Состав продуктов взрыва
Для оценки возможного разрушительного действия взрыва необходимо знать количество и состав продуктов взрыва, который зависит от состава исходного ВВ и условий протекания реакции взрыва.
Состав продуктов взрыва и определяющий его характер взрывчатого превращения очень сильно зависит от содержания окислительных элементов (кислорода) во взрывчатом веществе. Это объясняется тем, что взрыв есть процесс окислительно-воспламенительный, протекающий за счет собственного кислорода ВВ. Окисление горючих элементов ВВ при различном содержании кислорода может быть полным и неполным. В результате будут изменяться состав продуктов взрыва, удельный объем газов и паров, теплота взрыва.Содержание кислорода во взрывчатых веществах оценивается по величине кислородного баланса (КБ). Большинство ВВ состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Углерод и водород являются горючими элементами, кислород - окислителем горючих элементов. Азот в составе ВВ связывает кислород, а в продуктах взрыва выделяется в свободном состоянии.
Кислородный баланс - отношение количества кислорода, содержащегося в составе ВВ, к его количеству, необходимому для полного окисления всех горючих компонентов этого ВВ. Это отношение выражают в граммах избытка или недостатка кислорода на 1 г ВВ или в процентах. При полном соответствии количества кислорода количеству горючих компонентов кислородный баланс ВВ равен нулю. При его избытке баланс положительный, а при недостатке - отрицательный. Соотношение компонентов, соответствующее нулевому кислородному балансу, называют стехно- метрическим.
При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом теоретически должно происходить полное окисление горючих элементов с максимальным выделением тепловой энергии. Углерод и водород при этом окисляются в СО2 и Н2О с выделением соответственно 94,51 и 57,49 ккал/моль,
металлы окисляются до полных окислов, а азот выделяется в свободном виде.
В практических условиях взрывания наряду с продуктами полного окисления углерода и водорода образуется окись углерода СО и окислы азота (NO, N02, N203), а также в небольшом количестве другие газы (Н2, ад, СН4).Особенно много окиси углерода образуется при взрыве ВВ с большим отрицательным балансом, а окислов азота - при взрыве ВВ с большим положительным кислородным балансом. При очень большом недостатке кислорода (например, в тротиле), наряду с продуктами неполного окисления (СО, Н2 и др.), часть углерода выделяется в свободном виде, а при очень большом избытке кислорода, наряду с окислами азота, в продуктах взрыва часть его находится в свободном состоянии.
При взрыве ВВ, содержащих нитриты натрия, калия или кальция, образуются твердые окислы Na20, К2О, СаО, переходящие затем в углекислые соли. При взрыве алюминий, содержащий ВВ с нулевым или положительным кислородным балансом, образуется твердый окисел АЬ2О3. При недоставке кислорода в продуктах взрыва этот окисел образуется в результате взаимодействия алюминия с парами воды или углекислым газом:
2 AL + 3 Н2О = AL203+3 Н2;
2 al + 3 со2 = al2o2 + 3 СО.
Правомерность таких реакций обосновывается большим тепловым эффектом образования AL203 (398 ккал/моль).
В составе продуктов взрыва в некоторых случаях могут присутствовать сернистые газы S02 и H2S, если ВВ содержит нефтяное масло или другой компонент с примесью серы, или взрывные работы ведутся по серным и сульфидным рудам. Хлоросодержащие компоненты ВВ (перхлораты и др.) выделяют при взрыве хлористый водород HCI. При взрыве предохранительных ВВ присутствующие в них пламегасители переходят в тонкодиспергированное состояние.
При капсюльном взрывании зарядов ВВ в продуктах взрыва обнаруживаются пары и аэрозоли ртути или свинца, входящие в состав инициирующих ВВ. Свинец в виде двуокиси также присутствует в замедляющем составе электродетонаторов и входит в состав электровоспламенителей. Пары этих металлов присутствуют в рудничной атмосфере и при взрывании ртутных и свинцовых руд.
Таким образом, в зависимости от состава ВВ и условий взрывания продукты взрыва представляют собой конгломерат газов, паров и твердых веществ, диспергированных до степени аэрозоля.