重硝酸铵燃料油和定制的膨化聚合物密度控制剂

本申请是申请日为2006年10月10日、申请号为200680037684.6 (PCT/IB2006/004313)、题目为“重硝酸铵燃料油和定制的膨化聚合物密度控 制剂”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及炸药，特别是涉及包括重硝酸铵燃料油(ammonium nitrate fuel oil)即重ANFO的炸药组合物。

背景技术

重ANFO包括硝酸铵-燃料油(ANFO)和油包水乳化炸药。在许多情况 下，将密度降低剂(density reducing material)添加到重ANFO中，以使重ANFO 和密度降低剂的混合物具有低于重ANFO的密度。因为重ANFO的密度过 大而不能可靠地引爆，所以需要密度降低剂。添加到重ANFO中以调节密度 的物质已有木屑、锯末、蔗渣、聚苯乙烯泡沫等。在许多情况下，重ANFO 和密度降低剂的混合物仍没有可靠地引爆。

发明内容

本发明涉及包括重ANFO和膨化聚合物微球的炸药组合物，所述重 ANFO和膨化聚合物微球的混合物具有低于重ANFO的密度。组合物中使用 的膨化聚合物微球的尺寸取决于重ANFO中使用的硝酸铵颗粒的一种或多 种尺寸。在一种实施方案中，利用主颗粒尺寸确定组合物中使用的膨化聚合 物微球的尺寸。在具体实施方案中，聚合物微球的尺寸为主颗粒筛目尺寸限 定的尺寸范围内的尺寸的至少70%且不大于200%。例如，如果在重ANFO 中以12目限定的颗粒为主，则筛网将颗粒尺寸限定为大于1.70mm且小于 2.00mm。如果采用该范围的下限(1.70mm)，则组合物中使用的膨化聚合物 微球的尺寸为1.19-3.40mm。在另一种实施方案中，利用平均颗粒尺寸确定 膨化聚合物微球的尺寸。认为使用在所述尺寸范围内的膨化聚合物微球通过 避免起动敏感度(run-up sensitivity)和空隙敏感度(gap sensitivity)问题提供更 可靠的炸药组合物。

本发明还涉及炸药组合物的制造方法，其中ANFO和油包水乳化炸药 首先相互混合以形成重ANFO。随后，将膨化聚合物微球添加到重ANFO中。 在一种实施方案中，膨化聚合物微球的尺寸取决于重ANFO中的主颗粒尺寸 或平均颗粒尺寸。在另一种实施方案中，在末端混合器(end-to-end mixer)中 进行ANFO、油包水乳液和膨化聚合物微球的混合。

本发明包括：

1．一种炸药组合物，包括：重ANFO和膨化聚合物微球，所述重ANFO 包括：硝酸铵颗粒和燃料油；及油包水乳化炸药；其中所述硝酸铵颗粒具有 尺寸范围，所述膨化聚合物微球的尺寸与所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸相关。

2．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸与 所述硝酸铵颗粒的主颗粒尺寸相关。

3．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸为 主颗粒筛目尺寸范围内的尺寸的至少70%。

4．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸不 大于主颗粒筛目尺寸范围内的尺寸的约200%。

5．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸与 所述硝酸铵颗粒的平均颗粒尺寸相关。

6．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸为 所述硝酸铵颗粒的平均颗粒尺寸的至少70%。

7．根据项1的炸药组合物，其中：所述膨化聚合物微球的微球尺寸不 大于所述硝酸铵颗粒的平均尺寸的约200%。

8．根据项1的炸药组合物，其中：所述硝酸铵颗粒为肥料级硝酸铵 (“FGAN”)和商品级硝酸铵(“CGAN”)中的一种。

9．根据项1的炸药组合物，其中：所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸为 0.50-3.00mm。

10．根据项1的炸药组合物，其中：所述硝酸铵颗粒的颗粒尺寸为 0.90-2.50mm。

11．根据项1的炸药组合物，其中：所述油包水乳化炸药的粘度大于 22000cp。

12．根据项1的炸药组合物，其中：所述油包水乳化炸药的密度大于约 1.25g/cc。

13．根据项1的炸药组合物，其中：所述油包水乳化炸药的密度大于约 1.37g/cc。

14．根据项1的炸药组合物，其中：所述油包水乳化炸药的密度大于约 1.40g/cc。

15．根据项1的炸药组合物，其中：所述油包水乳化炸药的密度为 1.40-1.55g/cc。

16．根据项1的炸药组合物，其中：所述炸药组合物在12.25″爆破孔 中的引爆速度为1600-3500m/s。

具体实施方式

炸药组合物包括硝酸铵燃料油(“ANFO”)、油包水乳化炸药和膨化聚合 物微球。ANFO和油包水乳化炸药的混合形成抗水的重ANFO。聚合物微球 的尺寸以一定的方式与硝酸铵颗粒的尺寸相关，以产生可靠性提高的炸药组 合物。

组合物的ANFO组分包括硝酸铵颗粒和燃料油。硝酸铵颗粒占ANFO 组分的约90-98重量%，燃料油占ANFO组分的约2-10重量%。在优选实施 方案中，硝酸铵颗粒占ANFO组分的约94重量%，燃料油占ANFO组分的 约6重量%。通常，燃料油为No.2燃料油。然而，还可使用本领域技术人 员已知的No.1燃料油、矿物油、其它油和油的组合。

组合物的油包水乳化炸药组分包括：(a)不连续水相，其包括一种或多 种无机氧化剂盐的水溶液的分散液滴；(b)与水不混溶的连续有机相，所述液 滴分散遍布在所述连续有机相中；及(c)一种或多种乳化剂，形成遍布所述连 续有机相的氧化剂盐溶液液滴乳液。适宜的无机氧化剂盐包括硝酸铵、硝酸 钙、硝酸钠和它们的组合。本领域技术人员已知的其它氧化剂盐也是可行的。 用于与水不混溶的连续有机相的适宜的有机燃料包括燃料油、矿物油、蜡和 它们的组合。本领域技术人员已知的其它有机燃料也是可行的。适宜的乳化 剂包括单油酸酯、三硬脂山梨坦、倍半油酸山梨坦、聚异丁烯磺酸、烷醇酰 胺的聚异丁烯琥珀酰酐(PiBSA)衍生物和本领域技术人员已知的其它乳化 剂。

油包水乳化炸药的密度大于1.25g/cc，优选大于1.37g/cc，更优选为 1.40-1.55g/cc。为提高组合物的抗水性，油包水乳化炸药的粘度为22000- 60000cP(Brookfield粘度计＃7转子，20rpm，49℃)。通过适当地选择乳化 炸药的组成成分达到所述粘度，用于混合所述组分的设备是本领域已知的。

混合ANFO和油包水乳化炸药产生的重ANFO具有大于1.26g/cc的密 度。优选地，重ANFO具有大于约1.40g/cc的密度。通常，ANFO占重ANFO 的约32-50重量%，油包水乳液占重ANFO的约50-68重量%。

使用组合物的膨化聚合物微球组分降低ANFO和油包水乳化炸药的混 合物(即重ANFO)的密度，以使包括ANFO、油包水乳化炸药和膨化聚合物 微球的组合物具有低于重ANFO的密度。聚合物微球的密度为0.008-0.080 g/cc。优选地，聚合物微球的密度为0.010-0.016g/cc。将膨化聚合物微球添 加到重ANFO中使所得重ANFO和膨化聚合物微球的混合物的密度根据膨 化聚合物微球的添加量降至0.80-1.20g/cc。

适宜的膨化聚合物微球包括膨化聚苯乙烯微球。然而，还可使用膨化聚 氨酯微球、本领域技术人员已知的其它膨化聚合物制品和这些微球的组合。 通常，膨化聚合物微球的形状基本上为圆形或球形。

组合物中使用的膨化聚合物微球的尺寸与ANFO中硝酸铵颗粒的尺寸 有关。为了细化，用于ANFO的硝酸铵颗粒的最大直径通常为0.9-3.00mm， 还可就筛目或筛孔尺寸表述为-6~+20目。有时还使用小至0.5mm的颗粒。 通常，颗粒基本上为球形。这种颗粒的最大直径为颗粒的直径。此外，用于 ANFO的硝酸铵颗粒通常具有筛目尺寸范围。例如，第一百分率的颗粒的筛 目尺寸可为10，第二百分率的颗粒的筛目尺寸可为12。用于组合物的膨化 聚合物微球的尺寸取决于颗粒的一种或多种尺寸。

在组合物的ANFO组分中存在具有两种或更多种筛目尺寸的颗粒并且 具有两种或更多种筛目尺寸中一种筛目尺寸的颗粒为主时，膨化聚合物微球 的直径为主颗粒尺寸的至少70%且不大于200%。例如，如果颗粒的20%为 10目，35%为12目，45%为14目，则主筛目尺寸为14目。在该实例中， 以14目限定的颗粒为主。14目限定的颗粒大于1.40mm且小于1.70mm。 为方便起见，利用筛目尺寸范围的下限确定所用膨化聚合物微球的合适尺 寸。在该实例中，下限为1.40mm。因此，使用0.98-2.80mm的膨化聚合物 微球。优选地，组合物中使用的所有膨化聚合物微球具有大致相同的直径。 应当理解的是，可利用主颗粒筛目尺寸范围的上限或者主颗粒筛目尺寸上下 限之间的任何其它尺寸确定膨化聚合物微球的尺寸。

或者，确定平均颗粒筛目尺寸并且使用尺寸为平均颗粒尺寸的至少70% 且不大于200%的膨化聚合物微球。例如，如果颗粒的70%为10目，30%为 16目，则平均筛目尺寸为11.8目。11.8目约为12目。12目限定的颗粒大于 1.70mm且小于2.00mm。12目限定的尺寸范围的下限为1.7mm。因此，使 用1.19-3.40mm的膨化聚合物微球。优选地，用于组合物的所有膨化聚合物 微球具有大致相同的直径。应当理解的是，可利用插值确定随后用于确定膨 化聚合物微球的70%-200%尺寸范围的尺寸(mm)，来代替把平均颗粒尺寸四 舍五入。

如下完成炸药组合物的制造：提供混合容器和(a)将ANFO添加到容器 中，随后将油包水(oil-in-water)乳化炸药添加到容器中；(b)将油包水乳化炸 药添加到容器中之后将ANFO添加到容器中；或(c)将ANFO和油包水乳化 炸药同时添加到容器中。在容器中混合ANFO和油包水乳化炸药，从而形成 重ANFO。所得重ANFO的密度大于约1.25g/cc，优选大于约1.40g/cc。在 ANFO和油包水乳化炸药充分混合之后，将足够量的膨化聚合物微球添加到 重ANFO中，从而制成具有所需密度(0.80-1.20g/cc)的炸药组合物。优选地， 在美国专利No.4506990(在此引入其全文)和未决美国专利申请No. 11/162689(在此引入其全文)所披露的类型的混合器中进行炸药组合物的混 合。还可在螺旋钻中实现炸药混合物的混合。然而，认为仅能够在长度超过 3.5-4.0m的螺旋钻中实现组合物的充分混合。

本申请所述的本发明的实施方案旨在描述实施本发明的最佳方式，以使 本领域技术人员能够应用本发明。