Klasa 1 - Eksplozivne Materije - Seminar Ski Rad Finalni Za Print

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

1. Uvod Eksplozivi i baruti imaju veoma dugu historiju i našli su primjenu u raznim oblastima ljudske djelatnosti, prije svega kao oružje, zatim u privredi (rudarstvu, kamenolomima i sl.), kao gorivo u raketnim motorima i kao lijekovi. Pod eksplozivima se podrazumijevaju jedinjenja ili smjese koji mogu da razviju veliku zapreminu gasova na visokoj temperaturi i za vrlo kratko vrijeme. Eksplozija je proces veoma brzog stvaranja toplotne i mehaničke energije uz oslobađanje gasova. Eksploziju prate zvuk, svjetlost, mehaničko dejstvo i slične pojave, koje svakako ostavljaju snazan uticaj na čovjeka. Sagorijevanjem 1 kg petroleuma oslobađa se 46000 KJ, ako se sagorijevanje vrši na primjer u lampi ova energija se postepeno prenosi u okolinu, bez ikakvog mehaničkog dejstva. Međutim, ako se pomješa 1 kg petroleuma sa dovoljnom količinom tečnog kiseonika i paljenje izvrši inicijalnom kapislom, nastaće velika eksplozija u kojoj se trenutno (hiljaditi deo sekunde) oslobađa oko 46000 KJ, temperatura dostiže i do 4000 0C, izaziva se i pritisak od oko 100 tona po kvadratnom centimetru (podrazumijeva se da udarni talas ima razorno dejstvo). Osnovna razlika eksploziva od ostalih zapaljivih materija je u tome sto se kiseonik potreban za sagorijevanje nalazi u molekulima u vidu nitro ili hidratne, hloratne ili perhloratne grupe, pri čemu treba znati da prisustvo internih gasova smanjuje broj kalorija oslobođenih pri eksploziji.

1

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

2. Historijski razvoj eksplozivnih materija o o o o o

o o o o o o o o o o o o o o o o o

1190. god. p.n.e. – Trojanske trupe koristile su zapaljiva sredstva protiv grčke mornarice. 500-470 god. p.n.e. – U taktici kineza Fau Li Jena opisana je upotreba kamenih kugli i zapaljivih lopti prilikom opsade gradova. 160-122 god. p.n.e. – Kinezi pronasli crni barut, smjesu 76,2% kalijum-nitrata, 15,4% drvenog uglja i 8,4% sumpora. 222 god. – Rimljani poceli da koriste u pomorskim bitkama, zapaljivu smjesu izrađenu od negašenog kreča i asfalta koja se palila u dodiru sa vodom. Sredinom VII veka Grk Kalinikos je usavrsio rimsku zapaljivu smjesu I pronašao “grčku vatru” koja se satoji od nafte, sumpora, smole i negašenog kreča. 1073. – Mađari su pri opsadi Beograda prvi koristili crni barut u Evropi 1250. – Kaluđer R.Bacon dao je sljedeći sastav crnog baruta: 41,2% kalijumnitrat, 29,4% sumpora I 19,4 drvenog uglja 1326. – U Veneciji su izrađeni metalni topovi koji su djulad pod pritiskom gasova nastalih sagorijevanjem baruta 1627. – K. Wiendl prvi je koristio crni barut za otkopavanje ruda 1654. – J.R. Clauber pronasao je amonijum-nitrat (koji se koristi kao oksidans u privrednim eksplozivima) krajem XVII J. Lowestern pronašao je živin-fulminat 1780. – C.L. Berthollet pronašao je kalijum-hlorat 1845. – otkrivena nitroceluloza, a A. Soborero pronašao nitroglicerin 1853. – Austrija zamenjuje crni barut nitroceluloznim barutom koji stavljaju u baterije topova 1867. – A. Nobel je pronašao dinamit 1873. – Pronađen plastični eksploziv (nitroceluloza + nitroglicerin) 1884. – pronađen dvobazni barut 1870. – dobijen je trinitrotroluen 1891. – T. Curtis pronašao olovo-azid 1894. – proizveden je pentrit. U toku drugog svetskog rata napravljeno je mnogo novih eksplozivnih smjesa 1944. – počela je proizvodnja livenih dvoaznih baruta za progon raketnih projektila

2

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

3. Definicija i klasifikacija eksplozivnih materija 3.1.

Definicija

Eksplozivne materije su hemijska jedinjenja ili mehaničke smjese hemijskih jedinjenja u čvrstom ili tečnom stanju, koje u sebi sadrže neophodne elemente za proticanje hemijske reakcije, praćene oslobađanjem toplote i gasnih produkata. Svaka eksplozivna materija nije tehnički upotrebljiva, niti se u tehničkom smislu može nazvati eksplozivom. Eksploziv (lat.: explodere - raspasti se) je hemijski spoj ili smjesa spojeva u kojima se djelovanjem vanjskog impulsa u obliku topline, udara, trenja i sl. može izazvati ekstremno brza hemijska reakcija (eksplozija), praćena oslobađanjem velike količine topline i nastajanjem zagrijanih plinovitih produkata pod pritiskom mnogo većim od pritiska okoline. Zbog te razlike u pritisku plinovi se brzo šire, pri čemu se dio energije pretvara u rad, što rezultira rušenjem i razaranjem. Učinci mogu biti veliki zbog trenutačnosti reakcije. Kod gotovo svih eksploziva, eksplozija je zapravo vrlo brza ili trenutačna oksidacija, a samo manji broj eksploziva (bakreni acetilid, azidi) raspadaju se izravno na sastavne dijelove. Neke vrste eksploziva, kao acetilidi, ne razvijaju plinove, nego pritisak prilikom eksplozije nastaje od finih, čvrstih čestica ugljika. Eksplozivnost hemijskih spojeva uzrokuju nestabilne atomske grupe u njihovim molekulama, kao što su O-O u peroksidima i ozonidima, O-Cl u kloratima i perkloratima, NO2 u dušikovim spojevima i nitratima, N≡N u azidima i diazo-spojevima, N≡C u fulminatima, C≡C u acetilenima i acetilidima. Za eksplozije koje nastaju trenutačnom oksidacijom, potreban kiseonik nalazi se u molekulama samog eksploziva. Tako sumpor i ugljen u crnom barutu izgaraju zahvaljujući kiseoniku iz salitre (KNO3), i to mnogo brže nego u vazduhu, a prilikom eksplozije glicerol-trinitrata (nitroglicerina) potreban kiseonik daju atomske grupe – ONO2. Eksplozija se javlja kao zvučni efekat pri razlaganju eksploziva. Praćena je pojavom gasova koji su pod većim pritiskom od pritiska sredine u kojoj nastaje eksplozija. Usljed razlike u pritiscima dolazi do nagle ekspanzije gasova eksplozije, pri čemu se energija eksplozije pretvara u mehanički rad. Eksploziju ne karakteriše samo količina oslobođene energije, već je mnogo važnija brzina kojom se ova energija oslobađa. Količina oslobođene energije u jedinici vremena predstavlja snagu eksploziva. Pri eksploziji 1kg plastičnog eksploziva oslobodi se oko 4200 kJ/kg energije u djeliću sekunde. Da bi nastupio proces hemijskog razlaganja eksplozivne materije molekulima treba saopštiti minamalno potrebnu energiju (energiju aktiviranja) da bi postali aktivniji, jer su samo aktivni molekuli podložni hemijskim promjenama. Zavisno od načina na koji se dovodi energija aktiviranja, razlaganje eksplozivnih materija može se obavljati na tri načina: gorenjem, deflagracijom i detonacijom. Gorenju su podložne sve eksplozivne materije zavisno od temperature i vremena izlaganja visokim temperaturama. Temperatura gorenja je najčešće niža od temperature eksplozije. Gorenje eksploziva odvija se na račun hemijski ugrađenog kiseonika u eksploziv, bez prisustva kiseonika iz vazduha. Deflagracija je proces razlaganja eksploziva kod koga se energija aktiviranja molekula predaje od sloja do sloja prenošenjem toplote. Brzina hemijskog razlaganja kod deflagracije je relativno niska i iznosi od nekoliko cm do nekoliko stotina metara u sekundi. 3

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Detonacija je proces razlaganja eksploziva kod koga se energija aktiviranja molekula prenosi od sloja do sloja putem udarnog talasa, koji se kroz eksplozivnu materiju kreće nadzvučnom brzinom. Detonaciona brzina razlaganja eksplozivnih materija dostiže vrednost od 1300-9300m/s. Zavisi od hemijskog sastava eksploziva, gustine punjenja, prečnika patrone i dr. 3.2.

Klasifikacija

Klasifikacija eksploziva i eksplozivnih materijala vrši se na slijedeće načine: o po hemijskom sastavu, o po agregatnom stanju, o po relativnoj konzistenciji, o prema brzini razlaganja, Po hemijskom sastavu i osobinama eksplozive dijelimo na: o pušćani (deflagrantni - sporogorući) eksplozivi o brizantni - lomljivi eksplozivi o sigurnosni eksplozivi (amonijum - nitratni) eksplozivi o inicijalni eksplozivi ili detonatori Prema agregatnom stanju i opštim fizičkim osobinama, eksplozive i eksplozivne materije dijelimo na: o gasovite eksplozivne smjese (metan-vazduh, acetilen-vazduh), o eksplozivne smjese čvrstih i tečnih materija sa gasovima (ugljena prašina-vazduh, derivati naftevazduh i dr.), o tečne eksplozivne smjese (nitro-benzo-azotna kiselina i dr.), o smjese čvrstih i tečnih eksplozivnih materija (nitroglicerinamonijumnitrat, amonijumnitrat-dizel gorivo), o čvrsta eksplozivna jedinjenja ili smjese (trinitrotoluol, heksogen, amonijumnitrat, trinitrotoluol i dr.). Prema relativnoj konzistenciji eksplozive dijelimo na: o praškaste, o poluplastične, o plastične, o vodoplastične - kašaste, o granulirane, o presovane, o livene. Prema brzini razlaganja i načinu delovanja eksplozive dijelimo na: o brizantne, i o deflagrantne. Prema nameni eksplozivi se dijele na: o eksplozive za radove na površini, o eksplozive za radove pod zemljom, o eksplozive za rad u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine (metanski sigurnosni eksplozivi), o eksplozive za specijalne svrhe. 4

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE Klasa

Podklasa

Klasa 1

Klasa 1.1 – tvari i predmeti kod kojih postoji opasnost od masovne eksplozije kao što su trinitrotoluen, barut, itd.

Eksplozivi

Simbol

Klasa 1.2 – tvari i predmeti kod kojih postoji opasnost od »ispaljivanja« ali ne masovne eksplozije Klasa 1.3 – tvari i predmeti kod kojih postoji opasnost od zapaljenja i manja eksplozivna opasnost ili »ispaljivanje« ali ne opasnost od masovne eksplozije Klasa 1.4 – tvari i predmeti koji ne predstavljaju značajnu opasnost

Klasa 1.5 – vrlo neosjetljive tvari kod kojih postoji opasnost od masovne eksplozije

Klasa 1.6 – ekstremno neosjetljive tvari kod kojih ne postoji opasnost od masovne eksplozije

Primjeri

TNT ANFO nitroglicerin

vojne granate, municija, itd.

vatromet

streljivo vatrenog oružja (meci)

diperhlorat, razorni agensi itd.

sigurnosne patrone, vatromet, itd.

Tabela 1.

3.2.1. Puščani eksplozivi

Puščani (deflagrantni - sporogorući) eksplozivi su : - crni barut: KNO3 : S : C = 75 : 15 : 10 5

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

- malodimni barut: celulozni i glicerinski nitrati

Slika 1

Barut je eksplozivni prah. Hemijska, mehanička i eksplozivna je smjesa sljedećeg sastava: o o o

kalijev nitrat (KNO3, salitra) 75% drveni ugljen (C, s velikim postotkom ugljika) 20% sumpor (S) 15%

Ovaj sastav i omjer je korišten od početka u Kini, gdje je i izmišljen. Smatra se prvim eksplozivom i prvom pirotehničkom mješavinom. Može se raditi sporiji i brži barut, samo da je u datom omjeru: o o o

od 60 do 80% kalijev nitrat, od 5 do 30% drveni ugljen i od 5 do 25% sumpor.

Evo dva često korištena omjer: 70% KNO3 + 15% C + 5% S ili 76,2% NaNO3 + 25,4% C + 8,4% S. 1250.g. Ruđer Bacon je dao sljedeći sastav crnog baruta: o o o

41,2% natrijevog nitrata, 29,4% sumpora i 19,4%-drvenog ugljena. Taj barut nije brzo izgarao i nije stvarao puno dima, ali je stvarao jak pritisak, pa se koristio kao sporogoreće pogonsko gorivo raketa.

Barut i pirotehničke smjese pretvaraju se u plinovite produkte u prvom redu izgaranjem. Od svih vrsta eksploziva barut reagira najsporije. Vrlo je osjetljiv na mehaničke impulse. Osjetljivost mu je na udar i trenje u razini osjetljivosti jakih sekundarnih eksploziva, heksogena i oktogena. Posebice ga karakterizira velika osjetljivost na plamen i iskru. Temperatura izgaranja je negdje oko 2400°C. Brzina igaranja (ili detonacije) 340 m/s. Energija je 720 kcal/kg. Amosferski tlak je 6 900. Relativna gustoća je 2 g/cm3. 6

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Reakcija: 2KNO3+3C+S=K2S+3CO2+N2 ili 10 KNO3 + 3 S + 8 C → 2 K2CO3 + 3 K2SO4 + 6 CO2 + 5 N2. Taj prah (barut) kad je u zatvorenome prostoru u vakumu (zbijen ili ne) i kad se do njega izazove zapaljenje, njegova snaga se prenosi na sve strane nekontrolirano, a to nekontrolirano širenje čestica nazivamo eksplozija. Kontrolirano širenje čestica nazivamo ekspanzija, npr. zapaljenje goriva u klipu motora, zrno u metku ima svoje usmjerenje, putem cijevi gdje vi to želite. Barut izgara naglo razvijajući veliku toplinu i stvarajući pretežno plinovite produkte uz neke krute (kalijev sulfid), koji daju dim. Eksploziju baruta možemo definirati opisom kao da kad dođe do njegovog zapaljenja da eksplozija mora jednostavno negdje izbiti, a ono što puca nije dim, nego plinoviti i vatreni produkti nastali izgaranjem lako zapaljive smjese (npr. bezdimni barut). Ekspandirajući plinovi izazivaju eksploziju. Crni barut Crni barut, ili kako se još naziva dimni barut, homogenizirana je smjesa kalijevog nitrata (KNO3), sumpora (S) i drvenog ugljena. Crni je barut vrlo osjetljiv na mehaničke impulse. Osjetljivost mu je na udar i trenje u razini osjetljivosti jakih sekundarnih eksploziva, heksogena i oktogena. Posebice ga karakterizira velika osjetljivost na plamen i iskru. Zbog takvih svojstava rad sa crnim barutom zahtjeva primjenu strogih mjera pirotehničke sigurnosti, posebno usmjerenih na spriječavanje stvaranja uvjeta koji bi mogli izazvati nastanak iskre (trenje, statički elektricitet i sl.). Zbog izvanredno velike osjetljivosti na iskru i plamen, velike brzine pripaljivanja i sagorijevanja kod nižih pritisaka, crni je barut našao veliku primjenu u municiji. Unatoč nekim nedostacima (u prvom redu velikoj higroskopnosti), crni barut je i danas nezamjenljiv u izradi sporogorećeg štapina, pripala za barutna punjenja i različite pirotehničke smjese, zatim za izradu vježbovnih sredstava, i sl. Donedavno se crni barut primjenjivao i za izradu usporivača, npr. usporivača za upaljač ručne bombe. Malodimni barut Trinitroceluloza (nitroceluloza, celulozni nitrat, TNC, malodimni barut, bezdimni barut, C6H4O6N2) je puščani prah, 3 do 5 puta jači od crnoga baruta. Bezdimni barut potpuno je istisnuo dimni barut. Gori brže i bolje od crnoga baruta, ali je i do danas potpuno istisnio dimni barut. 1886. godine je postupno nadomjestio u vatrenom oružju svih vrsta. Dobiva se nitriranjem celuloze (npr. pamuka) (starter metak) ili pak drvenog ugljena koji je preteča celuloze (obični bojevni metak). Svaka država ima svoju tvornicu oružja, pa njenu proizvodnju, tj. sastojke i ostale stvari vezane uz nju reguliraju oni po standardima. U starter metku je žute ili bijele boje u obliku plosnatijih kuglica, pamuka ili praha, dok u bojevnim mecima crne u obliku kuglica, listića ili valjkastih sitnih oblika. Pri dodiru s plamenom ne eksplodira nego izgara vrlo brzo. Brzina izgaranja mu je: VoD (cca)= 7300 m/s, uz stvaranje „fireball efekta“, velike jake svjetlosti. Pri izgaranju razvija samo plinovite produkte. Plinovi nastali njegovom eksplozijom ne uzrokuju rasprsnuće čahure i cijevi, nego potiskuju i izbacuju metak. Bizantnost u usporedbi s TNT-om je 0.78. Kod TNC-a najviše se mora paziti da ne dođe u dodir s plamenom ili možda iskrom, osim tog nedostatka, vrlo je stabilna. 3.2.2. Brizantni - lomljivi eksplozivi

7

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Brizantni eksplozivi (sekundarni, rušilački) se odlikuju velikom brzinom detonacije, što uzrokuje snažna i ogromna razaranja. Osjetljivi su znatno manje od inicijalnih. Trenje i vatra im toliko ne smetaju. Upotrebljavaju se za miniranje u građevinarstvu i rudarstvu, za punjenje topovske tanadi, mina, bombi, torpeda i sl.. Među najvažnijima su: dinamit, praskava želatina, trinitrotoluen (TNT), pikrinska kiselina, pentrit, heksogen (ciklonit), oktogen, oksilikvit, amonit i tetril. Kad bi neki od eksploziva eksplodirao u moru i ako ima neki ronilac na daljini od 5-6 km ubilo bi ga, jer se čestice brže prenose u vodi, nego na kopnu, ,a kad bi taj isti eksplodirao na zemlji, neko na 4 kilometra ne bi ga uopće ni čuo. Kad neki eksploziv eksplodira na čistini ili u nekoj rupi-vakumu (npr. bušotina u kamenolomu), nije isto! Najjači eksplozivi razvijaju po kilogramu mase oko 7000 kJ, dok 1 kilogram ugljena antracita daje toplinu oko 35.500 kJ. Prema tome, kada bi antracit mogao izgorjeti odjednom, djelovao bi oko pet puta jače od najjačega eksploziva. Naime, poznato je da svaki eksploziv detonira jačom početnom brzinom i da ga se više uspije detonirati što mu je veća gustoća. Često se dešava da dio ostane, raznese ga detonacija, ili pak zaostane. To se postiže nabijanjem. Ipak ako je gustoća prevelika smanji mu se osjetljivost, to objašnjava zašto pri ekstremno niskim temperaturama eksplozivi jednostavno zataje i zašto je zimi veći broj polovično eksplodiranih granata. Nitroglicerin Nitroglicerin je tehnički naziv za ester glicerola i nitratne kiseline (dušićne). Nitroglicerin se dobiva nitriranjem alkohola glicerola. Poznat je pod starim nazivom nitroglicerin, iako nije nitro-spoj. Poznat je po raznim tehničko-hemijskim nazivima, poput: NG (kratica od nitroglicerin), nitroglicerol, trinitroglicerin, glicerol-trinitrat, trinitrooksipropanol, pakleno ulje, eksplozivno ulje. Kemijke formule na 13°C: C3H5N3O9 ili C3H5(NO3)3 ili pak na 16°C: C3H5(ONO2)3. Gustoća mu je na 15°C: 227,0872 g/mol i 1,599 g/cm3, a na 13.2°C 1,1. Ledište mu je na 13°C i pod nikakvim uvjetima NE SMIJE biti čuvan na temperaturi nižoj od 15°C (izgleda kao ulje), jer je on tada osjetljiv tako reći na stvarno sve i žestoko će eksplodirati čak i ako ga malo protresete. Ako se NG kristalizira, postaje još puno osjetljiviji nego što je bio u prethodnoj tekućoj formi na oko 16°C. On se ne smije stavljati (ostavljati) u: rashladne uređaje, hladne prostorije, zaleđivati itd.. Perfektna temperatura bi bila negdje oko 20-25°C. Mora se čuvati dalje od bilo kakvog iskrenja, na tamnom, ali ne i hladnom mjestu! CAS broj je 55-63-0. Prije je bio jedini poznat eksploziv. S njim je Alfred Nobel napravio dinamit i kao takav je bio manje opasan. Prije je bio bizatni eksploziv, u vrijeme II svj. rata inicijalni eksploziv, a sada se ne koristi nigdje zbog svoje osjetljivosti, a i istisnuli su ga drugi jači i bolji eksplozivi (i jeftiniji). Njegovo držanje u kući, je jako pasno, pa prije, kad se sa njim miniralo, držao se u nekom alkoholu, najčešće u acetonu, otopljen u omjeru 50:50. I takvo čuvanje u acetonu smanjivalo je vjerovatnost od eksplozije. U tvornicama gdje se radio, odmah se pretvarao u dinamit, jer njegovo čuvanje je jako opasno. Jako je osjetljiv, ali postaje siguran tek kada se iz njega napravi dinamit (brizantni eksploziv), tj. kada ga se napravi, mora ga se pretvorit odmah u dinamit. U čvrstom stanju može biti bezbojne ili žute boje, što ovi si o tome, je li nitriran samo sa nitratnom kiselinom 8

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

ili sa nitratnom i sumpornom kiselinom (smjesa za nitriranje). To je gusta, teška, eksplozivna, nestabilna i uljasta tekućina.Prije se koristio većinom za proizvodnju dinamita kod miniranja i kao tekuće brzogoreće gorivo u vojnim raketama u II. svj. ratu. Danas ga je potpuno zamijenio EGDN (etilen glikol-dinitrat), spoj sličan nitroglicerinu, samo što je manje osjetljiv, jeftiniji je i jači. Temperatura izgaranja je negdje do oko 4650°C, što je MAX., jer ovisi o količini glicerola i sumporne kiseline, a detonacijska brzina mu je oko 7700m/s-8000 m/s., na 0.5 kg ili 0.5 l. Dekopromimira na oko 50°C-60°C i izbacuje iz sebe štetno-smrtosne NO2 (NOX) plinove. Ne smije pasti s više od 6 cm visine i da ga ima više od 7 ml i na njega ne smije pasti teret veći od 2 kg sa 5 cm, a pri udaru čekića snage (i težine) 1kg sa visine od 2 cm. U trenutku eksplozije detonirajuće kapisle zapali se kompletan NG u djeliću mili sekunde u 25 mm2, što ovisi je li na čistini ili u rupi, je li čisti NG, itd.. Dinamit Dinamit (prema grč.: sila, snaga) je naziv za vrlo snažan brizantni eksploziv, koji se već u XIX. st. proizvodio na bazi glicerol-trinitrata, poznatijeg pod starim nazivom nitroglicerin. Alfred Nobel utvrdio je (patentirao) 1867.g. da infuzorijska zemlja adsorbira gliceroltrinitrat i tvori s njim plastičan i manje osjetljiv eksploziv, koji je nazvao dinamit. Obično se isporučivao u obliku štapa dugačkog 35 centimetara čiji je promjer 3,5 centimetara. Dinamit se smatra visoko eksplozivnim.

Slika 2

Prve vrste dinamita sadržavale su 75% glicerol-trinitrata, 24, 5% infuzorujske zemlje i 0,5% sode. Bio je takozvani gurdinamit, u kojem je infuzorijska zemlja bila neaktivna baza (smanjivala je detonaciju i nije izgorjela prilikom detonacije). Poslije se proizvodio pretežno dinamit sa aktivnom bazom, mješavinom glicerol-trinitrata sa salitrom (kalijevim nitratom), drvenom piljevinom, prašinom kamenog ugljena i dr.. To su bile masne, vrlo hidroskopne tvari, koje su se priređivale u obliku patrona i izolirale slojem voska ili plastike kako bi se spriječilo prodiranje vlage. Nobel je također otkrio da kolodijski pamuk (nitrirana celuloza s 11 do 12% dušika) daje s glicerol-trinitratom želatinsku smjesu, tzv. praskavu želatinu (ondašnji želatinski dinamit).

9

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Na temperaturi nižoj od ledišta (ili pak višoj od tališta-vrenja) glicerol-trinitrata dinamitske patrone lako zataje, a katkad razvijaju i otrovne zapaljive plinove. Kako glicerol-trinitrat ima visoko ledište (13°C), dodaju mu se glikol-dinitrat ili pak NaCl i druga sredstva za sniženje ledišta. Nitroglicerin se često prije upotrebljavao u rudarstvu, ne nikada čisti-sam, već sa mješavinom sa kuhinjskom soli, jer kuhinjska sol sadrži jod, a jod povećava detonaciju nitroglicerina, a natrijev klorid izgori u eksploziji. Ne samo to, nego dobije dodatnu potisnu moć, a manje topline, što je bilo bitno da se ne bi aktivirala ugljena prašina (uljen antracit) sa zemnim plinom. To se koristilo do sredine XX. stoljeća, a kad je bilo vrijeme tvornica, onda se je isprobavalo razne kompozicije, evo jedne od ovih koje su se koristile do 90-ih godina prošloga stoljeća: o o o o o o o o o o o

32%-Nitroglicerin, 28%-čilska salitra (natrijev nitrat), 10%-ugljen u prahu (ugljen-prašina), 29%-amonijevoga nitrata, 1%-nitroceluloze, 24%-Nitroglicerin, 9%-salitra (kalijev nitrat), 56%-čilska salitra, 9%-ugljena prašina, 2%-amonijev nitrat, 35%-Nitroglicerin, 45%-salitra, 6%-ugljen u prahu, 2,5%-nitroceluloze, 5,5%vazelin, 6%-kalijev karbonat, 25%-Nitroglicerin, 26%-salitra, 34%-ugljen u prahu, 5%-barijev nitrat, 10%jestivi škrob, 57%-Nitroglicerin, 19%-salitra, 9%-ugljen u prahu, 12%-amonijev nitrat, 3%nitroceluloza, 18%-Nitroglicerin, 70%-čilska salitra, 5%-ugljen u prahu, 5%-kalijev klorid, 2%dekstrin, 26%-Nitroglicerin, 40%-ugljen u prahu, 32%-barijev nitrat, 2%-soda (natrijev karbonat-Na2CO3), 44%-Nitroglicerin, 12%-ugljen u prahu, 44%-natrijev sulfat, 24%-Nitroglicerin, 32%-salitra, 34%-ugljen u prahu, 10%-amonijev nitrat, 26%-Nitroglicerin, 33%-salitra, 41%-ugljen u prahu, 15%-Nitroglicerin, 58%-čilska salitra, 21%-ugljen u prahu, 11%-sumpora.

I razne druge mješavine su se proizvodile, ali ove mješavine su bile rađene za gospodarstvo, a dok je ova mješavina, tj. prva mješavina koja se koristila kao vojni eksploziv: TNC + aceton=collodion=>collodion + nitroglicerin=blasting gelatine=>dinamit. Sastojci nisu morali bit 100%-tni, jer je to eksploziv, pa je bilo i bolje da ne bude. Koristili su se još i razni sastojci poput ovih: tupina (zemlja), kalijev karbonat, cinkov oksid, aluminij u prahu. Moralo je biti više od 15% NG-a, jer ako bi bilo manje, nema koristi, možda bi eksplodirao, ali ne onom jačinom koja bi trebala. Danas se umjesto glicerol-trinitrata za pripravu dinamita uzima amonijev nitrat uklopljen u želatinsku masu od celuloznog nitrata i glikol-dinitrata. Takav je eksploziv, nazvan amonijski dinamit, otporan prema vlagi, pouzdaniji, sigurniji, malo jači i jeftiniji od dinamita s glicerol-trinitratom. Pikrinska kiselina - trinitrofenol: Pikrinska kiselina (prema grč. riječi pikros, što znači: gorak). 2, 4, 6-trinitrofenol, HOC6H2(NO2)3 ili pak TNP. Poput limuna žut kristalni prah, slabo topljiv u vodi. Snažno eksplodira ako se zagrije iznad 294°C. Njezine soli s metalima (pikrati) vrlo su osjetljive na udarac i upotrebljavaju se kao eksplozivi. Pikratima se nazivaju i 10

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

molekularni kompleksi pikrinske kiseline s aromatskim ugljikovodicima, koje zbog karakteristične boje i mogućnošću točnog određivanja tališta primjenjuju u pročišćavanju i identifikaciju aromatskih ugljikovodika. Prije se koristila kao organska boja u industriji, ali zbog svoje osjetljivosti na eksploziju povučena je (1950-ih godina) i počela se proizvoditi kao vojni eksploziv. Pikrinska kiselina može se proizvoditi nitriranjem fenola, benzena ( Wolfenstein-Boters reakcija ) salicilne kiseline ili čak acetilsalicilne kiseline. Trinitrotoluen (TNT) Trinitrotoluen (C7H5N3O6 ili C6H2(NO2)3CH3, TNT, trotil, tritol, trinitrometilbenzen) je najslavniji do prije nedavno (50-ih godina prošloga stoljeća), jer su ga zamijenili ANFO eksplozivi je nosio titulu najjačeg do tada poznatoga eksploziva. Svijetložuti (ponekad i blijedo-rumeni), kristalično-tekući eksploziv, bez mirisa, ali jako otrovan. Iz toluena je 1861.g. hemičar Joseph Wilbrand dobio, istina ne potpuno hemijski čist, TNT (trinitrotoluen). Tada je sasvim slučajno prvi put otkriven, ali je prvi put sinteziran 1902.g., a od 1910.g. se počeo na veliko proizvoditi, kao TNT-ov dinamit. Nitroglicerin je sličan spoj kao i on, jer se dobivaju nitriranjem s nitratnom i sumpornom kiselinom, ali su im pak različiti glavni sastavi, dok je u NG-a alkohol glicerol, u ovoga je toluen (metilbenzen). Prvi vojni eksploziv je bio napravljen od 40% nitroglicerola (NG-a) i 60% TNT-a.

CH3 NO2

O2N

NO2 TNT se dobija reakcijom azotne kiseline i toluena u prisustvu sumporne kiseline. Nitrovanje se izvodi kontinualnim postupkom prema sljedećoj šemi:

11

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

CH3

CH3

NO2

O2N

+ HNO3 + H2SO4

NO2 U procesu sinteze 2,4,6-trinitrotoluena (TNT), pored ovog jedinjenja nastaju i nesimetrični trinitrotoluenski proizvodi prizvodi, kao sto su 2,3,4- , 2,4,5- , 2,3,4- , 2,3,5- , 3,4,5- , 2,3,6-trinitrotolueni. Ukupna kolicina ovih osetljivih i nepoželjnih proizvoda iznosi oko 5% i oni se odvajaju sulfiranjem. TNT je eksploziv koji se do nedavno (do 1990-ih godina) koristio u vojnim (artiljerijskim) granatama i ručnim bombama i u civilne svrhe (građevinski eksplozivi). Većina eksploziva koja je napravljena, budu u tekućoj formi. I kao takvi se mjere po jakosti TNT-a u postocima. Tako npr. AN (amonijev nitrat) je pak 40% jači od TNT-a, a ANFO eksplozivi su jači i do 55% od TNT-a. Oni se na licu mjesta, u tvornici, odmah prerađuju u krutu i čvrstu masu (ne uvijek plastičnu, ni praškastu). Njegove glavne karakteristike, koje su ovdje opisane, su provedene, dok je bio u tekućem stanju, čisti, na temperaturi oko 25°C: o CAS broj: 118-96-7 o Relativna moć: 100% TNT o Gustoća mu je: 227,13 g • mol−1, tj. 1,65 g • cm−3 o Vrelište na: 80,35 °C - 80,75 °C o Talište na: 300 °C,a daljnjim zagrijavanjem preko 310°C, slijedi eksplozija o Energija eksplozije: 4,23 kJ/g o Volumen plinova: 710 cm3/g o Detonacijska brzina: 6,94 km/s ili 6935 m/s o Temperatura eksplozije: 458°C TNT je je dovoljno stabilan za razne manipulacije, pa zbog toga predstavlja osnovnu vojnu eksplozivnu materiju, a koristi se i u rudarstvu.

3.2.3. Sigurnosni eksplozivi (amonijum - nitratni eksplozivi) Amonijev nitrat 12

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Amonijev nitrat (NH4NO3, amonijeva salitra) je tvar smjese amonijaka s nitratnom kiselinom. Bijeli prah, kristali,oksidator koji je sam po sebi iznimno stabilan pa se ni ne smatra eksplozivom. Zabilježeno je da može spontano detonirati u ogromnim količinama(više hiljada tona) i tada ima snagu ekvivalentnu 40% TNT. Dobiva se na razne načine. U amonijev lug (NH4OH) se dodaje nitratna kiselina (HNO3) i kad većina tekućine izlapi i bude manje NOx plinova, na dnu posude budu kristali soli koji su pri toj reakciji nastali. Višak tekućine se odlije, a novo nastala sol izvadi i posuši.

Slika 3

Njegove soli su popularno gnojivo KAN (Kalcij Amonij Nitrat) ili pak AN (Amonij nitrat). Za čisti amonijev nitrat (gnojivo) treba posebna poljoprivredna dozvola. Osim što se koristi za poljoprivredu, njegove soli se mješaju s tekućim eksplozivima i koristi se kao eksploziv. Dodaje mu se pijesak (dolomit) u obliku kalcija, i ostali spojevi, da bi se smanjila mogućnost od eksplozije. Amonijev nitrat je pak jako teško detonirati. Kad mu se doda neke od goriva ili eksploziva onda postaje osjetljiviji.No ponekad ni to nije dovoljno pa je upotreba pojačnika neizbježna. Eksplozivi koji sadrže naftne destilate nazivaju se ANFO eksplozivi. 3.2.4. Inicijalni eksplozivi ili detonatori Inicijalni eksplozivi (primarni, potisni, upaljači eksploziva) su eksplozivne tvari koje su osjetljive na: plamen, vatru, udarce, neke čak i na pretresanja i svjetlost, elektricitet i elektro iskrenja, visoke temerature, slučajni dodir sa nekim drugim hemikalijama i druge nepogode i razne mehaničke radnje. Oni spadaju pod najosjetljivije eksplozive, manje rušilačke moči i koriste se za punjenje detonirajućih inicijalnih kapisla (detonatora), koji služe za aktivaciju bizantnih (sekundarnih) eksploziva. Kod njih je izraženo to da imaju mali kapacitet velike snage. Nikad ne koriste u glavnom punjenju bombe jer bi mogle izazvati spontanu eksploziju. Rade se u malim količinama, a tako se i upotrebljavaju. Kod zapaljenja na otvorenome, vidljiva je velika gusta vatra bez dima. Često se dešava da kad inicijlni eksploziv pukne jako u središtu bizantnog da ga ne aktivira cijeloga i da nekad mali komad zaostane ili ga detonacija odbaci, za takav tip problema se je našlo rješenja i sada ima preko 30 vrsta inicijalnih eksploziva, koji svaki različito reagira. 13

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

U tu svrhu služe u prvom redu praskava živa i olovni azid, koji su prije bili korišteni dok sada: aceton peroksid (AP), metiletilketon peroksid (MEKP, tekući inicijalni eksploziv), trinitroceluloza, heksametiltrinitrat (HMTD). Živin fulminat Živin fulminat je jako nestabilan primarni eksploziv koji je prvi put sintetizirao Johann Kunckel von Löwenstern na kraju 17. st. Živin fulminat je jako osjetljiv na struju, elektrostatski naboj, trenje i toplinu i čuva se u vodi. Živin fulminat se dobija rastvaranjem žive u azotnoj kiselini i ulivanjem rastvora u etil alkohol. Reakcija je praćena ključanjem, pri čemu se najprije izdvoje isparljivi sastojci, a na dnu suda iskristališu iglice fulminata. Fulminat žive je bijeli do svijetlo sivi sitni kristalni prah, vrlo osetljiv na udar, trenje i toplotu. Detonira na temperaturi od 1900C, zbog čega sa njim treba oprezno postupati. Vlaga smanjuje eksplozivne karakteristike živinog fulminata, tako da pri vlažnosti od 5% dolazi do djelimične eksplozije pri udaru. Pri vlažnosti od 10% fulminat se razlaže bez detonacije, a pri vlažnosti od 30% ne nastupa hemijsko razlaganje. Ima negativan bilans kiseonika (-17%), kristalna gustina je 4,42g/cm3, a nasipna 1,22-1,6g/cm3. Specifična zapremina gasova je 243l/kg. Brzina detonacije, pri gustini od 4,0g/cm3, je oko 5400m/s. Osjetljivost na udar tegom od 2kg iznosi samo 4cm. Dodatkom ulja, voštanih materija, parafina i dr. osjetljivost fulminata žive se može znatno smanjiti (dobija se flegmatizovani fulminat žive). Živin fulminat se prvenstveno koristi kao primarno punjenje detonatorskih kapisli. Količina živinog fulminata u kapisli br. 6. je oko 0,3-0,4g, a u kapisli br. 8. oko 0,40,5g.

Živin fulminat

14

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Podaci o eksplozivu Osjetljivost na udarce

Visoka

Osjetljivost na trenje

Visoka

Eksplozivna brzina

4250 m/s

Tabela 2.

Olovni acid 15

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Olovni acid Pb(N3)2 se koristi kao inicijalni eksploziv. Kovalentni acidi su brojni, a jedan primjer je [Co(NH3)5N3]Cl2. Metalo-organski acid je trimetilsilil azid, koji se ponekad koristi kao bezvodni izvor N3−. Olovo acid nastaje iz vodenog rastvora natrijum acida i olovo nitrata (ili acetata), pri čemu se acid olova obori kao sitno iskristalisan beličast prah. Gustina olovo acida je 4,8g/cm3. Prema udaru i trenju manje je osetljiv od fulminata žive. Može se presovati pod visokim pritiskom (do 200MPa), a da ne gubi osjetljivost. Znatno je jači od živinog fulminata. Prema vlazi je manje osjetljiv, jer i sa 30% vlage reaguje kao u suhom stanju. Brzina detonacije olovo acida, pri gustini od 3,8g/cm3 je oko 4500m/s, a pri gustini od 4,6g/cm3 je oko 5400m/s. Osjetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 10cm, specifična zapremina gasova je 308l/kg, a temperatura eksplozije 37300C. Zbog svojih dobrih osobina sve više potiskuje živin fulminat, jer je jeftiniji, jači i sigurniji za rukovanje. Ima visoku tačku zapaljivosti 320-3600C. Pod uticajem ugljendioksida raspada se, stvarajući azotvodoničnu kiselinu koja je sklona detonaciji. Zbog toga se u kapislama iznad olovo acida stavlja sloj nekog drugog inicijalnog eksploziva, najčešće olovo trinitroresorcinata. Olovo acid se upotrebljava kao primarno punjenja detonatorskih kapisli. Kapisle moraju biti od aluminijuma, jer olovo acid hemijski reaguje sa bakrom i nagriza ga. Elektrodetonatori sa olovo acidom ne smiju se upotrebljavati u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine. Olovo trinitroresorcinat – C6H(NO2)3O2 Olovo trinitroresorcinat ("ten") nastaje iz vodenog rastvora olovonitrata (ili acetata) u koji se uliva rastvor Mg (ili Na) trinitroresorcinata. To je sitno iskristalasta materija smeđe boje, gustine 3,01g/cm3, velike brizantnosti. Lako se pali iskrom. Upotrebljava se kao primarno punjenje rudarskih kapisli. Acid srebra Ag(N3)2 Acid srebra nastaje iz vodenog rastvora srebro nitrata i natrijum acida. Dobija se u obliku bezbojnih ortorombičnih kristala koji su veoma osjetljivi na udar i trenje. Kristalna gustina je 5,1g/cm3, temperatura samozapaljenja 2900C, relativna energija u odnosu na TNT je 45%. Iako je vrlo stabilan i osjetljiv na udar i trenje, nije našao širu primjenu u rudarstvu jer je dosta skup.

16

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

4. Karakteristike eksplozivnih materija Karakteristike rudarskih eksploziva zavise od sastava i kvaliteta sirovina za dobijanje eksploziva. Sastav eksploziva mora biti takav da pri eksploziji ne oslobađa štetne gasove ili ostavlja čvrste ostatke. Osobine rudarskih eksploziva mogu se grupisati u dvije osnovne grupe i to: o fizičko – hemijske osobine, i o tehničko - minerske osobine. Između ovih osobina postoji međusobna zavisnost o čemu se pri proizvodnji eksploziva mora voditi računa. Rudarskim stručnjacima je od izuzetne važnosti dobro poznavanje svih osobina eksploziva, a naročito tehničko-minerskih, radi njihove što pravilnije i efikasnije primjene u eksploataciji. Ispitivanje tehničko-minerskih osobina rudarskih eksploziva vrši se obavezno pri proizvodnji eksploziva, a i kasnije u toku njihove upotrebe. U daljem tekstu obradit će se važnije fizičko-hemijske i tehničkominerske karakteristike eksploziva. 4.1. Fizičko-hemijske karakteristike eksploziva Najvažnije fizičko-hemijske osobine eksploziva su: o o o o o o o o o o o

gustina, bilans kiseonika, hemijsko razlaganje eksploziva, brzina razlaganja, hemijska stabilnost, granični prečnik eksplozivnog punjenja, osjetljivost na iniciranje, pritisak eksplozije, toplota i temperatura eksplozije, gustina patrone, vodootpornost i dr.

Gustina je osobina od koje u velikoj mjeri zavise karakteristike eksploziva. Postoji nekoliko gustina eksploziva, kao što su: gustina punjenja, kritična gustina, nasipna gustina i dr. Gustina punjenja predstavlja odnos mase eksploziva i ukupne zapremine, uključujući sve pore i šupljine među kristalima koje ostaju nakon patroniranja, presovanja ili livenja eksploziva. Kod rudarskih eksploziva kreće se oko 1,0g/cm³ za praškaste vrste i oko 1,5g/cm³ za plastične vrste eksploziva. Kritična gustina je maksimalna gustina pri kojoj eksploziv sigurno (stabilno) detonira. Pri daljem povećanju gustine iznad kritične eksplozija izostaje. Nasipna (gravimetrijska) gustina je gustina koja se postiže pri sobodnom padu eksploziva. Izražava se u kg/l. Zavisi od veličine i oblika kristala, visine sa koje eksploziv pada, sadržaja vlage i dr. 17

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Bilans kisika predstavlja razliku količine kiseonika koja se nalazi u sastavu eksploziva (hemijski vezanog) i količine koja je potrebna za potpunu oksidaciju (sagorijevanje) ugljenika, vodonika i drugih alkalnih metala. U zavisnosti od toga da li u gasovitim produktima razloženog eksploziva ima molekula kiseonika ili nema, razlikuju se tri slučaja: - pozitivan bilans kiseonika, - uravnotežen (nulti) bilans kiseonika, - negativan bilans kiseonika. Eksploziv ima pozitivan bilans kiseonika kada u produktima sagorijevanja ima slobodnog kiseonika, koji je preostao poslije potpune oksidacije ugljenika u CO2 i vodonika u H2O. Jako pozitivan bilans kiseonika je štetan, jer dolazi do njegovog gorenja i stvaranja azotnih oksida. Eksploziv ima nulti (uravnotežen) bilans kiseonika kada u produktima sagorijevanja nema slobodnih molekula kiseonika. Takav odnos sastavnih komponenti naziva se stehiometrijskim. Eksploziv ima negativan bilans kiseonika kada je količina ugrađenog kiseonika nedovoljna za potpunu oksidaciju svih sagorljivih elemenata iz eksploziva. Tada se u produktima sagorijevanja pojavljuje veća količina otrovnih gasova zbog nepotpune oksidacije, kao što su: ugljenmonoksid, oksidi azota, sumporni gasovi itd., koji su veoma opasni po zdravlje ljudi. Eksplozivi namjenjeni za podzemnu eksploataciju moraju imati pozitivan bilans kiseonika, a eksplozivi namjenjeni za površinsku eksploataciju mogu imati i negativan bilans kiseonika. Hemijsko razlaganje eksploziva predstavlja oksidaciju sagorljivih elemenata u masi eksploziva, pri čemu nastaju produkti eksplozije. U produktima nepotpune detonacije pojavljuju se jako otrovni gasovi ugljenmonoksid, azotovi oksidi i dr. Svaku eksploziju prati i izdvajanje velike količine toplote. Sastav gasovitih produkata nastalih pri hemijskom razlaganju eksploziva zavisi od hemijskog sastava, brzine razlaganja eksploziva i sredine u kojoj se eksplozija odvija (zatvorena ili otvorena). Brzina hemijskog razlaganja predstavlja brzinu provođenja energije aktiviranja kroz masu eksploziva. Na osnovu brzine hemijskog razlaganja eksplozivi se djele na: deflagrantne i brizantne. Kod deflagrantnih eksploziva energija aktiviranja prenosi se kroz masu eksploziva provođenjem toplote, dok kod brizantnih eksploziva putem detonacionog-udarnog talasa. Prenošenje energije aktiviranja putem detonacionog talasa je mnogo brže nego provođenjem toplote. Granični prečnik eksplozivnog punjenja predstavlja minimalni prečnik punjenja ispod koga se ne može izazvati detonacija eksploziva. Pri manjem prečniku od graničnog prečnika detonacije, hemijski gubici usljed bočnog rasipanja dovode do znatnog smanjenja energije udarnog talasa, a samim tim i brzine proticanja udarnog talasa kroz eksplozivnu masu. Ovako oslabljena energija talasa više nije u stanju da izazove hemijsko razlaganje u ostalim djelovima eksplozivnog punjenja, pa 18

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

detonacija prestaje. Veličina kritičnog prečnika detonacije zavisi od sastava i vrste eksploziva. Ukoliko eksploziv ima veći procenat senzibilizatora kritični prečnik je manji. Male kritične prečnike imaju vrlo osetljivi i jako brizantni eksplozivi. Početni inicijalni impuls predstavlja neophodan i dovoljno snažan impuls za početak razlaganja eksploziva, kako bi se eksploziv potpuno razložio sa najvećom brzinom detonacije. Za svaki eksploziv određena je minimalna količina inicijalnog eksploziva koja izaziva potpuno razlaganje. Početni inicijalni impuls može biti: - toplotni (plamen, zagrijavanje, snop zraka i sl.); - mehanički (udar, trenje i dr.); - hemijski (reakcije sa oslobađanjem toplote). Veličina početnog inicijalnog impulsa zavisi od osjetljivosti eksplozivne materije, gustine patroniranja, homogenosti mase, vlažnosti i dr. Osjetljivost (senzitivnost) eksploziva predstavlja otpornost eksploziva prema spoljnim faktorima, kao što su: vlaga, povišena temperatura, udar, potres, trenje itd. Higroskopnost je osobina pojedinih eksploziva da na svojim kristalnim površinama apsorbuju molekule vode iz vazduha, usljed čega postaju praktično neupotrebljivi. Manji kristali eksploziva apsorbuju više molekula vode iz vazduha. Higroskopnost je karakteristična za praškaste eksplozive: amonijumnitrat, praškaste amonijumnitratske eksplozive i dr. Ovi eksplozivi kad se jače ovlaže teško detoniraju ili u opšte ne mogu detonirati. Osjetljivost prema toploti je naročito velika kod baruta, fulminata žive i acida olova, koji eksplodiraju pod dejstvom povišene temperature (iskra, plamen i sl.). Mnogi brizantni eksplozivi (praskavi želatin, dinamit, amonal i dr.) kad dođu u kontakt sa plamenom samo se upale i gore bez eksplozije. Osjetljivost eksploziva prema udaru i potresu kreće se u vrlo širokim granicama. Fulminat žive, acid olova i drugi inicijalni eksplozivi veoma su osjetljivi na udar i potres, zbog čega se koriste za izradu sredstava za paljenje eksploziva. Dinamiti na temperaturama ispod +80C "smrzavaju se" i postaju vrlo osjetljivi na potres i trenje. Stepen zbijenosti praškastih eksploziva smanjuje njihovu osjetljivost ako se pređe izvjesna granica. Prisustvo oštrih čestica u eksplozivu (pjesak, čestice metala, stakla i sl.) jako povećavaju osjetljivost eksploziva prema udaru. Primjese uljanih i voštanih materija umanjuju osjetljivost eksploziva pri potresu. Toplota eksplozije je količina toplote koja se oslobodi pri potpunom eksplozivnom razlaganju 1kg ili 1mola eksploziva, pri stalnoj zapremini. Izražava se u kJ/molu ili kJ/kg. Određuje se eksperimentalno pomoću kalorimetra za eksplozive ili 19

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

računskim putem. Ukoliko je veća količina oslobođene toplote pri eksploziji utoliko je veća i radna sposobnost eksploziva. Temperatura eksplozije predstavlja maksimalnu temperaturu do koje se pri eksploziji zagriju produkti eksplozije. Zavisi od hemijskog sastava eksploziva i dobijenih produkata eksplozije. Određuje se eksperimentalno spektografskom metodom ili računskim putem. Što je temperatura eksplozije niža, to je opasnost od detonacije eksploziva veća i obratno. Pritisak eksplozije predstavlja zbir pritiska gasova i pritiska detonacije.Kod brizantnih eksploziva razlikuju se: - pritisak gasova ostvaren neposredno posle eksplozije eksploziva u određenom prostoru, i - pritisak detonacije ostvaren u sloju eksploziva zahvaćenog talasom detonacije. Kod brizantnih eksploziva udarnim dejstvom pritisaka detonacije stijena se zdrobi, a zatim se pritiskom gasova razdrobljeni materijal razbaca. Kod deflagrantnih eksploziva dolazi do izražaja samo pritisak gasova.

4.2. Tehničko-minerske karakteristike eksploziva Najvažnije tehničko-minerske osobine eksloziva su: o o o o o o o o

radna sposobnost, brizantnost, brzina detonacije, prenos detonacije, veličina i trajanje plamena eksplozije, osjetljivost na udar, relativna radna sposobnost, sigurnost na metan i eksplozivnu ugljenu prašinu i dr.

Radna sposobnost se definiše kao ukupno dejstvo pritiska gasova i pritiska detonacije, ili ukratko kao jačina eksploziva. Eksperimentalno radna sposobnost se može odrediti na sledeće načine: proširenjem standardnog olovnog bloka-metoda Traucla, balističkim klatnom (tzv. relativna radna sposobnost), podvodnom eksplozijom, krater testom i drugim metodama. Metoda proširenja standardnog olovnog bloka, Traucl test, predstavlja jednu od najstarijih i najčešće primjenjivanih metoda za ispitivanje efikasnosti eksploziva. Radna sposobnost po ovoj metodi predstavlja proširenja cilindrične rupe u olovnom bloku prečnika 200mm i visine 200mm. Izražava se u cm3. Brizantnost je mjera moći drobljenja (rasprskavanja) i svodi se uglavnom na detonacioni pritisak. Brizantnost se određuje po metodi Hesa, rade po metodi Kasta. 20

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

Po Hesu brizantnost se određuje na osnovu zbijanja standardnih olovnih valjčića, koje izvrši eksploziv pri detonaciji iznad valjaka. Izražava se u mm. Brzina detonacije predstavlja brzinu detonacionog talasa koji se kreće kroz masu eksploziva konstantnom brzinom. Detonaciona brzina kod brizantnih eksploziva mjenja se sa promjenom gustine, tj. sa povećanjem gustine povećava se i detonaciona brzina, ali ne kod svih. Brzina detonacije određuje se po metodi Dotriša (Dautrich), svjetlosnim ili optičkim hronografom i elektronskim brojačem. Najčešće korištena metoda za određivanje brzine detonacije eksploziva je metoda po Dotrišu, koja se zasniva na upoređenju brzine detonacije detonirajućeg štapina i brzine detonacije ispitivanog eksploziva. Brzina se izražava u m/s. Razorna snaga eksploziva zavisi od brzine detonacije. Ukoliko je detonaciona brzina veća i razorna snaga eksploziva je veća i obratno. Prenos detonacije je sposobnost eksploziva da se energija aktiviranja sa udarne patrone prenese na susjednu pasivnu patronu eksploziva. Predstavlja maksimalno rastojanje u cm na kome dolazi do potpune detonacije pasivne patrone. Ukoliko je rastojanje na kome dolazi do prenosa detonacije veće, to je eksploziv pouzdaniji pri upotrebi. Veličina i trajanje plamena eksplozije su važne osobine eksploziva za rudnike sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine. Veličina plamena eksplozije raste sa količinom oslobođene toplote eksplozije. Eksplozivi sa velikom toplotom eksplozije (dinamiti i crni barut) proizvode veliki plamen, dok oni sa srazmjerno malom toplotom eksplozije (amonijumnitratski, metanski eksplozivi i dr.) proizvode mali plamen. Trajanje plamena eksplozije kreće se između 0,0002s i 0,25 sekundi i raste sa količinom oslobođene toplote.

Tabela osobina nekih eksplozivnih materija Karaktristika Molarna masa (kg/mol) Sadrzaj azota (%) Toplota stvaranja

LA 291,26 28,86 -1,45

TNT 227,1 18,5 -0,293

PETN 316 17,72 -1,7

RDX 296 37,84 -0,277

NC 281,75 12,5 -0,258

NC 290,7 13,4 -0,235

NG 227 18,5 -1,63 21

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE (KJ/g) Toplota sagorevanja (KJ/g) Toplota eksplozije (KJ/g) Specificna zapremina (l/kg) Brzina detonacije (m/sec) Pritisak detonacije (GPa) Temperatura samozapaljenja (0C) Temperatura topljenja (0C) Temperatura eksplozije (0C)

2,62

12,02

8,2

9,46

10,08

9,68

6,80

1,54

4,23

6,28

5,54

3,92

4,45

6,98

308

719

784

780

841

751

~5000

6940

8310

8640

7300

7600

18,9

32

93,8

~400

300

225

260

~250

80,8

141,3

204

3127

2590

3730

~180 2,2;13,2 3200

4250

Tabela 3. LA – olovo –acid; TNT – trinitrotoluen; PENT – pentraeritrit-tetranitrat; RDX – ciklotrimetil-triamin; NC – nitroceluloza; NG – nitroglicerin

5. Komponente koje ulaze u sastav eksploziva Svi privredni eksplozivi su mehaničke smjese više hemijskih jedinjenja. Ulazne komponente su međusobno pomješane u mehaničku smjesu, koja ne predstavlja hemijsko jedinjenje. Ovakve smjese sadrže u sebi sve neophodne elemente za 22

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

odvijanje procesa hemijskog razlaganja. Eksplozivi i eksplozivne materije izrađuju se od različitih komponenti, koje imaju određene uloge u sastavu eksploziva: o

o o

o

o

o

Potencijalni nosioci kiseonika ulaze u sastav eksploziva sa ciljem da obezbjede potpuno sagorjevanje komponenti eksploziva. Kao potencijalni nosioci kiseonika najčešće se koriste nitrati kalijuma i natrijuma. Senzibilizatori su materije koje se dodaju radi povećanja osjetljivosti i radne sposobnosti eksploziva (trotil, nitroglikol, želirani nitroglicerin i dr.). Sagorljive materije potpomažu sagorijevanje i povećavaju količinu oslobođene energije. Mogu biti u čvrstom ili tečnom stanju (metalni prahovi, dizel gorivo, retortni drveni ugalj i dr.). Flegmatizatori su materije koje smanjuju osjetljivost eksploziva, tako što kristale eksplozivne materije presvuku slojem inertne materije, čime se spriječava međusobni kontakt kristala i njihovo trenje. Za flegmatizaciju se koriste razne vrste sintetičkih voskova i razne vrste polimera. Materije za sniženje temperature eksplozije dodaju se radi sniženja početne temperature eksplozije, kako bi se spriječilo samopaljenje eksplozivne smjese u jamskom vazduhu. Kao materije za sniženje temperature koriste se natrijumhlorid, kalijumhlorid i druge inertne soli. Materije za stabilnost suspenzije i viskozitet su supstance koje lako hidrolizuju. Najčešće se koristi natrijumova so karboksimetil-celuloze, guar i dr.

23

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

6. Privredni eksplozivi Postoji velika mogućnost kombinovanja raznih eksplozivnih jedinjenja, aditiva i pripremanja eksplozivnih smjesa za različite namjene. Od posebnog značaja su takozvani privredni eksplozivi. To su uglavnom eksplozivne smjese koje sadrže nekoliko komponenti, a pripremaju se za specijalne namjene i miniranja u rudarstvu i građevini. Najpoznatiji su granulisani eksplozivi, kao na primer, smjesa koja sadrži amonijum-nitrat (90%), ugljenu prašinu (7%), karboksimetil-celulozu (1%) i dizel gorivo (2%) ili eksplozivna smesa koja sadrži amonijum-nitrat (87,9%), trinitrotoluen (5,5%), drveno brašno (4,5%) i dizel gorivo (2,5%). Ova vrsta eksploziva koiste se za miniranje srednje tvrdih i mekih stijena i ruda. Pored ovih privrednih eksploziva postoje i kašasti – vodoplastični eksplozivi. Ova vrsta eksploziva ima kašasto – plastičnu konzistenciju, odlikuje se visokom gustinom i dobrom vodootpornošću. Ova eksplozivna smjesa amonijum-nitrat (40%), natrijumnitrat (20%), aluminijum u prahu (15%), trinitrotoluen (15%), vodu (10%) i sredstva za zgrušavanje (0,5-2%). Ova vrsta privrednih eksploziva koristi se u rudarstvu za miniranje u uslovim gde je potrebna vodootpornost i za direktno ubrizgavanje u bušotine.

24

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

7. Sredstva za iniciranje eksploziva Da bi privredne brizantne eksplozive doveli do detonacije, potrebno im je saopštiti početni inicijalni impuls. Za to su potrebna sredstva za iniciranje koja imaju sposobnost da detoniraju ako se zapale plamenom ili iskrom. U sredstva za iniciranje eksploziva spadaju: detonatorska (rudarska) kapisla, električni detonatori, sporogoreći štapin, detonirajući štapin, o pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina, i o pojačivači impulsa-busteri. o o o o

25

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

8. Transport eksploziva Opće: Eksplozivi neće biti transportovani putem javnog prijevoza. Kad se prevozi u vozilima, treba se pridržavati sljedećih mjera opreza: 1. Dizajn vozila: Vozila koja se korise za prijevoz eksploziva trebaju biti

dovoljno jaka da bez poteškoća nose teret i trebaju biti u dobrom mehaničkom stanju. Ako vozila nemaju zatvorenu konstrukciju, konstrukcija će biti pokrivena sa ceradom otpornom na plamen i vlagu ili drugim učinkovitim zaštitama od vlage i iskre. Takva vozila trebaju imati čvrste podove, a izloženi metali koji mogu proizvesti iskru trebaju biti pokriveni drvetom ili drugim materijalima koji ne mogu proizvesti iskru da bi se spriječio kontakt sa paketima eksploziva. Paketi eksploziva ne smiju biti smješteni iznad stranica kod vozila sa otvorenom konstrukcijom. 2. Zabrane vezane za vozila: Priključenje bilo kojeg vida prikolice ili

poluprikolice ili bilo koje kombinacije za kamion kod prevoza eksploziva je zabranjeno. Eksplozivi se ne smiju transportovati na bilo kojoj prikolici (sa kukom). 3. Restrikcije za vozila: Vozila koja prevoze eksploziv ne smiju se voziti u

garažu ili servisnu radionicu radi popravke ili smještanja. 4. Sadržaj tereta na vozilima: Samo oni opasni proizvodi koji se smiju

prevoziti zajedno sa eksplozivnim materijama po DOT 49CFR-u smiju se transportovati u dijelu vozila koje sadrži eksplozivne materije. 5. Pregledi vozila: Dužnost osobe kojoj je data dozvola za prijevoz

eksplozivnih materija autoputevima po pravnoj nadležnosti je da dnevno ispita sva vozila u okviru ove namijene odnosno koja obavljaju ovaj vid prijevoza da bi se utvrdilo da: a) su protupožarni aparati napunjeni i da su u operativnom stanju b) su električni vodovi izolirani i sigurno pričvršćeni c) su motor, šasija, i konstrukcija vozila prilično čisti i bez prekomjernog prisustva masti i ulja d) su spremnik goriva i vodovi goriva sigurno pričvršćeni i osigurani od istjecanja e) kočnice, svjetla, uređaj za davanje zvučnih upozorenja, vjetrobransko brisači, i upravljački mehanizam radi ispravno f) su gume ispravno napumpane i bez grešaka i oštećenja g) su vozila u ispravnom stanju za prijevoz eksploziva 6. Znakovi za vozila: Svako vozilo za prijevoz eksploziva će biti označena ili

izlijepljeno sa obje strane, sprijeda i straga, u skladu sa zahtjevima DOT 49CFR-a 7. Odvajanje detonatora i eksploziva: Eksplozivne kapisle i električne

eksplozivne kapisle ne smiju se transportovati autoputevima po pravnoj nadležnosti u istim vozilima zajedno sa ostalim eksplozivnim sredstvima osim uz službenu vatrogasnu dozvolu. Dozvola za prijevoz detonatora i 26

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

eksploziva u istom vozilu izdaje se nakon što se vozilo ispita i utvrdi da zadovoljava I.M.E. zahtjeve. 8. Razjašnjenja vezana za kretanje vozila: Vozila koja prevoze eksplozivne

materije i koja se kreću u istom smjeru trebaju biti na međusobnoj razdaljini od jednog kilometra. 9. Putanja vozila: Vozila koja prevoze eksplozivne materije trebaju se kretati

takvim putanjama gdje bi izbjegli gust saobraćaj i prenaseljena područja. 10. Transportni tuneli: Eksplozivi se ne smiju transportovati kroz bilo kakav

kompletirani transportni tunel ili podzemni tunel. 11. Aparat

za gašenje požara: Svako motorno vozilo koje prevozi eksplozivne materije treba biti opremljeno sa dva aparata za gašenje požara koji imaju rejting 2A: 10B: C (najmanje).

12. Operativne mjere opreza: Osoba ne smije pušiti, nositi šibice, ili bilo koji

drugi uređaj koji proizvodi plamen ili nositi bilo koje vatreno oružje ili nositi patrone dok je u blizini ili u vozilu za prijevoz eksploziva, ili upravljati, utovarati, ili isprazniti takva vozila na nepažljiv ili nemaran način. 13. Zaštita od iskre: Metal koji proizvodi iskre ili metalni alat koji proizvodi

iskre ne smije se nalaziti u dijelu vozila gdje se nalaze eksplozivi. 14. Vozači: Vozila za prijevoz eksploziva trebaju biti pod nadzorom vozača

koji je fizički zdrav, pažljiv, sposoban, pouzdan, (koji čita i piše na Engleskom jeziku), koji nije pod utjecajem bilo kakvih opijuma ili narkotika, i čija starost nije ispod 21 godine. Oni trebaju poznavati državne propise koji se odnose na saobraćaj i prijevoz eksplozivnih materija. 15. Pratnja vozila: Vozila za prijevoz eksploziva ne smiju ostati bez pratnje u

bilo kojem trenutku unutar nadležnosti. 16. Restrikcije za putnike: Neovlašćene osobe ne smiju se prevoziti vozilom

koje prevozi eksplozivne materije. 17. Hitni uvjeti: Vatrogasni i policijski odjeli će biti odmah obaviješteni kada je

vozilo za prijevoz eksploziva uključeno u nesreće, havarije, ili zahvate vatre. Samo u slučaju takvih hitnosti će prijenos eksploziva iz jednog vozila na drugo vozilo biti dozvoljen na autocestama unutar grada i samo onda kada je pod kvalificiranim nadzorom. Osim u slučaju nužde, vozila za prijevoz eksploziva ne smiju prije dolaska do svojih destinacija biti parkirana na autocestama u nadležnosti ili uz ili u blizini bilo kojeg mosta, tunela, stambenog prostora, zgrade ili mjesta gdje ljudi rade, sakupljaju se, itd. 18. Isporuke: Eksplozivne materije smiju se isporučiti samo ovlaštenim

osobama i u odobrene magacine i prostore za rukovanje. 19. Eksplozivi i razorni agensi na terminalima: Vatrogasna služba može

odrediti lokaciju i maksimalni iznos eksploziva ili eksplozivnih komponenti, koji mogu biti utovareni, istovareni, pretovareni ili privremeno zadržani na svakom terminalu gdje su takve operacije moguće.

27

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE 20. Propisi za odjel za transportovanje: Pošiljke eksploziva i eksplozivnih

sredstava koje se dostavljaju prijevoznicima moraju biti u skladu sa DOT 49CFR. 21. Odgovornost prijevoznika: Prijevoznici moraju obavijestiti vatrogasnu

službu odmah po dostavi eksploziva terminale.

ili eksplozivnih sredstava na

22. Obavijest za primaoca: Prijevoznici moraju obavijestiti primaoca odmah

po dostavi eksploziva i eksplozivih sredstava (razornih agenasa) u terminale. 23.Odgovornost primaoca: Primaoc eksploziva ili eksplozivnih sredstava

trebaju ih preuzeti iz terminala u toku 48 sati (isključujući nedjelju i praznike) po obavještenju od strane prijevoznika o dostavi istih u terminal.

28

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

9. Osnovne opasnosti i mjere bezbjednosti U nizu opasnosti izdvaja se: o opasnost od eksplozije, o opasnost od požara, o opasnost od navika koje su subjektivne prirode i koje su dominantno prisutne u proizvodnji, o opasnost od različitih događaja (pad alata, nefunkcionisanje ventilacije, sudar, prevrtanje u saobraćaju i dr.), o opasnost od trovanja. Osnovne mjere bezbjednosti su: o preventivne, o ograničavajuće, o posebne. Požarno preventivne mjere u proizvodnji, prometu, korištenju i skladištenju eksploziva i eksplozivnih tvari Požarno preventivne mjere u proizvodnji, prometu, korištenju i skladištenju eksploziva i eksplozivnih tvari identične su mjerama koje se poduzimaju za lakozapaljive tekućine i plinove. Mjere se provode preventivno, od načina skladištenja, načina utovara i istovara, načina ponašanja osoblja koje manipulira sa eksplozivnim tvarima, potrebnih sredstava i opreme za provođenje preventivnih mjera zaštite od požara (vatrogasna oprema, vatrodojavni sustav), upoznavanje osoba koje manipuliraju sa eksplozivnim tvarima sa svim glavnim karakteristikama tih tvari i postupcima za sigurno rukovanje, tj. stručno osposobljavanje osoba za rukovanje eksplozivnim tvarima. Mjere se provode radi osiguranja zaštite života i zdravlja ljudi, životne okoline i materijalnih dobara.

29

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

10.

Zaključak

Iz svega što smo naveli u našem radu možemo zaključiti da eksplozivi i eksplozivne materije imaju veliku primjenu još od davnina , te da ostvaruju veliki učinak u mnogim sferama ljudske djelatnosti. Nažalost taj učinak nije uvijek pozitivan . Eksplozivi su se razvijali kroz dugu historiju u zavisnosti od potreba čovjeka . Nemoguće je predvidjeti u kojem će pravcu teći dalji razvoj uređaja i predmeta čiju bazu čine eksplozivne materije, jer se razvoj odvija velikom brzinom, a ljudske potrebe iz dana u dan su sve različitije i zahtjevnije . Važno je napomenuti da je za eksplozivne materije jako bitan proces transporta kao i za sve druge opasne materije, jer bi svaka nepažnja na tom planu imala katastrofalne posljedice po čovjeka i njegovu okolinu. Zbog toga se provode određene mjere osiguranja života i zdravlja ljudi, životne okoline i materijalnih dobara.

30

KLASA I: EKSPLOZIVNE MATERIJE

11.

Literatura

o www.wikipedia.org o www.wikipedia.com o www.zastita.com.hr o www.prometna-zona.com o www.worksafe.nt.gov.au o www.pwcgov.org o www.dangerousgoods.net.au o www.rgf.bg.ac.yu o www.lni.wa.gov o Behmen A., Salihović S.: slide-ovi za predavanja iz predmeta "Materijali i robe

u transportu" (Fakultet za saobraćaj i komunikacije, Sarajevo)

31