Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Октябрь » 1 » История динамита
14:53
История динамита

 

 

 

 

 

 Каждый, кто хоть немного занимался историей и/или технологией энергонасыщенных соединений, наверняка, не раз встречал различную информацию об этом легендарном составе. Попробуем вкратце разобраться в данном вопросе.

Впервые, нитроглицерин получен Собреро в 1847 году в Италии. Возможно, ранее это вещество было синтезировано другими исследователями, но, упоминаний на эту тему нет. Взрывчатые свойства НГЦ были открыты практически сразу же, но, практическая реализация возможностей этого соединения выглядела достаточно сомнительной. Потребовалось несколько лет лабораторных исследований и теоретических изысканий (в том числе, исследованием НГЦ посмертно занимался один из братьев А. Нобеля), прежде чем НГЦ предложили к использованию в качестве БВВ. Кстати, первого БВВ, нашедшего широкое применение. Поэтому, на долгие годы, НГЦ и динамит стали стереотипными БВВ.

Первые и весьма существенными проблемами применения НГЦ в качестве БВВ стала его низкая химическая стойкость, и следующая за ней высокая восприимчивость к механическим воздействиям. Кроме того, пары НГЦ достаточно ядовиты, и могут, даже в небольших количествах, вызывать поражения сердечнососудистой системы. Да и использование жидкой взрывчатки было не особенно удобно.

Первым, кто предложил прекрасное решение этих проблем, был российский ученый, профессор Зинин, в 1854 году он предложил смешивать НГЦ с пористыми наполнителями, включающими основные соли или оксиды. Это предложение не нашло существенной поддержки на родине.

Днем рождения динамита принято считать 1867 год, в этом году А.Нобель запатентовал смесь из кизельгура, НГЦ и карбоната натрия. Этот состав сразу обрел высокую популярность и стал революционным составом в промышленных взрывных работах. Роль инфузорной земли заключалась в впитывании НГЦ, что делало состав сыпучим веществом и снижало чувствительность к механическим нагрузкам. Сода (Na2CO3) вводилась в состав в количестве 1-5% и выполняла роль химстаба, связывая выделяющиеся при хранении кислотные продукты разложения. Фактически, основную роль в динамите играет сода (позже частично замененная на известь), кизельгур только делает динамит более удобным в применении и способствует равномерному распределению соды в массе БВВ (иначе, сода выпала бы в осадок и не выполняла бы своей функции).

Такой состав имел один существенный недостаток, с течением времени происходило стекание НГЦ из пор инфузорной земли под действием силы тяжести. Этому способствовали: высокая влажность (так как, НГЦ – гидрофобное вещество, а кизельгур – гидрофильное), растрескивание чешуек при пересыпании и других механических нагрузках, резкие перепады температуры и др.). В любом случае, в течении 1-2 лет, динамит становился опасным в обращении, так как, НГЦ стекал в нижнюю часть шашки, а сода оставалась в наполнителе. Что приводило к ускоренному разложению НГЦ.

Несмотря на эти недостатки, за какие-то 6-9 лет, лицензию на производство динамита приобрели несколько десятков стран, было разработано свыше 20-ти рецептур. Содержание НГЦ в них варьировало от 20% до 80%. При этом, динамиты, с содержанием НГЦ более 50% имели консистенцию влажной глины и применялись только в прочной герметичной упаковке. Они имели весьма солидную мощность. Другие составы, с содержанием НГЦ 20-30% имели низкую мощность и предназначались для работы в мягком грунте. Они имели более низкую восприимчивость к детонации, были безопаснее в обращении и могли храниться дольше. В качестве наполнителя использовали многие соединения, от муки и сахара, до сухой глины и кофейных очистков (шелухи).

Ситуацию улучшило одно из открытия А.Нобеля, сделанное им случайно. Когда А. Нобель, во время работы в лаборатории, поранил руку и заклеил порез коллоксилиновым лаком. В этот момент его посетила мысль смешать лак с НГЦ, так как, они оба нитроэфиры, а значит, должны прекрасно смешиваться. В результате добавки к НГЦ 4-6% нитроцеллюлозы с содержанием 11-12% азота, получилась густая, желеподобная масса, позже названная "гремучий студень”. Это произошло в середине 70-х годов 19-го века.

Гремучий студень сам по себе был прекрасным БВВ с очень высокими энергетическими характеристиками. При добавлении в гремучий студень 10-15% алюминиевого порошка, его энергетика достигает 9 МДж на килограмм. Скорость детонации до 8,5 км в секунду, а фугасность до 600 мл. Но, гремучий желатин был по тем временам весьма дорогим БВВ, поэтому, прижился другой состав. А.Нобель запатентовал его как динамит мк.1, то есть, первая модель. Этот состав стал классическим для всех стран мира и широко применялся с середины 70-х годов 19-го века до середины 20-го века. Именно характеристики и свойства этого состава изучают саперы и эксперты. Состав включал в себя: калийная селитра около 55%, нитроглицерин 25-27%, коллоксилин 1-2%, сода или известь 3-5%, остальное (около 10%) древесная мука. Как видит мой уважаемый читатель, кроме НГЦ, остальные компоненты достаточно дешевы и доступны. Высокая впитывающая способность древесной муки (иногда использовали мелкие опилки) способствовала равномерному распределению НГЦ в массе и препятствовала его отделению.

Также, следует отметить некоторое содержание в древесине терпенов ряда камфары. Стабилизирующее действие камфары на НГЦ было отмечено многими исследователями еще в 1880-е годы. Так, добавка всего 2% камфары в НГЦ повышает его стойкость по йодкрахмальной пробе почти в два раза. Многие кустари добавляют камфару на стадии отмывки НГЦ, что способствует безопасности производства.

Если внимательнее взглянуть на рецептуру смеси, то бросается в глаза изрядное количество топлива и окислителя в составе смеси. Кислорода калийной селитры хватит для полного сгорания 90% древесины, при этом выделится (по термодинамическим расчетам) даже больше тепла, чем при разложении этих 25% НГЦ. Роль НГЦ в данном составе заключается в резком увеличении скорости распространения фронта детонации. В энциклопедии Брокгауза и Эфрона (1890-е годы) отмечено, что сила взрыва (разрушительное действие) динамита больше, чем суммарная сила содержащегося в нем НГЦ и селитряно-древесной смеси, сработавших по отдельности.

От очень сильного детонатора можно вызвать детонацию стехиометрической смеси мелкоизмельченных и просушенных KNO3 и древесины. При этом, детонация скорее всего будет затухающая. Скорость распространения ударной волны составит около 2-3 км в секунду, что обусловлено достаточно высокой термодинамической стойкостью селитры и низкой температурой продуктов сгорания (богатых водяным паром и азотом).

Кроме того, на разложение селитры и пиролиз древесины требуется достаточно много энергии, а при сгорании продуктов пиролиза в кислороде, выделяется ее на так уж и много.

НГЦ решает эти проблемы. Он выступает в качестве прослойки, смачивающей поверхность частиц, повышая восприимчивость и увеличивая скорость распространения детонации. Скорость распространения детонации в чистом НГЦ около 8 км в секунду, а скорость детонации динамита около 6,8 км. в секунду, против 1-3,5 км. в секунду у бинарных смесей селитра-топливо.

Роли коллоксилина в этом составе заключается в повышении вязкости НГЦ, что препятствует его стеканию с поверхности твердых компонентов смеси. Хотя, коллоксилин также снижает скорость миграции кислотных продуктов разложения к границе раздела фаз с содой, что несколько снижает стойкость БВВ, и требует завышенного содержания соды. Эти негативные эффекты привели к небольшой стойкости готового продукта, не более 1-3 лет (в зависимости от качества склада и конкретной рецептуры).

Несмотря на это, динамит более 50-ти лет широко применялся во всем мире в качестве БВВ высокого дробящего действия. Им даже снаряжали ручные гранаты в годы ПМВ, а в начальном этапе ВМВ динамит использовали для зарядки кумулятивных гранат для Английского гранатомета "PIAT”, основного противотанкового средства британской пехоты в 1940-1944 годах.

Стоит отметить работы Н.Кибальчича (известного нам по его легендарному запалу ударного действия) в 80 – 90-х годах 19-го века. Он был "практическим химиком” террористической группировки "народная воля”. Той самой, которая убила императора Александра II. Кибальчичь разрабатывал новые, и порой весьма удачные сорта динамитных смесей. Один из его наиболее выдающихся составов включал: НГЦ 72%, камфара 3%, коллоксилин 5%, оксид магния (магнезия жженая) 20%. Этот состав обладал высокими энергетическими характеристиками (за счет высокого содержания НГЦ) и имел хорошую стабильность. По результатам йодкрахмальной пробы, проведенной экспертами царской полиции, стойкость данного состава достигала 10-15 лет, что своего рода рекорд для динамитов. Этот состав имел только один недостаток – стоимость в два раза выше, чем аналогичное количество обычного динамита. Боевики использовали его для снаряжения метательных зарядов (0,3-1,0 кг БВВ) для покушений на высокопоставленных лиц.

В целом, для динамитов характерным отличием является невысокая цена при высоких энергетических характеристиках. При этом, динамиты достаточно опасны в обращении и имеют очень ограниченный срок хранения. Восприимчивость к детонации и удобство в обращении, обычно находятся на достаточно высоком уровне.

О других составах, включающих НГЦ и другие нитроэфиры мы поговорим в следующий раз.

Категория: Энергонасыщенные соединения | Просмотров: 2658 | Добавил: Chemadm | Теги: взрывные работы, состав ВВ, промышленные БВВ | Рейтинг: 4.7/27
Всего комментариев: 2
1
1  
Указанные 1-3,5 км в секунду относятся к каким именно смесям селитра-топливо?

0
2  
Эти величины указаны для бинарных смесей селитра-топливо, где селитра: калийная, кальциевая, натриевая и др. селитры с катионами металлов. Топлива: древесина, уголь, алюминий, магний, сера и пр. Для этих смесей условия оптимальные: максимальная сушка, очень мелкое измельчение, одинаковая величина частиц топлива и окислителя, степень слежки минимальная и др. Для смесей с аммиачной селитрой условия средние для промышленного производства.
Минимальная скорость детонации около 1 км в секунду соответствует смеси нитрат кальция - древесина. Максимальная скорость детонации соответствует стехиометрической смеси кальциевая селитра-магний, но, она детонирует только при оптимальных условиях и от очень сильных детонаторов.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]