Введение к работе
Актуальность проблемы. Кольский полуостров, являющийся одним из наиболее развитых горно-промышленных центров России, одновременно относится к регионам с весьма неблагоприятной экологической обстановкой.
Горнодобывающая промышленность является крупнейшим потребителем взрывчатых веществ (ВВ). До начала экономического спада горные предприятия Мурманской области ежегодно потребляли около 100 тыс. тонн различных ВВ. Однако и сейчас, в связи с отработкой более бедных руд, потребление их снизилось незначительно.
Для уменьшения затрат на ВВ, а также снижения объемов перевозки взрывоопасных материалов на дальние расстояния и их хранения в горной промышленности осуществляется все больший переход на использование простейших ВВ, которые готовят непосредственно на местах потребления из отдельных более безопасных привозных ингредиентов, главными из которых являются соли азотной кислоты, продукты нефтепереработки и другие горючие материалы, а также порошкообразные металлические добавки (алюминий, ферросилиций). В качестве дополнительных компонентов в состав этих ВВ вводят вещества, улучшающие эксплуатационные характеристики ВВ.
Вместе с тем взрывная отбойка горных пород с использованием простейших ВВ связана с рядом экологически неблагоприятных факторов -вымыванием аммиачной селитры, приводящим к загрязнению рудничных вод азотными соединениями, а также газообразными продуктами взрыва - NO, N02, СО и др. Выброс вредных газообразных продуктов особенно возрастает при физической нестабильности ВВ, несоблюдении стехиометрического соотношения компонентов и неравномерного их распределения в структуре заряда.
В настоящее время ведутся обширные работы по совершенствованию как технологий производства, так и рецептурного состава таких ВВ. Однако анализ патентной и технической литературы показывает, что резервы для дальнейшего уменьшения их стоимости в значительной мере исчерпаны. Вместе с тем, по нашему мнению, все же имеется еще одно весьма перспективное направление снижения себестоимости отбойки горной массы, которое заключается в производстве на местах не только ВВ, но и ингредиентов, необходимых для их получения.
На экологическую обстановку на горнодобывающих предприятиях значительное влияние оказывает применение больших количеств взрывчатых веществ. Снижение отрицательного влияния горнодобывающей промышленности на.окружающую среду связано с повышением эффективности использования ВВ и зависит от более полного, комплексного использования минерального сырья.
Цель работы. Разработка экономичных и экологически более безопасных простейших взрывчатых веществ и других материалов и технологических методов их получения на основе продуктов кислотной переработки нефелина и нефелинсодержащих отходов.
Для достижения поставленной цели;
- рассчитаны энергетические и другие характеристики взрывчатых веществ
(ВВ) на основе азотнокислых солей, получаемых при переработке
нефелина; -определены оптимальные составы взрывчатых смесей и изучены их
основные физико-химические свойства; -определена маслоемкость аморфного кремнезема и возможность
использования его в качестве маслоудерживающей добавки к сухим ВВ; -разработан метод получения высокоэффективного неорганического
загустителя для ВВ, на основе кислотной переработки нефелина и
нефелинсодержажих отходов; -исследовано поведение минерального масла в процессе кристаллизации
аммиачной селитры из насыщенных горячих (90-105С) ее растворов и
разработана технология получения водосодержащих ВВ с пониженным
содержанием тротила; -разработаны взрывчатые вещества с улучшенными экологическими
свойствами на основе продуктов кислотной переработки нефелина и
нефелинсодержащих отходов; -изучены вяжущие свойства кислых кремнегелевых составов и на их
основе разработаны составы для забойки скважин. Научная новизна. На основании термодинамических расчетов и экспериментальных исследований разработаны взрывчатые вещества с улучшенными экологическими свойствами с использованием продуктов кислотной переработки нефелина и нефелинсодержащих отходов; Усовершенствована азотнокислотно-аммиачная технология переработки нефелина с получением смеси NH4N03 - ЫаЫОз - KN03, которая может быть использована для получения ВВ с повышенными энергетическими характеристиками. Установлено, что выделяющийся при аммиачной нейтрализации азотнокислого алюминия гель гидроксида алюминия может служить в качестве загущающего компонента водосодержащих ВВ. Впервые изучено влияние карбамида на устойчивость кремнезолей и разработан метод стабилизации кремниевых загустителей в области рН 3-6, позволяющий повысить в 1,3-2,0 раза водоустойчивость ВВ, а также безопасность их использования.
Впервые исследовано поведение жидкого углеводородного горючего в процессе кристаллизации нитрата аммония из насыщенных горячих растворов. Установлено, что именно на стадии формирования первичных зародышей создаются условия, оказывающие решающее влияние на способность выделяющихся кристаллов аммиачной селитры прочно сорбировать значительное количество нефтепродуктов. Это позволило впервые разработать способ получения водосодержащих ВВ, в которых до
75% ядовитого и опасного в обращении тротила заменено на энергетически
эквивалентное количество жидкого нефтепродукта.
5. Разработана программа расчета и вьшолнен термодинамический анализ, на
основе которого определены детонационные характеристики взрывчатых
веществ с использованием в качестве окислителей смесей М(ЫО^г9Я20 -
Fe(N03)r9H20 - NaN03 - KN03 - Ca(N03)2 - SiOz; NH,N03 - NaN03 - KN03
- Са(ЫОз)г, получаемых при азотнокислотной переработке нефелина.
Практическая значимость. Разработаны, испытаны и внедрены в
промышленность новые экономичные и экологически более безопасные
взрывчатые вещества на основе использования смесей азотнокислых солей,
аморфного кремнезема и кремнеземсодержащих растворов, получаемых при
кислотной переработке нефелина и нефелинсодержащих отходов. За эти
исследования соискатель в составе авторского коллектива удостоен премии
Правительства РФ 'Тазработка и внедрение технологии ведения горных работ с
использованием взрывчатых веществ на основе продуктов комплексной
переработки минерального сырья".
Впервые предложен метод введения жидкого горючего в состав горячельющихся ВВ, что позволило разработать и успешно испытать в промышленных условиях новое водосодержащее ВВ с пониженным (в 1,5-2 раза) содержанием тротила.
На основе проведенных исследований впервые разработаны:
способ получения высокоэффективного кремниевого загустителя, позволивший в 1,3-2 раза повысить водоустойчивость горячельющихся ВВ, а также безопасность применения;
технология получения забоечных смесей с использованием кремнегелевого связующего.
Исследованы причины и выданы рекомендации по предотвращению нарушения физических свойств эмульсионного ВВ "Порэмит" при зарядке скважин пробуренных в апатито-нефелиновых рудах и породах, содержащих карбонаты щелочных металлов.
Методика исследований. В работе использованы методы термодинамического, химического, термографического, реологического, газового и др. видов анализа, методы определения физико-химических и взрывчатых характеристик ВВ.
Личный вклад диссертанта. Автор лично выполнил термодинамические и энергетические расчеты новых составов ВВ, участвовал на всех стадиях проведения лабораторных исследований, полигонных и промышленных испытаний новых ВВ и разработки необходимой технической документации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на технических советах ОАО "Олкон", ОАО "Апатит", ОАО "Карельский окатыш", Научной конференции "Химия и химическая технология в освоении природных ресурсов Кольского полуострова" (Апатиты, 1998 г.), IV Международной конференции по буровзрывным работам
(Москва, 18-21.05.99 г.), Международной конференции "Экологические проблемы северных регионов и пути их решения" (31.08-3.09.2004 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 статей и тезисов докладов, получено 9 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и изложена на 197 машинописных страницах, включая 45 рисунков, 37 таблиц, списка использованной литературы (176) и приложений.
Автор считает своим долгом выразить благодарность сотрудникам Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН, Горного института КНЦ РАН, НПО «Кристалл», ОАО «Апатит», ОАО «Олкон» и ОАО «Карельский окатыш» без активного участия которых невозможно было выполнить данную работу.
