Estudo teórico-experimental de formulações de emulsões explosivas

Abstract

Resumo: Os explosivos são amplamente utilizados na atividade extrativa mineral, sendo um deles na forma de emulsão. Emulsões explosivas são sistemas de água em óleo, em que a fase dispersa é composta por solução aquosa concentrada de sais oxidantes e a contínua, por óleo mineral e tensoativo. No presente trabalho, foi investigada a influência de cada matéria-prima presente na solução oxidante, nitrato de cálcio, nitrato de amônio e água, a partir do planejamento de experimentos (DOE) para misturas com o modelo de vértices extremos, avaliando-se propriedades de caracterização (viscosidade, densidade, tamanho médio de micelas e estabilidade) e de desempenho (velocidade de detonação e brisância), com emulsão sensibilizada fisicamente. Os resultados foram modelados matematicamente, sendo os melhores ajustes de densidade (R² = 0,9829) e brisância média (R² = 0,9532); em contrapartida, o pior ajuste foi para velocidade de detonação (R² = 0,0903), uma vez que não foi possível quantifica-la para uma das formulações que detonou. Ao otimizar a brisância máxima, obteve-se uma formulação com maior velocidade de detonação. Ao analisar o aspecto visual das formulações e decompor suas imagens em RGB, foi possível correlacionar as componentes de cor com propriedades, sendo o B (azul) melhor na previsão de propriedades a partir da imagem e da coloração utilizada como fundo para garantir o contraste adequado para a quantificação. Palavras-chave: Emulsão explosiva. Nitrato de amônio. Nitrato de cálcio. Planejamento de experimentos (DOE). Velocidade de detonação (VOD). Brisância. Análise de imagem RGB.

Abstract: Explosives are widely used in mineral extractive activity and one of the most used type is in form of emulsion. Explosive emulsions are water-in-oil systems, in which the dispersed phase is composed of concentrated aqueous solution of oxidizing salts and the continuous phase is composed of mineral oil and surfactant. In this research the influence of each raw material of the oxidizing solution (calcium nitrate, ammonium nitrate and water) was studied by the use of design of experiments (DOE) for mixtures with the extreme vertices model. Characterization (viscosity, density, mean micelle size and stability) and performance (velocity of detonation and brisance) properties will be evaluated with physical sensitized emulsion. The results were modeled mathematically. The best models were for density (R² = 0.9829) and mean brisance (R² = 0.9532). In contrast, the worst equation fit was for velocity of detonation (R² = 0.0903), since it was not possible to quantify the speed for one of the detonated formulations. By optimizing the maximum brisance, a formulation with a higher velocity of detonation was obtained. The visual aspect of the formulations were analyzed by decomposing into RGB and the color components were correlated to emulsions' properties, with B (blue) component being better at predicting properties from the image and the color used as a background to ensure an adequate contrast for quantification. Keywords: Explosive emulsion. Ammonium nitrate. Calcium nitrate. Design of Experiments (DOE). Velocity of Detonation (VOD). Brisance. RGB Imaging.