Die Explosivstoffe: Heft 4 Ammonsalpetersprengstoffe [Reprint 2021 ed.] 9783112432228, 9783112432211

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DIE EXPLOSIVSTOFFE MIT BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG

DER NEUEREN PATENTE VIERTES HEFT

AMMONSALPETERSPRENGSTOFFE VON

DR. RICHARD BSCALES

MIT Z A H L R E I C H E N

FIGUREN

LEIPZIG V E R L A G VON VEIT & COMP. 1909

V.

J

AMMONSALPETERSPRENGSTOFFE VON

DB. RICHARD ESCALES

MIT ZAHLREICHEN FIGUREN

LEIPZIG V E R L A G VON V E I T & COMP. 1909

Inhalt. Erster Abschnitt.

Geschichtliches

Zweiter A b s c h n i t t . Die Herstellung des Ammonsalpeters . . A. Das Ammoniak B. Fabrikation des Ammonsalpeters C. Chemische Untersuchung des Ammonsalpeters D r i t t e r A b s c h n i t t . Die Eigenschaften des Ammonsalpeters . V i e r t e r A b s c h n i t t . Patente für Ammonsalpetersprengstoffe . F ü n f t e r A b s c h n i t t . Die Fabrikation der Ammonsalpetersprengstoffe A. Anlage der Fabrik B. Betrieb der Fabrik Sechster Abschnitt. Chemische und physikalische Untersuchung a) Chemische Untersuchung b) Physikalische Untersuchung S i e b e n t e r A b s c h n i t t . Prüfung auf Handhabungs- und Transportsicherheit

Seite

1

17 17 23 30 35 49 88 88 90 112 112 113 114

A c h t e r A b s c h n i t t . Empfindlichkeit gegenüber Initialzündung. Detonationsübertragung Neunter A b s c h n i t t . Explosionsprodukte Zehnter Abschnitt. Detonationsgeschwindigkeit. Stoßkraft. E l f t e r Abschnitt. "Wärmeentwicklung Zwölfter Abschnitt. Temperatur, Größe und Dauer der Stichflamme A. Temperatur B. Größe und Dauer der Stichflamme

146 146 150

Dreizehnter Abschnitt.

Gasdruck

156

V i e r z e h n t e r Abschnitt. Arbeitsleistung Praktische Proben zur Ermittelung der Arbeitsleistung. (Sprengwirkung) F ü n f z e h n t e r A b s c h n i t t . Zündsicherheit gegenüber schlagenden Wettern und Kohlenstaub Versuchsstrecken . . . .

160

129 132 139 143

163 167 170

VI Sechzehnter Abschnitt.

Inhalt Seite

Allgemeines

194

S i e b z e h n t e r A b s c h n i t t . Sprengstoffe für Granatfüllung . . 198 Achtzehnter Abschnitt. Ammonsalpeter als Treibmittel. (Ammonpulver) 214 Neunzehnter A b s c h n i t t .

Verwendung von Guanidinsalpeter

Literatur Patente Autorenregister . . Sachregister . . .

220 226 229

. . . . . .

231 . 234

Erster Abschnitt.

Geschichtliches. In den Jahren 1863 bis 1866 hatte der schwedische Ingenieur A l f r e d N o b e l sich bemüht, das unter dem Namen N i t r o g l y z e r i n bekannte Glyzerintrinitrat anfangs als solches, dann in Gemenge mit Kieselgur als D y n a m i t in die Sprengtechnik einzuführen; N o b e l hat auch, hauptsächlich durch Anwendung von D e t o n a t o r e n (Sprengkapseln), sein Ziel erreicht, damit gleichzeitig den Weg für Verwendbarkeit anderer brisanter Sprengstoffe anzeigend. Das Interesse für Sprengstoffe war durch das Bekaüntwerden der Nobelschen Versuche offenbar in Schweden ein besonders großes und veranlaßte auch andere Chemiker und Ingenieure, sich mit der Auffindung neuer Sprengmittel zu befassen. Auf Grund theoretischer Berechnungen kamen die beiden Chemiker J o h a n O h l s s o n und J o h a n H e n r i k N o r r b i n zu der Erwägung, daß Gemenge von s a l p e t e r s a u r e m A m m o n i a k mit K o h l e oder kohlenstoffhaltiger Substanz sehr kräftige Sprengstoffe ergeben müßten, besonders wenn die Mengenverhältnisse so gewählt würden, daß als Endprodukte der Explosion Wasser, Kohlensäure und Stickstoff entstehen. Am 31. Mai 1867 erhielten O h l s s o n und N o r r b i n ein schwedisches Patent auf acht Jahre für ein V e r f a h r e n z u r H e r s t e l l u n g , A u f b e w a h r u n g und E n t z ü n d u n g von S p r e n g s t o f f e n , das wie folgt beschrieben wird: Die Hauptbestandteile unserer Sprengstoffe sind salpetersaures Ammoniak oder salpetrigsaures Ammoniak oder Mischungen derselben. Den Ammonsalpeter bereiten wir, indem wir schwefelsaures Ammoniak in Lösung mit Salpeter umsetzen; wendet man hierbei Natronsalpeter an, so kristallisiert beim Abdunsten zuerst Glaubersalz aus; wendet man Kalksalpeter an, so scheidet sich Gips aus; oder wir zersetzen kohlensaures Ammoniak, das sich in den Ammoniakwässern der Gaswerke und anderer Fabriken findet, mit Salpetersäure oder salpetersaurem Kalk. In ähnlicher Weise bereiten wir salpetrigsaures Ammoniak durch Umsetzen mit salpetrigsauren Salzen oder Mischen mit salpetriger E s c a l e s , Explosivstoffe. 4.

1

2

Geschichtliches

Säure. — Einen kräftigen Sprengstoff bereiten wir, indem wir salpetersaures Ammoniak mischen mit Kohle, Sägspänen oder mit Kohlenwasserstoffen (Naphtalin) oder mit Nitrokohlenwasserstoffen; oder mit stickstoffhaltigen organischen Basen (Anilin, Pikolin u. a.) oder Verbindungen der letzteren mit Säuren; oder mit Karbolsäure, Pikrinsäure und deren Salzen oder auch mit Mischungen von zwei oder mehreren der erwähnten kohlenstoffhaltigen Materien oder mit Harzen. — Ein kräftigeres Sprengmittel stellen wir her, indem wir Salpeter oder andere salpetersaure Salze zumischen. — Das Verhältnis von Ammonsalpeter und kohlenstoffhaltiger Substanz wird so gewählt, daß möglichst allei Kohlenstoff zu Kohlensäure, aller Wasserstoff zu Wasser verbrennen soll; so werden 100 Gewichtsteile Ammonsalpeter mit 15 Gewichtsteilen salpetersaurem Pikolin gemischt zur Erzielung der Reaktion 1 1 3 ( N H 4 0 N 0 5 ) + C 1 2 H 7 N-N0 5 =

12C02 + 59HO + 28N;

100 Tie. Ammonsalpeter mit 7 - 5 Tie. Kohle reagieren nach der Formel NH 4 0N0 6 + C = C0 2 + 4 HO + 2N. — F ü r 100 Tie. Ammonsalpeter und 10 Tin. Kohle ergibt sich: 3NH40N06 + 4C =

2 C 0 2 + 2CO + 1 2 H 0 + 6 N .

Die Mischungsoperationen werden nach der Beschaffenheit und der Konsistenz der Bestandteile vorgenommen; sind letztere alle löslich, so mischen wir die Lösungen und verdunsten dieselben; sind einige Komponenten fest, die andern flüssig oder gelöst, so tränken wir die ersteren mit den letzteren; sind alle in, Pulverform, so mischen wir in geeignetem Verhältnis. Die Sprengmittel werden in kompakten oder hohlen Zylindern geformt oder auch als Pulver, Körner usw. geliefert. — Manche unserer Sprengstoffe neigen zur Feuchtigkeitsaufnahme; wir überziehen oder durchtränken daher die Sprengstoffe mit anderen Substanzen, z. B. mit Nitroglyzerin, oder wir verpacken die Sprengstoffe in wasserdichten Hülsen. — Man kann einige unserer Sprengstoffe direkt mit einer Stubine entzünden; gewöhnlich ist aber stärkere und schnellere Erhitzung nötig; diese erreichen wir mittels Pulver, Nitroglyzerin oder anderer geeigneter Explosivstoffe, die wir mit unsern Sprengstoffen entweder mischen oder die wir in die Sprengstoffe innen herein oder außen herum geben; je nach der Zusammensetzung nehmen wir dann einen passenden Zünder. — Nach unserer theoretischen Berechnung entwickelt Ammonsalpeter bei seiner augenblicklichen Zerlegung eine 5 mal so große Kraft als gewöhnliches Schwarzpulver; ein Gemisch von Ammonsalpeter mit Kohle oder dem Nitrat einer organischen Base ist 7 bis 7 • 5 mal so stark als Pulver, während die Kraft des Nitroglyzerins nur 6 mal so groß ist als die des Pulvers. Zum Schluß weisen wir auf den billigen Preis und die verminderte Herstellungsgefahr unserer Pulver hin." 1

Es sind in der Patentschrift die früheren Formeln (O = 8) angegeben.

Geschichtliches

3

Im Jahre 1869 erschien in verschiedenen Zeitschriften 1 eine Mitteilung über d a s A m m o n i a k k r u t , e i n n e u e s S p r e n g m i t t e l , worin folgendes ausgeführt wird: Die Masse, welche den Namen A m m o n i a k k r u t ( A m m o n i a k p u l y e r ) erhalten hat, ist ein schwarzes, etwas teigartiges Pulver, verhältnismäßig schwer dem Gewicht nach; es fühlt sich feucht an und klebt leicht zusammen. Seine chemische Zusammensetzung wird einstweilen noch geheim gehalten, indessen werden Resultate von interessanten Versuchen konstatiert, welche in betreff seiner E n t z ü n d b a r k e i t und der ihm innewohnenden S p r e n g k r a f t vorgenommen wurden. Um erstere zu ermitteln und einen Vergleich mit anderen Sprengkörpern anstellen zu können, wurden auf einem Porzellantellerchen folgende Gegenstände entzündet: 1. Schießpulver, 2. Schießbaumwolle, 3. Nitroglyzerin (in festem Zustande), 4. Dynamit und 5. Ammoniakkrut. Die Entzündung geschah in der Weise, daß ein am Rande des Tisches befestigtes Pendel, an dessen Ende sich auf einem Brettchen eine brennende Lampe befand, in Schwingung gesetzt wurde, so daß die Stichflamme unter dem Teller wegstreichen konnte. Hierbei zeigte sich, daß die vier ersten Sprengkörper sich entzündeten, sobald nur die Flamme den Teller berührte; Nr. 5 dagegen fing erst nach zwanzigmaliger Pendelschwingung an, langsam zu sprühen und allmählich abzubrennen. Ein weiterer Versuch über die Entzündbarkeit mittels Schlag oder Stoß wurde durch einen eisernen Fallklotz von etwa 0,2 Kubikfuß, welcher auf einen Amboß fallen gelassen wurde, bewerkstelligt. Hierbei ergab sich die Entzündbarkeit des Schießpulvers bei einer Fallhöhe von 4 bis 5 Fuß, des Nitroglyzerins bei Fallhöhe von 1 1 / 2 bis 2 1 / 4 Fuß, des Dynamits bei 2 3 / 4 bis 3'/ 2 Fuß, dagegen die Entzündbarkeit des Ammoniakkruts erst bei 12 bis 15 Fuß Fallhöhe, woraus sich die größere Gefahrlosigkeit ergibt. Um nun auch die dem Ammoniakkrut innewohnende S p r e n g k r a f t zu ermitteln, hatte man in einem, in dem Garten des Besitzers zutage tretenden Granitfelsen von beiläufig etwa 250 bis 300 Quadratfuß Oberfläche, dessen Mittelkuppe sich 3'/ 2 bis 4 Fuß gegen die Ränder erhob, ein Bohrloch von 48 Zoll Tiefe und 5 / 4 Zoll Durchmesser angebracht; in dasselbe wurde 13 Zoll hoch Ammoniakpulver geschüttet; hierauf legte man ein größeres kupfernes Zündhütchen, welches am Ende der Zündschnur befestigt war, und stampfte dann nach Aufbringung von noch 1 bis 1 1 / 2 Kubikzoll Sprengmasse das Ganze mit einem hölzernen Ladestock fest zusammen; lose aufgeschütteter Sand füllte das Bohrloch bis zum Rande. Wenige Sekunden nach Anzündung der Zündschnur erfolgte die Explosion, bei welcher der Felsen vielfach zerbarst und einzelne Stücke (von 1 / 2 bis 1 Kubikfuß) hoch in die Luft geschleudert wurden. — Die K o s t e n des neuen 1

Bayr. Gewerbeblatt 1869, S. 25; Wiecks Gewerbezeitung S. 85 u. a. 1*

Geschichtliches

5

gelegenheiten iätig gewesen; er war auch Mitglied der zweiten Kammer des schwedischen Reichstags und wurde mit dem Ritterkreuz erster Klasse des schwedischen Wasa-Ordens ausgezeichnet. O h l s s o n lebt zurzeit in Hummersberg bei Stockholm. J o h a n H e n r i k N o r r b i n , geboren den 29. August 1835 am Langholmen bei Stockholm, gestorben in Stockholm am 7. August 1907. — Schulunterricht erhielt N o r r b i n in der Clara-Schule in Stockholm und im Gymnasium in Hernösand; im Jahre 1855 wurde N o r r b i n Student an der Universität Upsala, besuchte als Hospitant die polytechnische Hochschule zu Stockholm 1855 bis 1858 und studierte

r Johan Henrik Norrbin. weiter in Deutschland und Prankreich 1859 und 1860. — In den Jahren 1862 bis 1864 arbeitete N o r r b i n auf dem Gebiet der Anilinfarbstoffe und war Mitarbeiter von O h l s s o n bei dessen Teerdestillation ; dann ging er zur Essigindustrie über und war bis zu seinem Tode Betriebsleiter in der Fabrik von Th. W i n b o r g & Cie. in Stockholm. O h l s s o n und N o r r b i n stellten theoretisch folgende Tabelle auf, die wir in Originalform wiedergeben, wobei jedoch zu beachten ist, daß die früheren Formeln (z. B. C 6 H 6 0 6 (N0 4 )3 statt C 3 H 6 0 3 (N0 2 )3, NH4ONOB statt N H 4 0 N 0 2 U. a.) angegeben und ferner, daß die Dissoziationserscheinungen nicht berücksichtigt sind:

4

Geschichtliches

Sprengmittels werden nur auf die Hälfte einer die gleiche Sprengkraft besitzenden Menge Nitroglyzerin berechnet. — Uber die beiden Erfinder können wir folgende persönlichen Angaben machen. J o h a n O h l s s o n wurde geboren am 4. August 1833 im Kirchspiel Ervalla, Provinz Nerike, in Schweden. Nach seiner Schulzeit war er in den Jahren 1850 bis 1855 zuerst als Gehilfe in dem Bureau eines Gerichtsschreibers tätig, dann in einer Privatbank in Wester äs. Im Jahre 1855 bezog er die polytechnische Hochschule in Stockholm, welche er 1858 mit einem sehr guten Abgangszeugnis sowohl von der

J o h a n Ohlsson. chemischen als der mechanischen Fachschule verließ; in den Jahren 1856 und 1857 hatte er sich auch an Kursen über Eisenbahnbau und Untersuchung von Torfmooren beteiligt. Nach seinem Abgang von der technischen Hochschule wurde O h l s s o n zunächst Betriebsleiter in einer chemischen Fabrik, schon im nächsten Jahre (1859) wurde er selbst Fabrikant und stellte eine sich selbst putzende Talgkerze her. Im Jahre 1861 gründete O h l s s o n die erste schwedische Fabrik zur Verarbeitung des Steinkohlenteers von Gasfabriken; er führte sein Unternehmen in großem Maßstabe und erhielt für seine Erzeugnisse mehrere hohe Ausstellungspreise. Im Jahre 1899 verwandelte O h l s s o n sein Geschäft in eine Aktiengesellschaft, J o h a n O h l s s o n ' s t e c h n i s c h e F a b r i k in Stockholm. O h l s s o n ist sehr viel in kommunalen An-

Geschichtliches

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1-0 m 1-1

m

1-2 m 1-3 m 1-4 m

Zu b). Im Trauzischen Bleiblock wurde Resultat erhalten:

Pikrin gepreßt 10

335-6

51-3

283-7

Duplit

372-5

51-3

321.2

—

10

nachstehendes

Zu c). ( B e s t i m m u n g des S p r e n g t r i c h t e r s . ) Zu den Sprengungen wurden 7-5 cm - Minengranaten verwendet. Die Sprengungen wurden in einer Sandbettung von 1 m Tiefe, welche aus feinem, gesiebtem Sande bestand und durch Überrieselung mit Wasser kompakt gemacht war, derart ausgeführt, daß die Geschosse horizontal 20 cm tief in den Sand eingegraben und elektrisch und teils mit Zündschnur gesprengt wurden.

Sprengzünder

Sprengstoff

Gewicht der Sprengladung kg

Sprengstoffe für Granatfüllung

211

Tiefe Ob. Breite Unt. Breite Kapazität der Trichter

des Trichters mm

Pikrin, gepreßt

0-620

9

430

Duplit

0-522

9

460

1560 bis 1700 1620 bis 1900

600 bis 730 640 bis 780

\

624 Liter

\

/

667 Liter

/

Z u d). (Sprengversuche mit starkwandigen Granaten mit 1 6 0 g Sprengstoff zur Feststellung der Z e r l e g u n g s f ä h i g k e i t . ) D a s Resultat ist in nachstehender Tabelle zusammengestellt: Pikrin, gepreßt Geschoßgewicht: Sprengladung: Zünder: Gesamtgewicht:

4-880 ö»160 0-292 5'332

Duplit 4.870 0-160 0-292 5*322

kg „ „ kg

kg „ „ kg

Sprengstücke 5g

85

5 - 10 g

41

10— 20 g

29

20— 30 g

21

unter

3 0 - 40 g 40— 50 g

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27

23 «

18

3

6

50— 60 g

5

60— 70 g

3

70— 80 g 80— 80 g 90—100 g 100—150 g 150—200 g 200—300 g 300—400 g 400—500 g über 500 g Kopf ganz Sa. der Sprengstücke: Gesamtgewicht der Sprengstücke: Verlust:

217

121

4-420 kg 0-460 „

4-670 kg 0-200 „

4-880 kg

4«870 kg 14*

Sprengstoffe für Granatfüllung

212

Außerdem wurden die Sprengstücke gesammelt und photographiert. (Fig. 36 und Fig. 37.)

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Fig. 36.

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Sprengung mit 160 g Pikrinsäure.

Zu e). ( S c h i e ß v e r s u c h e auf S t o ß s i c h e r h e i t . ) Je zwei Geschosse mit Pikrinsäure bzw. mit Duplit wurden auf 6000 m mit V0 = 588 m und darauf mit F0 = 735 m blind verfeuert und erwiesen sich hierbei als rohrsicher. Der Gasdruck betrug 1886 Atm.

213

Sprengstoffe für Granatfüllung

bei V0 = 588 m und 3000 Atm. bei F0 = 735 m. Die wiedergefundenen Geschosse zeigen im allgemeinen keine wesentliche

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