Dynamit

Hintergrund und Rohstoffe

Dynamit ist ein kommerzieller Sprengstoff, der hauptsächlich für Abbrucharbeiten und im Bergbau verwendet wird. Es wurde 1866 von Alfred Bernhard Nobel (1833-1896) erfunden und wird genauer als Verpackung von Nitroglycerin, einer hochgiftigen explosiven Flüssigkeit, oder anderen flüchtigen Verbindungen wie sensibilisiertem Ammoniumnitrat beschrieben. Dynamit lässt sich in abgemessene Ladungen verpacken, leicht transportieren und mit der richtigen Sprengkapsel sicher zur Explosion bringen. Da eine Dynamitexplosion eine „kühle Flamme“ erzeugt, die Methan- und Kohlenstaubgemische in Bergwerken weniger leicht entzündet, werden Dynamite häufig im Kohlebergbau eingesetzt.

Geschichte

Alfred Nobel, sein Vater Immanuel und sein jüngerer Bruder Emil begannen 1862 in der Nähe von Stockholm mit Nitroglycerin zu experimentieren. Das 1846 von dem italienischen Chemiker Ascario Sobrero entdeckte Nitroglycerin war äußerst instabil und schwierig zu handhaben, und versehentliche Explosionen waren keine Seltenheit. Bei einem solchen Unfall kam unter anderem Emil 1864 in einer Fabrik ums Leben. Trotz dieser persönlichen Tragödie setzte Alfred seine Arbeit mit dieser gefährlichen Flüssigkeit fort und arbeitete auf einem Boot mitten auf einem See, bevor er seine Experimente in einer Fabrik durchführte. 1866 entdeckte er, dass das Mischen von Nitroglycerin mit Kieselgur die Flüchtigkeit des Sprengstoffs stabilisiert und verringert. Kieselgur entsteht aus den fossilen Überresten eines einzelligen Planktons, den Kieselalgen, und ist ein saugfähiges Material, das das Nitroglycerin „aufsaugt“. Alfred Nobel nannte das Produkt „Dynamit“ – abgeleitet vom griechischen Wort „dynamis“ für „Kraft“ – und erhielt 1867 ein Patent für das Verfahren. In der Folgezeit entwickelte Nobel mehrere andere Sprengstoffe und Treibmittel, darunter rauchloses Pulver, Ballistit. Er besaß mehr als 355 Patente, und sein beträchtliches Vermögen bildete die finanzielle Grundlage für den Nobelpreis, der „an diejenigen verliehen wird, die im vorangegangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen gebracht haben“

Dynamit wird als sekundärer Sprengstoff eingestuft, was bedeutet, dass ein Zünder aus primärem oder initiierendem Sprengstoff (z. B. Quecksilberfulminat) verwendet wird, um die Hauptladung auszulösen. Dynamit gilt als kommerzieller Sprengstoff, im Gegensatz zu TNT (Trinitrotoluol), das als militärischer Munitionssprengstoff gilt. Der erste groß angelegte Einsatz von Dynamit zu Bauzwecken war der Bau des Hoosac-Tunnels, der 1876 fertiggestellt wurde.

Prozessgestaltung und -einrichtungen

Die Herstellung von Dynamit ist streng geregelt und der Prozess wird streng kontrolliert, um versehentliche Detonationen zu verhindern. Die verwendeten Anlagen sind speziell so ausgelegt, dass das Gemisch möglichst wenig Hitze, Verdichtungskräften oder Zündquellen ausgesetzt ist. Die Lager in den Produktmischern sind beispielsweise außerhalb des Geräterahmens angebracht, um einen Kontakt mit dem explosiven Gemisch zu verhindern. Gebäude und Lagerbereiche (so genannte Magazine) werden in großem Abstand von anderen Gebäuden errichtet und mit speziellen Heiz-, Lüftungs- und Elektrosystemen ausgestattet. Diese Gebäude werden mit kugelsicheren Dächern und Wänden sowie umfangreichen Sicherheitssystemen „gehärtet“. Zu den weiteren wichtigen Vorsichtsmaßnahmen gehören gründliche Inspektionssysteme, die das korrekte Mischen, Sortieren, Verpacken und die Bestandskontrolle sicherstellen. Die Mitarbeiter werden für die Arbeit mit dem Sprengstoff besonders geschult, und es sind besondere Gesundheitsvorkehrungen erforderlich. Die Exposition gegenüber Nitroglycerin führt in der Regel zu pochenden Kopfschmerzen, obwohl sich eine Immunität gegen die toxischen Wirkungen entwickeln kann. Interessanterweise wird Nitroglycerin auch in der Medizin zur Behandlung einiger Formen von Angina pectoris und anderer Beschwerden eingesetzt. Im Körper wirkt es als Vasodilatator und entspannt das Muskelgewebe.

Der Herstellungsprozess

Der Prozess beginnt mit der zusammengesetzten Flüssigkeit wie Nitroglycerin (Sprengstoff), einem „Dopingmittel“ und einem Antazidum. Ethylenglykoldinitrat, das etwa 25-30 % des Sprengöls ausmacht, wird verwendet, um den Gefrierpunkt des Nitroglycerins zu senken. Dadurch kann das Dynamit auch bei niedrigen Temperaturen sicher verwendet werden. Tatsächlich ist Nitroglycerin in einem halbgefrorenen Zustand, in dem sowohl Flüssigkeit als auch Feststoff vorhanden sind, empfindlicher und instabiler als in gefrorenem oder flüssigem Zustand allein. In diesem halbfesten Zustand ist der Umgang mit Nitroglycerin extrem gefährlich.

Mischen des Öls

• 1 Das explosive Öl wird sorgfältig in einen mechanischen Mischer gegeben, wo es von der „Substanz“ absorbiert wird, die entweder Kieselgur (heute nicht mehr verwendet), Holzmasse, Sägemehl, Mehl, Stärke und/oder andere kohlenstoffhaltige Substanzen und Kombinationen von Substanzen sein kann.

Neutralisierung des Säuregehalts

• 2 Etwa 1 % Antazidum wie Kalziumkarbonat oder Zinkoxid wird hinzugefügt, um den in der Masse vorhandenen Säuregehalt zu neutralisieren. Die Mischung wird sorgfältig überwacht, und wenn der richtige Gehalt an Inhaltsstoffen erreicht ist, kann die Mischung in die verschiedenen Formen verpackt werden. Bei diesem Verfahren entsteht das so genannte „Straight Dynamite“, bei dem der Dope nicht zur Sprengkraft des Dynamits beiträgt. Zum Beispiel enthält 40 % reines Dynamit 40 % Nitroglycerin und 60 % Dope; 35 % reines Dynamit enthält 35 % Nitroglycerin und 65 % Dope. In einigen Fällen wird dem Dope Natriumnitrat beigemischt, das als Oxidationsmittel wirkt und dem Sprengstoff zusätzliche Stärke verleiht.

Verpackung von Dynamit

• 3 Das Aussehen von Dynamit ähnelt typischerweise einer runden Patrone mit einem Durchmesser von etwa 3,2 cm (1,25 Zoll) und einer Länge von 20 cm (8 Zoll). Dieser Typ wird hergestellt, indem die Dynamitmischung in eine mit Paraffin versiegelte Papierröhre gepresst wird. Die Paraffinhülle schützt das Dynamit vor Feuchtigkeit und trägt als brennbarer Kohlenwasserstoff zur explosiven Reaktion bei. Dynamit gibt es auch in vielen anderen Formen, von kleineren Patronen für spezielle Abbrucharbeiten bis hin zu großen Sprengladungen mit einem Durchmesser von 25 cm (10 Zoll), die für große Tagebauarbeiten verwendet werden. Die Vorschriften beschränken die Länge dieser großen Sprengladungen auf 30 Zoll (76 cm) und das Gewicht auf 50 Pfund (23 kg). Dynamit ist auch als Sackpulver und in gelatinierter Form für den Einsatz unter Wasser erhältlich.

  Dynamite werden auch aus anderen Substanzen als Nitroglycerin hergestellt. Ersetzt man beispielsweise einen größeren Teil des Sprengöls durch Ammoniumnitrat, kann die Sprengkraft des Dynamits erhöht werden. Diese Form von Dynamit wird als Ammoniakdynamit bezeichnet.

Qualitätskontrolle

Die genaue Messung der Sprengkraft von Dynamit und die Prüfung durch Detonation gewährleisten eine sichere Leistung des Sprengstoffs. Die relative Stärke von Dynamit wird durch den Vergleich mit reinem Dynamit und durch den Gewichtsprozentsatz des Sprengstofföls eingestuft. So wird beispielsweise Ammoniak-Dynamit mit reinem Dynamit verglichen und entsprechend eingestuft. Fünfzig Prozent Ammoniak-Dynamit entsprechen in ihrer Sprengkraft 50 Prozent reinem Dynamit. In diesem Fall beziehen sich die „50 %“ auf den Vergleich der Stärke und nicht auf den Sprengstoffgehalt.

Nach der Herstellung und der Chargenprüfung des Dynamits wird es unter Einhaltung strenger Transport- und Lagerungsvorschriften an den Einsatzort geliefert.

Anwendung

Das folgende kurze Beispiel ist eines von vielen Szenarien für die richtige Anwendung von Dynamit. Es muss darauf hingewiesen werden, dass niemand außer einem zertifizierten Sprengstoffexperten mit den richtigen Verfahren und der richtigen Ausrüstung jemals versuchen sollte, Dynamit zu zünden.

In diesem Beispiel muss eine Felsformation gesprengt werden, um Platz für ein Bauprojekt zu schaffen. Der erste Schritt bei der Sprengung besteht darin, die Größe der Sprengladung mit Hilfe verschiedener Mittel wie Tabellen, Berechnungen und der Erfahrung des Sprengmeisters zu bestimmen. Das betroffene Gebiet und das umliegende Terrain werden genau untersucht, um die Sicherheitszone zu bestimmen. Mindestens 305 m (1000 Fuß) außerhalb der Sicherheitszone werden Schilder aufgestellt, um die Öffentlichkeit vor der Sprengung zu warnen. Die Funksender werden ausgeschaltet und verriegelt, um ein versehentliches Auslösen der elektrischen Sprengkapseln zu verhindern. Die Sprengladung wird dann aus dem Magazin entnommen und mit geschlossenen und gesicherten Lastwagen zum Sprengort transportiert. Die Sprengkapseln werden in einem separaten Fahrzeug zum Einsatzort gebracht.

Die Sprengladungen werden entladen und in die in die Gesteinsformation gebohrten Sprenglöcher gesetzt. Sie gleiten durch Luftdruck oder durch Verstopfen mit Holz- oder Kunststoffstäben in das Sprengloch. Der Sprengmeister achtet darauf, dass die Zuleitungen zu den Zündern kurzgeschlossen sind, bis alle Ladungen platziert sind. Dadurch wird ein Kurzschluss in der Verkabelung erzeugt, der eine versehentliche Zündung verhindert. Nur der Sprengmeister darf die letzten elektrischen Verbindungen zum Hauptschalter herstellen.

Während dieser Zeit wird eine 1,5 m lange Lücke in der Verkabelung unmittelbar vor dem Hauptschalter als „Blitzableiter“ verwendet, eine weitere Sicherheitsmaßnahme, um die Möglichkeit auszuschließen, dass statische Elektrizität die Ladungen auslöst. Sobald alle Vorbereitungen für die Sprengung abgeschlossen sind, ertönt vor dem Detonationssignal eine einminütige Reihe von Hupsignalen. Zu diesem Zeitpunkt werden auch die letzten Verbindungen zum Zündschalter hergestellt. Eine Minute vor der Detonation ertönt eine Reihe von kurzen Huptönen. Der Sprengmeister entriegelt dann den Hauptschalter und zündet die Ladungen. Nach der Explosion werden alle Stromkreise der Sprengausrüstung wieder in den sicheren Positionen verriegelt, und der Bereich wird auf fehlgezündete Ladungen und allgemeine Sicherheit überprüft. Ein lang anhaltender Hupton signalisiert die Entwarnung.

Nebenprodukte/Abfälle

Die Herstellung und Verwendung von Sprengstoffen verursacht ein gewisses Maß an gefährlichem Abfall in der Umwelt. Nitroglycerin erzeugt mehrere giftige Nebenprodukte wie Säuren, Laugen und mit Schwermetallen verunreinigte Öle. Diese müssen durch Neutralisierung oder Stabilisierung ordnungsgemäß entsorgt und zu einer Sondermülldeponie transportiert werden. Bei der Verwendung von Sprengstoffen entstehen große Mengen an Staub und Partikeln aus der Explosion, und in einigen Fällen werden Asbest, Blei und andere gefährliche Stoffe in die Atmosphäre freigesetzt. Außerdem können unkontrollierte oder falsch berechnete Explosionen nahegelegene Tanks und Rohrleitungen zum Bersten bringen, wodurch deren Inhalt ebenfalls in die Umwelt gelangt.

Die Zukunft

Seit ihrer Entwicklung in den 1950er Jahren haben fortschrittliche Formen von Plastiksprengstoffen und Hohlladungen das Dynamit ersetzt. Diese Sprengstoffe werden jetzt als Sprengstoffe bezeichnet, da sie stabiler sind und einen stärkeren Zünder benötigen, um zu detonieren. Eines der gängigsten Sprengmittel ist ANFO (Ammoniumnitrat und Heizöl). ANFO ist leicht erhältlich, wesentlich billiger als Dynamit und kann vor Ort gemischt werden. Betonabbruchunternehmen, die relativ kleine Sprengladungen benötigen, verwenden jedoch nach wie vor Dynamit als Sprengstoff.

Where To Learn More

Books

Grady, Sean M. Devices of Controlled Destruction. Lucent Books, 1994.

Keller, J.J. OSHA Safety and Compliance Manual, 1992.

Lewis, Richard, Sr. Sax’s Dangerous Properties of Industrial Materials, 8th ed. Van Norstrad Rienhold, 1993.

Meyer, Rudolf. Explosivstoffe. VCH Publishers, 1992.

Porter, Samuel J. Explosives and Blasting Agents, Fire Protection Handbook. 15th ed., 1981.

Sickler, Robert A. Explosive Principles: An Essential Guide to Understanding Explosives and Detonations. Paladin Press, 1992.

-Douglas E. Betts