4.2.3. Отработка технологии приготовления и промышленные испытания акватолов на кремниевом загустителе

Полигонные испытания нового взрывчатого вещества, получившего название “Акватол Т-20ГК”, химический состав и физико-химические свойства которого представлены в табл. 16, 17, где ГК – гель кремниевый, полностью подтвердили данные лабораторных исследований. Поэтому, после разработки всей необходимой техдокументации (технических условий, директивного технологического процесса, регламентов приготовления загустителя и самого ВВ и т.д.), он был допущен Госгортехнадзором России вначале к промышленным испытаниям, а затем и к полномасштабному промышленному использованию на ОАО “Апатит”, ОАО “Олкон”, ОАО “Карельский окатыш”.

Таблица 16.

Содержание компонентов в Акватоле Т-20ГК

Наименование компонента	Значение, мас.%
1. Аммиачная селитра	71,0  3
2. Гранулотол	20,0  3
3. Раствор загустителя	9,0  1

Таблица 17.

Физико-химические и взрывные характеристики Акватола Т-20ГК

Наименование показателя	Значение
1. Теплота взрыва, МДж/кг (ккал/кг)	4,058 (970)
2. Удельный объем газообразных продуктов взрыва, л/кг	950
3. Кислородный баланс, %	+0,5
4. Тротиловый эквивалент по теплоте взрыва	0,97
5. Концентрация энергии, МДж/дм3 (ккал/дм3), при плотности 1450 кг/м3	6,087 (1455)
6. Плотность, кг/м3	1450-1550
7. Скорость детонации заряда, м/с	4900 - 5100
8. Критический диаметр заряда в стальной оболочке, при плотности 1500 кг/м3, мм	80
9. Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-80, раздел I: нижний предел, мм частотность взрывов в приборе № 2	500 0
10. Чувствительность к трению на приборе К-44-3: нижний предел, МПа (кгс/см2) частотность взрывов при давлении прижатия 600 МПа (6000 кгс/см2), % 700 МПа (7000 кгс/см2), %	550/5500 4 12

В ОАО “Апатит” в качестве загустителя используется раствор АККФ, который в промышленных объемах производиться в ЦЛ ОАО и доставляется на рудник “Центральный”, где готовится и используется акватол, автотранспортом. На пункте приготовления АККФ перекачивается через мерник непосредственно в емкости приготовления окислителя, после чего в нем при 95-105^оС приготавливается насыщенный раствор аммиачной селитры, который перекачивается в зарядные машины Акватол-3, снабженные мешалками. Смешение горячего раствора окислителя с тротилом осуществляется непосредственно в зарядных машинах, после чего ВВ транспортируется на подготовленные к взрыву блоки и закачивается в скважины.

В ОАО “Олкон” “Акватол Т-20ГК” готовился вначале следующим образом. В емкости приготовления окислителя заливалось необходимое количество воды, затем при перемешивании загружался нефелиновый концентрат и заливалось расчетное количество азотной кислоты. В полученном загустителе растворялось необходимое количество аммиачной селитры. Все другие операции аналогичны операциям, проводимым на руднике “Центральном” ОАО “Апатит”. В процессе промышленного освоения новой технологии на этом предприятии было рекомендовано заменить азотную кислоту на более дешевую серную кислоту, производство которой существует на расположенном всего в 30-ти километрах от Оленегорска комбинате “Североникель”.

В процессе промышленного использования “Акватола Т-20ГК” в ОАО “Олкон”, когда было уже использовано несколько тысяч тонн этого ВВ, на одном из заряженных блоков произошло “вскипание” зарядов в 3-х скважинах, после чего использование этого ВВ было приостановлено.

Анализ причин этого явления позволил установить, что “вскипание” скважин произошло вследствие наличия в данных скважинах сульфидов, хотя железные руды данного предприятия считаются малосульфидными. Вероятно, скважинами были пройдены аномальные зоны пород, содержавшие повышенное количество сульфидов железа.

Возможность взаимодействия горячих растворов аммиачной селитры с сульфидами была установлена давно [2]. Взаимодействие пирита с горячим плавом аммиачной селитры протекает с выделением большого количества тепла по реакциям, являющимся по своей сути автокаталитическими, усиливающимися в присутствии свободной кислоты:

2NH₄NO₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ + 2HNO₃ -15,96 кДж/моль;

2FeS₂ + 8HNO₃ = Fe₂(SO₄)₃ + 8NO + 4H₂O + S +143 кДж/моль;

10NH₄NO₃ + 2FeS₂ + 4H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 5(NH₄)₂SO₄ + 10NO + 4H₂O +1617 кДж/моль,

а также по реакциям:

8NH₄NO₃ + 3FeS₂ + 2O₂ = 3FeSO₄ + 3(NH₄)₂SO₄ + 5N₂ + 4H₂O +4006 кДж/моль.

Поэтому горячельющиеся селитреные ВВ допускаются для отбойки сульфидсодержащих пород только в том случае, если они содержат в своем составе ингибиторы этих реакций. В частности, в качестве ингибитора в состав ВВ вводят до 4-х процентов мочевины сверх 100%.

Проведенные нами исследования позволили установить, что причиной “вскипания” скважин, заряженных акватолом, приготовленном на нефелиновом загустителе, является избыточная кислотность (рН <3) загустителя, обусловленная присутствием в нем кислых солей алюминия и железа.

Проведенными нами исследованиями установлено, что окислитель с повышенной кислотностью может, при определенных условиях, вступать в реакцию с тонкоизмельченным пиритом (FeS₂), который содержится на дне скважины в составе буровой мелочи. Визуальные наблюдения показали, что крупнозернистый и кусковой пирит с плавом окислителя практически не взаимодействует. Пирротин (Fe₇S₈) по отношению к раствору аммиачно-селитренного окислителя является практически инертным.

В соответствии с разработанной нами технологией [138] кремнегелевый загуститель можно получать и на основе кислотной нейтрализации растворов жидкого стекла по реакции:

Na₂O nSiO₂ + H₂SO₄ ^aq Na₂SO₄+ nSi(OH)₄.

Такой окислитель не содержит в своем составе кислых, легко гидролизующихся солей алюминия и железа. Кроме того, щелочной характер силиката натрия обеспечивает возможность искусственного снижения и регулирования кислотности растворов аммиачной селитры.

В связи с этим, нами была предложена технология изготовления загустителя на основе кислотной нейтрализации растворов жидкого стекла для акватолов, применяющихся при отбойке железных руд, в которых возможно присутствие пирита. Суть ее заключается в том, что в емкости для приготовления окислителя последовательно вводится расчетное количество воды, жидкого стекла и серной кислоты, а затем в полученном растворе, после полного растворения аммиачной селитры, замеряется рН окислителя.

Для повышения безопасности ведения работ совместно с НИИПХ (С.М. Малютитным) были проведены исследования по изучению свойств жидкостекольного загустителя и реакционной способности ВВ, приготовленного на нем, по отношению к пириту. Лабораторными исследованиями и рудничными опытно-промышленными испытаниями установлено, что при нейтрализации окислителя жидким стеклом до рН = 4,8-5,6 обеспечивается безопасность применения акватолов для отбойки сульфидсодержащих железных руд. Если этот показатель находится ниже 4,8, то в него небольшими порциями добавляется дополнительное количество раствора жидкого стекла до достижения рН = 4,8-5,6. Большего снижения кислотности при добавлении жидкого стекла достичь не удается, т.к. начинается обменная реакция, сопровождающаяся выделением аммиака:

Na₂OnSiO₂ + 2NH₄NO₃ ^aq NaNO₃ + 2NH₃ + nSi(OH)₄

Нейтрализацию необходимо проводить до смешения окислителя с тротилом, т.к. в случае передозировки жидкого стекла может наблюдаться всплывание частиц тротила, особенно если он подплавляется, обусловленное флотацией тротила прилипшими к нему пузырьками газообразного аммиака.

Эти работы послужили основанием для разработки технологии и технических условий производства ВВ “Акватол Т-20ГК” марки ЖС на жидкостекольном загустителе. Для отбойки безсульфидных руд применяется “Акватол Т-20ГК” марки НК на нефелиновом загустителе. В соответствии с ТУ, эти взрывчатые вещества должны отвечать требованиям, приведенным в таблице 18.

Акватолы, приготовленные на кремниевом загустителе, нашли применение на открытых рудниках ОАО “Олкон”, “Апатит” и “Карельский окатыш”. По расчетам экономических служб этих предприятий, прямой экономический эффект только от разницы в цене между кремниевым загустителем и ПАА или КМЦ, без учета повышения взрывчатых характеристик и снижения выбросов вредных газов, составляет не менее 500 руб. (в ценах 2000 г.) на тонну ВВ.

Таблица 18.

Физико-механические и взрывные характеристики акватолов Т-20 ГК

Наименование показателя	Норма	Метод испытания
1	2	3
1. Внешний вид	Гелеобразное вещество серо-желтого цвета, застывающее при охлаждении	Визуально
2. Полнота детонации открытого заряда диаметром 120 мм	Полная	по п. 4.3 ТУ
3. Водоустойчивость: масса аммиачной селитры перешедшей в раствор с поверхности контакта ВВ с водой за 24 часа кг/м2 , не более	5.2	по п. 4.4 ТУ
4. Термохимическая стабильность, ч, не менее	12	по п. 4.5 ТУ