Микросферы Expancel® сенсибилизатор в промышленных взрывчатых веществах

Мир взрывчатых веществ состоит из множества изделий различных форм и размеров. Химия столь же разнообразна, сколь и способы её применения.

В горнодобывающей промышленности широко известен один конкретный тип продукта – это сенсибилизированные эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ). Во всём мире ЭВВ используются, как в наземных работах, так и на глубине.

В зависимости от типа породы и желаемого результата эти ЭВВ часто сенсибилизированы для изменения их детонационных характеристик.

Ранее сенсибилизаторами служили стеклянные микросферы или газогенерирующие вещества. Тем не менее, существует третий вариант. Полимерные микросферы Expancel® используются в составе взрывчатых веществ вот уже на протяжении почти 30 лет. Хотя их использование изначально было ограничено в ЮАР и странах Северной Америки, теперь они известны и успешно используются во всём мире.

Полые и чрезвычайно легкие

Полые микросферы Expancel – чрезвычайно лёгкие термопластичные микросферические частицы, широко известные в промышленности взрывчатых веществ как «пузырьки» или «микрошарики». Expancel широко используется в качестве сенсибилизатора в промышленных взрывчатых веществах. Добыча угля, руд различных металлов и открытая разработка нерудных полезных ископаемых по всему миру производятся с помощью этого продукта компании AkzoNobel.

Микросферы Expancel представляюет собой белый сыпучий порошок, состоящий из сферических частиц. Микросферы Expancel могут поставляться как в расширенном, так и в нерасширенном виде. Какой вариант использовать зависит от вашего производственного процесса. В конечном итоге именно расширенная форма микросфер и становится сенсибилизатором в ЭВВ.

Внутри частиц содержится изобутан. Оболочка состоит из термопластичного сополимера. При нагревании нерасширенного продукта размягчается его оболочка и повышается давление изобутана, в результате чего частица расширяется и раздувается наподобие воздушного шара (рис. 1).Рис. 1 Схематическое изображение работы микросфер Expancel®

Сбаланисрованный контроль плотности и взрывных свойств

Химические взрывчатые вещества, в частности, созданные на основе нитрата аммония, являются основной сферой использования микросфер Expancel. Это могут быть твёрдые взрывчатые вещества (такие как нитрат аммония), эмульсия или их смеси. Как правило, содержание Expancel во взрывчатом веществе составляет в диапазоне от 0,1 до 0,6 весового процента в зависимости от желаемой плотности и чувствительности готовой продукции, а также типа используемых частиц Expancel.046 2

Микросферы Expancel создают матрицу из последовательных равномерных пустот внутри взрывчатых веществ, обеспечивая сбалансированный контроль их плотности и взрывных свойств. К этим свойствам относятся: чувствительность к детонации, прочность, бризантность и стабильность взрывчатых веществ.

Расширенные марки, готовые к использованию

Каждый продукт Expancel имеет свое уникальное название в зависимости от состава оболочки, размера частиц, группы продукции, а если микросферы расширенные – плотности микросфер (например: 461 DET 40 d25). Первые 3 цифры представляют собой код типа полимера и типа углеводорода.

Буквенные обозначения указывают на группу продукции и форму поставки (W – влажные; D – сухие; U – нерасширенные; E – расширенные; MB – готовая смесь; SL – суспензия с добавкой NaCl; SLU – суспензия; T – обработанные; F – обработанные; X – экспериментальные). Следующие после буквенного обозначения цифры указывают примерный размер частиц в микронах после расширения. Последнее обозначение d25 показывает, что плотность «сухого» продукта составляет 25 кг/м3 (для «влажного» продукта – это значение плотности сухого вещества).

Expancel DET представляют собой универсальный продукт, с очень хорошей химической стойкостью и совместимостью с ЭВВ на основе нитрата аммония. Он доступен в различных вариантах размеров частиц и плотности, вплоть до 15 кг/м3.

Этот продукт широко используется в взрывном деле в качестве сенсибилизатора в наливных ЭВВ и патронах, в основном для добычи угля, но также и в горнорудной промышленности. Так как он поставляется готовым к использованию, многие производители взрывчатых веществ начинают именно с этой группу продукции Expancel.

Расширение микросфер на площадке клиента

Компания AkzoNobel предлагает своим клиентам уникальную систему расширения микросфер Expancel. Пользователи, имеющие расширитель, приобретают нерасширенные микросферы и производят их расширение до требуемого размера по мере необходимости. Это приводит к существенной экономии средств на упаковку и транспортировку, облегчает автоматизированную обработку и снижает потребность в площади для их хранения.

Высокая механическая устойчивость

Подвергаясь давлению, расширенные микросферы сжимаются. Под воздействием давления микросферы деформируются, тем не менее, площадь их поверхности остаётся неизменной. После снятия давления частицы восстанавливают свою первоначальную сферическую форму и, в зависимости от давления / времени воздействия, и большую часть своего первоначального объёма (рис. 2). Их преимущество состоит в том, что они сохраняют свою форму и не разрушаются во время обработки или заправки патронов, при перекачивании и смешивании или когда подвергаются давлению близлежащего заряда.

Рис. 2 Изменение формы микросфер Expancel®: а) при атмосферном давлении; б) при повышении давления; в) после снятия давления046 4Рис. 2 Изменение формы микросфер Expancel®: а) при атмосферном давлении; б) при повышении давления; в) после снятия давления

Рис. 2 Изменение формы микросфер Expancel®: а) при атмосферном давлении; б) при повышении давления; в) после снятия давления

Размер частиц для оптимизации производительности

Микросферы Expancel доступны в различных вариантах размеров. При создании рецептур эмульсий для оптимизации производительности можно выбрать тот или иной размер микросфер по выбору потребителя (рис. 3).Рис. 3 Варианты размеров микросфер Expancel 461 DET 40 d25 (а) и Expancel 461 DET 80 d25 (б)

Рис. 3 Варианты размеров микросфер Expancel 461 DET 40 d25 (а) и Expancel 461 DET 80 d25 (б)

Рис. 3 Варианты размеров микросфер Expancel 461 DET 40 d25 (а) и Expancel 461 DET 80 d25 (б)

Высокая скорость детонации

Данные испытаний показывают, что Expancel группы DET даёт высокую скорость детонации (Velocity of Detonation, VOD), что необходимо в некоторых областях применения. Кроме того, будучи органическим материалом, в процессе детонации Expancel DET служит топливом, энергия сгорания составляет около 23 кДж/г.

Стабильность при хранении и отсутствие предварительного сжатия

Не было зафиксировано ни одного случая, связанного со стабильностью взрывных свойств при хранении патронированных ЭВВ, с использованием Expancel DET в качестве сенсибилизатора. Нагревание 461 DET до 90°C в течение нескольких часов также не вызывает никаких проблем.

Не сообщалось о каких-либо случаях возникновения проблем с предварительным сжатием («мёртвое сжатие») при добавлении Expancel DET в ЭВВ.

Меньший объём при том же снижении плотности

Типичный состав эмульсионной матрицы имеет плотность от 1400 до 1500 кг/м3. Чтобы получить необходимые свойства эмульсионного взрывчатого вещества, плотность должна быть снижена до 1000–1300 кг/м3. Для получения желаемого уровня плотности обычно достаточно около 0,3% Expancel DET. Это намного, в 6–12 раз меньше, чем было бы необходимо при использовании стеклянных микросфер. По сравнению с более тяжёлыми стеклянными, микросферы Expancel DET будет занимать меньше объёма во взрывчатых веществах при том же снижении плотности. Таким образом, нет необходимости заполнять ограниченный объём патрона инертным материалом.

Дополнительную информацию вы можете найти на сайте: www.expancel.com

Ключевые слова: Микросферы Expancel, взрывчатых, эмульсии, сенсибилизированные, микросферы, детонационных

Журнал "Горная Промышленность" №6 (111) 2013, стр.46