Константин Андреев - Взрыв и взрывчатые вещества
Однако давно уже были известны соединения, содержащие кислорода гораздо больше, чем содержат его тротил или даже тетрил. Одно из них, открытое известным русским химиком Л. Н. Шишковым в 1861 г., — тетранитрометан [С(NO2)4], содержит даже слишком много кислорода — четыре атома на один единственный атом углерода и поэтому взрывается с трудом. Долгое время тетранитрометан не считали взрывчатым. Лишь недавно было установлено, что он способен к взрыву даже сам по себе. Если же в тетранитрометане растворить горючие вещества, вроде бензола, толуола и т. п., то получаются очень сильные взрывчатые вещества. Однако такие растворы одновременно очень чувствительны к удару и к трению; поэтому они так опасны в обращении, что не получили практического применения.
Их опасность усугубляется тем, что горение таких взрывчатых веществ легко переходит во взрыв, что может привести к тяжелым несчастным случаям.
В Мюнстерском университете в Германии при чтении лекций по химии в течение ряда лет показывался опыт по пережиганию железной проволоки пламенем, имеющим высокую температуру и богатым кислородом.
Для получения такого пламени в качестве горючего применялся тетранитрометан с небольшой добавкой толуола. Этой смесью пропитывалась вата, набитая в железную трубку, закрытую с нижнего конца; поджигание производилось с открытого верхнего конца трубки. Обычно горение протекало спокойно, но на одной из лекций под конец опыта оно привело к сильнейшему взрыву. Железная трубка была разорвана, и осколки ее разбросаны во все стороны с огромной силой. Аудитория была переполнена студентами, и тридцать из них были поражены осколками, в том числе десять смертельно.
Известны соединения, подобные тетранитрометану, но с меньшим избытком кислорода, например, тринитрометан [СН(NO2)3], гексанитроэтан [С2(NO2)6], но они отличаются малой химической стойкостью и большой чувствительностью к удару и также не получили поэтому практического применения.
В 1847 году итальянский ученый Асканио Собреро, вводя глицерин в смесь азотной и серной кислот, получил тяжелую маслообразную жидкость, которая от нагрева или слабого удара взрывалась с большой силой. Это был нитроглицерин [С3Н5(ONO2)3]. Вскоре после открытия его стали применять в горном деле для взрывных работ. Однако жидкое взрывчатое вещество неудобно в обращении. Если шпур идет горизонтально или с уклоном вверх, то залить в него жидкость практически невозможно.
Чтобы сделать нитроглицерин более удобным в обращении, русский артиллерист В. Ф. Петрушевский в 1868 году предложил применять его в виде динамита, представлявшего собой смесь 75 проц. нитроглицерина и 25 проц. магнезии в качестве поглотителя. Для проведения опытов им было изготовлено в Кронштадте около 300 килограммов этого динамита, давшего при испытаниях хорошие результаты.
За рубежом натолкнулись на свойства некоторых порошкообразных веществ поглощать нитроглицерин с образованием взрывчатых смесей случайно. Нитроглицерин перевозился в жестяных банках, которые для предохранения от ударов ставились в ящики; дно ящиков и пространство между стенками ящика и банкой засыпали инфузорной землей — мягким минеральным порошком, представляющим собою микроскопические трубчатые чешуйки ископаемых инфузорий. Однажды банка дала течь и часть нитроглицерина из нее вытекла. Однако снаружи ящика он не появился. Оказалось, что инфузорная земля очень хорошо поглощает и удерживает нитроглицерин. Это ее свойство было использовано для изготовления динамита, первоначально состоявшего те 3 частей нитроглицерина и 1 части инфузорной земли. Такой динамит по внешнему виду похож на жирную огородную землю; в бумажных гильзах ею удобно вводить в шпур и нитроглицерин из нею не вытекает.
Одним из недостатков этого динамита является то, что нитроглицерин из него может вытесняться водой, это мешает его применению для взрывных работ под водой. Поэтому в дальнейшем были разработаны другие динамиты, в которых нитроглицерин превращен добавлением определенного сорта нитроклетчатки в густую тягучую желатину, на которую вода практически не действует. Наряду с «желатинированным» нитроглицерином динамиты обычно содержат селитру и древесную муку; это удешевляет динамит и уменьшает его дробящее действие, чрезмерно высокое для подрыва большинства горных пород.
Еще шире стали применять нитроглицерин, когда были разработаны пороха на его основе — нитроглицериновые пороха. Дело в том, что бездымный порох первоначально разработанного во Франции типа — пироксилиновый порох — при всех его преимуществах перед дымным порохом имеет серьезный недостаток, состоящий в сложности и длительности его производства.
В принципе сущность производства проста — надо растворить нитроклетчатку в подходящем растворителе (обычно применяют смесь спирта с эфиром, хорошо растворяющую некоторые виды нитроклетчатки), придать полученному густому тесту нужную форму и затем удалить растворитель. Однако последняя стадия производства требует много времени, несмотря на то, что сам растворитель очень летуч (спирт кипит при 78°, эфир при 35°). Если сушку пороха от растворителя проводить быстро, то на поверхности зерен пороха образуется корочка и удаление растворителя из внутренних слоев резко замедляется; кроме того, при быстрой сушке частицы пороха могут сморщиваться, теряя требуемую форму и размеры. Такой порох будет не пригоден для точной стрельбы.
Чтобы избежать этого, удаление растворителя ведут очень медленно, сначала осторожной сушкой (провялкой), потом вымочкой в воде, после чего порох вновь сушат для удаления воды и т. д. Особенно много времени требует удаление растворителя при орудийных порохах с толстыми частицами; длительность их изготовления может достигать 10 суток. Очень же толстые пороха, какие, например, требуются для некоторых реактивных снарядов, этим способом практически нельзя готовить.
Понятно, что при такой длительности изготовления производительность завода оказывается очень небольшой, и на нем скапливается огромное количество пороха, что вообще нежелательно, особенно же в условиях военного времени.
Все эти трудности были разрешены применением для растворения нитроклетчатки иного взрывчатого растворителя.
Удаление обычного растворителя вроде спирта-эфира необходимо в первую очередь потому, что он не взрывчат и, оставаясь в порохе, снижал бы его действие. Если же взять растворитель, который сам способен гореть за счет собственного кислорода с большим выделением энергии, то необходимость в его удалении отпадает. В качестве такого растворителя и был в свое время применен нитроглицерин, почему и пороха на его основе называются нитроглицериновыми бездымными порохами.
Изготовление таких порохов состоит в смешении нитроклетчатки с нитроглицерином, которое в целях безопасности и для получения максимальной однородности смеси производится под водой. После отжима воды из полученной смеси ее тщательно перемешивают при повышенной температуре. Эта операция производится путем пропускания массы через гладкие чугунные вальцы, обогреваемые изнутри горячей водой. При этом испаряется оставшаяся после отжима вода и благодаря повышенной температуре происходит растворение нитроклетчатки в нитроглицерине, рыхлая пороховая масса превращается в более или менее прозрачное буроватое «полотно». Обычно это полотно свертывают в рулоны и помещают в пресс, имеющий кольцевые (или иные) отверстия. Прессованием, которое тоже ведется для размягчения пороха при повышенной температуре, через эти отверстия выдавливается пороховая трубка. По охлаждении она становится более твердой и прочной.
Когда нужно получить порох в виде тонких пластинок, например, для минометов, то в прессовании нет необходимости и пороховое полотно прокаткой доводят до нужной толщины, а затем режут на маленькие квадратики.
Никакой дополнительной сушки нитроглицеринового пороха, как правило, не требуется и длительность всего процесса производства оказывается в несколько раз меньше, чем при пироксилиновом порохе; особенно велика разница во времени изготовления при зернах большой толщины.
У нитроглицеринового пороха есть серьезный недостаток, относящийся, правда, не к свойствам пороха, а к сырью, из которого он готовится. Дело в том, что нитроглицерин готовится из глицерина, а глицерин получается из жиров, обычно при действии на них щелочей — тогда образуются мыло и глицерин. Понятно, что во время войны, когда положение с продовольствием обостряется, использование пищевого сырья для производства порохов крайне нежелательно.
Выход из этого положения практически был найден во время второй мировой войны в виде замены нитроглицерина на сходное с ним взрывчатое вещество — диэтиленгликольдинитрат. Главным его преимуществом является то, что он готовится не из жиров, а из газа этилена, получающегося в больших количествах при переработке каменного угля и нефти. При этом порох на основе диэтиленгликольдинитрата не уступает по качеству нитроглицериновому, а в некоторых отношениях даже его превосходит.
