5.3. Характеристика основных компонентов промышленных взрывчатых веществ

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) NH₄N0₃ яв­ляется основным компонентом большинства промышленных ВВ. Один грамм селитры при разложении выделяет 0,2 г кислорода, который используется для окисления водорода, углерода, алю­миния и других компонентов ВВ. Дешевизна и простота полу­чения, неограниченность сырьевой базы (воздух и вода), полный переход в газообразные продукты при взрыве обусловили широкое применение аммиачной селитры для приготовления промышлен­ных ВВ.

Аммиачная селитра — это белый кристаллический порошок с плотностью в зависимости от формы кристаллов 1,56—1,74 г/см³, ее насыпная плотность 0,86—0,97 г/см³. Получается селитра в ре­зультате реакций соединения аммиака с азотной кислотой

NH₃ + HN0₃ → NH₄N0₃.

Выпускается в виде гранул, порошка или кристаллов.

Обычная кристаллическая аммиачная селитра обладает высо­кой гигроскопичностью. При изменении влажности воздуха она слеживается, превращаясь в камнеобразную массу. Поэтому в настоящее время изготовляют менее слеживающуюся кристал­лическую и гранулированную селитру с добавками, снижающими ее гигроскопичность и повышающими водоустойчивость. Для ее изготовления в концентрированный раствор аммиачной селитры в небольшом количестве вводится водный раствор сернокислого железа с последующей обработкой смесью жирных кислот и пара­финов.

Аммиачная селитра может существовать в нескольких кристал­лических модификациях. При нагревании или охлаждении, при температурах —16 ^СС; + 32 °С; +85 °С; +125 °С она переходит из одной модификации в другую. При таких переходах слеживаемость селитры резко увеличивается. В связи с этим селитру на заводах расфасовывают при температуре не выше 30 °С. Тем­пература плавления аммиачной селитры 169 °С. При наличии влаги температура плавления селитры значительно снижается.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде. Растворение происходит со значительным поглощением тепла: при растворе­нии шести частей селитры в десяти частях воды температура раствора понижается на 27 ^СС.

Реакция взрывчатого разложения селитры

2NH₄N0₃ → 2N₂ + 0₂ + 4Н₂О

сопровождается выделением тепла и избыточного кислорода. Теплота взрыва селитры всего 1425 кДж/кг по сравнению с 3200— 4000 кДж/кг для аммонитов.

Кислородный баланс селитры положительный. Это свойство аммиачной селитры и используется при применении ее в качестве

компонента взрывчатых смесей. От других окислителей (калиевой или натриевой селитры и т. п.) аммиачная селитра отличается тем, что в продуктах ее разложения не содержится твердых ве­ществ, поэтому ВВ на ее основе являются более работоспособ­ными. Примеси органических веществ, даже в небольших дозах, значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры. Парафин и подобные ему вещества, являющиеся флегматизаторами для ВВ, имеющих обычно отрицательный или нулевой кис­лородный баланс, по отношению к аммиачной селитре в неболь­ших количествах (до 5 %) выполняют роль сенсибилизаторов, так как, участвуя в реакции и повышая энергию взрыва, они повы­шают и восприимчивость селитры к детонации при положительном и нулевом кислородном балансе смеси. Если кислородный баланс смеси становится отрицательным, то добавки флегматизируют смесь, и она теряет детонационную способность.

В 1921 —1922 гг. в Германии произошло несколько крупных взрывов при рыхлении взрывным способом слежавшейся в шта­белях селитры (г. Кривальде, г. Оппау). В 1920—1940 гг. воз­никло несколько взрывов и пожаров на транспортных судах, перевозивших селитру в трюмах. Основными причинами пожаров и взрывов селитры в трюмах судов явились загорание или терми­ческое разложение селитры в замкнутом пространстве, когда в нем достаточно быстро повышаются давление и температура. Пожаро- и взрывоопасность селитры резко увеличиваются при наличии в ней горючих примесей, а также при ее упаковке в горючие ма­териалы. Поэтому при хранении и транспортировании селитры необходимо создавать условия, исключающие появление очагов разогрева.

Аммиачная селитра активно вступает в реакцию с серой, суль­фидами, азотной, серной и фосфорной кислотами, а также с ме­таллами (цинк, медь, никель, магний). Особенно опасны примеси азотной кислоты, так как они способны привести ее к самовоспла­менению. Алюминий и железо не вступают в реакцию с селитрой. Добавки, способствующие нейтрализации азотной кислоты (моче­вина, дифениламин), увеличивая химическую стойкость смеси аммиачной селитры с горючими веществами (древесная мука, крахмал, бумага и др.), уменьшают вероятность самовозгорания таких смесей. Критический диаметр сухой тонкоизмельченной аммиачной селитры плотностью 0,8 г/см³ в открытых зарядах, по данным А. Ф. Беляева, составляет 100 мм. Критический диа­метр обычной (товарной) селитры 200—250 мм, водоустойчивой селитры в патронах из прочной бумажной оболочки 50—80 мм, а тонкодисперсной сухой пыли селитры 20—30 мм. Толщина слоя селитры, по которому может устойчиво распространяться дето­нация, составляет 30—50 мм, а слоя из пыли селитры — всего 15—20 мм. При наличии прочной (неразрушаемой) оболочки воз­можна детонация селитры от обычного капсюля-детонатора в за­ряде диаметром 7 мм. Скорость детонации в металлической трубе

диаметром 40 мм обычной селитры составляет 1,95 км/с, водо­устойчивой селитры 2,6 км/с, а ее пыли — 3,4 км/с

Работоспособность в свинцовой бомбе чистой селитры 180 cm³_s а с добавкой 5,5 % парафина — 325 см³. В чистом виде селитра не детонирует от взрыва детонатора или детонирующего шнура. Для ее детонации нужен промежуточный детонатор из прессо­ванного тротила величиной не менее 50 г. При влажности 1 % величина детонатора должна быть 100—150 г. Гранулированная селитра в мешках не взрывается от шашки тротила величиной 0,5 кг. Раньше селитру иногда применяли как самостоятельное ВВ при крупных массовых взрывах, однако это вело к перерасходу подготовительных выработок и ВВ, а также приводило к образо­ванию большого количества окислов азота. В настоящее время ее используют с горючими добавками (жидкими и твердыми) или в составе ВВ заводского изготовления.

В связи с низкой детонационной способностью селитры по условиям хранения и транспортирования не относятся к кате­гории ВВ.

Тротил (тринитротолуол или тол) является одним из самых распространенных однокомпонентных ВВ.

Чистый тротил состоит из кристаллов светло- или темно-жел­того цвета с температурой плавления 80 °С. В порошкообразном виде тротил имеет насыпную плотность 0,9 г/см³ и хорошо прес­суется до плотности 1,6 г/см³. Литой тротил имеет плотность 1,54— 1,59 г/см³. Плотность гранул или чешуек 1,5 г/см³ (из-за усадоч­ных раковин) меньше плотности литого тротила.

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую хими­ческую стойкость. Температура вспышки тротила 310 °С. Вспышка обычно не сопровождается взрывом. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом простран­стве или в очень больших количествах.

Применяется тротил в порошкообразном, прессованном, че­шуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и ли­тых шашек, a также для изготовления порошкообразных и гранулированных ВВ. Тротил входит в состав ВВ в качестве сенсибили­затора и активной горючей добавки. Содержание тротила в смесевых ВВ изменяется от 5 до 70 %. Для патронированных ВВ при­меняется порошкообразный тротил, для грубодисперсных — гра­нулированный и чешуйчатый. При попадании в тротил песка или других твердых примесей резко возрастает его чувствительность к удару, что необходимо учитывать при заряжании скважин. Наиболее восприимчив к инициированию: порошкообразный тро­тил, наименее - литой.; Критический диаметр сухого порошкооб­разного тротила 8—10мм. Тротил токсичен, вызывает катаракту глаз и тротиловое отравление организма.

Вследствие большого отрицательного кислородного баланса тротила (—74 %) при его взрыве выделяется мало газообразных и значительное количество твердых продуктов (сажа).

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от кап­сюля-детонатора или от нескольких витков детонирующего шнура. Гранулированный или литой тротил требует более мощного промежуточного детонатора из тротиловых шашек или патронов аммонита 6ЖВ.

Гексоген (циклотриметилентринитрамин) C₃ H₆ N₆ 06 — продукт нитрации уротропина представляет собой белый кристаллический порошок с плотностью 1,8 г/см³ и насыпной плотностью 1,1 г/см³. Температура плавления 203 °С, нерастворим в воде, ядовит, имеет высокую химическую стойкость. Разложение гексогена начинается при температуре 200°С. В небольшом количестве сгорает без взрыва.

Ввиду высокой чувствительности гексогена к механическим воздействиям его применяют в флегматизированном виде, после введения 5 % воска или парафина.

Гексоген — одно из наиболее мощных ВВ. Работоспособность в свинцовой бомбе 475 см³, бризантность при заряде массой 25 г составляет 16 мм, при заряде массой 50 г свинцовый столбик раз­рушается. Скорость детонации 8,6 км/с при плотности 1,7 г/см³, теплота взрыва 5447 кДж/кг.

В последнее время гексоген используют в качестве сенсибили­зирующего компонента мощных промышленных ВВ (скальных аммонитов), вторичного инициирующего ВВ (вместо тетрила) для электродетонаторов, а также для изготовления некоторых марок детонирующих шнуров и промежуточных детонаторов.

Горючие и другие добавки ВВ. Кроме перечисленных основных взрывчатых компонентов, в состав ВВ входят невзрывчатые органические горючие добавки, богатые горючими элементами (водородом и углеродом), которые окисляются избыточным кисло­родом аммиачной селитры, выделяя при этом дополнительную энергию.

Твердые горючие добавки вводят в состав ВВ в тонкоизмельченном виде, чтобы увеличить поверхность соприкосновения с селитрой (древесная, торфяная мука, мука хлопкового жмыха и т. д.). Эти добавки выполняют в составе ВВ также функцию разрыхлителя, снижая слеживаемость ВВ при хранении.

Из жидких горючих добавок применяется соляровое масло, мазут (до 6 %). Комбинация жидкой и твердой горючих добавок обеспечивает лучшее удержание солярового масла в составе ВВ на поверхности гранул аммиачной селитры.

На некоторых предприятиях в состав игданита добавляют тон­кодисперсный аэросил, увеличивающий удерживающую способ­ность гранул к жидкому горючему.

В качестве металлической горючей добавки все шире приме­няется алюминиевая пудра, которая повышает теплоту взрыва за счет большого количества тепла, выделяемого при окислении алюминия, и повышает объемную концентрацию энергии ВВ бла­годаря увеличению плотности.

В состав водоустойчивых ВВ вводят гидрофобные добавки (парафин, асфальтит, стеарат кальция и т. п.), которые также выполняют роль горючих. В состав водосодержащих ВВ вводят добавки (загустители), превращающие водный раствор аммиачной селитры в гелеобразную консистенцию, затрудняющую вымыва­ние загущенного раствора водой, находящейся в скважине, и аммиачной селитры из заряда. В качестве таких загущающих добавок применяют гуаргам, карбоксилметилцеллюлозу (КМЦ), полиакриламид и т. д.