Ảnh hưởng của bột nhôm tới sự thoát khí của thuốc nổ nhũ tương được nhạy hóa bằng bọt khí
Hiện tại, các nhà máy sản xuất thuốc nổ nhũ tương ở nước ta sử dụng phổ biến tác nhân nhạy hóa là chất tạo bọt NaNO2 sẵn có và rẻ tiền. Tuy nhiên, khi bổ sung thêm phụ gia bột nhôm, triethanolamine tea, tween polysorbate 80 cần phải nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ của bột nhôm triethanolamine tea, tween polysorbate 80 đến độ bền của bọt khí trong hệ nhũ. Nguyên cứu đã tiến hành thí nghiệm theo dõi sự thoát khí của 2 mẫu thuốc nổ nhũ tương có thành phần như sau:
Mẫu 1: Nhũ tương nền pha thêm 1,0% dung dịch NaNO2 nồng độ 0,3%, triethanolamine tea 0.2%, tween 80 0.5% (tính ngoài 100%).
Mẫu 2: Mẫu 1 có bổ sung thêm 4% bột nhôm, kích thước hạt 0,038mm÷0,08mm, triethanolamine tea 0.2%, tween 80 0.5% (tính ngoài 100%).
Kết quả theo dõi sự thoát khí nitơ của các mẫu thuốc tính theo g được thể hiện trong phản ứng hóa học và trên hình 1.
NH4NO3 + NaNO2 → NH4NO2 + NaNO3
NH4NO2 → N2 + H2O
Hình 1 cho thấy, lượng khí thoát ra của thuốc nổ chứa nhôm luôn lớn hơn thuốc nổ thường, tốc độ thoát khí trong khoảng 10 ngày đầu ở hai mẫu đều khá lớn. Thời gian bảo quản mẫu càng dài thì tốc độ thoát khí đối với mẫu thuốc nổ không chứa bột nhôm giảm, còn tốc độ thoát khí của mẫu thuốc chứa bột nhôm vẫn còn rất lớn. Điều này có thể giải thích như sau: Lúc đầu các bọt khí nitơ (được hình thành từ phản ứng 2) trong vùng tiếp giáp với bề mặt thuốc nổ sẽ khuếch tán ra ngoài nhanh hơn so với các lớp thuốc nổ phía trong, do đó giai đoạn đầu (10 ngày) lượng khí thoát ra sẽ nhiều hơn giai đoạn sau. Đối với thuốc nổ nhũ tương khi bổ sung bột nhôm, triethanolamine tea, tween 80 sẽ tạo ra hệ nhũ không đồng nhất dẫn đến tốc độ khí thoát ra sẽ nhanh hơn so với thuốc nổ không chứa bột nhôm.
Hình 1. So sánh lượng khí thoát ra của các mẫu thuốc nổ nhũ tương được nhạy hóa bằng bọt khí
Như vậy, đối với mẫu thuốc nổ chứa bột nhôm không thể bảo quản được lâu dài do lượng bọt khí còn lại ít sẽ dẫn tới khả năng không kích nổ được khối thuốc. Do đó, không được sử dụng bột nhôm làm phụ gia năng lượng cho thuốc nổ nhũ tương nhạy hóa bằng bọt khí. Để khắc phục vấn đề này, có thể sử dụng vi cầu thủy tinh làm chất nhạy hóa với hàm lượng khoảng 2%, triethanolamine tea C6H15NO3. Tween 80 có tác dụng tang thời gian bảo quản.
Ảnh hưởng của bột nhôm đến khả năng chịu nước của thuốc nổ nhũ tương nhạy hóa bằng vi cầu thủy tinh
Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến hàm lượng NH4NO3 tách ra
Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến hàm lượng NH4NO3 tách ra, Nguyên cứu đã tiến hành chế tạo 02 mẫu thuốc nổ nhũ tương, nguyên cứu tác dụng triethanolamine tea, tween 80:
Mẫu 1: Nhũ tương nền pha thêm 2% vi cầu thủy tinh, triethanolamine tea 2%, tween 80 0.5% (tính ngoài 100%).
Mẫu 2: Mẫu 1 có bổ sung thêm 4% bột nhôm, kích thước hạt 0,038mm÷0,08mm, triethanolamine tea 2%, tween 80 0.5% (tính ngoài 100%).
Các mẫu thuốc nổ nhũ tương được ngâm nước với các khoảng thời gian khác nhau (5 h, 10 h, 15 h, 20 h và 25 h) ở nhiệt độ thường, sau đó tiến hành xác định hàm lượng NH4NO3 tách ra, kết quả nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.
Từ các kết quả trên hình 2 cho thấy, thời gian ngâm nước ảnh hưởng lớn đến hàm lượng muối NH4NO3 tách ra, thời gian ngâm càng dài thì lượng muối tách ra càng nhiều và có thể được chia ra làm 2 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Thời gian ngâm từ 5 h đến 15 h, lượng muối tách ra ở các mẫu đạt mức thấp, cụ thể sau 15 h mẫu 1 là 0,0224 g, mẫu 2 là 0,0308 g.
Giai đoạn 2: Từ 15 h trở đi, hàm lượng muối tăng mạnh, lượng muối thoát ra lớn dần. Đến 25 h, lượng muối thoát ra ở các mẫu cụ thể như sau: mẫu 1 là 0,0424 g, mẫu 2 là 0,0554 g.
Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến lượng NH4NO3 tách ra
Dựa vào đồ thị trên hình 2 nhận thấy, mẫu thuốc nổ nhũ tương chứa bột nhôm
kém bền hơn. Điều này có thể được giải thích do bột nhôm và vi cầu thủy tinh là những chất rắn nên khi trộn vào thuốc nổ nhũ tương sẽ phá hủy cấu trúc nhũ tương dẫn đến nước sẽ thấm và khuếch tán vào trong khối thuốc nhanh hơn, khi đó lượng muối sẽ tách ra nhiều hơn.
Căn cứ vào các kết quả phân tích trên cho thấy, để đảm bảo được chất lượng thuốc nổ nhũ tương khi tiến hành công tác nổ ở các lỗ khoan có nước thì thời gian ngâm nước tối đa cho phép nhỏ hơn 15 h, điều này phù hợp với thực tế khuyến cáo của các nhà máy sản xuất thuốc nổ. Riêng đối với thuốc nổ nhũ tương chứa bột nhôm thì thời gian chịu nước nhỏ hơn thuốc nổ nhũ tương thường.
Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm nước đến hàm lượng muối NH4NO3 tách ra
Các mẫu thuốc nổ nhũ tương được ngâm nước ở nhiệt độ 30, 40, 50 và 60oC trong khoảng thời gian 2 h, sau đó lấy dung dịch để xác định hàm lượng NH4NO3 tách ra (hình 3).
Hình 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm nước đến lượng amoni nitrat tách ra
Kết quả xác định trên đồ thị (hình 3) cho thấy, nhiệt độ nước càng cao thì hàm
lượng muối amoni nitrat tách ra càng lớn. Điều này là do khi tăng nhiệt độ thì các phân tử nước sẽ linh động hơn nên tốc độ khuếch tán và thấm sâu vào trong khối thuốc sẽ nhanh hơn làm cho lượng muối tan ra nhiều hơn. Ngoài ra, còn do nguyên nhân là ở nhiệt độ cao làm lớp vỏ bọc dầu bên ngoài trở nên mềm hơn và độ bền cấu trúc của hệ nhũ giảm dần, dẫn đến phá hủy nhũ và lượng muối tách ra nhanh hơn. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng amoni nitrat tách ra lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của thời gian ngâm nước. Đồng thời, khi so sánh hai mẫu thuốc nổ cho thấy, mẫu thuốc chứa bột nhôm có độ bền kém hơn.