Composiciones de emulsión explosiva y métodos de preparación de las mismas.

Composición de emulsión explosiva sensible al detonador que comprende:

una fase oxidante que incluye una disolución sobresaturada de nitrato de amonio;

una fase de combustible que incluye agente emulsionante suficiente para permitir la dispersión de la faseoxidante en la fase de combustible; y

un agente de disminución de la temperatura de cristalización que consiste esencialmente en nitrato dehexamina en una cantidad de 0,1-10,0% p/p.

Composiciones de emulsión explosiva y métodos de preparación de las mismas

Campo de la invención

La presente descripción se refiere a composiciones de emulsión explosiva sensibles al detonador que comprenden nitrato de hexamina y a métodos de preparación de las mismas.

Antecedentes

Los explosivos en emulsión se fabrican normalmente como una emulsión de agua en aceite a temperaturas de procedimiento de entre 40 y 100ºC. La fase acuosa (de oxidante) consiste normalmente en una disolución sobresaturada de nitrato de amonio (AN) y nitratos de metales alcalinos, tales como nitrato de sodio, nitrato de calcio, etc., u otros agentes de disminución de la temperatura de cristalización a temperaturas elevadas. La fase de oxidante cristalizará (caramelizará) si se enfría por debajo de la temperatura de sobresaturación y debe mantenerse caliente durante el procesamiento. Dependiendo de la composición de la fase de oxidante y el/los agente (s) de disminución de la temperatura de cristalización usado (s) , la temperatura de cristalización de una fase de oxidante típica estará en el intervalo de 30 a 100ºC.

La fase de aceite (combustible) consiste normalmente en un aceite mineral o vegetal, al menos un tensioactivo y otros modificadores de la viscosidad, tales como ceras, aceites de alto peso molecular, etc. La fase de aceite también se mantiene caliente durante el procesamiento para impedir la cristalización prematura de la fase de oxidante. La emulsión se fabrica en una mezcladora de alta cizalladura, mediante la cual se rompe el oxidante en gotitas de tamaño micrométrico, recubiertas por la fase de aceite. Una propiedad única de los explosivos en emulsión de agua en aceite es que la fase de oxidante puede enfriarse hasta por debajo de su temperatura de sobresaturación una vez que se forma la emulsión, sin provocar que cristalicen las gotitas de oxidante. Sin embargo, el sobreenfriamiento excesivo provocará que las gotitas de oxidante cristalicen rápidamente, provocando que la emulsión se vuelva insensible como explosivo. Tal como se usa en el presente documento, las referencias a la temperatura de cristalización de la emulsión se refieren a la temperatura de cristalización de la fase de oxidante, que se refiere a la temperatura a la que comenzaría la cristalización en una disolución de nitrato de amonio y el agente de disminución de la temperatura de cristalización.

La sensibilidad de los explosivos en emulsión a la detonación por choque está determinada por el contenido en agua de la emulsión. Pueden prepararse emulsiones sensibles al detonador usando sólo nitrato de amonio y agua en la fase de oxidante, pero la temperatura de cristalización inicial (punto de caramelización) de estas disoluciones es tan alta que no puede obtenerse una vida útil de almacenamiento adecuada del producto. El problema es que las gotitas de la disolución de oxidante en la emulsión están sobreenfriadas a temperatura ambiente, y si el grado de sobreenfriamiento es demasiado alto, las gotitas cristalizarán y la emulsión se volverá insensible al detonador. Se han usado nitrato de sodio y perclorato de sodio ampliamente para disminuir el punto de caramelización para emulsiones sensibles al detonador mientras se mantiene el contenido en agua lo suficientemente bajo para mantener la sensibilidad al detonador.

Las patentes estadounidenses que describen el uso de emulsiones como explosivos y el uso de reductores del punto de caramelización incluyen la patente estadounidense número 3.447.978 que nombra a Harold F. Bluhm como inventor; EP 213 786; y las patentes estadounidenses números 4.110.134; 4.138.281; 4.149.916; y 4.149.917 que nombran a Charles G. Wade como inventor. Adicionalmente, la patente estadounidense número 5.244.475 que nombra a C. Mick Lownds y Steven C. Grow como inventores da a conocer el uso de agentes de reticulación en explosivos en emulsión.

Aunque la adición de nitrato de sodio a la disolución de oxidante disminuye la temperatura de cristalización de la emulsión, también se ha observado que el nitrato de sodio desensibiliza realmente la emulsión. Se han usado microbalones o burbujas de gas en explosivos para que actúen como “puntos calientes” durante la reacción de detonación, que se sabe que aumentan las sensibilidades de los explosivos en emulsión. En consecuencia, en emulsiones que utilizan nitrato de sodio como agente de disminución de la temperatura de cristalización, deben añadirse más microbalones o burbujas de gas como sensibilizador para mantener la sensibilidad al detonador.

Las emulsiones que usan nitrato de sodio para la disminución de la temperatura de cristalización sólo pueden prepararse a densidades inferiores a 1, 22 g/cc. Las emulsiones que usan perclorato de sodio para disminuir el punto de caramelización pueden prepararse a densidades inferiores a 1, 32 g/cc. Esto proporciona una velocidad de detonación superior, una densidad de energía superior en el orificio y un mejor rendimiento global. Por tanto, el perclorato de sodio ha sido el agente de disminución del punto de caramelización de elección para las emulsiones sensibles al detonador de la mejor calidad.

En los Estados Unidos, el uso de perclorato de sodio en explosivos ha sido prohibido en varios estados debido a problemas de contaminación del agua subterránea. Adicionalmente, el perclorato de sodio se ha vuelto cada vez 2 15

más caro y varios países están comenzando a poner en práctica restricciones sobre la importación y el transporte del perclorato de sodio. Por tanto, necesita encontrarse una alternativa menos cara y más conveniente mientras se conservan las ventajas del perclorato de sodio (alta velocidad de detonación, alta densidad de energía, etc.) .

Posibles reductores del punto de caramelización alternativos conocidos son nitrato de sodio, nitrato de calcio, nitrato de monometilamina (MMAN) y disolución de nitrato de hexamina (HNS) . Tal como se indicó anteriormente, el problema con el nitrato de sodio es que desensibiliza la emulsión, de modo que han de usarse más microbalones. El uso de microbalones adicionales aumenta los costes y disminuye el rendimiento global.

El nitrato de monometilamina es un muy buen reductor del punto de caramelización y se ha usado ampliamente en explosivos en gel acuoso sensibles a fulminante, pero no en emulsiones. Un problema con el nitrato de monometilamina es que su transporte es ilegal en los Estados Unidos. El problema es que cuando se secan los cristales de nitrato de monometilamina, se vuelven sensibles a la detonación. Por tanto, el nitrato de monometilamina debe prepararse in situ si va a usarse en un explosivo. Debe tenerse cuidado de que no se dejen secar pequeñas cantidades y formen cristales sensibles. Esto requiere pruebas cuidadosas de los sistemas de tuberías para detectar fugas y un diseño cuidadoso, de modo que el nitrato de monometilamina no se asiente y cristalice en ningún lugar del sistema. Además de los peligros implicados en el transporte, almacenamiento y uso del nitrato de monometilamina, también es bastante caro construir una planta que pueda preparar de manera segura nitrato de monometilamina. Una razón para tal gasto es que la monometilamina anhidra, uno de los componentes de alimentación para cualquier procedimiento para producir nitrato de monometilamina, es un gas inflamable y debe mantenerse a presión para mantenerlo en estado líquido.

El nitrato de hexamina también es un reductor del punto de caramelización y puede usarse para preparar explosivos con una buena sensibilidad y altos valores de velocidad de detonación (VDD) hasta densidades de al menos 1, 35 g/cc. Sin embargo, el nitrato de hexamina tiene una desventaja principal como reductor del punto de caramelización que ha impedido hasta ahora su uso en explosivos en emulsión. A altas temperaturas, el nitrato de hexamina se descompone rápidamente en formaldehído y amoniaco, invalidando las propiedades de agente de disminución de la temperatura de cristalización de añadir nitrato de hexamina.

Sumario

La presente descripción se refiere a una composición de emulsión explosiva sensible al detonador que comprende una fase oxidante y una fase de combustible. La fase oxidante incluye una disolución sobresaturada de nitrato de amonio en agua. La fase de combustible incluye al menos un aceite y agente emulsionante suficiente para permitir la dispersión de la fase oxidante en la fase de combustible. Además de la disolución de nitrato... [Seguir leyendo]

1. Composición de emulsión explosiva sensible al detonador que comprende: una fase oxidante que incluye una disolución sobresaturada de nitrato de amonio;

una fase de combustible que incluye agente emulsionante suficiente para permitir la dispersión de la fase oxidante en la fase de combustible; y un agente de disminución de la temperatura de cristalización que consiste esencialmente en nitrato de hexamina en una cantidad de 0, 1-10, 0% p/p.

2. Composición de emulsión explosiva según la reivindicación 1, que comprende además un agente de reticulación, y en la que la emulsión explosiva tiene una densidad entre aproximadamente 1, 0 g/cc y aproximadamente 1, 5 g/cc y una temperatura de cristalización inferior a aproximadamente 80ºC.

3. Composición de emulsión explosiva según la reivindicación 1, en la que el agente emulsionante en la fase

de combustible asciende a entre aproximadamente el 1% p/p y aproximadamente el 3% p/p de la emulsión explosiva.

4. Composición de emulsión explosiva según la reivindicación 1, en la que la fase oxidante comprende una disolución sobresaturada de nitrato de amonio en agua; en la que la fase de combustible comprende aceite mineral y agente emulsionante suficiente para permitir la dispersión de la fase oxidante en la fase de combustible; y en la que el nitrato de amonio constituye entre aproximadamente el 50 por ciento en peso y aproximadamente el 80 por ciento en peso de la composición de emulsión explosiva, en la que el agua constituye entre aproximadamente el 5 por ciento en peso y aproximadamente el 15 por ciento en peso de la composición de emulsión explosiva, en la que el aceite mineral constituye entre aproximadamente el 0, 01

y aproximadamente el 5, 0 por ciento en peso de la composición de emulsión explosiva, y en la que el agente de disminución de la temperatura de cristalización constituye entre aproximadamente el 0, 1 por ciento en peso y aproximadamente el 10 por ciento en peso de la composición de emulsión explosiva.

5. Método de producción de una emulsión explosiva sensible al detonador en un reactor, comprendiendo el método: añadir una disolución de nitrato de amonio en agua a un reactor, en el que la disolución de nitrato de amonio está a una temperatura de aproximadamente 90ºC o superior; añadir una fase de aceite al reactor; añadir un agente de disminución de la temperatura de cristalización al reactor, en el que dicho agente de

disminución de la temperatura de cristalización consiste esencialmente en nitrato de hexamina; y mezclar la disolución de nitrato de amonio, la fase de aceite y el agente de disminución de la temperatura de cristalización; en el que el reactor se mantiene a una temperatura de aproximadamente 90ºC o más durante menos de aproximadamente 8 horas tras añadir el agente de disminución de la temperatura de cristalización al reactor.

6. Método según la reivindicación 5, en el que la temperatura del reactor se mantiene a aproximadamente 90ºC o más durante menos de aproximadamente 1 hora tras añadir el agente de disminución de la temperatura de cristalización al reactor.

45 7. Método según la reivindicación 5, en el que una disolución de nitrato de hexamina que comprende nitrato de hexamina en una disolución acuosa que tiene una densidad a aproximadamente 25ºC de entre aproximadamente 1, 2 y aproximadamente 1, 3 g/cc se añade al reactor a una temperatura de entre aproximadamente 10ºC y aproximadamente 30ºC.

8. Método según la reivindicación 7, en el que el reactor comprende un reactor de procedimiento discontinuo o un reactor de procedimiento continuo que incluye al menos una mezcladora de emulsión.

9. Método según la reivindicación 8, en el que: el reactor comprende un reactor de procedimiento discontinuo;

55 la disolución de nitrato de amonio en agua y la fase de aceite se mezclan para formar una emulsión antes de añadir el agente de disminución de la temperatura de cristalización; y el reactor se mantiene a una temperatura de aproximadamente 90ºC o más antes de añadir el agente de disminución de la temperatura de cristalización, y en el que la temperatura se mantiene por encima de aproximadamente 75ºC tras añadir el agente de disminución de la temperatura de cristalización.

10. Método según la reivindicación 8, en el que: el reactor comprende un reactor de procedimiento continuo que incluye al menos una mezcladora de emulsión; y la disolución de nitrato de amonio, la fase de aceite y el agente de disminución de la temperatura de

65 cristalización se almacenan por separado y se combinan para formar una corriente de alimentación hacia la mezcladora de emulsión. 14

11. Método según la reivindicación 8, en el que: el reactor comprende un reactor de procedimiento continuo que incluye al menos una mezcladora de emulsión; y la disolución de nitrato de amonio y la fase de aceite se combinan en la mezcladora de emulsión para formar una emulsión intermedia, y en el que el agente de disminución de la temperatura de cristalización se mezcla con la emulsión intermedia en una mezcladora secundaria aguas abajo de la mezcladora de emulsión.