MEC: son las mezclas compuestas por oxidantes y combustibles. Entre los oxidantes mas usados se tienen los siguientes: AN,SN,AL,CO3Ca,etc. Entre los los combustibles, se puede mencionar los siguientes: Petroleo, Al, C, propano, nitrometano, gas, etc. Para sensibilizar los ingredientes anteriormente mencionados generalmente se usan explosivos intrinsicamente explosivos tales como: NG, TNT, PETN, NC, acida de pb,etc.
CONDICIONES NECESARIAS Y SUFICIENTES PARA QUE UNA MEC SEA OPTIMA:
Debe tener un OB=0. No debe producir gases nocivos. Producir un Q3 alto. Que sea resistente a las condiciones severas(agua). Que produzca alta presión de detonación. Que tenga alta densidad la mezcla explosiva. Seguro, estable y fácil de preparar.
MANERAS PARA INCREMENTAR LA VDD: La presión se debe considerar. Disminuyendo el tamaño de la particula. Incrementando la densidad. Usando un mayor diámetro de carga. Proveyendo un alto compling ratio. Usando un booster de mayor peso.
CLASIFICACION GENERAL DE LAS MEC: BAJOS EXPLOSIVOS: son las MEC que en su composición no llevan ningún explosivo intrinsicamente explosivo y que combustionan o deflagran pero no detonan. Ejemplo Polvora Negra (componente mecha de seguridad), su rango de deflagración son unos cuantos m/s menores q la velocidad del sonido y presiones menores hasta 3000 psi. AGENTES DE VOLADURA: son las MEC que en su composición no llevan ningún explosivo intrinsicamente explosivo y pero que al mezclarse sus ingredientes se convierten en un explosivo, asi por ejemplo al mezclar el NO3NH4+CH2=AN/FO Un agente de voladura no es sensible a los fulminantes comunes y para su iniciación se requiere un booster que produzca una alta presión de detonación. ALTOS EXPLOSIVOS: son las MEC MEC que en su composición si llevan un explosivo intrinsicamente explosivo y que para su iniciación se requiere de un fulminante común, ejemplo la dinamita.
CONDICIONES QUE DEBE REUNIR EL NITRATO DE AMONIO PARA SER US ADO COMO INGREDIENTE DE VOLADURA: Los granulos deben tener la forma de prills(esférica). Debe ser poroso para contener al FO. La bolita de AN debe ser recubierto por agentes antiglomerantes. Debe añadirse agentes tensoactivas de superficie como los sulfosales (1-1.5%) Humedad minima del 0.3%. La densidad del AL no debe ser mayor a 0.775 gr/cc. Debe tener una buena capacidad d absorción
POLVORA NEGRA(black poder): Es una mezcla explosiva comercial granulada seca de nitrato de potasio o nitrato de sodio 64%, azufre 18% y carbón vegetal 18%. En primer lugar fue usada como propulsora de cañones, luego como material deflagrante de la mecha de seguridad. Se invento o descubrió en china en el siglo XIII. Hoy en dia es obsoleto x problemas ambientales y es toxico x los humos q emiten al hacer combustión. Formula: NO3K+C+S
Sensibilidad.- Son relativamente insensibles al choque, a la fricción y a la electricidad estática, sin embargo cualquier tratamiento que produzca una chispa o calor de suficiente temperatura y cantidad encenderá la pólvora negra. Ignición.- La pólvora negra se enciende instantáneamente alrededor de 300ºC. La ignición puede darse por cualquier llama, chispa, alambre eléctrico o superficie caliente, y por accesorios de voladura, como el cordón detonante. Velocidad.- No tienen altas velocidades, su rapidez de quemado se ve afectado por el confinamiento. Puede regularse ampliamente para mechas y otros dispositivos. Gases.- Cuando deflagran producen cantidades considerables de humos y otros gases; estos gases están considerados como pobres y debe haber una ventilación adecuada en espacios confinados o cuando se usa en excavaciones subterráneas
NITROGLICERINA N.G. : Fue inventada por Ascacco Sobrero,
en 1846.- Mas conocida como trinitrato de glicerino NO3CH2CHNO3CH2NO3, es un liquido incoloro a la temperatura ordinaria. L a nitroglicerina se emplea como ingrediente en la fabricación de las dinamitas. La nitroglicerina es un alto explosivo sensible al calor, golpe y fricción, pero cuando esta en estado sólido y congelado es menos sensible que en el estado liquido; sin embargo, por ningún motivo debe sacudirse la nitroglicerina, sea cual fuere su estado; de ahí la dificultad para su manipuleo, transporte y almacenaje. Tiene una velocidad de detonación que alcanza los 7000 m/seg. La reacción química es: 4C3H5(NO3)3 12CO2 + 10H2O + 3N2 3N2 + O2 + Q3 Kcal/mol.
LA CARACTERISTICA PRINCIPAL DE LA NITROGLICERINA NG C3H5(ONO2)3 es que
en una misma molecula esta presente tanto el comustible como el oxidante. El carbono es el agente combustible y el oxigeno es el agente oxidante. Es un alto explosivo sensible al calor, golpe, friccion. Es un detonante, es decir intrinsicamente explosivo ya q genera ondas de choque. DINAMITA: Fue inventada por Alfred Nobel, en 1865.- La dinamita es un nombre genérico que abarca un gran número de mezclas explosivas comerciales; cuyo ingrediente es un material carbonàceo (aserrín de madera, harina, almidón, otros) que es sensibilizado sensibilizado por la nitroglicerina y algunas sales que proveen el oxígeno correspondiente. Las dinamitas se clasifican en: Dinamita Pura: Son formulas teniendo en cuenta el porcentaje de la nitroglicerina o etilene glycol.La formulación de las estas dinamitas pueden expresarse: N.G. 15 - 65% S.N. 50 – 30% Dinamitas Gelatinosas. La dinamita gelatina que se utiliza en aplicaciones comerciales, se puede subdividir en tres clases: gelatina pura, gelatina de amonio y dinamitas semigelatinas. Dinamita Gelatinosa Amoniacal: La gelatina de amonio es llamada algunas veces como gelatina extra o especial. Es una mezcla de gelatina pura a la que se le añade nitrato de amonio para sustituir parte de la nitroglicerina y el nitrato de sodio. Las gelatinas de amonio son apropiados para condiciones de humedad y se utilizan principalmente cómo cargas de fondo en barrenos de diámetro pequeño. Las
gelatinas de amonio no tienen la misma resistencia al agua que las gelatinas puras y con frecuencia se utilizan como iniciadores para agentes explosivos. Dinamita Semigelatinosa:Las dinamitas semigelatinas son similares a las gelatinas de amonio excepto que una mayor cantidad de la mezcla de nitroglicerina, nitrocelulosa y nitrato de sodio se reemplazo con nitrato de amonio. Las semigelatinas son menos resistentes al agua y más baratas comparadas con las gelatinas de amonio. Debido a su naturaleza gelatinosa, tienen mayor resistencia al agua que muchas de las dinamitas granuladas y frecuentemente se utilizan bajo condiciones húmedas y algunas veces como indicadores de agentes explosivos.Su empleo está preferentemente dirigido a pequeños diámetros de taladro, en subterráneo, túneles, minas, canteras y obras viales. Ventajas de la dinamita.- Las principales ventajas del uso de las dinamitas en la voladura de rocas son las siguientes: Su flexibilidad para su formulación y fabricación. Sus altas velocidades de detonación. Buena resistencia al agua Trabajan muy bien soportando altas presiones hidrostáticas. Funcionan a temperaturas muy bajas.. Desventajas.- produce gases nocivos, por eso que en los países desarrollados se ha minimizaco su uso.Eleva los costos de voladura, etc.
Composiciones y/o formulación de las dinamitas.- Los principales ingredientes de
las dinamitas entre otros son los siguientes: N.G., Nitroglycol, NC, Sales oxidantes Combustibles, Pulpa de madera, etc., etc. El contenido de la NG en las dinamitas varia desde 5% hasta el 90% de su contenido. El resto de los ingredientes están compuestos por combustibles y sales oxidantes, las cuales son incluidas en una variedad de porcentajes. Normalmente NO3NH4 y NO3Na son usados como oxidantes y aserrín aserrín de madera, azufre y algunas ceras vegetales son usadas como combustibles. Típica composición de una dinamita.- La composición de la referencia es como sigue:
AGENTES DE VOLADURA AN/FO: Fue descubierto por accidente en 1940en lo q se denomino “desastre de Texas y Hamburgo”. El AN/FO a granel fue usado como agente de voladura seco en las operaciones mineras a tajo abierto y subterráneo, en operaciones mineras donde no existe agua se obtienen buenos resultados en términos de fragmentación, pero en las operaciones secas da resultados eficientes por la baja resistencia al agua, debido a la alta higroscopicidad del Nitrato de Amonio, cuya densidad esta comprendida en el intervalo de 0.85 – 1.20 gr./cc.
CONDICIONES necesarias y suficientes para q la ecuación de ANFO sea eficiente: 1.genere la máxima cantidad de calor de explosión para poder fracturar lo suficiente la roca. 2.genere el gas menos nocivo. Su costo de fabricación sea minimo. Ventajas: bajo costo, cuando esta balanceado produce la minima cantidad de gases. Desventajas: poca resistencia al agua, baja densidad a granel, cuando esta desbalanceado genera gases venenosos y no se obtiene el máximo calor de reacción. Q3(AL/AN/FO)>>>Q3(AN/FO) AL/AN/FO: Fue inventado por le Dr. Alan Bauer, en Marcona el 12/12/68.- La adicción de aluminio a la mezcla explosiva AN/FO, incrementa la energía entregada al detonar dicho agente de voladura, pero no en forma lineal en proporción al porcentaje de AL; hasta un máximo de 25% a partir del cual la energía no variara y luego comenzara a decaer. Esto se puede explicar por la formación del Al 2O3 sólido que absorbe cierta cantidad de la energía disponible en el momento de la detonación. Componentes: NH4NO3+CH2+AL
S/AN/FO Inventado Anónimamente en 1970.Tiene las características, ventajas y desventajas del AN/FO y AL/AN/FO; esta constituido por oxidantes y combustibles. Los principales ingredientes son los siguientes: AN, SN, Al, C, etc., en diferentes proporciones, de acuerdo a las aplicaciones de campo que se les vaya a dar.
AN/CO: Fue inventado por Dr. Carlos Agreda
SLURRIES
Slurry de la tercera generación:
Turriate, en agosto 2002.- Es un agente de voladura seco similar al AN/FO, pero la gran ventaja del AN/CO es que el costo por TM disparada es mucho menor, con los mejores resultados de fragmentación. Dentro de estas consideraciones se debe mencionar que es factible mezclar químicamente al nitrato de amonio (NO 3NH4) con el carbón (C). La reacción química exotérmica que toma lugar cuando dicha m ezcla explosiva comercial esta balanceada en oxigeno O B ≈ 0, es la siguiente: 2NO3NH4 + C 4H2O+2N2+CO2+ Q3KCal/Kg Se debe mencionar que para formular y elaborar el AN/CO, el carbón del tipo antracítico ha sido usado como combustible y sensibilizador del NO3NH4. El nombre técnico AN/CO proviene de los vocablos ingleses ANMONIUM NITRATE: AN COAL: CO Obteniéndose como resultado: AN/CO.
Fueron inventados por el Dr. Melvin Cook y Farnaman; en las minas de ShevervilleLabrador city – Canada.- Son explosivos que contienen H2O, AN, TNT o Al, mas gomas gelatinosas o esperadoras. Estas MEC proveen mayor seguridadcon alta r esistencia al agua y entregan alta energía para hacer trabajos de voladura de rocas.
Estas mezclas explosivas comerciales son las mas modernas y su característica principal es que usan como sensibilizador al Nitrato de Mono-Metil-Amina (NMMA); y al igual que los slurries de la segunda generación no contienen entre sus ingredientes a ninguna sustancia explosiva propiamente dicha. Posee resistencia al agua, genera alta presión de detonación. Desventaja: necesita un booster para su iniciación.
Consideraciones Económicas.
Son realmente las consideraciones económicas las que mas interesan, ya que al reemplazarse el petróleo diesel Nº 2 por el carbón como ingrediente del AN/CO, los costos del nuevo agente de voladura seco son mucho menores que los costos del AN/FO; teniendo en cuenta que el tonelaje de AN/FO usado tanto en minería subterránea como superficial es muy considerable, entonces el ahorro que se logra al reemplazar el AN/FO por el AN/CO es muy importante. Lo anterior, se logra por que el costo de la tonelada de carbón es mucho menor que la tonelada de petróleo diesel Nº 2. También, se estaría usando al carbón peruano en otra aplicación científicotecnológica.
Consideraciones Ecológicas.
Se debe mencionar que, en cuanto a los impactos ambientales producidos por la detonación del AN/CO, dichos impactos son los mismos que se generan al detonar el AN/FO; o en otras palabras al ejecutarse la reacción físico-química-exotérmica del AN/CO el único gas venenoso que se produce es el CO2, que es el menos venenoso de todos.
Slurry de la primera generación.Composición típica de un slurry tipo alto explosivo (SHE)(Slurry high explosive), fueron las primeras mezclas comerciales de este tipo; y estos inicialmente fueron sensibilizados por un alto explosivo como el TNT y sus características principales son las siguientes: Son sensibles a los fulminantes Nº 8. Posee mayor densidad q los agentes de voladuras comunes.Genera una alta presión de detonación.Es de menor costo que otras mezclas explosivas.Son muy resistentes al agua.Pueden ser aplicados en diámetros pqeños en labores miners subterráneas, etc.
Su composición típica es: Ingredientes TNT H2O AN Espesador
25 15 59 1
(% W) % % % %
Slurry de la segunda generación.-
Composición típica de un slurry tipo agente de voladura (SBA) (Slurry blasting agent). En este caso se usa al aluminio (Al) como sensibilizador y ninguno de sus ingredientes son intrínsicamente explosivos. No se usan en condiciones muy severas xq tienen baja densidad y baja resistencia al agua. No son sensibles al fulminante común Nº 8 y para su iniciación necesitan de un booster que produzca una alta presión de detonación (P 2);
su composición típica es como sigue: Ingredientes AN H2O Al Espesador
(% W) 81.0 % 13.5 % 1.0 % 1.0 % DBA (Agente de voladura seco): son mezclas explosivas comerciales q en su composición no tienen ninguna sustancia intrinsicamente explosiva yq para su medición se requiere un booster q produzca una elevada presión de detonación. No es sensible al fulminante N°8. Ejemplo: ANFO,SANCO. Tienen cierta resistencia al agua.
EMULSIONES: Es una mejora del slurry, cuyo agente oxidante es una solución de NO3NH4. Es una dispersión coloidal de una fase combustible (Fuel Oil, wax) en una solución salina (AN, SN, CaNO 3, H2O); para impedir que se asienten al quedar en reposo, se agregan pequeñas cantidades de agentes emulsificantes (monometilaminas, sulfuros y ácidos sulfúricos de cadena larga o coloidales liofilicos). Ventajas: Menor precio. Excelente resistecia al agua. Posibilidad de conseguir productos con densidades entre 1 y 1.45g/cm3. Elevadas velocidad des de detonación, 4000 a 5000 m/s con poco efecto del diámetro de encartuchado. Gran seguridad de fabricación y manipulación. Desventajas: la alterabilidad por las bajas temperaturas. La contaminación durante la carga si se utiliza a granel. El tiempo de almacenamiento y los periodos prolongados de transporte. Emulsiones explosivas.- Una de las mejoras definiciones de una emulsión, ha sido dada por R. B. Clay, quien ha definido como sigue:”Una emulsión es una mezcla uniforme de combustible en agua”. Esta puede ser estabilizada por medio de ciertas sustancias llamadas emulsificantes. Existen dos tipos principales de emulsiones que son los siguientes: Combustible en agua (O/W) Agua en combustible (W/O) Adicionalmente, tienen agentes sensibilizadores (micro esferas de vidrio, perlita, etc.). Son resistentes al agua, proveen alta energía disponible y por ende alto poder para fragmentar las rocas en el momento de la detonación. Composicion de una emulsion:
El aire contenido en las micro esferas al ser violentamente comprimido (adiabaticamente) por la presión de la onda de choque iniciadora, se inflama , produciendo un efecto llamado de puntos calientes (hot spots) que hacen detonar a la emulsión (equivale a la nitroglicerina) que favorecen tanto a la detonación como a la propagación de la detonación.
Características principales:
Solución Oxidante., Generalmente esta constituida por sales inorgánicas nitrosas ( como Nitrato de Amonio ), esta solución viene a hacer una solución acuosa concentrada. Se puede apreciar la estructura de las emulsiones , donde las micro gotas de solución que se encuentra saturada ( oxidante ) adoptan una forma poliédrica y no de esferas.Los agentes de voladura acuosos (Water Gels) no presentan una estructura uniforme. Combustible, Son de origen orgánico tales como los derivados del petróleo , el combustible viene a hacer la fase continua , los que cubren cada partícula de los elementos sólidos dotando al producto de una excepcional impermeabilidad. Emulsificante, El emulsificante es el ingrediente necesario para estabilizar a la fase continua con la fase dispersa. Son grasas vegetales, es una mezcla soluble en aceite que forman una película alrededor de cada gota que sirve para evitar la coalescencia.
Es importante en la fabricación de las estas emulsiones la elección del agente
tenso activo emulsificador y la dispersión ultra fina de la solución acuosa a temperaturas relativamente altas; la importancia radica en que sirve para reducir la tensión superficial entre los dos líquidos inmiscibles y permitir la formación de la emulsión, puede ayudar a evitar problemas como la coagulación en grandes gotas de la solución de nitrato amonico así como el fenómeno de la cristalización de las sales. Sensibilizador Por la naturaleza aerófobica de las emulsiones, se hace necesario emplear micro burbujas de aire en micro esferas de vidrio, como regulador de la densidad y de la sensibilidad al iniciador (eventualmente perlita o compuestos gasificantes).
en planta o en el camión mezclador Facilidad de ajustar el grado de sensibilidad y la potencia de la emulsión de acuerdo A los requerimientos de la roca y a las condiciones del medio de trabajo. Posibilidad de variar el grado de viscosidad ( para descarga directa al taladro o encartuchadas ). Otra característica es que las emulsiones presentan una mayor afinidad entre los granos que componen la mezcla explosiva. Asimismo, de la mayor o menor cantidad de material detonante que se encuentre dependerá que el producto final sea resistente al agua y tenga, mayor o menor densidad.
CARGUÍO DE EMULSIONES A GRANEL
El carguio a granel de emulsiones es directamente al taladro en bancos de tajo abierto o canteras, tiene como elemento mecánico fundamental al camión mezcladorcargador, el cual cuentan con tolvas de diferentes capacidades para nitrato de amonio, emulsión, aluminio en polvo y tanque de petróleo, con descarga tanto por manguera como por brazo sinfín, capaces de dosificar mezclas en diferentes opciones. Menor precio. Excelente resistencia al agua. Posibilidad de conseguir productos con densidades entre 1 y 1.45 g/cm3. Elevadas velocidades de detonación, 4.000 a 5.000 m/s. con poso efecto del diámetro de encartuchado. Gran seguridad de fabricación y manipulación. Posibilidad de mecanizar la carga y prepara mezclas con ANFO.
Desventajas de las emulsiones:
La alterabilidad por las bajas temperaturas. La contaminación durante la carga si se utiliza si se utiliza a granel. El tiempo de almacenamiento y los periodos prolongados de transporte.
AN/FOs PESADOS: Como se ha mencionado anteriormente, R.B. Clay fue el investigador que ha comienzos de la década del 80 propuso el concepto fundamental para el desarrollo de las nuevas mezclas explosivas comerciales llamadas AN/FOs pesados. Se invento debido al problema q tenia el ANFO con presencia de agua. Es una mezcla de emulsion con ANFO en proporciones variables. Robert Clay alumno del Dr Melvin Cook le dio la idea al Dr Cook para crear el Heavyanfo el cual es una mezcla de ANFO (70%) y emulsion (30%) en la cual la emulsion entra en los intersticios formados en el ANFO haciendo que la densidad aumente al ser estos rellenados. Clay, decía que el AN/FO en su composición tenia aproximadamente 50% de aire de los cuales 30% estaba dentro de los gránulos del Nitrato de amonio Y 70% entre los gránulos de este. El aire que se encontraba dentro de los gránulos se aprovechaba para dar la sensibilidad; pero el aire que se encontraba entre ellos pasaba a ser un volumen perdido, con una mezcla explosiva comercial de alta densidad y resistente al agua, la mezcla explosiva comercial resultante tendrá mayor densidad y mayor resistencia al agua que el AN/FO solo y con un costo adicional mínimo. Definición: El AN/FO pesado puede ser definido como un explosivo de la nueva generación, y que esta compuesto por una mezcla de emulsión y AN/FO. Aprovechando los intersticios vacíos de los prills del NO 3NH4 del AN/FO. Dichos intersticios son rellenados con una emulsión matriz resultando el AN/FO pesado.
Composición del AN/FO Pesado.
Como se comprenderá, hay una serie de composiciones del AN/FO pesado; una de la mas usadas es la siguiente: 30% de Emulsión 70% de AN/FO
Características del AN/FO Pesado.
Es la Mezcla Explosiva Comercial mas moderna y la última que invento el Dr. Melvin Cook, a comienzos de la década del 80. Es una MEC, mas barata que una emulsión y con mejores propiedades físico-químicas que el AN/FO. Es muy resistente al H2O
Los parámetros de detonación y explosión son muy adecuados para fracturar rocas muy competentes. En el momento de su detonación no genera gases nocivos, etc., etc.
Aplicaciones. Esta MEC puede ser usada tanto en minería subterránea como superficial, ya sea encartuchada o a granel, obteniéndose muy buena fragmentación aun costo mínimo en US$/TM volada
HEAVY ANFO=ANFO+EMULSION
El ANFO pesado, que es una mezcla de emulsión base en ANFO, abre una nueva perspectiva en el campo de los explosivos
SENSIBILIDAD DE UN EXPLOSIVO: es la facilidad con q reaccon y puede ser iiciado, pueden ser expresadas por: Sesibilidad al choque, al calor, a la friccion, al airbag (iniciación x simpatía) Pruebas de la dinamita.: Simpatia, impacto, fuego, densidad, etc… Simpatía, transmisión de la detonación o factor de autoexitación. Al ser detonado un cartucho, éste puede inducir la detonación de otro cartucho vecino por “simpatía”. En las dinamitas sensibles esta transmisión de la detonación puede representar una distancia de muchos centímetros. Una buena transmisión es la garantía para la completa detonación de una columna explosiva. El método para medir esta capacidad de detonación por simpatía consiste en colocar alineados axialmente varios cartuchos del mismo tipo y diámetro sobre una capa de arena, espaciados entre sí a diferentes distancias.
Prueba de Trauzl Se mide mediante la prueba Trauzl que determina la capacidad de expansión que produce la detonación de 10 g de explosivo disparado dentro de una cavidad cilíndrica (70 cm3) abierta en la parte superior de un molde cilíndrico de plomo de dimensiones específicas.
Prueba de Hess. Se efectúa por el aplastamiento de un cilindro de plomo de 65 mm de altura y 40 mm de diámetro mediante la detonación de una MEC, de 100 gramos que es colocada en la parte superior del cilindro. La diferencia entre su altura original y la que se obtiene después del aplastamiento se mide en milímetros, siendo este valor el índice de brisance o poder rompedor. Los valores obtenidos también se comparan con la gelatina explosiva como patrón, que produce alrededor de 25 mm de aplastamiento.
