ویژگی‌ها، انواع و تاریخچه مواد منفجره مورد استفاده در معدنکاری

تاریخچه مواد منفجر

شکستن سنگ با استفاده از مواد منفجره از ابتدای قرن هفدهم هم زمان با شناسایی باروت شروع شد. در سال ۱۸۱۳ نیترو سلولز توسط T.J Plonze ساخته شد. در سال ۱۸۶۷ آلفرد نوبل برای سهولت حمل نیتروگلیسیرین آن را جذب دیاتومیت کرد و جسمی‌پلاستیکی شامل ۷۵% نیتروگلیسیرین بدست آمد. این ماده می‌تواند تا سه برابر وزن خود نیتروگلیسیرین جذب کند و محصول آن Guhar Dynamite نامیده شد.

دینامیت مشتق از کلمه یونانی (dynamis) به معنی نیرو می‌باشد در سال ۱۸۷۵ آلفرد نوبل نوعی دینامیت از ژلاتین انفجاری ساخت که مخلوط ژلاتینی شکل از ۹۲% نیتروگلیسیرین و ۸% نیترو سلولز بود که هنوز هم از مواد منفجره قوی صنعتی است. به دنبال آن در سال ۱۸۷۹ از مخلوط کردن نیترات سدیم و سایر مواد به ژلاتین انفجاری مواد منفجره ضعیفتر به دست آمد.

انواع زیادی از مواد منفجره بر این اساس ساخته شده‌اند. مواد منفجره اکسیژن مایع در ۱۸۹۵ ساخته شد و نیترات آمونیوم بعنوان ماده منفجره در سال ۱۸۶۷ تولید گردید، اما کاربرد مخاوط آن با سوخت مایع بعنوان ماده منفجره صنعتی از سال ۱۹۵۵ میلادی متداول شد.

در سال ۱۹۲۰ از اختلاط دی نیترو گلیکول به دینامیت‌ها از یخ زدن آنها جلوگیری شد. در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ مواد منفجره ژله‌ای و در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ مواد منفجره امولیسیون ساخته و به بازار مصرف تحویل شد.

 

ماده منفجره

ترکیبی شیمیایی یا مخلوط مکانیکی است که در اثر جرقه، ضربه، حرارت و یا شعله در مدت کوتاهی تجزیه شده و مقدار زیادی گاز و حرارت تولید می‌کند.

می‌توان گفت هر ماده سوختنی قابل انفجار است در صورتی که شرایط مورد لزوم زیر فراهم گردد.

• اکسیژن به حد کافی موجود باشد.
• امکان ترکیب سریع اکسیژن با ماده سوختنی فرهم گردد.

 

ویژگی های مواد منفجره

• حساسیت

حساسیت گویای مقدار تحریکی است که برای وادار کردن ماده منفجره به فعل و انفعال لازم است حساسیت یک ماده منفجره به ساختمان ملکولی، اندازه کریستال‌ها، وزن مخصوص، رطوبت و درجه حرارت بستگی دارد. وزن مخصوص بالا، جذب رطوبت و پوشش کریستال‌ها سبب کم شدن حساسیت می‌گردد.

 

• سرعت انفجار

سرعت انفجار همان سرعت تجزیه شدن یا سوختن ماده منفجره یا به عبارت دیگر حرکت موج انفجار در سرتاسر ماده منفجره می‌باشد. اگر سرعت سوختن ماده منفجره بیش از سرعت صوت باشد آن را اتفجار می‌گویند و چنان چه کمتر از سرعت صوت باشد این پدیده را سوزش می‌نامند. مواد منفجره قوی سنگ‌ها را به قطعات ریز بدل می‌کنند و مواد منفجره با سرعت کم سبب تولید قطعات بزرگ سنگ در آتشباری‌ها می‌گردد.

 

• قدرت ماده منفجره

عوامل موثر در قدرت، حجم گاز و حرارت انفجارند. هر چه حرارت تولید شده بیشتر باشد، یعنی فعل و انفعال کامل تر انجام پذیرد، قدرت ماده منفجره بیشتر است. از بین دو ماده منفجره که حجم گاز مساوی داشته باشند آن که حرارت بیشتر تولید می‌کند قدرت بیشتری دارد.

 

• چگالی

چگالی ماده منفجره وزن واحد حجم ماده منفجره بکار رفته در ساختمان فشنگ آن می‌باشد. هر چه چگالی ماده منفجره بیشتر باشد سرعت انفجار و قدرت آن بیشتر می‌باشد. در مورد مواد منفجره ژله ای ممکن است که دو نوع ماده منفجره دارای چگالی یکسان اما انرژی کاملاً متفاوت باشند.

در صورتی که چگالی از حد معینی عبور کند ممکن است انفجار ناقص صورت گیرد یا اینکه ماده منفجره به جای انفجار، بسوزد. لذا هر نوع ماده منفجره دارای یک چگالی اپتیموم است که به ازا آن انفجار کامل صورت می‌گیرد. واضح که برای سنگ‌های سخت باید مواد منفجره با چگالی بیشتر به کار برد.

 

• رطوبت

سبب تجزیه ماده منفجره می‌شود.

 

• آتش گیری

برخی از مواد منفجره در اثر یک جرقه منفجر می‌شوند و بعضی فقط می‌سوزند اما نظر به این که مواد منفجره سوختنی هستند خطر آتش گیری آنها و یا بخار و گاز متصاعد وجود دارد. این خاصیت در حمل و نقل و انبارداری بایستی مورد توجه قرار گیرد. یکی از علل کم شدن مصرف اکسیژن مایع همین خاصیت آتش گیری آن می‌باشد.

در سال‌های اخیر سعی شده که مواد منفجره آتشگیر نباشند اما به هر حال بایستی این نکته را مد نظر گرفت که این مواد سوختنی هستند و بایستی از نزدیک شدن شعله و کشیدن سیگار در جوار آنها خودداری کرد. و به همین دلیل خصیت آتش گیری است که توصیه می‌شود در شرایط رعد و برق شدید از استعمال هرگونه ماده منفجره‌ای خودداری کرد.

 

• سمیت

له طرق مختلف سمیت مواد منفجره بروز می‌کند. تماس با نیتروگلیسیرین سبب نفوذ آن از راه پوست دست شده و سردرد شدیدی می‌آورد. خوردن گرد و غبار و بخار ترکیبات نیترو ممکن است به فاجعه منجر شود. سمیت مواد منفجره بعد از انفجار نیز به نحوی بروز می‌کند، زیرا پس از انفجار گازهای از قبیل SO2 ,SH2 ,CO2 ,CO و غیره در فضا پراکنده می‌گردد، که ضررهای هر یک به نوبه خود مشخص است.

از جمله گازهای حاصل از انفجار، انیدرید کربنیک CO2 است و با این که گازی سمی‌ نیست، اما در بسیاری از موارد پس از انفجار تولید گاز سبب مرگ افراد شده است زیرا وجود مقدار زیاد آن سبب لختی ماهیچه‌ها و از کار افتادن قلب و ریه می‌گردد. اگر غلظت انیدرید کربنیک در هوا به ۱۸% حجمی‌ برسد موجب خستگی می‌گردد.

برای پایین آوردن سمیت گازهای حاصل از انفجار رعایت این نکات لازم است:

• تعادل اکسیژن برقرار باشد.
• داخل چال خوب پاک بوده و عاری از خرده ریزه حفاری باشد.
• قطر بحرانی در نظر گرفته شود.
• چال خوب مسدود شده باشد.
• انفجار کامل صورت گیرد.
• فشنگ‌های مواد ناریه با هم تماس داشته باشند.

 

• فراریت

مواد منفجره نباید فرار باشند، زیرا قراریت سبب می‌شود که گاز درون ظرف جمع شده و آن را تحت فشار قرار دهد و یا خود ماده منفجره به خصوص در حمل و نقل و نگهداری تجزیه می‌گردد.

 

آشنایی و شناسایی انواع مواد منفجره

 

آزید (ازتور) سرب

ازتور سرب در اثر شعله منفجر می‌شود. گرچه سرعت انفجار ازتور سرب از فولمینات جیوه کمتر است و به همین لحاظ قدرت شکنندگی آن نیز کمتر می‌باشد، با این حال موارد استعمال آن بیش از فولمینات جیوه می‌باشد و این به دلیل پایداری زیاد آن است.

در درجه حرارت ۸۰ سانتی گراد بالای صفر اگر به مدت ۱۵ ماه نگهداری شود خواص خود را حفظ می‌کند در حالی که فولمینات جیوه در این درجه حرارت به مدت 1/5 روز ده درصد خلوص خود را از دست می‌دهد. بطور کلی بعلل پایداری ، ارزانی و فراوانی در برابر رطوبت هیدرولیز می‌شود. اسید حاصله با مس ترکیب شده و ازتور مس خیلی حساس بوجود می‌آید لذا باید از تماس آن با مس جلوگیری کرد.

 

دی آزودی نیتروفنل (DDNP)

مثل ازتور سرب در چاشنی‌ها به جای فولمینات جیوه گرفته است. پایداری آن بیش از فولمینات جیوه و کمتر از ازتور سرب است طبق آزمایشات انجام شده در محیطی با حرارت ۵۰ درجه سانتی گراد بالای صفر حداقل سی ماه دوام دارد در حالی که فولمینات جیوه در چنین شرایط ۹ ماه پایدار می‌باشد. بعلاوه درجه حرارت ۵۰ درجه سانتی گراد بالای صفر برای مدت ۱۲ ماه در زیر آب دوام می‌کند. قدرت منفجر کردن آن از ازتور سرب و فولمینات جیوه بیشتر است.

 

فولمینات جیوه

برای اولین بار توسط نوبل در سال ۱۸۶۱ به عنوان چاشنی نیترو گلیسیرین بکار گرفته شد. مخلوط فولمینات جیوه دارای تعادل اکسیژن منفی است اضافه کردن مواد اکسیژن‌دار به آن نظیر باروت، نیترات پتاسیم و کلرات پتاسیم تحت آزمایش قرار گرفت و نتیجه گیری گردید که مخلوط ۸۰-۲۰ و ۹۰-۱۰ فولمینات جیوه و کلرات پتاسیم (۸۰% فولمینات جیوه و ۲۰% کلرات پتاسیم) – مزایای رو به رو را بر فولمینات جیوه دارد. قدرت آتش زنه بیشتر و خردکنندگی بیشتر و ایمنی زیاد در حمل و نقل.

 

فولمینات نقره

این ماده به علت قیمت و حساسیت بیش از فولمینات جیوه، هرگز مصرف تجارتی پیدا نکرده است. بلکه مقداری در کارهای آتشکاری مصرف می‌شود.

 

استیفنات سرب

به عنوان خرج آتش زنه مصرف نمی‌شود به عبارت دیگر خرج چاشنی‌ها را تشکیل نمی‌دهد بلکه چون به حرارت حساس است و و در اثر گرمای جریان برق زود آتش می‌گیرد، برای آتش زدن ازتور سرب در چاشنی‌های الکتریکی مصرف می‌شود.

 

تتراسن (تترازن)

سهولت انفجار، حرارت زیاد ناشی از انفجار، و حجم گازهای تولید شده باعث گردیده‌اند که تتراسن بعنوان یک ماده منفجره در ساختن چاشنی‌ها بکار گرفته می‌شود. در درجه حرارت کمتر از ۷۵ درجه بالای صفر پایدار و ۱۰۰ درجه بالای صفر تجزیه می‌شود.

 

نیترات آمونیوم (AN)

نیترات آمونیوم ارزان ترین و ایمن‌ترین ماده اکسیژن دار می‌باشد که در ساختمان اغلب مواد منفجره صنعتی و نظامی‌ به عنوان ماده اکسیژن دهنده به کار می‌رود. بیشترین مورد مصرف آن در ساختن آنفو و مواد منفجره ژله‌ای می‌باشد. بعلاوه در ترکیب کود‌های شیمیایی نیز به مقدار زیاد مصرف می‌شود.

نیترات آمونیوم دانه‌ای (پودری) که برای سهولت جریان و مقاومت در مقابل رطوبت، دانه‌هایش با موادی خاص پوشیده شده، همراه با سوخت بعنوان مواد منفجره مصرف می‌شود. ماده ای که برای پوشش دانه‌های نیترات آمونیوم مصرف می‌شود Keiselguhr به میزان ۲تا ۳ درصد و یا موادی نظیر سولفنات‌ها به میزان ا درصد و یا ترکیب هر دو می‌باشد.

در گرمای معمولی به ضربه حساس نیست. حداقل فاصله لازم برای سقوط وزنه ۲ کلیوگرمی‌ به منظور انفجار ۱۰۰ سانتی‌متر می‌باشد. با بالا رفتن درجه حرارت، این فاصله کاهش می‌یابد، به نحوی که در حرارت ۱۵۰ و ۱۷۵ درجه یانتی گراد فاصله لازم سقوط وزنه برای انفجار نیترات آمونیوم به ترتیب ۷۰ و ۳۰ سانتی متر است.

در درجه حرارت ۳۲۵ درجه سانتی گراد بالای صفر در عرض ۳ ثانیه کاملا منفجر می‌شود و در حرارت پایین‌تر تجزیه می‌شود. نیترت آمونیوم سمی‌ نیست و کار یا آن احتیاط هایی شدید لازن ندارد اما باید توجه داشت که به هر حال بالقوه ماده منفجره است و اکسید کننده می‌باشد در بعضی موارد سوزش و خارش و اگزما مشاهده شده است.

 

پرکلرات آمونیوم

به عنوان اکسیژن دهنده به کار می‌رود و حساسیت آن خیلی کم است. در ساختن خرج‌های پرتابی انفجار به کار می‌رود. مقدار اکسیژن ان ۳۵% بیش از نیترات آمونیوم است و این امر علی رقم قیمت بیشتر موجب کاربردهای مخصوصی برای آن می‌شود.

 

نیترو سلولز (NC)

نام‌های دیگر نیترات سلولز است. مقدار ازت یکی از عوامل تعیین کننده خواص نیترو سلولز است نیتروسلولزی که در خرج‌های پرتابی به کار می‌رود دارای ازت 12 تا 13/15 درصد است و آن چه که در تهیه ژله انفجاری به کار می‌رود ۱۱ تا ۱۲ درصد ازت دارد و نیتروسلولز مصرفی در مواد منفجره صنعتی 8 تا 11/2 درصد ازت دارد.

درحال حاضر مواد منفجره نیتروسلولزی در زمره مواد منفجره قوی شناخته می‌شوند. نیتروسلولز به ضربه حرارت و جرقه الکتریکی حساس است لذا حمل آن در مناطق خشک و جایی که احتمال وجود الکتریسیته ساکن باشد خطرناک است و به همین دلیل در آب یا الکل حمل و نقل می‌شود. نیتروسلولز سمی‌ نیست اما حمام رفتن و تغییر لباس برای کسانی که با آن کار می‌کنند ضروری است.

 

نیتروگلیسیرین (NG)

به نام‌های تری نیترات گلیسیریل و یا نیترات گلیسیریل نیز نامیده می‌شود در گرمای عادی مایع و بی رنگ است. در سال ۱۸۴۶ به وسیله Sorbero تهیه و در سال ۱۸۶۱ به وسیله نوبل به عنوان ماده منفجره به کار گرفته شد. نیتروگلیسیرین یکی از اجزای اصلی مواد منفجره صنعتی است. در ساختن خرج‌های پرتابی نیز به کار می‌رود. مختصری نیز مصرف دارویی دارد. مصرف ۰۰۰۶/۰ گرم سبب اتساع شریان‌ها می‌شود. در درجه حرارت معمولی فرار نیست و در گرمای ۵۰ درجه سانتی گراد بالای صفر کمی‌فرار و در ۱۰۰ درجه کاملا فرار است.

حساسیت آن به ضربه مثل فولمینات جیوه است و با بالا رفتن درجه حرارت حساسیت آن نیز افزایش پیدا می‌کند. در گرمای ۴ تا ۸ درجه سانتی گراد بالای صفر یخ می‌بندد. چنانچه نیتروگلیسیرین دارای حباب هوا باشد حساسیتش به ضربه بالا می‌رود. قدرت خردکنندگی نیتروگلیسیرین بسیار بالا، معادل پتن و به مراتب بیش از تی ان تی است نیتروگلیسیرین از موادی است که تعادل اکسیژن آن مثبت است لذا می‌توان آن را با سایر موادی که احتیاج به اکسیژن دارند مخلوط کرد.

نیتروگلیسیرین از راه پوست جذب بدن می‌شود بخار آن نیز پس از تنفس وارد خون می‌گردد و موجب سر درد شدید می‌شود تماس مکرر با نیتروگلیسیرین برای کارگرانی که با آن کار می‌کنند عادی می‌شود. به هر حال خوردن قهوه غلیظ مقداری از سر درد را می‌کاهد. حتما آن در مقادیر زیاد بسیار خطرناک است و احتیاط‌ های ویژه‌ای را نیاز دارد.

 

گلیکول دی نیترات (GDN)

یکی از مواد منفجره نادری است که تعادل اکسیژن آن صفر است. قدرت خردکنندگی آن زیاد است در درجه حرارت ۲۲- زیر صفر یخ می‌بندد. برای پایین آوردن درجه انجماد انواع دینامیت‌ها در ساختمان دینامیت مصرف می‌شود. چون فراریت آن بیش از نیتروگلیسیرین است بخار بیشتری وارد دستگاه تنفسی می‌شود و سبب اتساع رگ‌ها، و سبب تشدید ضربان قلب و سر درد شدید می‌گردد.

 

نیترو استارچ

ماده‌ای جامد و ترد شبیه نشاسته است. نیترواستارچ یکی از عوامل مهم تشکیل دهنده مواد منفجره صنعتی است و از آن به جای نیتروگلیسیرین استفاده می‌شود. این گونه مواد منفجره در مقابل یخ زدگی مقاوم اند و تماس با آن، سردرد ندارد.

 

پنتا اریتریتول تترا نیترات (PETN)

نام‌های دیگر آن، پانتریت و نیتروپنتا اریتریت است. به سهولت آتش نمی‌گیرد. در برابر ضربه خیلی حساس است و برای کم کردن حساسیت به آن پارافین یا دی نیترو تلوئون و تی ان تی اضافه می‌کنند. مخلوط آن با نسبت‌های مختلف با تی ان تی را پانتولیت می‌نامند وزن مخصوص آن 1/7 است.

 

سیکلونیت (RDX)

به نام‌های سیکلوتری متیلن تری نیترامین هگزوژن، منفجره ۴T، هگزاهیدرو ۱و ۳ ۵ تری نیترو تریازین نیز معروف است. به عنوان خرج مبنا در چاشنی‌ها و یکی از اجزا تشکیل دهنده مواد منفجره صنعتی به کار می‌رود. خردکنندگی و قدرت RDX به مراتب بیش از تتریل و معادل PETN است.

پایداری RDX بیش از PETN و تقریبا معادل TNT است در انباری به حرارت ۸۵ مدت ۱۰ ماه و در حرارت ۱۰۰ مدت ۱۰۰ ساعت خواص خود را حفظ می‌کند. RDX چندان سمی‌ نیست اما برای کسانی که روزانه با آن سرو کار دارند تغییر لباس و حمام رفتن الزامی‌است. RDX به سبب پایداری زیاد، فراوانی و ارزانی مواد اولیه به مقدار زیاد تولید و مصرف می‌شود.

 

تری نیتروتولوئن (TNT)

اسامی‌دیگر آن عبارتند از: تروتیل، تریتون، تریتول، تولئیت، تریلیت در ساختن مواد منفجره صنعتی، خرج‌های پرتابی، بمب‌ها نارجک و خرج هایی نظیر آماتول و پانتولیت به کار می‌رود. وزن مخصوص TNT برابر 1/56 می‌باشد و در صورت فشرده شدن تا 1/6 می‌رسد.

سولفور سدیم، تی ان تی را تجزیه می‌کند و مقداری مواد غیر منفجره به وجود می‌آید و از این خاصیت برای از بین بردن تی ان تی استفاده می‌شود. یکی از خواص عمده تی ان تی پایداری آن است. در حرارت ۶۵ بیش از ۲۰ سال خواص خود را حفظ می‌کند. و در گرمای ۷۵ برای مدت شش ماده تغییر نکرده باقی می‌ماند.

 

باروت

باروت خرج پرتابی است و در کشورهای صنعتی جز در موارد نادر برای انتقال آتش از آن استفاده نمی‌شود.

باروت مخلوطی مکانیکی از نیترات سدیم یا پتاسیم ، زغال و گوگرد است. در حالی که هیچ کدام آنها ماده منفجره نیستند. باروت از مواد منفجره کند سوز است و سرعت سوختن آن در مقایسه با مواد منفجره قوی خیلی کمتر از آنهاست.

سرعت سوختن باروت نیترات سدیم دار کمتر از نوع باروت نیترات پتاسیم دار است. ازدیاد زغال سبب کمتر شدن سرعت سوختن می‌شود. نوع و کیفیت زغال در سرعت سوختن باروت موثر است. زغال بید و توسه سریعتر از زغال بلوط می‌سوزند.

 

آنفو

آنفو حروف اول کلمات (Ammonium Ntrite Fuel Oil) به معنی مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع است. بطور کلی آنفو 94/5% نیترات آمونیوم است که دانه‌های ضد لای پوشیده شده و 5/5% سوخت مایع هم جذب آن گردیده است.

افزودن آلومنیوم به آنفو سبب افزایش قدرت آن می‌شود.

 

دینامیت

دینامیت یک اسم عام است که به بسیاری از مواد منفجره خشک شامل مواد سوختنی کربناته و نیتروگلیسرین اطلاق می‌شود. دینامیت اولین بار توسط نوبل ساخته شد و مرکب از ۷۵% وزنی نیتروگلیسرین و ۲۵% دیاتومیت بود. گرچه دیاتومیت تا سه برابر وزن خود نیتروگلیسیرین جذب می‌کند اما قدرت این نوع دینامیت به مراتب کمتز از نیتروگلیسیرین است. پس از آن به جای دیاتومیت از موادی نظیر نیترات سدیم (SN) چوب و غیره استفاده شد و گرچه این مواد کمتر از دیاتومیت نیتروگلیسیرین جذب می‌کند اما ماده منفجره حاصله به مراتب قوی تر از دینامیت (نیتروگلیسیرین – دیاتومیت) است.

انواع دینامیت‌ها

دینامیت‌ها را بر حسب نوع مواد ترکیبی طبقه‌بندی می‌کند. عمده مواد تشکیل دهنده دینامیت‌ها عبارتند از: نیتروگلیسیرین، نیترات سدیم، نیترات آمونیوم، نیترو سلولز و سوخت کربناته مثل چوب. اما در ساختمان دینامیت‌ها علاوه بر مواد فوق، مواد چسبنده، مواد ضد اسید و مقداری رطوبت نیز به کار می‌رود.

انواع دینامیت‌ها عبارتند از: دینامیت استرایت، دینامیت آمونیاکی، دینامیت استرایت ژلاتینی، ژلاتین انفجاری، دینامیت آمونیاکی ژلاتینی، دینامیت نیمه ژلاتینی.

 

اکسیژن مایع (LOX)

چنانچه مواد سوختنی از قبیل خاک اره و گرد زغال را در اکسیژن مایع فروبریم تا 3/5 برابر وزن خود می‌تواند اکسیژن جذب می‌کند. در این حالت با نزدیک کردن شعله، خاک اره یا گرد زغال منفجر می‌شود. چون که اکسیژن مایع به سرعت تبخیر می‌شود. این نوع آتشکاری هیچگونه عوارض فیزیولوژیکی از قبیل سردرد و غیره را ایجاد نمی‌کند. بیش از ۳۰ سال است که از اکسیژن مایع در انفجار استفاده نمی‌شود. این نوع ماده منفجره در آتشباری در معادن روباز به کار می‌رفته است.

 

مشخصاتی که از مواد منفجره در این مطلب آمده بودند همگی از “کتاب آتش کاری در معادن” تالیف رحمت الله استوار عضو هیئت علمی‌دانشگاه صنعتی امیرکبیر و انتشارات جهاد دانشگاهی درج شده‌اند از کلیه دوستانی که خواهان مطالعه بیشتری در این زمینه هستند می‌توانند با تهیه این کتاب از آن بهره‌مند شوند.