Кислородный баланс ВВ и продукты взрыва.

ЯДОВИТЫЕ ГАЗЫ ВЗРЫВА И РЕАКЦИИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

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

Кислородный баланс характеризуют выраженным в процентах отношением избытка или недостатка кислорода в составе ВВ по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления всех горючих элементов этого ВВ, к массе ВВ.

Различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.

Кислородный баланс считается нулевым, если в составе ВВ содержится количество кислорода, необходимое для полного окисления горючих элементов. Такое соотношение компонентов называют стехиометрическим. Если в составе ВВ не хватает кислорода для полного окисления горючих элементов, то такое ВВ имеет отрицательный, а при избытке кислорода — положительный кислородный баланс.

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуются в основном пары воды, углекислоты, свободный азот, оксид алюминия и минимальное количество ядовитых газов. В этом случае выделяется максимальное количество энергии. При взрыве ВВ с недостатком кислорода образуется ядовитый оксид углерода СО. Образование этого соединения идет с меньшим выделением тепла (112 кДж/г-моль), чем при образовании диоксида углерода (396 кДж/г-моль). При взрыве ВВ с избытком кислорода последний образует с азотом весьма ядовитые оксиды NO, N0₂, N₂0₃. Реакции образования оксидов азота идут с поглощением тепла (эндотермичны). Таким образом. ВВ с отрицательным и положительным кислородным балансом обладают меньшей теплотой взрыва, чем ВВ с нулевым балансом.

Состав газообразных продуктов взрыва зависит не только от химического состава ВВ, но и от оболочки патронов ВВ, условий взрывания заряда (степени ограничения пространства, в котором расположен заряд, влажности ВВ) и свойств породы, влияющих на протекание вторичных химических реакций взрыва. Плохая забойка зарядов, наличие воздушных промежутков между патронами увеличивают выделение ядовитых газов. При взрывании угля СО₂, может переходить в СО, взрывы серосодержащих руд приводят к образованию сернистых газов и серо- водородов. Калийные руды и апатитонефелиновые связывают оксиды азота, молибденовые и медные связывают оксид углерода. Чем выше коэффициент крепости взрываемых пород, тем больше образуется оксида углерода и меньше оксидов азота.

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

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

Отравляющее действие оксида углерода СО (угарный газ) основано на его способности образовывать прочные соединения при вдыхании с красными кровяными тельцами, являющимися переносчиками кислорода из легких к тканям, из-за чего человеческий организм начинает испытывать кислородное голодание. При больших концентрациях СО (> 1 %) быстро наступает смерть. Предельно допустимая концентрация СО в атмосфере шахт 0.0016 % по объему.

- Оксиды азота NO, NO₂ N₂0₃ при вдыхании в легких образуют, вступая в реакцию с водой, азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку легких и смерти. Особенную опасность оксиды азота представляют из-за того, что они способны накапливаться в организме в течение 4—6 ч. Поэтому по токсическому действию они считаются в 6, 5 раза более ядовитыми, чем оксид углерода, и предельно допустимая концентрация в атмосфере шахт составляет 0, 0002 % по объему.

Кроме этих газов при взрыве могут образовываться сероводород H₂S, сернистый ангидрид SO₂ хлор, при вдыхании которых происходит острое раздражение дыхательных путей и отек легких. По токсичности эти газы считаются в 2, 5 раза более ядовитыми, чем оксид углерода. Кроме того, при взрыве детонаторов в атмосфере появляются особо ядовитые пары и аэрозоли ртути или свинца, входящие в состав инициирующих ВВ. а свинец, кроме того, входит в состав электровоспламенителей и замедляющих составов ЭД.

Кислородный баланс наиболее просто определяется выраженным в процентах отношением грамм-атомной массы избытка или недостатка кислорода к грамм-молекулярной массе ВВ.

Расчет кислородного баланса смесевого ВВ производится суммированием произведений доли каждого компонента на его кислородный баланс.

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

♦ ВВ с количеством кислорода, достаточным (избыточным) для полного окисления всех горючих элементов. В этом случае весь водород превращается в воду, углерод в диоксид углерода (например, реакция разложения динитрогликоля —);

♦ ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного газообразования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород и воду, углерод в оксид углерода, а затем оставшийся кислород образует с частью оксида углерода диоксид углерода (например, реакция разложения ТЭНа-—

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

2Аl + ЗН₂0 = Аl₂О₃ + ЗН₂

2Аl + ЗС0₂ = Аl₂0₃ + ЗСО

♦ ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газообразования. В этом случае водород полностью окисляется в воду, оставшимся кислородом окисляется часть углерода в оксид углерода и выделяется свободный углерод.

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

а кислородный баланс такого ВВ молекулярной массой М вычисляется по формуле

Аналогично составляют приближенные уравнения реакций взрыва для двух других случаев.