Tausta ja raaka-aineet
Dynamiitti on kaupallinen räjähdysaine, jota käytetään pääasiassa purkamiseen ja kaivostoimintaan. Alfred Bernhard Nobelin (1833-1896) vuonna 1866 keksimä räjähde on tarkemmin sanottuna nitroglyseriinin, erittäin myrkyllisen räjähdenesteen, tai muiden haihtuvien yhdisteiden, kuten herkistetyn ammoniumnitraatin, pakkaus. Dynamiitit voidaan pakata mitattuihin panoksiin, kuljettaa helposti ja räjäyttää turvallisesti asianmukaisen sytyttimen avulla. Koska dynamiitin räjähdys synnyttää ”viileän liekin”, joka harvemmin sytyttää kaivoksissa esiintyviä metaanin ja hiilipölyn seoksia, dynamiitteja käytetään usein hiilikaivostoiminnassa.
Historia
Alfred Nobel, hänen isänsä Immanuel ja nuorempi veljensä Emil aloittivat kokeilut nitroglyseriinillä Tukholman lähistöllä vuonna 1862. Italialaisen kemistin Ascario Sobreron vuonna 1846 löytämä nitroglyseriini oli erittäin epävakaa ja vaikeasti käsiteltävä, eivätkä tahattomat räjähdykset olleet harvinaisia. Yksi tällainen onnettomuus tappoi muun muassa Emilin tehtaalla vuonna 1864. Henkilökohtaisesta tragediasta huolimatta Alfred jatkoi työtään tämän vaarallisen nesteen parissa työskentelemällä veneessä keskellä järveä ennen kuin hän teki kokeitaan tehtaassa. Vuonna 1866 hän havaitsi, että nitroglyseriinin sekoittaminen kieselguhrin (diatomipitoisen maan) kanssa vakautti ja vähensi räjähteen haihtuvuutta. Kieselglyseroli muodostuu yksisoluisen planktonin eli diatomien fossiilisista jäännöksistä, ja tuloksena on imukykyinen materiaali, joka ”imee” nitroglyseriinin. Alfred nimesi tuotteen ”dynamiitiksi”, joka on peräisin kreikan sanasta ”dynamis”, joka tarkoittaa ”voimaa”, ja sai prosessille patentin vuonna 1867. Nobel kehitti myöhemmin useita muita räjähteitä ja ponneaineita, kuten savutonta ruutiballistiittia. Hänellä oli yli 355 patenttia, ja hänen huomattava omaisuutensa muodosti rahoituspohjan Nobel-palkinnolle, joka myönnetään ”niille, jotka edellisen vuoden aikana ovat tuottaneet ihmiskunnalle suurimman hyödyn.”
Dynamiitti luokitellaan sekundääriseksi räjähdysaineeksi, mikä tarkoittaa, että pääpanoksen sytyttämiseen käytetään primääristä tai käynnistävää räjähdysainetta sisältävää sytytintä (esimerkiksi elohopeafulfminaattia). Dynamiittia pidetään kaupallisena räjähteenä, toisin kuin TNT-räjähteitä (trinitrotolueeniräjähteitä), joita pidetään sotilasammusten räjähteinä. Ensimmäisen kerran dynamiittia käytettiin laajamittaisesti rakennustarkoituksiin vuonna 1876 valmistuneessa Hoosac-tunnelissa.
Prosessin suunnittelu ja laitteistot
Dynamiitin valmistus on erittäin säänneltyä ja prosessia valvotaan tiukasti tahattomien räjähdysten estämiseksi. Käytettävät laitteet on suunniteltu erityisesti vähentämään seoksen altistumista lämmölle, puristusvoimille tai syttymislähteille. Esimerkiksi tuotesekoittimien laakerit on asennettu laitteen rungon ulkopuolelle, jotta ne eivät pääse kosketuksiin räjähtävän seoksen kanssa. Rakennukset ja varastointialueet (ns. varastot) rakennetaan suurille etäisyyksille muista rakenteista, ja niissä on erityiset lämmitys-, ilmanvaihto- ja sähköjärjestelmät. Nämä rakennukset ”kovetetaan” luodinkestävillä katoilla ja seinillä sekä laajoilla turvajärjestelmillä. Muita tärkeitä varotoimenpiteitä ovat perusteelliset tarkastusjärjestelmät, joilla varmistetaan oikea sekoittaminen, lajittelu, pakkaaminen ja varastojen valvonta. Työntekijät on myös koulutettu työskentelemään räjähteiden parissa, ja heiltä vaaditaan erityisiä terveysvarotoimia. Nitroglyseriinille altistuminen aiheuttaa yleisesti sykkivää päänsärkyä, vaikka myrkyllisille vaikutuksille voi kehittyä immuniteetti. Mielenkiintoista on, että nitroglyseriiniä käytetään myös lääketieteessä joidenkin angina pectoriksen muotojen ja muiden vaivojen hoitoon. Elimistössä se toimii verisuonia laajentavana aineena ja rentouttaa lihaskudosta.
Tuotantoprosessi
Prosessi alkaa yhdisteen nesteellä, kuten nitroglyseriinillä (räjähdysaineöljyllä), ”huumaavalla” aineella ja antasidilla. Etyleeniglykolidinitraattia, joka muodostaa noin 25-30 % räjähdeöljystä, käytetään nitroglyseriinin jäätymispisteen alentamiseen. Tämän ansiosta dynamiittia voidaan käyttää turvallisesti alhaisissa lämpötiloissa. Itse asiassa puolijäädytetty nitroglyseriini, jossa on sekä nestemäistä että kiinteää ainetta, on itse asiassa herkempi ja epävakaampi kuin pelkkä jäädytetty tai nestemäinen nitroglyseriini. Tässä puolikiinteässä tilassa nitroglyseriiniä on erittäin vaarallista käsitellä.
Öljyn sekoittaminen
- 1 Räjähdysaineöljy lisätään varovasti mekaaniseen sekoittimeen, jossa se imeytyy ”huumausaineeseen”, joka voi olla joko diatomaattimaata (jota ei enää käytetä), puumassaa, sahanpurua, jauhoja, tärkkelystä ja/tai muita hiilipitoisia aineita ja aineiden yhdistelmiä.
Hapokkuuden neutralointi
- 2 Noin 1 % happamuudensäätöaineita, kuten kalsiumkarbonaattia tai sinkkioksidia, lisätään neutralisoimaan dopessa mahdollisesti oleva happamuus. Seosta seurataan huolellisesti, ja kun oikea ainesosamäärä on saavutettu, seos on valmis pakattavaksi eri muotoihin. Tällä prosessilla tuotetaan niin sanottua ”puhdasta dynamiittia”, jossa huumausaine ei vaikuta dynamiitin räjähdysvoimaan. Esimerkiksi 40-prosenttinen puhdas dynamiitti sisältää 40 prosenttia nitroglyseriiniä ja 60 prosenttia huumausainetta; 35-prosenttinen puhdas dynamiitti sisältää 35 prosenttia nitroglyseriiniä ja 65 prosenttia huumausainetta. Joissakin tapauksissa dopeen sekoitetaan natriumnitraattia, joka toimii hapettimena ja antaa räjähdysaineelle lisävoimaa.
Dynamiitin pakkaus
- 3 Ulkonäöltään dynamiitti muistuttaa tyypillisesti halkaisijaltaan noin 1,25 tuumaa (3,2 cm) ja pituudeltaan noin 20 cm:n pituista pyöreää patruunaa. Tämä tyyppi valmistetaan painamalla dynamiittiseos parafiinilla suljettuun paperiputkeen. Parafiinikotelo suojaa dynamiittia kosteudelta ja edistää räjähdysreaktiota, koska se on palava hiilivety. Dynamiittia voi olla myös monissa muissa muodoissa, pienemmistä, erikoistuneisiin purkutöihin tarkoitetuista patruunoista suuriin, halkaisijaltaan 25 cm:n (10 tuuman) panoksiin, joita käytetään suurissa louhintatöissä. Säännökset rajoittavat näiden suurten panosten pituuden 30 tuumaan (76 cm) ja painon 50 paunaan (23 kg). Dynamiittia on saatavana myös pussijauheena ja vedenalaiseen käyttöön tarkoitetussa gelatinoituneessa muodossa.
Dynamiittia valmistetaan myös muista aineista kuin nitroglyseriinistä. Esimerkiksi korvaamalla suurempi osa räjähdeöljystä ammoniumnitraatilla voidaan lisätä dynamiitin räjähdysvoimaa. Tätä dynamiittimuotoa kutsutaan ammoniakkidynamiitiksi.
Laadunvalvonta
Tarkka dynamiitin lujuuden mittaus ja testaaminen räjäyttämällä varmistavat räjähteen turvallisen toiminnan. Dynamiitin suhteellinen lujuus luokitellaan vertaamalla sitä suoraan dynamiittiin ja räjähdysaineöljyn painoprosentin mukaan. Esimerkiksi ammoniakkidynamiittia verrataan suoraan dynamiittiin ja luokitellaan sen mukaisesti. Viisikymmentä prosenttia ammoniakkidynamiittia vastaa räjähdysvoimaltaan 50 prosenttia suoraa dynamiittia. Tässä tapauksessa ”50 %” kuvastaa pikemminkin lujuusvertailua kuin räjähdysainepitoisuutta.
Dynamiitin valmistuksen ja eräkokeen jälkeen dynamiitti toimitetaan työmaalle tiukkojen kuljetus- ja varastointisäännösten mukaisesti.
Soveltaminen
Seuraava lyhyt esimerkki on yksi monista skenaarioista, jotka koskevat dynamiitin asianmukaista käyttöä. On huomattava, että dynamiitin räjäyttämistä ei saa koskaan yrittää kukaan muu kuin sertifioitu räjäytysasiantuntija, jolla on oikeat menettelyt ja välineet.
Tässä esimerkissä kalliomuodostelma on räjäytettävä rakennushankkeen tieltä. Ensimmäinen vaihe räjäytysmenettelyssä on määrittää panoksen koko eri keinoin, kuten kaavioiden, laskelmien ja räjäyttäjän kokemuksen avulla. Vaikutusalue ja sitä ympäröivä maasto tutkitaan tarkkaan turvavyöhykkeen määrittämiseksi. Vähintään 305 metrin (1000 jalan) päähän turvavyöhykkeestä sijoitetaan kyltit, joilla varoitetaan yleisöä räjäytyksestä. Radiolähettimet kytketään pois päältä ja lukitaan sähköisten sytyttimien tahattoman laukaisun estämiseksi. Tämän jälkeen panos poistetaan varastosta ja kuljetetaan räjähdyspaikalle suljetuilla ja turvallisilla kuorma-autoilla. Sytyttimet tuodaan työmaalle erillisellä ajoneuvolla.
Panokset puretaan ja asetetaan kallioperään porattuihin räjäytysreikiin. Ne liukuvat räjähdysreikään ilmanpaineen avulla tai tamppaamalla puu- tai muovisauvoilla. Räjäyttäjä huolehtii tarkasti siitä, että sytyttimien johtimet ovat oikosulussa keskenään, kunnes kaikki panokset on asetettu. Tämä muodostaa johdoille oikosulkupolun, joka estää tahattoman syttymisen. Vain räjäyttäjä saa tehdä viimeiset sähkökytkennät päälaukaisukytkimeen.
Tänä aikana 1,5 metrin (5 jalkaa) aukkoa johdotuksessa välittömästi päälaukaisukytkimen edessä käytetään ”salamaväliksi”, joka on toinen turvallisuuskäytäntö, jolla pyritään eliminoimaan mahdollisuus, että staattinen sähkö laukaisee panokset. Kun kaikki räjähdyksen valmistelut on saatu päätökseen, varoitustorvi soittaa minuutin mittaisen sarjan ääniä ennen räjäytyssignaalia. Tällöin tehdään viimeiset kytkennät laukaisukytkimeen. Kun räjähdykseen on kulunut minuutti, kuullaan sarja lyhyitä torven äänimerkkejä. Tämän jälkeen räjäyttäjä avaa pääkytkimen ja räjäyttää panokset. Räjähdyksen jälkeen kaikki räjäytyslaitteiston sähköpiirit lukitaan jälleen turvalliseen asentoon, ja alue tarkastetaan väärin laukaistujen panosten ja yleisen turvallisuuden varalta. Pitkäkestoinen torvensoitto ilmoittaa, että kaikki on selvää.
Sivutuotteet/jätteet
Räjähteiden valmistuksesta ja käytöstä aiheutuu jonkin verran vaarallista jätettä ympäristöön. Nitroglyseriini tuottaa useita myrkyllisiä sivutuotteita, kuten happoja, syövyttäviä aineita ja raskasmetallien saastuttamia öljyjä. Nämä on hävitettävä asianmukaisesti neutraloimalla tai stabiloimalla ja kuljetettava vaarallisen jätteen kaatopaikalle. Räjähteiden käytöstä syntyy suuria määriä pölyä ja hiukkasia räjähdyksestä, ja joissakin tapauksissa ilmakehään vapautuu asbestia, lyijyä ja muita vaarallisia aineita. Hallitsemattomat tai väärin lasketut räjähdykset voivat myös rikkoa läheisiä säiliöitä ja putkistoja, jolloin myös niiden sisältö pääsee ympäristöön.
Tulevaisuus
Dynamiittia on korvattu kehittyneillä muoviräjähdysaineilla ja muotoilluilla räjähdysaineilla, jotka on kehitetty 1950-luvulla. Näitä räjähdysaineita kutsutaan nykyään räjähdysaineiksi, koska niiden vakaus on parantunut ja ne vaativat voimakkaamman sytyttimen räjähtääkseen. Yksi yleisimmistä räjähdysaineista on ANFO eli ammoniumnitraatti ja polttoöljy. ANFO on helposti saatavilla, huomattavasti halvempaa kuin dynamiitti, ja se voidaan sekoittaa paikan päällä. Suhteellisen pieniä panoksia vaativat betonipurkujoukot käyttävät kuitenkin edelleen dynamiittia räjähdysaineena.
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. Explosives. 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
.