Краткие теоретические сведения. Кислородный баланс.Кислородным балансом называется отно­шение избытка или недостатка кислорода в составе ВВ

Кислородный баланс. Кислородным балансом называется отно­шение избытка или недостатка кислорода в составе ВВ, необходимого для полного окисления всех горючих элементов (водорода, углерода, ме­таллов и т.п.), к массе данного ВВ. Кислородный баланс измеряется в долях единиц или процентах.

Под полным окислением в процессе взрывчатого превращения ВВ понимается окисление водорода до получения воды, а углерода - до по­лучения углекислого газа. При этом выделяются молекулярный азот и кислород. Если в составе ВВ находится металл, то образуется его выс­ший окисел. Реакции полного окисления имеют следующий вид:

кДж/моль,

кДж/моль - при воде жидкой,

кДж/моль - при воде парообразной,

кДж/моль.

Следовательно, если ВВ имеет состав в виде C_aH_bN_cO_d, то кисло­родный баланс рассчитываем по формуле, %,

(1.1)

где a, b, d - количество атомов углерода, водорода, кислорода; 16- относи­тельная атомная масса кислорода; М_вв - молекулярная масса ВВ.

При d > 2а + 0,5b имеем положительный кислородный баланс; при d = 2а + 0,5b - нулевой кислородный баланс; при d < 2а + 0,5b - отрица­тельный кислородный баланс.

ВВ с нулевым кислородным балансом выделяют максимальное количество энергии и минимальное количество ядовитых газов.

ВВ с отрицательным кислородным балансом образуют при взрыве ядовитую окись углерода (угарный газ) или выделяют чистый углерод в виде сажи. При выделении чистого углерода резко снижается образова­ние газов. Кроме того, недостаток водорода для полного окисления ки­слорода и полного окисления углерода уменьшает выделение тепла.

При положительном кислородном балансе ВВ выделение энергии уменьшается, так как образуется ядовитая окись азота, поглощающая тепло по реакции

кДж/моль.

В случае, когда ВВ представлено смесью нескольких химических веществ, кислородный баланс определяется по формуле

(1.2)

где К_б - кислородный баланс ВВ, представленного смесью нескольких химических веществ, %; i = {1,..., n} - индексы химических веществ, входящих в состав ВВ; q_i - весовая доля i-ro химического вещества в составе ВВ, доли ед.; K_бi - кислородный баланс i-ro химического ве­щества, %.

Рассмотрим примеры расчетов кислородного баланса для однокомпонентного ВВ и для ВВ, представленного смесью химических веществ.

Примечание. Обычно состав промышленных ВВ подбирается с нулевым кислородным балансом. При изготовлении патронированных ВВ принимается небольшой положительный кислородный баланс для окисления материала обо­лочки патронов. ВВ, предназначенные для подземных работ, не должны образо­вывать ядовитых газов более 40 л в пересчете на условную окись углерода при взрыве 1 кг. Если образуются окислы азота и сернистый газ, то для перевода их в условную окись углерода принимаются поправочные коэффициенты, соответст­венно, 6,5 и 2,5.

Пример 1. Определить кислородный баланс тротила C₇H₅(N0₂)₃, относительная молекулярная масса которого равна 227.

Решение. Для полного окисления необходимо 2а + b/2, или 2∙7 + 5/2 = 16,5 атомов кислорода.

В наличии имеется 6 атомов кислорода. Следовательно,

Пример 2. Определить кислородный баланс граммонита 30/70, если известно, что граммонит 30/70 состоит из 30 % аммиачной селитры (NH₄NO₃) и 70 % тротила С₇Н₅N₃O₆.

Решение. Кислородный баланс аммиачной селитры (АС), оп­ределенный вышеуказанным способом, равен +20 %, кислородный ба­ланс тротила равен - 74 % (пример 1). Определим кислородный баланс граммонита 30/70:

0,3∙20 + 0,7∙ (-74) = -45,8 %.

Требования к кислородному балансу ВВ для открытых горных ра­бот, особенно применяемым в обводненных условиях, не столь жестки.

Порядок определения рецептуры смесевых ВВ и их химической формулы приведен в примерах 3-5.

Пример 3. Составить рецептуру игданита с нулевым кисло­родным балансом на основе аммиачной селитры и дизельного топлива (ДТ) с кислородным балансом -320 %.

Решение. Определим количество весовых частей аммиачной селитры для окисления одной части дизельного топлива:

Рассчитаем содержание дизельного топлива во взрывчатом веществе:

Соответственно, содержание аммиачной селитры

Следовательно, формула игданита будет иметь вид

Пример 4. Определить рецептуру и химическую формулу ВВ с нулевым кислородным балансом на основе аммиачной селитры и троти­ла C₇H₅(NО₂)₃.

Решение. Кислородный баланс тротила составляет -74 % при относительной молекулярной массе 227. Кислородный баланс аммиач­ной селитры равен +20 %, а ее относительная молекулярная масса равна 80. Состав смеси должен отвечать следующему условию:

,

где х - содержание в смеси тротила, %; (100 - х) - содержание в смеси аммиачной селитры, %. Значит,

Такому составу смеси отвечают граммонит 79/21 и аммонит 6ЖВ. Обозначим число молей аммиачной селитры через у, число молей тротила через z. Тогда из соотношения

получим

Приняв z = 1, найдем, что у = 10,7. Следовательно, молекулярное уравнение граммонита имеет вид

Пример 5. Определить молекулярную формулу гранулита АС-8, имеющего следующий состав: 89 % аммиачной селитры NH₄N0₃; 3 % солярового масла C₁₆H₃₄ (относительная молекулярная масса 226); 8 % алюминиевой пудры А1 (относительная молекулярная масса - 27).

Решение. Обозначив число молей солярового масла через х, аммиачной селитры - через у, алюминиевой пудры - через z, напишем химическую формулу

В соответствии с весовым составом вычислим искомые величины по соотношениям

Таким образом, у = 83,9х; z = 22,4х.

Примем х = 1, тогда молекулярное уравнение гранулита АС-8 примет вид