重硝酸銨燃料油和定製的膨化聚合物密度控制劑的製作方法

2023-12-11 01:09:17

專利名稱:重硝酸銨燃料油和定製的膨化聚合物密度控制劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及炸藥,特別是涉及包括重硝酸銨燃料油(ammonium nitratefuel oil)即重ANFO的炸藥組合物。
背景技術：
重ANFO包括硝酸銨-燃料油(ANFO)和油包水乳化炸藥。在許多情況下，將密度降低劑(density reducing material)添加到重ANFO中，以使重ANFO和密度降低劑的混 合物具有低於重ANFO的密度。因為重ANFO的密度過大而不能可靠地引爆，所以需要密度降低劑。添加到重ANFO中以調節密度的物質已有木屑、鋸末、蔗渣、聚苯乙烯泡沫等。在許多情況下，重ANFO和密度降低劑的混合物仍沒有可靠地引爆。

發明內容
本發明涉及包括重ANFO和膨化聚合物微球的炸藥組合物，所述重ANFO和膨化聚合物微球的混合物具有低於重ANFO的密度。組合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸取決於重ANFO中使用的硝酸銨顆粒的一種或多種尺寸。在一種實施方案中，利用主顆粒尺寸確定組合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸。在具體實施方案中，聚合物微球的尺寸為主顆粒篩目尺寸限定的尺寸範圍內的尺寸的至少70%且不大於200%。例如，如果在重ANFO中以12目限定的顆粒為主，則篩網將顆粒尺寸限定為大於1. 70mm且小於2. 00mm。如果採用該範圍的下限(1. 70mm)，則組合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸為1. 19-3. 40_。在另一種實施方案中，利用平均顆粒尺寸確定膨化聚合物微球的尺寸。認為使用在所述尺寸範圍內的膨化聚合物微球通過避免起動敏感度(run-up sensitivity)和空隙敏感度(gapsensitivity)問題提供更可靠的炸藥組合物。
本發明還涉及炸藥組合物的製造方法，其中ANFO和油包水乳化炸藥首先相互混合以形成重ANF0。隨後，將膨化聚合物微球添加到重ANFO中。在一種實施方案中，膨化聚合物微球的尺寸取決於重ANFO中的主顆粒尺寸或平均顆粒尺寸。在另一種實施方案中，在末端混合器(end-to-end mixer)中進行ANF0、油包水乳液和膨化聚合物微球的混合。
本發明包括
1. 一種炸藥組合物，包括重ANFO和膨化聚合物微球，所述重ANFO包括硝酸銨顆粒和燃料油；及油包水乳化炸藥；其中所述硝酸銨顆粒具有尺寸範圍，所述膨化聚合物微球的尺寸與所述硝酸銨顆粒的顆粒尺寸相關。
2.根據項I的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸與所述硝酸銨顆粒的主顆粒尺寸相關。[0009]3.根據項1的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸為主顆粒篩目 尺寸範圍內的尺寸的至少70%。
4.根據項1的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸不大於主顆粒 篩目尺寸範圍內的尺寸的約200%。
5.根據項1的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸與所述硝酸銨 顆粒的平均顆粒尺寸相關。
6.根據項1的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸為所述硝酸銨 顆粒的平均顆粒尺寸的至少70%。
7.根據項1的炸藥組合物，其中所述膨化聚合物微球的微球尺寸不大於所述硝 酸銨顆粒的平均尺寸的約200%。
8.根據項1的炸藥組合物，其中所述硝酸銨顆粒為肥料級硝酸銨(「FGAN」)和 商品級硝酸銨(「CGAN」)中的一種。
9.根據項1的炸藥組合物，其中所述硝酸銨顆粒的顆粒尺寸為0. 50-3. 00mm。
10.根據項1的炸藥組合物，其中所述硝酸銨顆粒的顆粒尺寸為0. 90-2. 50mm。
11.根據項1的炸藥組合物，其中所述油包水乳化炸藥的粘度大於22000cp。
12.根據項1的炸藥組合物，其中所述油包水乳化炸藥的密度大於約1. 25g/cc。
13.根據項1的炸藥組合物，其中所述油包水乳化炸藥的密度大於約1. 37g/cc。
14.根據項1的炸藥組合物，其中所述油包水乳化炸藥的密度大於約1. 40g/cc。
15.根據項1的炸藥組合物，其中所述油包水乳化炸藥的密度為1. 40-1. 55g/cc。
16.根據項1的炸藥組合物，其中所述炸藥組合物在12. 25"爆破孔中的引爆速 度為 1600-3500m/s。
具體實施方式
炸藥組合物包括硝酸銨燃料油(「ANF0」 )、油包水乳化炸藥和膨化聚合物微球。 ANF0和油包水乳化炸藥的混合形成抗水的重ANF0。聚合物微球的尺寸以一定的方式與硝 酸銨顆粒的尺寸相關，以產生可靠性提高的炸藥組合物。
組合物的ANF0組分包括硝酸銨顆粒和燃料油。硝酸銨顆粒佔ANF0組分的約90_98 重量％，燃料油佔ANF0組分的約2-10重量％。在優選實施方案中，硝酸銨顆粒佔ANF0組分 的約94重量％，燃料油佔ANF0組分的約6重量％。通常，燃料油為No. 2燃料油。然而，還 可使用本領域技術人員已知的No. 1燃料油、礦物油、其它油和油的組合。
組合物的油包水乳化炸藥組分包括(a)不連續水相，其包括一種或多種無機氧 化劑鹽的水溶液的分散液滴；(b)與水不混溶的連續有機相，所述液滴分散遍布在所述連 續有機相中；及(c) 一種或多種乳化劑，形成遍布所述連續有機相的氧化劑鹽溶液液滴乳 液。適宜的無機氧化劑鹽包括硝酸銨、硝酸鈣、硝酸鈉和它們的組合。本領域技術人員已知 的其它氧化劑鹽也是可行的。用於與水不混溶的連續有機相的適宜的有機燃料包括燃料 油、礦物油、蠟和它們的組合。本領域技術人員已知的其它有機燃料也是可行的。適宜的乳 化劑包括單油酸酯、三硬脂山梨坦、倍半油酸山梨坦、聚異丁烯磺酸、烷醇醯胺的聚異丁烯 琥珀醯酐(PiBSA)衍生物和本領域技術人員已知的其它乳化劑。
油包水乳化炸藥的密度大於1. 25g/cc,優選大於1. 37g/cc,更優選為1. 40-1. 55g/cc。為提高組合物的抗水性，油包水乳化炸藥的粘度為22000-60000cP (Brookfield粘度計# 7轉子，20rpm，49°C )。通過適當地選擇乳化炸藥的組成成分達到所述粘度，用於混合所述組分的設備是本領域已知的。
混合ANFO和油包水乳化炸藥產生的重ANFO具有大於1. 26g/cc的密度。優選地，重ANFO具有大於約1. 40g/cc的密度。通常，ANFO佔重ANFO的約32-50重量％，油包水乳液佔重ANFO的約50-68重量％。
使用組合物的膨化聚合物微球組分降低ANFO和油包水乳化炸藥的混合物(即重ANF0)的密度，以使包括ANF0、油包水乳化炸藥和膨化聚合物微球的組合物具有低於重ANFO的密度。聚合物微球的密度為O. 008-0. 080g/cc。優選地，聚合物微球的密度為
O.010-0. 016g/cco將膨化聚合物微球添加到重ANFO中使所得重ANFO和膨化聚合物微球 的混合物的密度根據膨化聚合物微球的添加量降至O. 80-1. 20g/cc。
適宜的膨化聚合物微球包括膨化聚苯乙烯微球。然而，還可使用膨化聚氨酯微球、本領域技術人員已知的其它膨化聚合物製品和這些微球的組合。通常，膨化聚合物微球的形狀基本上為圓形或球形。
組合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸與ANFO中硝酸銨顆粒的尺寸有關。為了細化，用於ANFO的硝酸銨顆粒的最大直徑通常為O. 9-3. 00_，還可就篩目或篩孔尺寸表述為-6^20目。有時還使用小至O. 5mm的顆粒。通常，顆粒基本上為球形。這種顆粒的最大直徑為顆粒的直徑。此外，用於ANFO的硝酸銨顆粒通常具有篩目尺寸範圍。例如，第一百分率的顆粒的篩目尺寸可為10，第二百分率的顆粒的篩目尺寸可為12。用於組合物的膨化聚合物微球的尺寸取決於顆粒的一種或多種尺寸。
在組合物的ANFO組分中存在具有兩種或更多種篩目尺寸的顆粒並且具有兩種或更多種篩目尺寸中一種篩目尺寸的顆粒為主時，膨化聚合物微球的直徑為主顆粒尺寸的至少70%且不大於200%。例如，如果顆粒的20%為10目，35%為12目，45%為14目，則主篩目尺寸為14目。在該實例中，以14目限定的顆粒為主。14目限定的顆粒大於1. 40mm且小於1.70mm。為方便起見，利用篩目尺寸範圍的下限確定所用膨化聚合物微球的合適尺寸。在該實例中，下限為1. 40mm。因此，使用O. 98-2. 80mm的膨化聚合物微球。優選地，組合物中使用的所有膨化聚合物微球具有大致相同的直徑。應當理解的是，可利用主顆粒篩目尺寸範圍的上限或者主顆粒篩目尺寸上下限之間的任何其它尺寸確定膨化聚合物微球的尺寸。
或者，確定平均顆粒篩目尺寸並且使用尺寸為平均顆粒尺寸的至少70%且不大於200%的膨化聚合物微球。例如，如果顆粒的70%為10目，30%為16目，則平均篩目尺寸為
I1.8目。11.8目約為12目。12目限定的顆粒大於1.70mm且小於2. 00mm。12目限定的尺寸範圍的下限為1. 7mm。因此,使用1. 19-3. 40mm的膨化聚合物微球。優選地,用於組合物的所有膨化聚合物微球具有大致相同的直徑。應當理解的是，可利用插值確定隨後用於確定膨化聚合物微球的70%-200%尺寸範圍的尺寸(mm)，來代替把平均顆粒尺寸四捨五入。
如下完成炸藥組合物的製造提供混合容器和(a)將ANFO添加到容器中，隨後將油包水(oiΙ-1n-water)乳化炸藥添加到容器中；(b)將油包水乳化炸藥添加到容器中之後將ANFO添加到容器中；或(c)將ANFO和油包水乳化炸藥同時添加到容器中。在容器中混合ANFO和油包水乳化炸藥，從而形成重ANF0。所得重ANFO的密度大於約1. 25g/cc，優選大於約1. 40g/cc。在ANFO和油包水乳化炸藥充分混合之後，將足夠量的膨化聚合物微球添加到重ANFO中，從而製成具有所需密度(O. 80-1. 20g/cc)的炸藥組合物。優選地，在美國專利No. 4506990(在此引入其全文)和未決美國專利申請No. 11/162689 (在此引入其全文)所披露的類型的混合器中進行炸藥組合物的混合。還可在螺旋鑽中實現炸藥混合物的混合。然而，認為僅能夠在長度超過3. 5-4. Om的螺旋鑽中實現組合物的充分混合。
本申請所述的本發明的實施方案旨在描述實施本發明的最佳方式，以使本領域技術人員能夠應用本發明。
權利要求
1.製備避免起動敏感度和空隙敏感度問題的更可靠的炸藥組合物的方法，所述方法包括提供ANF0，所述ANFO包括硝酸銨顆粒和燃料油，所述硝酸銨顆粒具有一定範圍的顆粒尺寸；提供油包水乳化炸藥；在ANFO中的硝酸銨顆粒的尺寸分布未知或不確定時確定ANFO中的硝酸銨顆粒的主顆粒篩網尺寸或平均顆粒篩網尺寸；使用如下數據計算欲包括在所述炸藥組合物中的膨化聚合物微球的微球尺寸範圍 (a)確定的硝酸銨顆粒的主顆粒篩網尺寸或平均顆粒篩網尺寸，(b)與所述尺寸範圍的下限相關的第一百分率，和(c)大於第一百分率且與所述尺寸範圍的上限相關的第二百分率；提供在計算的微球尺寸範圍的膨化聚合物微球；以及混合所述ANF0、油包水乳化炸藥、和所述在計算的微球尺寸範圍的膨化聚合物微球，形成炸藥組合物。
2.如權利要求
1所述的方法，其中確定主顆粒篩目尺寸包括將所述硝酸銨顆粒施加到多個具有不同篩目尺寸的篩網上並確定該多個具有不同篩目尺寸的篩網中顆粒體積最多的那個的篩目尺寸。
3.權利要求
2所述的方法，其中確定微球尺寸範圍包括通過在主顆粒篩目尺寸範圍取第一尺寸的第一百分率確定微球尺寸範圍的下限；通過在主顆粒篩目尺寸範圍取大於第一百分率的第二尺寸的第二百分率確定微球尺寸範圍的上限。
4.權利要求
3所述的方法，其中所述第一尺寸和第二尺寸相同。
5.權利要求
1所述的方法，其中確定平均顆粒篩網尺寸包括將所述硝酸銨顆粒施加到多個具有不同篩目尺寸的篩網上並基於被所述多個篩網保留的顆粒的體積確定實際平均顆粒篩目尺寸，並且在需要時， 將該實際平均顆粒篩目尺寸四捨五入到最接近的整數篩目尺寸和將該最接近的整數篩目尺寸充當所述平均顆粒篩網尺寸。
6.權利要求
1所述的方法，其中確定平均顆粒篩網尺寸包括將所述硝酸銨顆粒施加到多個具有不同篩目尺寸的篩網上並基於被所述多個篩網保留的顆粒的體積確定實際平均顆粒篩目尺寸，和將該實際平均顆粒篩目尺寸充當所述平均顆粒篩網尺寸。
7.權利要求
5或6所述的方法，其中計算微球尺寸範圍包括通過在主顆粒篩目尺寸範圍取第一尺寸的第一百分率確定微球尺寸範圍的下限；通過在主顆粒篩目尺寸範圍取大於第一百分率的第二尺寸的第二百分率確定微球尺寸範圍的上限。
8.權利要求
7所述的方法，其中所述第一尺寸和第二尺寸相同。
9.權利要求
1、3或7的方法，其中第一百分 率為70%和第二百分率為200%。
專利摘要
本發明涉及一種炸藥組合物，其包括重ANFO和密度低於該重ANFO的膨化聚合物微球。膨化聚合物微球的尺寸取決於或基於該組合物的重ANFO部分中使用的硝酸銨顆粒的尺寸。在一種實施方案中，用於該組合物的膨化聚合物微球的尺寸為主硝酸銨顆粒篩目尺寸的下限的至少70%。在另一種實施方案中，膨化聚合物微球的尺寸為與硝酸銨顆粒平均篩目尺寸相關的尺寸的至少70%。
文檔編號C06B23/00GKCN102992928SQ201210393994
公開日2013年3月27日 申請日期2006年10月10日
發明者凱文.H.沃爾多克 申請人:凱文.H.沃爾多克導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan