«Составы Фавье»

— представляют собой важнейшие взрывчатые вещества из группы, которая имеет основанием азотно-аммиачную соль и по своим свойствам обладает немалым преимущественным значением для горных подрывных работ. Известно, что азотно-аммиачная соль в условиях наиболее быстрого и сильного нагревания способна разлагаться со взрывом по уравнению:

NH4NO3 = 2H2O + N2 + 0,5О 2.

Осуществление таких условий, однако, для больших зарядов не достижимо, по крайней мере, при помощи незначительных по своему весу запалов или запальных патронов, ибо количество тепла, развивающегося при разложении по означенному уравнению, недостаточно велико, чтобы поддержать взрывчатый процесс от слоя к слою. Легче взрываются смеси азотно-аммиачной соли с различными горючими углеводородистыми веществами, так как последние, сгорая на счет избытка кислорода, содержащегося в NH 4 NO, производят увеличение количества отделяющегося тепла и усиление нагревания от слоя к слою. Наиболее легко взрывание удается, когда примешанные горючие вещества — нитрованные, потому что отделяющееся тепло и послойное нагревание тогда увеличивается еще более. Смотря по примешиваемым горючим веществам, различными авторами было предложено на указанной почве несколько различающихся по названию взрывчатых смешений. Причем, если нитрованные углеводороды заменяются чистыми углеводородами, то для облегчения взрывания иногда прибавляют к смеси небольшие количества селитры или бертолетовой соли, напр., к вестфалиту, представляющему смесь азотно-аммиачной соли с резиной.

В рассматриваемых в настоящей статье составах Фавье горючими веществами применяются нитронафталины различной степени нитрации. Фабрикация их и свойства в настоящее время подробно изучены, и все, установленное для них, может более или менее применяться к другим взрывчатым веществам той же группы. Заметим, что: а) для предохранения от поглощения влажности, обуславливаемого присутствием углеаммиачной соли, заряды употребляются покрытыми парафинированной бумагой, в виде прессованных цилиндров; б) для облегчения взрывания эти цилиндры делаются с широким каналом по оси, и в последний насыпается зернистый или порошкообразный состав, соприкасающийся непосредственно с капсюлем гремучей ртути. Поэтому готовые патроны обыкновенно имеют вид, представленный на фиг. 1: A — капсюль с гремучей ртутью, Р — порошкообразный состав, C — прессованный состав, черная линия снаружи — парафинированная бумага.

Фиг. 1

Фабрикация собственно состоит из следующих частей: 1) Приготовление азотно-аммиачной соли. Для этого применяю главным образом: а) двойное разложение обыкновенной натровой селитры с серно-аммиачной солью; б) действие углекислого газа на раствор натровой селитры в водном аммиаке; в) прямое насыщение водного аммиака слабой азотной кислотой, получающейся из отбросов при нитрации. Последний способ имеет преимущество, когда на заводе одновременно производится какое-либо нитрование. В таком случае операция производится в глиняных сосудах, погруженных в проточную холодную воду, вводя в каждый по 200 литров слабой азотной кислоты и затем прибавляя мало-помалу водного аммиака, так, чтобы при этом, по возможности, не повышалась температура; окончательно прибавляют небольшое количество едкого барита для осаждения могущей присутствовать серной кислоты. Если же первоначальные материалы приходится покупать, то вышеуказанные 1-й и 2-й способы являются выгоднее. При применении двойного разложения натровой селитры с серно-аммиачной солью нужно сильнее охлаждать растворы; при — 15° серно-натровая соль нацело осаждается, и в водном растворе остается чистая азотно-аммиачная соль (Бенкер). При действии углекислого газа на раствор натровой селитры в водном аммиаке образующаяся двууглекислая сода осаждается и отделяется фильтрацией, и азотно-аммиачная соль получается из раствора в чистом состоянии посредством ряда кристаллизаций. Для выделения азотно-аммиачной соли из содержащих ее растворов последние предварительно сгущаются выпариванием в чугунных эмалированных котлах с двойным дном, нагреваемых паром, пока они не будут показывать 35° — 36°Бомэ. После того горячие растворы сливаются в чугунные же эмалированные баки для кристаллизации; чтобы воспрепятствовать образованию больших кристаллов, жидкость время от времени перемешивается; лучше, когда кристаллизация происходит в щелочной среде, для чего к кристаллизующейся жидкости прибавляется немного аммиака. Слив маточный раствор по окончании кристаллизации, отжимают кристаллы в центрифуге, причем в них остается только около 2% влажности, и они в таком состоянии могут быть употребляемы непосредственно на приготовление взрывчатых смешений.

2) Приготовление нитронафталинов. Применяются мононитро-, динитро- и тринитронафталины, смотря по назначению взрывчатого состава. а) Для мононитронафталина C10H7NO2 составляют смесь: натровой селитры — 44,5; чистого нафталина — 55,5 и растирают ее в течение 1/4 часа под бегунами, подобными употребляемым при фабрикации обыкновенного пороха. Полученная таким образом тесная порошкообразная смесь затем вводится в кислотную жидкость, оставшуюся от приготовления динитронафталина в пропорции: кислоты — 60 кг; смеси — 54 кг. Кислота помещается в глиняном сосуде емкостью около 200 литров, снабженном в герметической крышке трубкой для отвода азотистых окислов и другой трубкой, служащей для приведения в жидкость сжатого воздуха. Введение 54 кг смеси в кислоту продолжается около 3 часов. Если температура жидкости повышается до 50°, то пропусканием сжатого воздуха быстро охлаждают. Оставляют общую смесь стоять в течение 10 дней, перемешивая каждый день 4 или 5 раз, сливают отработанную кислоту, промывают нитронафталин, отжимают в центрифуге и высушивают при умеренной температуре. б) Для приготовления динитронафталина C10H6(NO2)2 в глиняные сосуды, подобные вышеописанным, помещают 78 кг серной кислоты, крепостью 66°Бомэ, и 36 кг мононитронафталина. Когда произойдет полное растворение последнего, прибавляют к раствору небольшими порциями 30 кг азотной кислоты, крепостью 40°Бомэ. Приливание этой кислоты производится в течение 10 часов; температура не должна повышаться выше 50—55°. Общую смесь, часто перемешивая, оставляют стоять в течение 10 дней; затем декантируют кислоту, отжимают, промывают и высушивают образовавшуюся при реакции твердую массу. в) При приготовлении тринитронафталина C10H5(NO2)3 обрабатывают под бегунами смесь:

Натровой селитры

79 частей Мононитронафталина

12 частей Динитронафталина

9 частей

и 25 килограммов ее вводят в избыток серной кислоты крепостью 66°Бомэ, предварительно нагретой до 90°. Во время этого введения, продолжающегося около 2 минут, для умерения реакции вдувают сжатый воздух; температура поднимается до 120°, и реакция оканчивается сама собой в течение получаса. По удалении азотистых паров сжатым воздухом к массе прибавляют 80 литров воды для растворения кислой серно-натровой соли и сливают кислую жидкость. Образовавшийся нитронафталин окончательно промывается горячей водой, после чего остается только его отжать и высушить.

3) Приготовление взрывчатой смеси. Отвешенные количества нитронафталина и азотно-аммиачной соли перемешиваются обыкновенно под бегунами, совершенно аналогичными употребляемым при фабрикации черного пороха, но более легкими; кроме того, в лежне здесь устраивается подогревание помощью соответственно расположенного трубопровода, благодаря чему достигается большая сухость С. и, с другой стороны — мононитронафталин, размягчающийся около 40°, лучше внедряется в крупинки азотно-аммиачной соли. При употреблении ди- и тринитронафталинов, вследствие более высоких точек их плавления, это подогревание не имеет значения. Для обработки берутся закладки по 35 кг смеси; растирание продолжается 1 час. Полученные лепешки, подсушенные в течение 24 часов, раздробляются вручную и затем обрабатываются во вращающихся бочонках с 2,5 мм сеткой. При скорости вращения 30 оборотов в 1' один бочонок в течение 10 час. работы дает около 1000 кг зерен. Пыль отделяется отсеиванием в ситах с отверстиями 0,55 мм. Выход зерен 40—50%. Пыль снова превращается в зерна обработкой под бегунами в течение 30 минут. Приготовленные зерна после того досушиваются до 0,2% влажности. Для этого в особом помещении их насыпают в деревянные лотки размерами 0,60 × 0,50 м со стеклянным дном по 5—7 кг в каждый, и эти лотки помещают на полки этажерок, подогреваемых снизу паровым трубопроводом; температура держится около 40°; высушивание продолжается 7—8 часов. Сухие зерна ссыпаются в цинковые ящики с квадратным отверстием на верхней стенке с величиной сторон 0,14 м; это отверстие по наполнении тотчас же герметически закрывается цинковой же крышкой, запаиваемой помощью сплава Дарсэ. Физические постоянные готовых зерен следующие:

Действительная плотность

1,400 Гравиметрическая

0,650 Влажность

0,2% Число зерен в 1 грамме

1,200

4) Прeвращение в патроны. Зерна подносятся к прессу и здесь, смотря по величине патронов, развешиваются на порции от 50 до 300 г на небольших весах Роберваля, приспособленных таким образом, что когда на чашку их помощью особой ложки насыпается требующееся количество С., то эта чашка сама собой наклоняется и навеска, скользя, падает в зарядную камеру пресса, где и прессуется так, чтобы по оси цилиндра оставалась пустота для помещения детонатора. Все это осуществляется очень быстро, так что в то время, как один рабочий отвешивает новый заряд, поршень вместе с готовым прессованным патроном поднимается в верхнюю часть пресса, и другой рабочий удаляет этот патрон в рядом стоящую коробку.

Фиг. 2. Наружный вид пресса. А — площадка, принимающая навеску; BB — внешний корпус пресса; P — конец поршня.

Употребляемый при сем на французск. заводе d'Esquerdes механический пресс изображен на фиг. 2 и 3.

Фиг. 3. Вертикальный разрез пресса. А — движущий вал; D — палец, дающий движение поршню; Е — часть, направляющая движение поршня F; h — камера, где делается патрон; s — крышка приемника готовых патронов.

Отпрессованные цилиндры переносятся на стол с ванной незначительной высоты, наполненной парафином, который с помощью парового трубопровода поддерживается в расплавленном состоянии. Намачивая в этой ванне кусок бумаги соответственной величины, рабочий обвертывает быстро патрон, и пока еще не успел застыть парафин, закрывает один из концов оболочки. После того патроны переносят на другой стол, где внутренняя пустая часть их заполняется порошкообразным составом и закрывается другой конец парафинированной оболочки. Известное количество таких обвернутых патронов затем помещается в решетчатую корзинку и погружается вместе с последней в расплавленный парафин, после чего остается только дать стечь избытку парафина, и приготовление прессованных патронов оканчивается. Для некоторых специальных сортов, напр. гризунитов; прессование совсем не применяется и патроны наполняются порошкообразным С. В таком случае применяются специальные тростильные машины, в описание которых мы входить не будем. Готовые парафинированные патроны укладываются по 2,5 кг в прямоугольные картонные коробки, которые, обернув бумагой, в свою очередь также погружаются в расплавленный парафин с целью еще большего предохранения от влажности. Вместо картонных коробок употребляют для хранения патронов также цинковые ящики, запаиваемые помощью сплава Дарсэ. Эти ящики вкладываются сверх того в деревянные. Описанным образом фабрикуются во Франции следующие С. Фавье:

№ 1-й А Азотно-аммиачной соли

88 Динитронафталина

32

№ 1-й В Азотно-аммиачной соли

67 Натровой селитры

18 Мононитронафталина

15

№ 2 Азотно-аммиачной соли

44 Натровой селитры

37,5 Мононитронафталина

18,5

№ 3 Натровой селитры

75 Мононитронафталина

25

Гризунит (roche) Азотно-аммиачной соли

92 Динитронафталина

8

Гризунит (couche) Азотно-аммиачной соли

95,5 Тринитронафталина

4,5

Сорта от №№ 1 до 4 требуют для взрывания капсюлей с 1 г гремучей ртути, причем необходимо, чтобы капсюли находились в непосредственном прикосновении с порошкообразным детонатором (см. фиг. 1). Количество гремучей ртути, требующееся для верного взрывания, вообще быстро увеличивается со степенью прессования патронов, напр. сорт 1-й при плотности 1,00 легко взрывается посредством 0,75 г гремучей ртути, но при плотности 1,25 требует уже 2 г этой соли. Все сорта нечувствительны к удару; напр. № 1-й, наиболее могущественный, не взрывается при падении стального груза в 4 кг с высоты 4 метров, вследствие чего перевозка их не представляет никакой опасности. Кроме того, они нечувствительны к переменам температуры в различных климатах, не подвергаются никакому изменению и от морозов. В обоих этих отношениях они представляют несомненное преимущество перед динамитами (см.), с которыми могут быть сравниваемы по своей силе и действию. Последним, однако, уступают в следующих отношениях: твердая консистенция патронов препятствует правильному заполнению буровых скважин; с другой стороны, плотность их, меньшая, чем у динамитов, для получения одинакового действия требует более объемистых буровых скважин; наконец, неудобна также слишком большая чувствительность к влажности, так как уже 1% поглощенной воды достаточен, чтобы сделать взрывание крайне трудным. Взрывчатая сила сортов от № 1 до № 4 постепенно падает: 1-й близок по силе к динамиту с 75% нитроглицерина, прочие №№ отвечают более слабым динамитам, в чем легко убедиться простым вычислением, тем более, что разложение их при взрыве предвидится a priori, как для взрывчатых веществ, содержащих достаточное количество кислорода (см. Взрывчатые вещества); например № 1-й А разлагается согласно уравнению:

C10N6(NO2)2 + 19NH4NO3 = 10CO2 + 41H2O + 20 N2.

То обстоятельство, что С. Фавье с достаточным количеством кислорода разлагаются при взрыве на продукты вполне окисленные (без образования ядовитой окиси углерода и др. горючих газов), делает их очень удобными при производстве подземных взрывных работ. При этом применении они обладают еще и другим преимуществом, которое является очень важным в случаях появления в подземных галереях гремучего газа, а именно, при взрыве их развивается сравнительно невысокая температура, благодаря чему окружающий гремучий газ не воспламеняется. Сущность дела здесь состоит в следующем. Из исследований Маляра и Лешателье следует (см. Газовые взрывы), что смеси болотного газа с воздухом подвергаются быстрому сгоранию (со взрывом) при температуре воспламенения 650° лишь после того, как действие этой температуры продолжалось около 10 секунд, и что это замедление взрывчатого горения уменьшается с возрастанием температуры, например при 1000° оно около 1 секунды. Предполагая, что то же самое отношение сохраняется еще и при более высоких температурах, с другой же стороны, принимая во внимание, что детонация небольших зарядов взрывчатых веществ происходит почти мгновенно, очевидно, мы можем себе представить такие условия, при которых взрывы зарядов, несмотря на соприкосновение с рудничным гремучим газом, не будут производить воспламенения последнего. В самом деле газообразные продукты мгновенно происшедшего взрыва удерживают свою возвышенную температуру лишь ничтожную долю секунды, ибо они крайне быстро охлаждаются своим расширением и смешением с окружающей атмосферой. Отсюда, чем ниже температура горения взрывчатого заряда, тем меньше шансов будет и для воспламенения гремучего газа. Специальная французская комиссия, на основании многих своих опытов ("M é morial des Poudres et Salpetres", т. II) в этом отношении, пришла к выводу, что взрывчатые вещества, не производящие воспламенения рудничного гремучего газа, должны развивать при взрыве температуру горения не выше 1900° или даже 1500°. Для понижения температуры при взрывах до этого предела из различных предложенных средств (водяная забивка буровых скважин, примешивание к зарядам солей с кристаллизационной водой и т. п.) наиболее действительным оказалось прибавление к взрывчатым веществам азотно-аммиачной соли, так как эта соль, разлагаясь с образованием одновременно воды, азота и кислорода, образует более холодные газы (с вычисленной по формуле температурой 1130°), и последние, смешиваясь с газами взрывчатого вещества, производят более верное охлаждение их до желаемого предела. Этим способом можно делать более или менее безопасными взрывные работы в рудниках со всякими взрывчатыми веществами, напр. с пироксилином, динамитами и др., но присутствие азотно-аммиачной соли при долгом хранении может возбуждать в последних разложение и вообще порчу в том или другом отношении; с другой стороны, понижение температуры, достигаемое с этими взрывчатыми веществами, часто оказывается недостаточным, например смесь: азотно-аммиачной соли — 80%; пироксилина — 20%, по вычислению, дает температуру 1930°. Между тем как С. Фавье развивают температуры, близкие к этой величине, уже при нормальной пропорции; напр., для самого сильного из них № 1 А вычисляется 2139°. В то же время, ничто не препятствует увеличить в них пропорцию азотно-аммиачной соли, и тогда получатся значительно более низкие температуры; так, для гризунита (roche) 1875° и гризунита (couche) 1445°. Очевидно, последние два состава удовлетворяют как раз вышеприведенному требованию французской комиссии для взрывчатых веществ, безопасных в присутствии рудничного гремучего газа.

Из других составов, относящихся к той же группе взрывчатых веществ с азотно-аммиачной солью, упомянем здесь кстати лишь о следующих:

Беллит Азотно-аммиачной соли

74%, Динитробензола

26% Робурит Азотно-аммиачной соли

86% Хлородинитробензола

14%

Ромит

— смесь парафинированной (для защиты от влажности) азотно-аммиачной соли и бертолетовой соли с одной стороны и нафталина с другой; смешивание производится вручную, перед самым употреблением.

Вестфалит

— смесь азотно-аммиачной соли (с примесью натровой селитры) и резины; 6,5 в. ч. ее растворяют в 3,5 ч. спирта и раствором обливают 90 ч. NH 4NO3. Тесно перемешанную массу высушивают, снова измельчают и помещают в непроницаемые для влажности бумажные патроны.

И. М. Чельцов.

Δ.