CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NỔ CÔNG NGHIỆP- CÁC LOẠI CHẤT NỔ ĐANG ĐƯỢC CUNG ỨNG VÀ S Ử DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN LAI CHÂU
2.1. T ổng quan về vật liệu nổ công nghiệp
2.1.4. Cân b ằng ô xy của chất nổ
Quá trình nổcủa chất nổthực chất là một phảnứng cháy với tốc độ nhanh, các nguyên tố cháy được ôxy hóa bằng ôxy có sẵn trong thành phần chất nổ. Ôxy có trong thành phần chất nổ có đủ đểôxy hóa hết các nguyên tố cháy hay không còn tùy thuộc vào từng loại chất nổvà thành phần hóa học của chúng.
b) Định nghĩa:
Cân bằng Ôxy của chất nổ là lượng ôxy thừa hoặc thiếu đểôxy hóa hoàn toàn các nguyên tốcháy có trong một gam chất nổ, tính bằng %.
c) Các dạng cân bằng ôxy:
Chất nổcông nghiệp hiện nay trong thành phần gồm có các nguyên tố:
- Carbon : C - Hydro : H - Ôxy : O - Nitơ : N
Lượng ô xy trong chất nổsẽ ô xy hóa các nguyên tố cháy là carbon và hydro tạo thành khí carbonic (CO2) và hơi nước (H2O). Người ta có thểtính cân bằng ô xy bằng tỷlệphần trăm giữa lượng ô xy thừa hay thiếu và lượng ô xy vừa đủcần thiết đểô xy hóa hoàn toàn các nguyên tử các nguyên tố cháy trong nội bộphân tửhay hỗn hợp (trừ nitơ vì người ta tránh ôxy hóa nitơ do các ô xit của nitơ rất độc). Nếu thừa ô xy cân bằng ô xy dương và tỷlệ ấy mang dấu cộng (+), nếu thiếu ô xy cân bằng ô xy âm và tỷlệ ấy mang dấu âm (-). Ví dụcân bằng ô xy của amon nitrat là +20%, của TNTlà -74%, của zecno 79/21 là 0%.
- Cân bằng ôxy bằng không: Là lượng ôxy có trong chất nổvừa đủ đểôxy hóa hoàn toàn các nguyên tố cháy. Trường hợp này chất nổsẽgiải phóng năng lượng cao nhất, lượng khí độc cũng ít nhất.
Khi chếtạo thuốc nổ,phải tính toán đểkhi nổmìn chỉ sinh ra khí Carbonic, hơi nước, khí Nitơ. Nghĩa là lượng Ôxy trong chất nổvừa đủôxy hóa các chất C, H
- Cân bằng ôxy âm: Là lượng ôxy có trong chất nổ không đủ đểôxy hóa hoàn toàn các nguyên tố cháy. Trường hợp này nhiệt lượng tỏa ra khi nổchất nổthấp do các nguyên tốchát không cháy hết, Cácbon thành Các bon Ôxyt (CO) là khí độc, ảnh hưởng đến sức khỏa con người và môi trường xung quanh.
- Cân bằng ôxy dương: Là lượng ôxy có trong chất nổthừa đểôxy hóa hoàn toàn các nguyên tốcháy. Ôxy thừa sẽtác dụng với Nitơ thành nitơ ôxyt, đây là phản ứng thu nhiệt nên ảnh hưởng đến hiệuứng nhiệt của phảnứng nổ. Các NitơÔxyt (NO2, NO, N2O5) đều là những khí độcảnh hưởng đến môi trường.
Vậy chất nổ có cân bằng ôxy bằng không là có hiệu quả nổ tốt nhất, vì lúc đó các phản ứng ôxy hóa được thực hiện triệt để nên năng lượng sinh ra là lớn nhất, lượng khí độc cũng sinh ra ít nhất. Vì vậy khi thiết kế thành phần chất nổ, phải tính toán sao cho chất nổ có cân bằng ôxy bằng không là tốt nhất.
2.1.4.2. Công thức tính toán cân bằng ôxy
Chất nổ biến đổi khi nổ có thể biểu thị bằng phương trình sau:
CaHbOcNd = aCO2+ b/2 H2O + d/2 N2+ (c -2a - b/2) /2 O2
Trong đó: a, b, c, d là số nguyên tử của các nguyên tố C, H, O, N trong chất nổ.
a) Công thức tính toán cân bằng ôxy cho chất nổ đơn:
c - (2a + b / 2)
K = . n . 100, %
m
Trong đó: K là cân bằng ôxy của chất nổ
n là nguyên tử lượng của ôxy (n= 16) m là phân tử lượng của chất nổ.
Ví dụ: Thuốc nổ TNT có công thức hóa học là C7H5(NO2)3
Cân bằng ôxy là:
6 - (14 + 5 / 2)
KTNT= x 16 x 100 = - 74, %
227 Như vậy thuốc nổ TNT có cân bằng ôxy âm
b) Công thức tính toán cân bằng ôxy cho chất nổ hỗn hợp:
Trong trường hợp thuốc nổ có nhiều thành phần hóa chất thì cân bằng ôxy được tính theo công thức sau :
a1K1 + a2K2 +...+ anKn
Khh = , %
100
Trong đó: Khh là cân bằng ôxy của chất nổ hỗn hợp.
K1,K2,.... Kn là cân bằng ôxy của từng thành phần.
a1, a2... an là tỷ lệ của tùng thành phần tham gia.
Bảng 2.1 dưới đây là phản ứng biến đổi của một số chất nổ thường gặp và cân bằng ôxy của chúng:
Bảng 2.1 Phản ứng biến đổi của một số chất nổ thường gặp và cân bằng ôxy của chúng
Tên chất nổ
Trọng lượng phân tử
Phản ứng biến đổi của chất nổ
Cân bằng ôxy
%
Thể tích khí nổ
l/kg
Nitrô
glyxêrin 227 4C3H5(ONO2)3= 12CO2+ 10H2O + N2+ O2 +3,5 715 Trôtin,TNT
227 2C6H2(NO2)3CH3= 5H2O + 7CO +7C+ 3N2 -74 750 Amônium
Nitrat 80 2NH4NO3= 4H2O + 2N2+ O2 +20 980 TEN 316 C5H8(ONO2)4= 4H2O +3CO2+ 2CO +2N2 -10,1 790