إن تحديد تركيبات مستحلبات نترات الأمونيوم يعد ضروريًا لمراقبة معايير الجودة للمستحلبات بالإضافة إلى استقرارها أثناء التخزين من أجل التنبؤ بعمرها الافتراضي. يمكن أن يستغرق فحص هذه الأنواع من المستحلبات وقتًا طويلاً بسبب الحاجة إلى مجموعة من الأساليب المختلفة. من خلال مساعدة تقنيات التحليل الحراري التكميلية (TGA وDSC)، يمكن تقريبًا تحديد جميع مكونات المستحلب كميًا بالحد الأدنى من العمل التحليلي. يتم عرض الطرق المختلفة في هذه المقالة.
مقدمة
تعد مستحضرات نترات الأمونيوم "الماء في الزيت" هي المكونات الرئيسية لمتفجرات المستحلبات. وبالمقارنة مع الديناميت التقليدي القائم على النتروجليسرين، يتضح أن هذه المتفجرات لها العديد من المزايا. بعد تطورها في عام 1962 [1، 2]، أصبحت تستخدم على نطاق واسع بسبب خصائص السلامة الجيدة (المعالجة، عدم الحساسية لتغير درجة الحرارة)، ومعدل تفجيرها العالي، وانخفاض تكلفتها الأساسية.
المستحلب نفسه ليس متفجرًا. يتم الحصول على المتفجرات التجارية الفعالة عند خلط فقاعات الزجاج أو البلاستيك الصغيرة، مما يقلل من كثافة النظام، والجزيئات المعدنية (اختياريًا) مثل مسحوق الألومنيوم مثل الوقود عالي الطاقة، مع مستحلب. ويمكن تحضير المتفجرات في وحدة متنقلة في الموقع قبل ضخ المادة المتفجرة النهائية في الحفرة [1].
في المستحلب، تتكون المرحلة المائية من محلول فوق مشبع من نترات الأمونيوم (AN)، شبه المستقر بسبب التشبع الفائق. في بعض الأحيان، تتم إضافة أملاح أخرى مثل نترات الصوديوم (SN) أو نترات الكالسيوم.
يتم استحلاب المرحلة المائية مع حجم قطرة يقدر بحوالي 1 ميكرومتر في حجم صغير من الزيت الهيدروكربوني، الذي يشكل طبقة رقيقة حول القطرات. وتحتوي المرحلة المائية المشتتة على ما يقرب من 90 % من الكتلة السائلة وتتناسب نسبة الكتلة المتبقية 10% مع المرحلة الزيتية. وتشكل نترات الأمونيوم حوالي 60 إلى 80 في المائة من التركيبة الكلية وهي المكون الرئيسي للمستحلب. يتيح العامل المستحلب تشكيل واستقرار المستحلب، الذي يتكون من مرحلتين مع قطبية مختلفة تمامًا [1].
أثناء التخزين، يمكن أن يؤدي تبخر الماء إلى تبلور نترات الأمونيوم. يؤدي التبلور إلى تعطل المستحلب وفقد الخصائص المتفجرة. من ناحية أخرى، يعمل محتوى الماء المرتفع للغاية على تثبيط التفجير.
لهذا السبب، تتطلب اختبارات الاستقرار نتائج دقيقة وصحيحة لمحتوى الماء وحالة نترات الأمونيوم فيما يتعلق بمراحلها غير المتبلورة أو البلورية [1]. تعد محتويات نترات الأمونيوم والزيت الهيدروكربوني مهمة لمراقبة جودة المستحلب.
يمكن أن يكون التحليل الكمي للمستحلب مستهلكًا للوقت لأن الجمع بين أساليب مختلفة عادة ما يكون ضروريًا للكشف عن مجموعة من المركبات الكيميائية وتحديدها [3]. بمساعدة تقنيات التحليل الحراري التكميلية (TGA وDSC)، هناك حاجة إلى الحد الأدنى من العمل التحليلي لإجراء التحديد الكمي لجميع المكونات تقريبًا في مستحلبات نترات الأمونيوم. وبالإضافة إلى ذلك، فإن عملية الفصل، التي تستغرق وقتًا طويلاً، للمراحل المائية والزيتية ليست ضرورية، لذلك لا يمكن أن تنشأ أخطاء بسبب ذلك.
التفاصيل التجريبية
تم استخدام نترات الأمونيوم 99.999% (AN القياسية) ونترات الصوديوم 99.999% (SN القياسية) من Sigma–Aldrich كمواد قياسية. تم تحليل اثنتين من العينات المتفجرة التجارية المستخدمة في سلوفينيا. وكانت كلتا العينتين من نوع مستحلبات "الماء في الزيت". في العينة 1، كانت نترات الأمونيوم العامل المؤكسد الوحيد، بينما في العينة 2، تمت إضافة بعض نترات الصوديوم...
تنزيل النص الكامل لهذه المقالة أدناه.
الاستنتاجات
ثبت أن الطرق الحرارية للتحليل (TGA وDSC) مناسبة لتحديد محتوى الماء وكميات نترات الأمونيوم (AN) ونترات الصوديوم (SN) والمرحلة العضوية في مستحلبات "الماء في الزيت". تم تحديد محتوى الماء عن طريق قياس TGA متساوي الحرارة عند درجة 100 درجة مئوية.
في العينة 1، تم تحديد محتوى نترات الأمونيوم عن طريق أداء عشر دورات تسخين وتبريد بكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي بين 25 و135 درجة مئوية. خلال هذه التجربة، تبخرت المياه وتبلورت نترات الأمونيوم. تم حساب محتوى نترات الأمونيوم من المحتوى الحراري للمرحلة الانتقالية عند 126 درجة مئوية. وتم حساب محتوى المرحلة العضوية (الزيت زائد المستحلب) من الفرق حتى 100%.
في العينة 2، مع وجود نترات الأمونيوم ونترات الصوديوم في المحلول، توافق محتوى نترات الصوديوم مع الوزن المتبقي عند 470 درجة مئوية في قياس TGA الديناميكي. تم تحديد نسبة AN/SN غير المعروفة في مستحلب من خط السيولة في مخطط المرحلة الثنائية، الذي تم إعداد جزء منه لهذا الغرض.
تم حساب محتوى نترات الأمونيوم في هذه العينة بافتراض أن نسبة AN وSN في العينة 2 تساوي تلك الموجودة في المرحلة المائية. تم تحديد محتوى الماء مرة أخرى عن طريق قياس TGA متساوي الحرارة عند درجة 100 درجة مئوية. تم تعيين الفرق حتى 100% لمجموع الزيت الهيدروكربوني والمستحلب.
تكوين مستحلبات نترات الأمونيوم "الماء في الزيت" باستخدام TGA وDSC | تطبيق التحليل الحراري رقم UC393 | التطبيق منشور في التحليل الحراري METTLER TOLEDO UserCom 39