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
2.1.1. Chất nổ và đặc điểm nổ của chất nổ
* Khái niệm vềchất nổ:
Chất nổlà một hợp chất hóa học hay một hỗn hợp cơ học có khả năng nổ được dưới tác dụng của xung lực bên ngoài (đốt nóng, ma sát, va đập, kích nổ...)
Trên thực tếcó nhiều loại vật chất có khả năng gây ra sựnổkhi có những tác động đủlớn từbên ngoài.
Ví dụ:
- Hỗn hợp Mêtan - không khí.
- Hỗn hợp Axêtylen - không khí.
- Bụi than, bụi bông, bụi kim loại...
2.1.1.2. Đặc điểm nổ của chất nổ
Sự nổ của chất nổ thực chất là một phản ứng c háy, nhưng nó xảy ra với tốc độ nhanh. Nó khác với sự cháy thông thường ở đặc điểm sau:
a) Đặc điểm thứ nhất: Tốc độ nhanh Đây là các điểm quyết định của chất nổ.
Khi nổ các chất nổ là xảy ra sự ôxy hóa các nguyên tố cháy (các bon, hyđro) bằng ôxy sẵn có trong thành phần thuốc nổ. Nó khác quá trình cháy thông thường là phải lấy ôxy từ không khí bên ngoài theo quá trình khuếch tán. Bởi vậy quá trình cháy của các nguyên tố trong chất nổ xảy ra một cách nhanh chóng và mạnh mẽ.
Đặc điểm này của chất nổ khi nổ l àm cho năng lượng được tập trung cao trong một thể tích nhỏ, không kịp phân tán ra môi trường xung quanh, taọ lên sự chênh lệch rất lớn về áp suất và nhiệt độ.
Năng lượng trung bình của 1 kg chất nổ chỉ khoảng 1000 kcal, nhỏ hơn nhiều năng lượng của các chất cháy bình thường khác (dầu lửa : 11000
kcal/kg, than đá 7000 kcal/kg...) nhưng tốc độ nổ của chất nổ rất lớn (từ 2000 đến 7000 m/s) nên chất nổ vẫn có công suất rất lớn, nó được biểu hiện bằng số năng lượng thoát ra trong một đơn vị thời gian.
b) Đặc điểm thứ 2: Tỏa nhiều nhiệt Đây là đặc điểm quan trọng của chất nổ.
Khi nổ các chất nổ tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn từ 600 - 1700 kcal/kg. Nhiệt lượng này sẽ đốt nóng các sản phẩm nổ (chủ yếu là các chất khí) lên đến nhiệt độ 1900 - 4500C. Các sản phẩm khí tạo thành sau khi nổ bị đốt nóng sẽ dãn nở nhanh, tạo lên sự tăng áp đột ngột làm cho chất nổ có sức phá hoại lớn.
c) Đặc điểm thứ 3: Sinh ra nhiều khí Đây là đặc điểm cần thiết cho chất nổ.
Khi nổ, các chất nổ tạo ra một lượng lớn các chất khí (từ 600 - 1000 lít/kg). Các chất khí sinh ra gặp nhiệt độ cao sẽ giãn nở ra rất nhanh, tạo ra một áp suất lớn. Khi lượng khí này giảm áp sẽ có sự biến đổi nhanh chóng từ thế năng sang động năng và công cơ học làm phá vỡ môi trường xung quanh.
Ba đặc điểm của chất nổ có sự liên quan mật thiết với nhau, nếu thiếu một trong ba yếu tố này thì không tạo thành sự nổ được.
Ví dụ về các phản ứng phân hủy của các muối Ôxalat và phản ứng hàn nhiệt nhôm:
ZnC2O4 = Zn + 2CO2- 49,1 Kcal (1) CuC2O4 = Cu + 2CO2 + 5,9 Kcal (2)
2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3 + 198 Kcal (3) HgC2O4 = Hg + 2CO2 + 17,3 Kcal (4) Trong các phản ứng ta thấy :
- Phản ứng (1) thu nhiệt, tốc độ chậm, không nổ.
- Phản ứng (2) lượng nhiệt tỏa ra ít, tốc độ nổ chậm, không nổ.
- Phản ứng (3) tỏa nhiều nhiệt nhưng không sinh ra khí, không xảy ra sự nổ.
- Phản ứng (4) tỏa nhiều nhiệt và khí,tốc độ phản ứng nhanh nên sinh ra sự nổ.
- Biến đổi hóa học cần tạo ra khí để có áp suất cao, càng nhiều khí càng tốt (những thuốc nổ mạnh thường biến đổi hoàn toàn ra khí). Biến đổi cần tỏa ra nhiệt, để tăng nhiệt độ và do đó tăng áp suất của khí, càng nhiều nhiệt càng tốt. Tuy nhiên cũng có những chất có thể nổ nhưng biến đổi tạo ra ít khí. Những chất ấy thường nổ yếu và không được dùng làm thuốc nổ (trừ nó được trộn lẫn với nhau hay những chất khác, để hỗn hợp biến đổi tỏa ra nhiều nhiệt và tạo ra nhiều khí).
Hai yếu tốkhí và nhiệt cũng phối hợp với nhau tạo nên áp suất cao, có thể phần nào thay thếbổsung cho nhau (tuy nhiên trong tác dụng của thuốc nổyếu tố nhiệt quan trọng hơn nhiều). Chúng rất quan trọng, nhưng chưa đủ. Biến đổi phải xảy ra trong một thời gian rất ngắn, nếu không áp suất tăng lên không đủnhanh, khí giãn ra khôngđột ngột không có tác dụng hay có tác dụng yếu.
2.1.1.3. Các dạng biến đổi hóa học của chất nổ
Chất nổ có dạng biến đổi hóa học chính là cháy và nổ, sự khác nhau cơ bản giữa hai dạng này là do tốc độ biến đổi hóa học xảy ra nhanh chậm khác nhau, đặc tính lan truyền và tác dụng của nó với môi trường cũng khác nhau. Ngoài hai dạng biến đổi hóa học chính vừa nêu trên, chất nổ còn có thể bị phân hủy bởi nhiệt.
a) Sự cháy của chất nổ:
Chất nổ cháy có đặc điểm là phản ứng ôxy hóa xảy ra với tốc độ chậm từ
một vài centimét đến vài trăm mét trong một giây. Ví dụ: dây cháy chậm cháy với tốc độ khoảng1 cm/giây (0,6 m/phút).
Đặc tính lan truyền của sự cháy là truyền nhiệt, tốc độ cháy phụ thuộc chủ yếu vào áp suất bên ngoài, áp suất càng lớn thì sự cháy xảy ra càng nhanh. Kh i áp suất càng lớn thì các sản phẩm khí sinh ra khi cháy có nhiệt độ cao càng được áp sát vào bề mặt cháy và làm cho sự cháy càng được dễ dàng.
Trong điều kiện kín hoặc cháy với khối lượng lớn, nhiệt và khí sinh ra không thoát kịp, tạo ra môi trường có nhiệt độ và áp suất cao. Nhiệt độ và áp suất của môi trường cháy tăng cao đến mức độ nào đó sẽ chuyển từ cháy sang nổ.
b) Sự nổ của chất nổ:
Sự nổ của chất nổ có đặc trưng là tốc độ ôxy hóa xảy ra nhanh, đến hàng nghìn mét trong một giây.
Ví dụ : TNTnổ với tốc độ 6500 m/s PETN nổ với tốc độ 8000 m/s
Sự nổ lan truyền bằng sóng xung kích (hay sóng va đập) và ít phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Tốc độ lan truyền nổ là không đổi với mỗi loại chất nổ và điều kiện nổ nhất định, nó được duy trì bằng chính năng lượng nổ của chất nổ.
Trong một số trường hợp năng lượng nổ không đủ để duy trì sóng nổ, nó sẽ giảm dần và đến lúc không còn đủ sức kích thích nổ nữa thì sự nổ sẽ chuyển sang cháy.
c) Sự phân hủy nhiệt của chất nổ:
Đa số các chất nổ đều bị phân hủy bởi nhiệt. Sự phân hủy nhiệt của chất nổ thường xảy ra chậm, dưới nhiệt độ tự bùng cháy của nó. Trong điều kiện kín, lượng chất nổ tham gia phân hủy nhiệt nhiều, nhiệt sẽ được tích tụ dần và tốc độ phân hủy nhiệt sẽ tăng theo nhiệt độ, đến một lúc nào đó sẽ chuyển thành cháy hoặc nổ.