Blogikirjoitus sisältää yhteenvedon FORCIT Explosivesin Timo Halmeen artikkelista, joka esiteltiin ja julkaistiin EFEE:ssä (European Federation of Explosives Engineers) vuonna 2025.
Täyspitkän artikkelin voi ladata yhteenvedon alapuolella olevasta linkistä.
VETYPEROKSIDI (HP) JA VETYPEROKSIDIEMULSIO (HPE)
HP on voimakas hapetin, jota käytetään laajasti prosessiteollisuudessa. HP:n kontaminaatio johtaa tyypillisesti nopeaan eksotermiseen hajoamiseen, jolloin muodostuu suuria määriä happikaasua ja höyrystynyttä vettä. Tämä voi aiheuttaa paineen nousua tai jopa räjähdyksen.
HP-pohjaisia räjähdysaineita voidaan valmistaa useilla tavoilla. Tässä artikkelissa keskitytään vesi-öljyssä-emulsioon (HPE), sillä jatkuva polttoainefaasi suojaa HP-pisaroita kontaminaatiolta.
VERTAILU HPE:N JA ANE:N (AMMONIUMNITRAATTEMULSIO)
HP on huomattavasti reaktiivisempi kuin AN. Teknisesti HPE:n käytettävyys ja suorituskyky ovat kuitenkin verrattavissa yleisiin ANE-tuotteisiin tietyin poikkeuksin. HPE:n viskositeettia ja pumpattavuutta voidaan säätää niin, että standardi ANE-panostustekniikka voidaan muuntaa HPE:lle.
Esimerkiksi happitasapainoinen Kemiitti HPE, joka sisältää 50–60 % HP-liuosta, on energialtaan verrattavissa FORCITin Kemiitti 810:een. Kemiitti HPE:n suorituskykyä on testattu testiräjäytyksissä. Lohkaroituminen ja etenemä olivat vähintään yhtä hyviä kuin ANE-tuotteilla. Kemiitti HPE:n VOD oli 4400–5300 m/s Ø51 mm vaakarei’issä.
Tekniset erot HPE:n ja ANE:n välillä johtuvat pääasiassa HPE:n alemmasta tiheysalueesta. Kaasuttamattoman HPE:n tiheys on 1,15–1,20 g/cm³ ja kaasutettu 0,8–1,0 g/cm³ riippuen HP-pitoisuudesta. Kaasutettu tiheys on tyypillisesti pienempi kuin veden tiheys. Vettä sisältävissä pystysuorissa porarei’issä on siten riski, että osa räjähdepatsaasta irtoaa ja nousee kellumaan reiän yläosaan. Alempi tiheysalue voi myös rajoittaa reiän suurinta sallittua syvyyttä. Kaasuttunut tuote puristuu suurempaan tiheyteen reiän pohjalla, ja jos tiheys kasvaa liikaa, aloiteherkkyys todennäköisesti menetetään. Teoreettinen arvio kriittisestä patsaan korkeudesta on noin 20 metriä, mutta lisätestejä ja VOD-mittauksia tarvitaan vahvistukseen.
TYÖTERVEYS
ECHA:n (European Chemicals Agency) mukaan pitkäaikaisen (8 h) altistumisen raja-arvo on 1 ppm ja lyhytaikainen (15 min) 2 ppm. Pilot- ja kenttäkokeiden aikana HP:n pitoisuutta ilmassa on seurattu jatkuvatoimisesti, ja lukemat ylittivät toistuvasti 2 ppm.
Kuten aiemmin mainittiin, HP ja HPE ovat erittäin reaktiivisia yhdisteitä. Reaktio etenee ja leviää hyvin nopeasti koko HPE-massassa. Ensimmäisten kaasukuplien ilmaannuttua reaktiivisuus leviää koko massaan minuuteissa. Syyt ovat todennäköisesti jyrkkä lämpötilan nousu, voimakas konvektio ja kemiallisesti aggressiiviset radikaalit, joita vapautuu HP:n hajotessa.
HP:n korkea pitoisuus höyryssä johtuu HP:n kohonneesta höyrynpaineesta kiehuvassa HPE:ssä sekä voimakkaasta happikaasun ja höyrystyneen veden konvektiosta, joka kuljettaa HP:tä aerosolina.
HP/HPE-ALTISTUSOIREET, RISKIT JA NIIDEN LIEVENTÄMINEN
HP-höyryn altistuksen alkuoireita ovat kutina ja polttava tunne iholla, hengitysteissä ja silmissä, joita seuraa huimaus. Toistuva pitkäaikainen altistus voi aiheuttaa pysyviä keuhkovaurioita, joita kaivosympäristön hienojakoinen pöly voi pahentaa. Lisäksi HP:n hajoaminen voi vapauttaa singlet-happea, joka on reaktiivinen yhdiste ja voi vahingoittaa DNA:ta sekä olla karsinogeeninen.
Kontaminaatio on jokapäiväinen riski irtotuotteiden latauksessa. Vaikka HPE leviää samankaltaisesti kuin ANE, sen seuraukset ovat vakavampia. Lievimmät oireet ovat kutina ja kirvely/polttava kipu iholla sekä mahdollinen tulehdus myöhemmin. HPE:n joutuminen silmiin voi aiheuttaa pysyvää vauriota.
Kontaminoituneet työvaatteet ja muut palavat materiaalit voivat syttyä itsestään. FORCITilla on ollut kaksi tapausta, joissa orgaaninen materiaali, jota käytettiin HP/HPE-tahrojen puhdistukseen, on syttynyt itsestään.
FORCITin ratkaisu edellä mainittuihin haasteisiin on asianmukainen turvavaatetus (PPE), huolelliset työmenetelmät ja volyymien pitäminen hallittavalla tasolla. Turvavaatetus koostuu moottoroidusta kokokasvomaskista sopivalla kaasusuodattimella, kemikaalinkestävistä suojahaalareista, pitkähihaisista kemikaalinkestävistä käsineistä ja kumisaappaista.
RÄJÄYTYSKAASUT
FORCIT on järjestänyt kolme mittaussessiota Kemiitti HPE -tuotteen räjäytyskaasumittauksia varten. Tulokset osoittavat, ettei NOx-yhdisteitä ole räjäytyskaasuissa, mutta CO-pitoisuudet olivat verrattavissa ANE-tuotteiden tasoihin. Lisäksi havaittiin joitakin ppm HP:tä. Kehitystavoitteena on optimoida HPE:n koostumus niin, että CO:n muodostuminen on minimaalista.
TURVALLISUUS
HPE sisältää yli 90 paino-% HP-liuosta, mikä antaa sille samanlaisen reaktiopotentiaalin kuin HP:lle, huolimatta suojaavasta vesi-öljyssä-emulsiorakenteesta. Yhteensopivuus muiden räjähdysainekomponenttien kanssa vaatii riskinarvioinnin ja testidataa HPE:n korkean reaktiivisuuden vuoksi. Hallitsematon reaktio voi johtaa ennenaikaiseen räjähdykseen. Tunnettuja vaarallisia reaktioita ovat ne, joissa asetoni ja heksamiini voivat muodostaa alkuräjähdysaineita.
LUOKITUS JA JÄTTEENKÄSITTELY
HPE ei voi käyttää ANE:n UN3375-luokitusta, koska se koskee vain emulsiorakenteita, joissa AN toimii hapettimena. HP:n ainutlaatuiset ominaisuudet on otettava huomioon riskiprofiilissa. Suurin eroavaisuus ja haaste verrattuna ANE:en on HP:n spontaani hajoaminen, joka muodostaa happikuplia HPE:ssä (eli HPE herkistyy spontaanisti ajan myötä). Tätä spontaania hajoamista voidaan hidastaa, mutta ei pysäyttää kokonaan. Ennemmin tai myöhemmin HPE muuttuu spontaanisti luokan 1 materiaaliksi.
ADR:n puitteissa luokitus itsereaktiiviseksi aineeksi voi olla mahdollinen, mutta myös siinä tapauksessa spontaani hajoaminen voi käytännössä johtaa luokkaan 1.
Jätteenkäsittely on haastavaa HPE:n korkean reaktiivisuuden vuoksi. HPE:tä sisältävä jätesanko voi alkaa reagoida rajusti milloin tahansa. Siksi kaikkea HPE-jätettä on vältettävä, ja syntynyt jäte on tehtävä välittömästi vaarattomaksi aloittamalla demulsifikaatiolla. Lisätutkimusta tarvitaan turvallisten hävitysmenetelmien kehittämiseksi.
YMPÄRISTÖVAIKUTUS
HP:tä markkinoidaan usein vihreänä kemikaalina, koska se hajoaa hapeksi ja vedeksi. Kun sitä käytetään irtoräjähteissä, päästöskenaariot on kuitenkin arvioitava uudelleen. Tutkimukset osoittavat, että 5–20 % irtoräjähteistä voi jäädä reagoimatta louheeseen räjäytyksen jälkeen, mikä aiheuttaa riskejä, kuten HP:n kontaminaatiota vedessä ja kromi(III):n hapettumista myrkylliseksi kromi(VI):ksi.
Viime aikoina HP-valmistajat ovat lisänneet uuden vaaraluokan HP:n luokitukseen. Muutaman kuukauden sisällä kaikki HP-liuokset, jotka sisältävät yli 25 % HP:tä, luokitellaan ympäristölle vaarallisiksi – erittäin myrkyllisiksi vesieliöille. Analysoimme tämän vaikutusta HP:n käyttöön irtoräjähteiden raaka-aineena.