Achtergronden en grondstoffen
Dynamiet is een commercieel explosief dat vooral bij sloopwerkzaamheden en in de mijnbouw wordt gebruikt. Het werd in 1866 uitgevonden door Alfred Bernhard Nobel (1833-1896) en kan nauwkeuriger worden omschreven als de verpakking van nitroglycerine, een zeer giftige explosieve vloeistof, of andere vluchtige verbindingen zoals gesensibiliseerd ammoniumnitraat. Dynamiet kan in afgemeten ladingen worden verpakt, gemakkelijk worden vervoerd en, met het juiste slagpijpje, veilig tot ontploffing worden gebracht. Omdat een dynamietexplosie een “koele vlam” creëert, die minder snel methaan en kolenstofmengsels in mijnen doet ontbranden, worden dynamieten vaak gebruikt in kolenmijnen.
Geschiedenis
Alfred Nobel, zijn vader Immanuel, en jongere broer Emil begonnen in 1862 in de buurt van Stockholm met nitroglycerine te experimenteren. Nitroglycerine, in 1846 ontdekt door de Italiaanse chemicus Ascario Sobrero, was zeer instabiel en moeilijk te hanteren, en ontploffingen waren niet ongewoon. Een dergelijk ongeluk doodde Emil, onder anderen, in een fabriek in 1864. Ondanks de persoonlijke tragedie zette Alfred zijn werk met deze gevaarlijke vloeistof voort; hij werkte op een boot midden op een meer voordat hij zijn experimenten in een fabriek uitvoerde. In 1866 ontdekte hij dat het mengen van nitroglycerine met kiezelgoer (diatomeeënaarde) de vluchtigheid van het explosief stabiliseerde en verminderde. Diatomeeënaarde wordt gevormd door de fossiele resten van eencellige plankton, diatomeeën genaamd, en het resultaat is een absorberend materiaal dat de nitroglycerine “opneemt”. Alfred gaf het product de naam “dynamiet” – afgeleid van het Griekse “dynamis” dat “kracht” betekent – en kreeg in 1867 patent op het proces. Nobel ontwikkelde daarna nog verschillende andere explosieven en drijfgassen, waaronder ballistiet voor rookloos kruit. Hij had meer dan 355 patenten en zijn aanzienlijke fortuin vormde de financiële basis voor de Nobelprijs, die wordt toegekend “aan hen die, gedurende het voorafgaande jaar, het grootste voordeel voor de mensheid hebben verschaft.”
Dynamiet wordt geclassificeerd als een secundair hoog explosief, wat betekent dat een ontsteker van een primair of initieel hoog explosief (kwikfulminaat, bijvoorbeeld) wordt gebruikt om de hoofdlading tot ontploffing te brengen. Dynamiet wordt beschouwd als een commercieel explosief, in tegenstelling tot TNT (trinitrotolueen)-explosieven, die als militaire munitie-explosieven worden beschouwd. Het eerste grootschalige gebruik van dynamiet voor bouwdoeleinden was bij de aanleg van de Hoosac Tunnel, voltooid in 1876.
Procesontwerp en -faciliteiten
De fabricage van dynamiet is sterk gereguleerd en het proces wordt streng gecontroleerd om onbedoelde detonaties te voorkomen. De gebruikte apparatuur is speciaal ontworpen om de blootstelling van het mengsel aan hitte, verdichtingskrachten of ontstekingsbronnen te beperken. Lagers in de productmengers, bijvoorbeeld, zijn buiten het frame van de apparatuur gemonteerd om contact met het explosieve mengsel te voorkomen. Gebouwen en opslagruimten (magazijnen genoemd) worden op grote afstand van andere structuren en met gespecialiseerde verwarmings-, ventilatie- en elektrische systemen gebouwd. Deze gebouwen worden “gehard” met kogelwerende daken en muren en uitgebreide beveiligingssystemen. Andere belangrijke voorzorgsmaatregelen zijn onder meer grondige inspectiesystemen die een correcte menging, sortering, verpakking en voorraadcontrole verzekeren. Werknemers worden ook goed opgeleid om met de explosieven te werken, en speciale voorzorgsmaatregelen voor de gezondheid zijn vereist. Blootstelling aan nitroglycerine leidt meestal tot kloppende hoofdpijn, hoewel er immuniteit voor de toxische effecten kan ontstaan. Interessant is dat nitroglycerine ook in de geneeskunde wordt gebruikt om bepaalde vormen van angina pectoris en andere kwalen te behandelen. In het lichaam werkt het als een vaatverwijdend middel en ontspant het spierweefsel.
Het fabricageproces
Het proces begint met de samengestelde vloeistof zoals nitroglycerine (explosieve olie), een “dope”-stof, en een maagzuurremmer. Ethyleenglycol-dinitraat, dat ongeveer 25-30% van de explosieve olie uitmaakt, wordt gebruikt om het vriespunt van de nitroglycerine te verlagen. Hierdoor kan het dynamiet veilig bij lage temperaturen worden gebruikt. In feite is nitroglycerine in halfbevroren toestand, waarin zowel vloeistof als vaste stof aanwezig is, gevoeliger en onstabieler dan hetzij bevroren hetzij vloeibare toestand alleen. In die halfvaste toestand is nitroglycerine uiterst gevaarlijk om te hanteren.
Het mengen van de olie
- 1 De explosieve olie wordt voorzichtig toegevoegd aan een mechanische menger, waar hij wordt geabsorbeerd door de “dope”, die kan bestaan uit diatomeeënaarde (wordt nu niet meer gebruikt), houtpulp, zaagsel, meel, zetmeel, en/of andere koolstofhoudende stoffen en combinaties van stoffen.
Zuurte neutraliseren
- 2 Er wordt ongeveer 1% maagzuurremmer toegevoegd, zoals calciumcarbonaat of zinkoxide, om eventueel in de dope aanwezige zuurte te neutraliseren. Het mengsel wordt zorgvuldig gecontroleerd en wanneer het juiste ingrediëntgehalte is bereikt, is het mengsel klaar om in de verschillende vormen te worden verpakt. Dit proces levert het zogenaamde “onvermengd dynamiet” op, waarbij de dope niet bijdraagt tot de explosieve kracht van het dynamiet. Zo bevat 40% recht dynamiet 40% nitroglycerine en 60% dope; 35% recht dynamiet bevat 35% nitroglycerine en 65% dope. In sommige gevallen wordt natriumnitraat met de dope gemengd, dat als oxidator fungeert en het explosief extra kracht geeft.
Verpakking van dynamiet
- 3 Het uiterlijk van dynamiet lijkt meestal op een ronde patroon met een diameter van ongeveer 3,2 cm (1,25 inch) en een lengte van ongeveer 20 cm (8 inch). Dit type wordt vervaardigd door het dynamietmengsel in een papieren buis te persen die met paraffine is afgesloten. Het omhulsel van paraffine beschermt het dynamiet tegen vocht en draagt, als brandbare koolwaterstof, bij tot de explosieve reactie. Dynamiet bestaat ook in vele andere vormen, van kleinere patronen voor gespecialiseerde sloopwerkzaamheden tot grote ladingen met een diameter van 10 inch (25 cm) die worden gebruikt bij grote ontginningsoperaties. De regelgeving beperkt de lengte van deze grote ladingen tot 76 cm (30 inch) en het gewicht tot 23 kg (50 pounds). Dynamiet is ook verkrijgbaar als zakpoeder en in een gegelatiniseerde vorm voor gebruik onder water.
Dynamiet wordt ook gemaakt met andere stoffen dan nitroglycerine. Door bijvoorbeeld een groter deel van de springstofolie te vervangen door ammoniumnitraat kan de explosieve kracht van het dynamiet worden vergroot. Deze vorm van dynamiet wordt ammoniakdynamiet genoemd.
Kwaliteitscontrole
Nauwkeurige meting van de sterkte van het dynamiet en beproeving door detonatie zorgen voor een veilig gebruik van het explosief. De relatieve sterkte van dynamiet wordt ingedeeld aan de hand van een vergelijking met recht dynamiet en aan de hand van het gewichtspercentage van de springstofolie. Zo wordt ammoniakdynamiet vergeleken met zuiver dynamiet en dienovereenkomstig ingedeeld. Vijftig procent ammoniakdynamiet is qua explosieve kracht gelijk aan 50% recht dynamiet. In dit geval geeft de “50%” eerder de vergelijking van de sterkte weer dan het explosieve gehalte.
Na de fabricage en het testen van de partijen dynamiet wordt het onder strikte vervoers- en opslagvoorschriften naar de plaats van gebruik gebracht.
Toepassing
Het volgende korte voorbeeld is een van de vele scenario’s voor de juiste toepassing van dynamiet. Er zij op gewezen dat niemand anders dan een gediplomeerd explosievenexpert met de juiste procedures en uitrusting ooit mag proberen dynamiet tot ontploffing te brengen.
In dit voorbeeld moet een rotsformatie worden opgeblazen om plaats te maken voor een bouwproject. De eerste stap in de explosieprocedure is het bepalen van de grootte van de lading met behulp van verschillende middelen, waaronder grafieken, berekeningen en de ervaring van de explosieontwerper. Het getroffen gebied en het omliggende terrein worden nauwkeurig onderzocht om de veilige zone te bepalen. Er worden borden geplaatst op een afstand van minimaal 305 m (1000 voet) buiten de veilige zone om het publiek te waarschuwen voor de explosie. Radiozenders worden uitgeschakeld en vergrendeld om te voorkomen dat de elektrische ontstekers per ongeluk afgaan. De lading wordt dan uit het magazijn gehaald en met gesloten en beveiligde vrachtwagens naar de plaats van de explosie gebracht. De ontstekers worden in een apart voertuig naar de plaats van de explosie gebracht.
De ladingen worden gelost en in de in de rotsformatie geboorde ontploffingsgaten geplaatst. Ze glijden in het ontploffingsgat door luchtdruk of door ze aan te stampen met houten of plastic staven. De ontploffer zorgt ervoor dat de draden naar de ontstekers kortgesloten zijn totdat alle ladingen geplaatst zijn. Hierdoor ontstaat een kortsluiting in de bedrading die onbedoelde ontsteking voorkomt. Alleen de opblazer mag de laatste elektrische verbindingen met de hoofdschakelaar maken.
Tijdens deze periode wordt een gat van 1,5 meter in de bedrading onmiddellijk voor de hoofdschakelaar gebruikt als “bliksemafleider”, een andere veiligheidspraktijk om de mogelijkheid uit te sluiten dat statische elektriciteit de ladingen doet afgaan. Als alle voorbereidingen voor de ontploffing klaar zijn, laat een waarschuwingsclaxon een serie knallen van één minuut horen voordat het detonatiesignaal klinkt. Op dat moment worden de laatste verbindingen met de ontstekingsschakelaar gemaakt. Op één minuut voor detonatie klinkt een reeks korte hoornsignalen. De ontsteker ontgrendelt dan de hoofdschakelaar en brengt de ladingen tot ontploffing. Na de explosie worden alle elektrische circuits naar de explosie-apparatuur weer vergrendeld in de veilige posities, en wordt het gebied geïnspecteerd op verkeerd afgevuurde ladingen en algemene veiligheid. Een langdurige toeter geeft aan dat alles veilig is.
Bijlprodukten/Afval
De produktie en het gebruik van explosieven veroorzaken een zekere mate van gevaarlijk afval in het milieu. Nitroglycerine produceert verschillende giftige bijproducten zoals zuren, logen en met zware metalen verontreinigde oliën. Deze moeten op de juiste wijze worden verwijderd door neutralisatie of stabilisatie en afgevoerd naar een stortplaats voor gevaarlijk afval. Het gebruik van explosieven veroorzaakt grote hoeveelheden stof en deeltjes van de explosie, en in sommige gevallen komen asbest, lood en andere gevaarlijke stoffen in de atmosfeer terecht. Ook kunnen bij ongecontroleerde of onjuist berekende explosies nabijgelegen tanks en pijpleidingen scheuren, waardoor de inhoud eveneens in het milieu terechtkomt.
De toekomst
Sinds hun ontwikkeling in de jaren vijftig hebben geavanceerde vormen van plastic explosieven en gevormde ladingen dynamiet vervangen. Deze explosieven worden nu springstoffen genoemd, omdat hun stabiliteit is verbeterd en zij een krachtigere ontsteker nodig hebben om tot ontploffing te komen. Een van de meest gebruikte springstoffen is ANFO, of ammoniumnitraat en stookolie. ANFO is gemakkelijk verkrijgbaar, aanzienlijk goedkoper dan dynamiet, en kan ter plaatse worden gemengd. Betonsloopploegen die relatief kleine ladingen nodig hebben, gebruiken echter nog steeds dynamiet als springstof.
Waar vindt u meer informatie
Boeken
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. Explosieven. 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