Anfo Pesado y Emulsiones

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTECAJAMARCA FACULTAD: Ingeniería CARRERA: Ingeniería de Minas CURSO: Perforación y Voladura

TEMA: Emulsión y Anfo Pesado

PROFESOR: Ing. Armando Bohorquez Huara INTEGRANTES: Torres Núñez, Katherine Ramírez Delgado, Alithú Urteaga Flores, Gabriela Romero Chávez, David Díaz Rodas, Mario Rodríguez Salazar, Geyler

CAJAMARCA-PERU, 2015

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ÍNDICE

Contenido: INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 3 MARCO TEÓRICO..................................................................................................................... 4 EXPLOSIVOS ............................................................................................................................... 4 Clasificación de explosivos .................................................................................................... 4 EMULSIONES ............................................................................................................................. 5 Características ....................................................................................................................... 6 COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS EMULSIONES ............................................................. 6 ANFO PESADO ........................................................................................................................... 8 Balance de Oxigeno para diferentes mezclas ..................................................................... 13 ANFO Pesado 28 .............................................................................................................. 13 ANFO Pesado 37 .............................................................................................................. 14 ANFO Pesado 46 .............................................................................................................. 15 ANFO Pesado 55.............................................................................................................. 15 ANFO Pesado 64 .............................................................................................................. 16 Ejemplo del uso de Explosivos en Voladura ................................................................................ 17 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 19 Fuentes de Referencia................................................................................................................. 20

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INTRODUCCIÓN

Los explosivos están presentes en los trabajos de minería, la construcción y la industria, tanto es así, que su uso lo hace muy peligroso si no se manipulan de acuerdo a las normas establecidas, su mal uso ha causado muchos accidentes graves y muy peligrosos, es por esto que el conocerlo y estudiarlos nos dan una ventaja a la hora de relacionarnos con ellos. Los explosivos se usan para romper, destruir o debilitar materiales de gran dureza, normalmente rocas .

Las características más importantes de los explosivos son: potencia y energía desarrollada, velocidad de detonación, densidad, presión de detonación, resistencia al agua y sensibilidad. Otras propiedades que afectan al empleo de los explosivos y que es preciso tener en cuenta son: los humos, la resistencia a bajas y altas temperaturas, la desensibilización por acciones externas, etc.

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MARCO TEÓRICO EXPLOSIVOS Se denomina explosivo a toda sustancia que por alguna causa externa (roce, calor, percusión, etc) se transforma en gases; liberando calor, presión o radiación en un tiempo muy breve, los explosivos se utilizan principalmente para voladuras en minería y en cantería, aunque también se utilizan en fuegos artificiales, en aparatos de señalización y para hacer remaches y moldear metales. Los explosivos se utilizan también como propulsores para proyectiles y cohetes, como cargas explosivas para la demolición, y para hacer proyectiles, bombas y minas.

Clasificación de explosivos a) Explosivos primarios o Iniciadores  Fulminante b) Secundarios o Rompedores  Dinamita o Gelatinas (+NG) o Semigelatinas (±NG) o Pulverulentas (-NG)  Emulsiones  Anfo

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EMULSIONES Los agentes de voladura emulsión carecen de un elemento explosivo en su composición (eventualmente se sensibilizan con micro esferas) por lo que requieren ser detonadas con un cebo reforzador de alta presión de detonación. Las emulsiones explosivas son del tipo agua en aceite, componiéndose de dos fases líquidas, una continua, básicamente constituida por una mezcla de hidrocarburos y otra dispersa, que son micro gotas de una solución acuosa de sales oxidantes, con el nitrato de amonio como principal componente. Es importante en su fabricación la elección del agente tenso activo emulsificador y la dispersión ultrafina de la solución acuosa a temperaturas altas. Por su naturaleza aerófoba se hace necesario emplear micro burbujas de aire en micro esferas de vidrio, como regulador de densidad y de la sensibilidad al iniciador. El aire contenido en las micro esferas al ser violentamente comprimido (adiabáticamente) por la presión de la onda de choque iniciadora, se inflama, produciendo un efecto denominado de puntos calientes (hot spot), que hacen detonar la emulsión (equivaliendo a la nitroglicerina de las dinamitas).

Microesferas (Burbujas de vidrio o plástico) que se añaden a la emulsion para darle sensibilidad

Una ventaja importante es su facilidad de mezcla con el ANFO para formar ANFO Pesado

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Características      

Excelente resistencia al agua Alta velocidad de detonación Alta potencia trituradora Vida útil, promedio 6 meses Factible de incrementar su energía con Al o Prills de NA Alta densidad

Formula de una Emulsión 75%𝑁𝐻4 𝑁𝑂3 + 6% 𝐶𝐻2 + 17,7% 𝐻2 𝑂 + 1,3% 𝐸𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒

COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS EMULSIONES Productos EXSA sensibles al detonador

Oxidantes

Combustibles

Sensibilizador

Líquido

Líquido

Gasificantes

Semexsa E Exagel E Plastex E Emulex

Soluciones de Nitrato de Amonio y otras sales.

Petróleo, aceites, emulsificantes, parafinas

Aire contenido en microesferas de vidrio y otros gasificantes.

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Emulsiones

Características Semexa E

Exagel E

Emulex

Densidad ( g/cm3)

de 1,12 a 1,18

de 1,12 a 1,14

de 1,12 a 1,18

Velocidad de detonación (m/s), sin confinar

de 4800 a 5000

de 5100 a 5300

de 4800 a 5000

Poder rompedor - Hess (mm)

de 22 a 24

de 22 a 34

de 22 a 24

Presión de detonación (Kbar), sin confinar

de 86 a 103

de 91 a 102

de 86 a 103

Resistencia al agua

Excelente

Excelente

Excelente

Productos sensibles al detonador

VOD

50/50 Anfo

6000

VOD (m/s)

5000

4000

3000

2000

1000

0 2 1/2

4

6 1/2

7 7/8

9 7/8

10 5/8

12 1/4

13 3/4

Diámetro

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ANFO PESADO En la tecnología actual de voladuras es incuestionable que el ANFO constituye el explosivo básico. Diversos intentos se han dirigido hacia la obtención de una mayor energía de este explosivo, desde la trituración de los prills de nitrato amónico de alta densidad hasta el empleo de combustibles líquidos de alta energía, como las nitro parafinas, el metanol y el nitro propano, pero comercialmente no ha prosperado. El ANFO Pesado, que es una mezcla de emulsión base con ANFO, abre una nueva perspectiva en el campo de los explosivos. El ANFO presenta unos huecos intersticiales que pueden ser ocupados por un explosivo líquido como la emulsión que actúa como una matriz energética

Aunque las propiedades de este explosivo dependen de los porcentajes de mezcla, las ventajas principales que presenta son: -

Mayor energía. Mejores características de sensibilidad. Gran resistencia al agua. Posibilidad de efectuar cargas con variación de energía a lo largo del barreno. Bajar el costo y potencia de una emulsión pura, para voladura en rocas difíciles, secas o húmedas.

La fabricación es relativamente fácil, pues la matriz emulsión puede ser preparada en una planta fija y transportada en un camión cisterna hasta el depósito de almacenamiento o ser bombeada a un camión mezclador. Con estos camiones pueden prepararse in situ las mezclas de emulsión con nitrato amónico y gas-oil en las proporciones adecuadas a las condiciones de trabajo,

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El ANFO pesado se puede preparar en diferentes relaciones de acuerdo a los requerimientos de la voladura y la presencia de agua, entre 10% a 90% de emulsión y la diferencia ANFO, siendo los ratios más difundidos 30 – 70, 50 – 50, 60 – 40 y 80 – 20. Normalmente las mezclas con menos de 50 % de emulsión no son resistentes al agua pero se incrementa notablemente la potencia del explosivo, y las mayores de 50 % emulsión son progresivamente más resistentes al agua.

Mezcla 50/50

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.

En la fig. 11.17 se muestra la variación de la Potencia Relativa en Volumen (ANFO = 100) en un ANFO Pesado en función del porcentaje de emulsión.

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Puede verse como un ANFO Pesado 70/30 es superior en potencia a un ALANFO del 5 % y una mezcla de 60/40 es casi comparable a un ALANFO del 10 %. Curiosamente, cuando la matriz de emulsión aumenta por encima del 40% la potencia disminuye debido a la separación de las partículas de ANFO resulta elevada para que estas actúen eficientemente como puntos calientes y propagadoras de la onda de choque. Con la reciente aceptación del ANFO Pesado en la industria, esos mismos explosivos pero aluminizados hacen posible pensar en una mejora de la eficiencia de las operaciones y ahorro de costes, al tratarse de productos de una alta potencia volumétrica y con un precio relativamente bajo.

En la fig. 11.19 El aluminio incrementa la energía total producida, la potencia relativa en volumen, la temperatura y la presión de detonación. El efecto de la adición de aluminio a un ANFO Pesado 70/30 (ANFO/emulsión)

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La reacción del aluminio durante la detonación da lugar a la formación de óxidos sólidos y no productos gaseosos. El volumen de gas que se genera por el explosivo es, por esto, reducido. El calor de formación de los óxidos de aluminio es muy alto, 16.260 kJ/kg, resultando una ganancia considerable de calor de explosión que aumenta la temperatura de los gases. Este aumento de la temperatura ayuda a reducir el volumen de los gases, desarrollando estos un mayor trabajo al estar más calientes. La adición de aluminio facilita el desarrollo de una mayor cantidad de explosivo, pudiéndose entonces aumentar la piedra y el espaciamiento de los esquemas, mientras que se mejora la fragmentación resultante de las voladuras.

La fig. 11.20 permite definir la composición de un explosivo para obtener una potencia dada. Las potencias relativas en volumen con respecto al ANFO varían entre 1,0 y 1,9

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Balance de Oxigeno para diferentes mezclas ANFO Pesado 28  Este es un explosivo que no es resistente al agua.  Tiene mayor potencia que el ANFO simple.

𝐵𝑂% =

−1600 𝑌 ∗ (2𝑋 + + 𝑀 𝑃𝑀 2 − 𝑍) DONDE: X = número de átomos de carbono Y = número de átomos de hidrogeno Z = número de átomos de oxigeno M = número de átomos del metal

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Se ve que el balance de oxigeno es negativo (3.04). El explosivo se prepara en el lugar por lo tanto si hay un pequeño error en la fabricación del ANFO, el ANFO pesado tendrá como balance de oxigeno positivo como se muestra en el siguiente cuadro. Y en vez de botar 94% de NA esta botando 95.5% de NA, y 4,5 de Diesel, este mínimo error hace que el balance de oxigeno sea positivo.

ANFO Pesado 37 o o o o

Explosivo utilizado en roca media a dura. 100 a 150 Mpa. Tiene muy buena VOD. Esta mezcla no es resistente al agua.

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ANFO Pesado 46 o Tiene la más alta VOD y se usa en rocas muy duras. o No es resistente al agua. Pero en la fabricación de ANFO en campo soporta un error de hasta 2% tanto de NA como de Combustible, antes que la reacción se de con un balance de oxigeno positivo.

ANFO Pesado 55 o Mezcla con resistencia pequeña al agua. o Permite un mayor error en la mezcla del anfo, logrando un balance positivo. o Con menor velocidad de detonación. o Explosivo caro por tener mayor emulsión y densidad (1.28 gr/cc) o Su uso es muy restringido.

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ANFO Pesado 64 o o o o

Mezcla muy cara. Densidad 1.31gr/cc. Resistencia al agua hasta 72 horas. Utilizado en minería a tajo abierto.

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Ejemplo del uso de Explosivos en Voladura 1. Debido a que hay presencia de agua en el tiro, se decide cambiar la carga de Anfo por una mezcla de Anfo Pesado 50/50 (con un contenido de 500). ¿Cuánto explosivo debería cargar ¿ Datos: V= 919 Vo= 960 Q= 823 Qo= 902 Desarrollo: Criterio de LANGEFORS:

Potencia relativa (PR)

1 V 5 Q PR     6 V0 6 Q0 PR =

1 6

𝑥

919 960

5

823

6

902

+ 𝑥

= 0.92

1kg de Anfo Pesado 50/50 equivale a 0.92kg de Anfo (920g) Por lo tanto, El tiro debe ser cargado con: 500/0.92 = 544kg de AP 50/50

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2. Una emulsión pierde VOD al ser cargado en un tiro de diámetro menor. Originalmente alcanzaba 4400m/s. Ahora, en el nuevo diámetro alcanza 4200m/s. ¿Cuánto es la pérdida de Pd del explosivo? Datos: Pd = Presión de Detonación

Pd  k    VOD

2

Solución: Pérdida de VOD =

4200 4400

𝑥100 = 95.5%

Entonces la perdida de VOD será 4.5%

42002

Pérdida de Pd =

44002

𝑥100 = 91.1%

Entonces la perdida de Pd será 8.9%

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CONCLUSIONES

 Las ventajas de utilizar emulsión en una voladura son su alta velocidad y potencia, excelente resistencia al agua, menor sensibilidad en manipuleo y el ser inodoras (no producen cefalea).  Las emulsiones explosivas sensibles al fulminante son ideales para taladros inundados y para roca dura, competente.



El Anfo Pesado se puede comercializar encartuchado en mangas de polietileno o al granel, preparándolos in situ en camiones mezcladores-cargadores.



Al mezclarse aluminio al Anfo pesado este incrementa la energía producida, la potencia en volumen, la temperatura y la presión de detonación.

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Fuentes de Referencia Manual de Perforacion y voladura de Rocas, EXSA. http://es.scribd.com/doc/16643119/EXPLOSIVOS-QUIMICOS#scribd http://es.scribd.com/doc/76748229/ANFO-PESADO https://apmine.files.wordpress.com/2011/04/parte-45-130.pdf

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