Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow БЖД arrow ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Посмотреть оригинал

Физико-химические характеристики взрывчатых веществ

Известны три основные формы химического превращения ВВ.

  • Медленное химическое превращение— процесс, протекающий но всему объему вещества при относительно низких температурах. Он может возникнуть при неблагоприятных условиях хранения ВВ и его недостаточной химической стойкости.
  • Горение и детонация — химические реакции, протекающие в довольно узкой зоне — фронте химической реакции, перемещающиеся по В В при температуре, близкой к критической. Скорость перемещения фронта определяется величиной выделяющейся энергии и способом передачи ее к соседним слоям вещества. При горении энергия передается путем теплопередачи — эго сравнительно медленный процесс, поэтому и скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду. При детонации жидких и порошкообразных ВВ энергия соседним слоям заряда передается детонационной волной, которая распространяется по ВВ со сверхзвуковой скоростью (от 2 до 6 км/ч).
  • Взрыв — процесс, при котором взрывные горящие частицы распространяются по заряду за счет струй раскаленных газов, проникающих в прилегающие к зоне реакции слои ВВ. Такая реакция характерна для грубодисперсных, гранулированных и водосодержащих ВВ.

Состав газов, выделяющихся при взрыве, зависит от химического состава ВВ, его кислородного баланса и условий взрывания.

Кислородный баланс (КБ) характеризуют выраженным в процентах отношением избытка или недостатка кислорода в составе ВВ по сравнению с тем количеством, которое необходимо для полного окисления всех горючих элементов этого ВВ, к его массе. Например, аммиачная селитра

NH4NO3 = N2 + 2Н20 + 1/202 имеет положительный кислородный баланс:

Кислородный баланс считается нулевым, если ВВ содержит кислорода достаточно для полного окисления его горючих элементов. Такое соотношение компонентов называют стехиометрическим. Если в составе ВВ не хватает кислорода для полного окисления горючих элементов, то такое ВВ имеет отрицательный, а при избытке кислорода — положительный кислородный баланс (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Физико-химические характеристики некоторых ВВ

Вещество

Химическая

формула

Молярная

масса,

г/моль

Кислородный

баланс,

%

Теплота образования при постоянном объеме, кДж/моль

Алюминий

А1

27

-89,0

-

Аммиачная

селитра

nh4no3

80

+20,0

355

Гексоген

C3H6N606

222

-21,6

-88

Гремучая ртуть

Hg(CNO)2

284

-11,3

-275

Калиевая

селитра

KNO3

101

+39,6

490

Калия хлорат

КСЮ3

122,5

+39,6

390

Натриевая

селитра

NaN03

85

+47,0

493

Натрия хлорат

NaCl03

106,5

+45,0

350

Нитроглицерин

C3H5(0N02)3

122

+3,5

350

Нитроклетчатка (коллоидная)

C2H4H31N9038

1115,3

-38,7

1760

Октоген

c4h8n8o8

296

-21,6

-

Пикриновая

кислота

CgH2(N02)30H

229

-45,4

288

Тетранитрометан

C(N02)4

196

+49,0

-35

Окончание табл. 6.1

Вещество

Химическая

формула

Молярная

масса,

г/моль

Кислородный

баланс,

%

Теплота образования при постоянном объеме, кДж/моль

Тетрил

c6h2(no2)4nch3

-

-

-

Т ротил

C6H2(NO,)3CH3

227

-74,0

73,5

ТЭН

c5ii8(Ono2)4

316

-10,1

540

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуются в основном пары воды, углекислоты, свободный азот, оксид алюминия и минимальное количество ядовитых газов. В этом случае выделяется максимальное количество энергии.

При взрыве ВВ с недостатком кислорода образуется ядовитый оксид углерода СО. Образование этого соединения происходит с меньшим выделением тепла (112 кДж/г моль), чем при образовании диоксида углерода (396 кДж/г моль).

При взрыве ВВ с избытком кислорода образуются соединения азота с этим кислородом — весьма ядовитые оксиды NO, N02, N203. Реакции образования оксидов азота идут с поглощением тепла (эндотермичны). Таким образом, ВВ с отрицательным и положительным кислородным балансом обладают меньшей теплотой взрыва, чем ВВ с нулевым балансом.

Состав газообразных продуктов взрыва зависит не только от химического состава ВВ, но и от оболочки патронов ВВ, условий взрывания заряда (степени ограничения пространства, в котором расположен заряд, и влажности ВВ) и свойств взрываемой породы, которые влияют на протекание вторичных химических реакций взрыва.

Плохая забойка зарядов, наличие воздушных промежутков между патронами увеличивают выделение ядовитых газов. При взрывании угля С02 может переходить в СО. Взрывы серосодержащих руд приводят к образованию сернистых газов и сероводородов. Калийные и апатитонефелиновые руды связывают оксиды азота, молибденовые и медные — оксид углерода. Чем выше коэффициент крепости взрываемых пород, тем больше образуется оксида углерода и меньше оксидов азота.

Бумажная парафиновая оболочка патронов участвует в реакции взрыва, понижая кислородный баланс. Поэтому масса бумажной оболочки должна быть не более 2 г, а парафина — не более 3 г на 100 г ВВ.

Для подземных работ применяют ВВ только с кислородным балансом, близким к нулевому (±3%). Для взрывания на земной поверхности могут применяться ВВ как с положительным, так и с отрицательным кислородным балансом.

Отравляющее действие оксида углерода СО (угарный газ) основано на его способности образовывать при вдыхании прочные соединения с красными кровяными тельцами, являющимися переносчиками кислорода из легких к тканям, из-за чего человеческий организм испытывает кислородное голодание. При больших концентрациях СО (> 1%) быстро наступает смерть. Предельно допустимой концентрацией СО в воздухе для шахт является 0,0016% но объему.

Оксиды азота NO, N02, N203 при вдыхании в легкие образуют, вступая в реакцию с водой, азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку легких и смерти. Особую опасность представляет способность оксидов азота накапливаться в организме в течение 4—6 ч. По токсическому действию они считаются в 6,5 раза более ядовитыми, чем осид углерода. Поэтому предельно допустимая концентрация для шахт составляет 0,0002% по объему.

Кроме этих газов при взрыве могут образовываться сероводород H2S, сернистый ангидрид S02, хлор, при вдыхании которых происходят острое раздражение дыхательных путей и отек легких. Но токсичности эти газы считаются в 2,5 раза более ядовитыми, чем оксид углерода. Кроме того, при взрыве детонаторов в атмосфере появляются особо ядовитые пары и аэрозоли ртути или свинца, входящие в состав инициирующих ВВ, а свинец, кроме того, входит в состав электровоспламенителей и замедляющих составов ЭД.

Истинные реакции взрывчатого превращения ВВ составить практически невозможно из-за многообразия факторов, влияющих на их протекание. Поэтому принят упрощенный прием составления реакций взрыва, согласно которому все В В делятся на три группы.

1. ВВ с количеством кислорода, достаточным (или избыточным) для полного окисления всех горючих элементов. В этом случае весь водород превращается в воду, углерод — в углекислый газ, например реакция разложения нитрогликоля (табл. 6.2).

Характеристики взрывчатых превращений некоторых веществ

6.2. Физико-химические характеристики взрывчатых веществ

вв

Молекулярная

масса

Реакция взрывчатых веществ

Кислородный

баланс,

%

Объем

газов

взрыва,

л/кг

Температура

взрыва,

°С

Теплота

взрыва,

кДж/кг

Нитроглицерин

227

3Н5(ОШ2)3 = 10Н2() + 12С()2 + 6N, + ()2

+3,5

715

4100

6500

Нитрогликоль

152

C2H4(0N02)2 = 2Н20 + 2СО, + N,

0

738

4200

7100

Тротил

227

2CBH2(N02)3CH3 = 5Н20 + 7СО + 7С +3N2

-74,0

750

2950

3450

Аммиачная

селитра

80

2NH4N03= 4Н20 + 2N2 + 02

+20,0

980

1950

1420

Динитронафталин

218

C10H6(NO2)2= ЗН20 + СО + 2N2 + 9С

-129,4

750

2500

2500

Коллодионный хлопок

1053

C22.5H28.8°36.1N8,7= 14,4Н20 + 21,7СО + 0,8С + 4,35N2

-33,6

936

250

3400

Гексоген

222

C3H6N606 = 4Н20 + С + 2СО + 3N2

-21,6

890

3800

5700

тэн

316

C5H8(0N02)4 = 2СО + 4Н20 + ЗС02 + 2N2

-10,2

790

4000

5910

ГО

СО

со

2. ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного газообразования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород в воду, а углерод — в оксид углерода, а оставшийся кислород образует с частью оксида углерода углекислый газ (например, реакция разложения ТЭНа, см. табл. 6.2).

При взрыве алюмосодержащих ВВ с нулевым кислородным балансом образуется твердый оксид алюминия А12Оэ, а при отрицательном — он образуется в результате вторичных реакций алюминия с водой и углекислым газом:

3. ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газообразования. В этом случае водород полностью превращается в воду, оставшийся кислород окисляет часть углерода в оксид углерода, свободный углерод выделяется (например, реакция разложения тринитротолуола, см. табл. 6.2).

Таким образом, зная элементарный состав ВВ с нулевым или положительным кислородным балансом, можно легко составить реакцию его взрывчатого разложения в виде

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы