О полноте химических реакций и свойствах конденсированных продуктов взрыва алюминизированных промышленных взрывчатых веществ
П.Г. Тамбиев
Е.А. Петров
В.П. Удовиченко
От полноты детонации металлизированных взрывчатых веществ (ВВ), применяемых для разрушения крепких горных пород, зависит эффективность и безопасность их использования. Общепринято считать, что в бризантных ВВ алюминий не полностью участвует в зоне химических реакций детонационной волны, в смесевых гетерогенных ВВ полнота сгорания алюминия повышается.
В статье приводятся результаты экспериментального определения полноты реакции окисления алюминия в детонационной волне в зависимости от состава ВВ. Электронно-оптическими исследованиями оценивались форма и размер частиц конденсированных продуктов детонации. Эксперименты проводились во взрывной камере с внутренним объемом 0,175 м3 (рисунок 1).
Камера снабжена воздушным клапаном для создания вакуума или заданной газовой среды. Схема проведения опытов заключалась в следующем: в центре взрывной камеры подвешивался исследуемый заряд массой 150 г. Инициирование осуществлялось от гексогеновой шашки массой 10 г и ЭД-8. Камера герметизировалась и вакуумировалась. Испытания проводились в вакууме и в среде азота при давлении от 1 до 9,5 кгс/см2. После подрыва конденсированные продукты детонации выдерживались в камере в течение 24 ч, затем после сброса остаточного давления собирались со стенок камеры.
В зависимости от среды и давления в камере меняются условия охлаждения продуктов детонации, остаточная температура Тост на момент их расширения до объема камеры и возможность протекания вторичных химических реакций в продуктах детонации при их разлете в камере. При повышении давления в камере и снижении массы заряда остаточные температуры продуктов детонации падают, а вторичные реакции замедляются [1].
В качестве ВВ исследовались составы, приведенные в таблице 1. В экспериментах использовались алюминий марки ПП-2Л и сплав ферросиликоалюминия (ФСА) производства завода ферросплавов г. Экибастуза (Республика Казахстан) [2] с удельной площадью поверхности Sуд = 3000 см2/г.
Таблица 1. Рецептуры алюминизированных взрывчатых веществ
|
Показатель, % |
Алюмотол |
Детонит М |
Детонит ФСА |
Аммонал ФСА |
|
|
Нитроэфиры |
- |
10 |
10 |
- |
|
|
Тротил |
85 |
- |
- |
- |
|
|
Аммиачная селитра |
- |
78,0 |
78,0 |
88 |
|
|
Алюминий |
15 |
10,7 |
- |
- |
|
|
ФСА |
- |
- |
10,7 |
8 |
|
|
Технологические добавки |
- |
1,5 |
1,5 |
4* |
|
|
Примечание - Состав ФСА, %: Al - 28,0; Si - 48,0; Fe - 24,0 |
Исследования во взрывной камере (таблица 2) показали, что непрореагировавший алюминий в конденсированных продуктах детонации обнаружен в алюмотоле и детоните ФСА в условиях эксперимента, когда исключено протекание вторичных химических реакций. Об отсутствии химических реакций свидетельствует также то, что в конденсированных продуктах детонации алюмотола присутствовало большое количество углеродной сажи, а Sуд и средний размер частиц оксида алюминия достигают меньших величин, чем в условиях при менее интенсивном охлаждении (рисунок 2).
Таблица 2. Результаты исследований ВВ во взрывной камере
|
Наименование ВВ |
Условия в камере |
Характеристики КПД |
|||||
|
Р, кгс/см2 |
Тост , оК |
Среда |
Выход Alактив , % |
Sуд, см2/г |
Средний размер частиц, мкм |
||
|
Детонит М |
0,07 |
3055 |
Вакуум |
0 |
100 |
225 |
|
|
То же |
1,0 |
2297 |
Азот |
0 |
1500 |
15 |
|
|
-«- |
5,0 |
- |
То же |
0 |
4930 |
3,6 |
|
|
-«- |
9,5 |
562 |
-«- |
0 |
6200 |
4,6 |
|
|
Детонит ФСА |
9,5 |
667 |
-«- |
6,1 |
4000 |
5,6 |
|
|
Аммонал ФСА |
9,5 |
600 |
-«- |
0 |
2000 |
11 |
|
|
Алюмотол |
9,5 |
637 |
-«- |
14,6 |
14600 |
2,1 |
Рисунок 2. Фотография КПД детонита М при подрыве в вакууме
Таким образом, состав и кинетические аспекты детонационного разложения ВВ влияют на полноту реакции алюминия в детонационной волне. При увеличении ширины зоны химических реакций в детонационной волне полнота окисления алюминия повышается. Сравнительные эксперименты детонитов М и ФСА показали, что в продуктах взрыва последнего присутствует активный алюминий, то есть активность в детонационной волне алюминия, находящегося в сплаве ФСА, ниже, чем в свободном состоянии. В алюмотоле эта разница была бы заметнее, и наоборот, в аммонале алюминий в составе сплава успел прореагировать полностью.
Электронно-оптические и рентгенофазовые измерения (рисунок 2) показали, что в продуктах взрыва образуются частицы корунда (б-Al2O3) с формой, близкой к сферической. В зависимости от условий в камере размер частиц меняется. При высоких Тост в камере наблюдаются процессы коагуляции и спекания частиц в более крупные агломераты. При этом составом, морфологией поверхности и размером частиц оксидов можно управлять. Эти результаты могут быть полезны для специалистов, занимающихся детонационным синтезом сверхтвердых и жаростойких материалов.
Библиографический список
детонация алюминизированный взрывчатый вещество
1. Петров, Е.А. Условия сохранения алмазов в процессе детонационного получения / Е.А. Петров, Г.В. Сакович, П.М. Брыляков // Доклады Академии наук СССР. - 1990. - Т. 313. - С. 862-864.
2. Исследование свойств ферросиликоалюминия и перспектив его применения в промышленных взрывчатых веществах / Е.А. Петров, С.В. Петерс, Н.В. Бычин, А.А. Аверин, Д.В. Тихонов, В.Е. Рябиков // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2009. - № 1. - С. 44-48.