Dynamit

Kontekst i surowce

Dynamit jest komercyjnym materiałem wybuchowym używanym głównie do wyburzania i w górnictwie. Wynaleziony w 1866 r. przez Alfreda Bernharda Nobla (1833-1896), jest dokładniej opisany jako opakowanie nitrogliceryny, silnie trującej cieczy wybuchowej, lub innych lotnych związków, takich jak uczulony azotan amonu. Dynamity mogą być pakowane w odmierzone ładunki, łatwo transportowane i, z odpowiednim detonatorem, bezpiecznie eksplodować. Ponieważ eksplozja dynamitu tworzy „chłodny płomień”, który jest mniej prawdopodobne, aby zapalić metan i mieszaniny pyłu węglowego obecne w kopalniach, dynamity są często używane w operacjach wydobycia węgla.

Historia

Alfred Nobel, jego ojciec Immanuel i młodszy brat Emil zaczął eksperymentować z nitrogliceryną w pobliżu Sztokholmu w 1862 roku. Odkryty przez włoskiego chemika Ascario Sobrero w 1846 roku, nitrogliceryna była bardzo niestabilna i trudna w obsłudze, a przypadkowe eksplozje nie były rzadkością. Jeden z takich wypadków spowodował śmierć Emila, między innymi, w fabryce w 1864 roku. Mimo osobistej tragedii Alfred kontynuował pracę z tą niebezpieczną cieczą, pracując na łodzi na środku jeziora, a następnie przeprowadzając swoje eksperymenty w fabryce. W 1866 r. odkrył, że zmieszanie nitrogliceryny z ziemią okrzemkową stabilizuje i zmniejsza lotność materiału wybuchowego. Ziemia okrzemkowa powstaje ze skamieniałych szczątków jednokomórkowego planktonu zwanego okrzemkami, w wyniku czego powstaje materiał chłonny, który „nasiąka” nitrogliceryną. Alfred nazwał produkt „dynamitem” – pochodzącym od greckiego „dynamis” oznaczającego „siłę” – i otrzymał patent na ten proces w 1867 roku. Nobel opracował także kilka innych materiałów wybuchowych i miotających, w tym proch bezdymny balistyt. Posiadał ponad 355 patentów, a jego znaczny majątek stanowił podstawę finansową Nagrody Nobla, która jest przyznawana „tym, którzy w roku poprzedzającym przynieśli ludzkości największą korzyść.”

Dynamit jest klasyfikowany jako wtórny materiał wybuchowy, co oznacza, że detonator pierwotnego lub inicjującego materiału wybuchowego (piorunian rtęci, na przykład) jest wykorzystywany do odpalenia głównego ładunku. Dynamit jest uważany za komercyjny materiał wybuchowy, w przeciwieństwie do materiałów wybuchowych typu TNT (trinitrotoluen), które są uważane za wojskowe materiały wybuchowe do amunicji. Pierwsze zastosowanie dynamitu do celów budowlanych na dużą skalę miało miejsce przy tworzeniu tunelu Hoosac, ukończonego w 1876 r.

Process Design andFacilities

Produkcja dynamitu jest ściśle regulowana, a proces ściśle kontrolowany, aby zapobiec przypadkowym detonacjom. Stosowany sprzęt jest specjalnie zaprojektowany, aby ograniczyć narażenie mieszaniny na działanie ciepła, sił zagęszczających lub źródeł zapłonu. Na przykład łożyska w mieszalnikach produktów są montowane poza ramą aparatury, aby zapobiec kontaktowi z mieszanką wybuchową. Budynki i magazyny (zwane magazynami) są budowane w dużych odległościach od innych konstrukcji i wyposażone w specjalistyczne systemy grzewcze, wentylacyjne i elektryczne. Budynki te są „utwardzane” za pomocą kuloodpornych dachów i ścian oraz rozbudowanych systemów bezpieczeństwa. Inne ważne środki ostrożności obejmują dokładne systemy inspekcji, które zapewniają prawidłowe mieszanie, klasyfikację, pakowanie i kontrolę zapasów. Pracownicy są również doskonale przeszkoleni do pracy z materiałami wybuchowymi i wymagane są specjalne środki ostrożności w zakresie ochrony zdrowia. Narażenie na działanie nitrogliceryny powszechnie powoduje pulsujące bóle głowy, chociaż może rozwinąć się odporność na toksyczne działanie. Co ciekawe, nitrogliceryna jest również wykorzystywana w medycynie do leczenia niektórych form anginy i innych dolegliwości. W organizmie działa jako środek rozszerzający naczynia krwionośne i rozluźnia tkankę mięśniową.

Proces wytwarzania

Proces rozpoczyna się od cieczy złożonej, takiej jak nitrogliceryna (olej wybuchowy), substancji „dope” i środka zobojętniającego. Dwuazotan glikolu etylenowego, stanowiący około 25-30% oleju wybuchowego, jest używany do obniżenia temperatury zamarzania nitrogliceryny. Dzięki temu dynamit może być bezpiecznie używany w niskich temperaturach. W rzeczywistości nitrogliceryna w stanie półzamrożonym, w którym obecna jest zarówno ciecz, jak i ciało stałe, jest bardziej wrażliwa i niestabilna niż sam stan zamrożony lub ciekły. W tym półstałym stanie nitrogliceryna jest bardzo niebezpieczna w użyciu.

Mieszanie oleju

• 1 Wybuchowy olej jest ostrożnie dodawany do mechanicznego mieszalnika, gdzie jest wchłaniany przez „dope”, którym może być ziemia okrzemkowa (obecnie już nieużywana), miazga drzewna, trociny, mąka, skrobia i/lub inne substancje węglowe oraz kombinacje substancji.

Zneutralizowanie kwasowości

• 2 Około 1% kwasku, takiego jak węglan wapnia lub tlenek cynku, dodaje się w celu zneutralizowania kwasowości obecnej w mieszaninie. Mieszanina jest dokładnie monitorowana, a gdy osiągnięty zostanie właściwy poziom składników, mieszanina jest gotowa do pakowania w różne formy. W wyniku tego procesu powstaje tak zwany „dynamit prosty”, w którym domieszka nie ma wpływu na siłę eksplozji dynamitu. Na przykład, dynamit prosty 40% zawiera 40% nitrogliceryny i 60% prochu; dynamit prosty 35% zawiera 35% nitrogliceryny i 65% prochu. W niektórych przypadkach azotan sodu jest mieszany z prochem, który działa jako utleniacz i nadaje dodatkową siłę materiałowi wybuchowemu.

Pakowanie dynamitu

• 3 Wygląd dynamitu typowo przypomina okrągły nabój o średnicy około 1,25 cala (3,2 cm) i długości 8 cali (20 cm). Ten typ jest produkowany przez wciśnięcie mieszanki dynamitu do papierowej tuby uszczelnionej parafiną. Parafinowa obudowa chroni dynamit przed wilgocią, a będąc łatwopalnym węglowodorem, przyczynia się do reakcji wybuchowej. Dynamit może występować również w wielu innych formach, od mniejszych rozmiarów nabojów do specjalistycznych prac wyburzeniowych do dużych ładunków o średnicy 25 cm (10 cali), które są używane w dużych operacjach wydobywczych. Przepisy ograniczają długość tych dużych ładunków do 76 cm (30 cali) i wagę do 23 kg (50 funtów). Dynamit jest również dostępny jako proszek do torebek oraz w formie żelatynowej do użytku pod wodą.

  Dynamity są również wytwarzane przy użyciu innych substancji oprócz nitrogliceryny. Na przykład, zastąpienie większej części oleju wybuchowego azotanem amonu może zwiększyć siłę eksplozji dynamitu. Ta forma dynamitu jest określana jako dynamit amoniakalny.

Kontrola jakości

Dokładny pomiar wytrzymałości dynamitu i testowanie przez detonację zapewniają bezpieczne działanie materiału wybuchowego. Względna wytrzymałość dynamitu jest stopniowana przez porównanie z dynamitem prostym i przez procent wagi oleju wybuchowego. Na przykład, dynamit amoniakalny jest porównywany z dynamitem prostym i odpowiednio klasyfikowany. Pięćdziesiąt procent dynamitu amoniakalnego jest równe pod względem siły eksplozji 50% dynamitu prostego. W tym przypadku „50%” odzwierciedla raczej porównanie siły niż zawartość materiału wybuchowego.

Po wyprodukowaniu i przetestowaniu partii dynamitu, jest on wydawany na miejsce pracy przy zachowaniu ścisłych przepisów dotyczących transportu i przechowywania.

Zastosowanie

Poniższy krótki przykład jest jednym z wielu scenariuszy prawidłowego zastosowania dynamitu. Należy zauważyć, że nikt poza certyfikowanym ekspertem od wysadzania, posiadającym odpowiednie procedury i sprzęt, nie powinien nigdy próbować detonować dynamitu.

W tym przykładzie, formacja skalna musi zostać wysadzona, aby zrobić miejsce dla projektu budowlanego. Pierwszym krokiem w procedurze wysadzania jest określenie wielkości ładunku za pomocą różnych środków, w tym wykresów, obliczeń i doświadczenia wysadzającego. Dokładne zbadanie obszaru zagrożonego i otaczającego terenu ma na celu określenie bezpiecznej strefy. W odległości co najmniej 305 m poza strefą bezpieczną umieszcza się znaki ostrzegające ludność o wybuchu. Nadajniki radiowe są wyłączane i blokowane, aby zapobiec przypadkowemu odpaleniu detonatorów elektrycznych. Ładunek jest następnie wyjmowany z magazynu i transportowany do miejsca wybuchu za pomocą zamkniętych i zabezpieczonych ciężarówek. Detonatory są przywożone na miejsce pracy w oddzielnym pojeździe.

Ładunki są rozładowywane i umieszczane w otworach strzałowych wywierconych w formacji skalnej. Ładunki wsuwa się do otworu za pomocą ciśnienia powietrza lub przez podbijanie drewnianymi lub plastikowymi prętami. Wysadzający bardzo dba o to, aby przewody prowadzące do detonatorów były zwarte razem do momentu umieszczenia wszystkich ładunków. Zapewnia to zwarcie przewodów, co zapobiega przypadkowemu zapłonowi. Tylko blaster może wykonać ostateczne połączenia elektryczne z głównym przełącznikiem odpalania.

W tym czasie, 5-stopowa (1,5 m) przerwa w okablowaniu bezpośrednio przed głównym przełącznikiem jest używana jako „przerwa piorunowa”, inna praktyka bezpieczeństwa w celu wyeliminowania możliwości wyładowań elektrostatycznych. Po zakończeniu wszystkich przygotowań do wybuchu, klakson ostrzegawczy emituje jednominutową serię dźwięków przed sygnałem detonacji. W tym czasie wykonywane są ostatnie połączenia z przełącznikiem odpalania. Na jedną minutę przed detonacją rozlega się seria krótkich dźwięków klaksonu. Następnie blaster odblokowuje wyłącznik główny i detonuje ładunki. Po eksplozji, wszystkie obwody elektryczne urządzeń strzałowych zostają ponownie zablokowane w bezpiecznych pozycjach, a teren jest sprawdzany pod kątem błędnie odpalonych ładunków i ogólnego bezpieczeństwa. Długotrwały huk klaksonu sygnalizuje, że wszystko jest w porządku.

Produkty uboczne/odpady

Produkcja i stosowanie materiałów wybuchowych w pewnym stopniu przyczynia się do powstawania niebezpiecznych odpadów w środowisku. Nitrogliceryna wytwarza kilka toksycznych produktów ubocznych, takich jak kwasy, substancje żrące i oleje zanieczyszczone metalami ciężkimi. Muszą one być odpowiednio usuwane poprzez neutralizację lub stabilizację i transportowane na składowisko odpadów niebezpiecznych. Stosowanie materiałów wybuchowych powoduje powstawanie dużych ilości pyłu i cząstek stałych w wyniku eksplozji, a w niektórych przypadkach uwalnia do atmosfery azbest, ołów i inne niebezpieczne materiały. Również niekontrolowane lub niewłaściwie obliczone eksplozje mogą spowodować pęknięcie pobliskich zbiorników i rurociągów, uwalniając ich zawartość również do środowiska.

Przyszłość

Od czasu ich opracowania w latach 50-tych, zaawansowane formy plastycznych materiałów wybuchowych i ładunków kształtowych zastąpiły dynamit. Te materiały wybuchowe są obecnie określane jako środki strzałowe, ponieważ ich stabilność jest lepsza i wymagają mocniejszego spłonki do detonacji. Jednym z najbardziej powszechnych środków strzałowych jest ANFO, czyli azotan amonu i olej opałowy. ANFO jest łatwo dostępny, znacznie tańszy niż dynamit i może być mieszany na miejscu. Jednak ekipy zajmujące się wyburzaniem betonu, wymagające stosunkowo małych ładunków, nadal używają dynamitu jako środka strzałowego.

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. Materiały wybuchowe. 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

.