальное - нитрат аммония и нитрат кальция или смесь нитрата кальция и нитрата магния, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция или смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет от 0,75:1 до 1,25:1.
2. Водный раствор окислителя по п.1, где температура кристаллизации составляет 0°C или менее.
3. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и нитрата кальция составляет приблизительно 1.
4. Водный раствор окислителя по п.2, где соотношение молярных концентраций нитрата аммония и смеси нитрата кальция и нитрата магния составляет приблизительно 1.
5. Водный раствор окислителя по п.1, где содержание воды в водном растворе окислителя составляет от 17 до 22 мас.%.
6. Водный раствор окислителя по п.1, где нитрат монометиламмония или нитрат моноэтаноламина присутствует в количестве от 12 до 17 мас.%.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027414
- 1 -
(19)
027414
- 1 -
(19)
027414
- 1 -
(19)
027414
- 1 -
(19)
027414
- 4 -
(19)
027414
Таблица 2
- 4 -
027414
Таблица 5
- 5 -
027414
Таблица 9
- 6 -
027414
Таблица 12
- 7 -