INDICE

I.- Introducción

II.- Química de los Explosivos

III.- Materias Primas

3.1.- Nitrato de Amonio

3.1.1.- Fabricación del Nitrato de Amonio

3.2.- Aspectos Técnicos de los Tipos de Nitrato de Amonio

3.2.1.- Tipos de Nitrato de Amonio

3.2.2.- Análisis de Laboratorio para Nitrato

IV.- Utilización de Anfos Livianos y Emulsiones de Baja Densidad

4.1 Anfo

4.2 Emulsión

4.3 Emulsiones de Baja Densidad

a) Emulsión Gasificada

b) Emulsión con Microesferas

V.- Explosivos Encartuchados

∗ Powergel

∗ P-Split

∗ Pulsar

I.- INTRODUCCION

Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla metaestable.

Dándoles un estímulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad

de energía que llega a ser útil para quebrar la roca. En la mayoría de los explosivos

comerciales, los oxidantes son principalmente nitratos, siendo el Nitrato de Amonio el material

básico de fabricación. Otros nitratos usados incluyen Sodio, Calcio, Potasio y algunos

inorgánicos tales como aminas y hexaminas.

Los combustibles básicos para un explosivo incluyen el Carbono y el Hidrógeno, ya que estos

reaccionan con el Oxígeno para liberar grandes cantidades de energía. La mayoría de los

combustibles son hidrocarburos que tienen una estructura básica de CH2.

En general, hay dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos. Los moleculares

tienen Oxígeno y combustible dentro de las mismas moléculas; tienen la ventaja que los

oxidantes y combustibles están en contacto íntimo, de manera tal que la reacción se lleva a

cabo extremadamente rápida y generalmente es completa. El Trinitrotolueno (TNT), es un

ejemplo de un explosivo molecular. Los explosivos compuestos tienen oxidantes y combustibles

en diferentes moléculas o en diferentes compuestos. Debido a que el combustible y el oxidante

están muy separados “relativamente”, la reacción se lleva a cabo más lentamente que en un

explosivo molecular. El ANFO y las emulsiones son ejemplos de explosivos compuestos.

Dos aspectos importantes de la formulación de un explosivo son el tamaño de las partículas

involucradas en la reacción y la cantidad de espacio libre de huecos en la formulación. En su

estado normal, el petróleo no se absorbe en la superficie del Nitrato de Amonio. Cuando se

muele lo suficientemente fino, el área superficial llega a ser lo suficientemente grande y el

petróleo puede formar un fino recubrimiento sobre el polvo, lo suficiente para permitir y sostener

la reacción de descomposición. Pero el polvo del Nitrato de Amonio es difícil de manejar; por lo

anterior es que se desarrolló un prill poroso; este prill consiste de un caparazón de cristal con el

espacio entre cristales semejando poros o capilares. Cuando se mezcla con petróleo, éste

penetra el prill por acción capilar. El grado de intimidad de la mezcla de petróleo dentro del prill

está algo influenciado por el diámetro del prill: pequeños prills proporcionan una distribución

más uniforme que prills grandes. Típicamente, el prill grado explosivo tiene un rango de tamaño

desde 1 mm a 3 mm, estando el grueso del material entre 1 a 2 mm de diámetro.

El concepto de espacio libre es particularmente importante en los explosivos compuestos. El

espacio libre o hueco en un explosivo parece servir para dos propósitos. Primeramente el

espacio permite que el oxidante y el combustible se muevan juntos. Si la densidad en volumen

de la formulación es muy grande, el movimiento de los componentes es impedido y la reacción

se detendrá. En segundo lugar el espacio libre proporcionará un mecanismo para la generación

de puntos calientes causados por la compresión adiabática. El calor generado por la

compresión produce un punto caliente que permite que la reacción se sostenga por sí misma. Si

la reacción encuentra una zona en que no hay suficientes huecos, (por ejemplo, donde no hay

microesferas) la reacción se apagará y la detonación cesará. En el caso del ANFO, el espacio

de huecos se proporciona en virtud de la porosidad de los prills. Puesto que la densidad del

cristal de Nitrato de Amonio es alrededor de 1,7 gr/cc y la densidad en volumen del prill de casi

0,85 gr/cc, se puede ver que el Nitrato de Amonio prilado contiene un porcentaje de huecos de

casi un 50%. A una densidad aproximada de 1,1 a 1,2 gr/cc, el Nitrato de Amonio llega a ser

demasiado denso para sostener una detonación.

II.- QUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS

Se asume que la reacción de la descomposición para el explosivo resultará en una oxidación

completa de todos sus componentes. La validez de esta suposición es algo dependiente de la

composición correcta y del tamaño del prill. La reacción básica de descomposición para el

Nitrato de Amonio está dada por:

2NH4NO3 → 4H2O + 2N2 + O2

de la cual el balance de Oxígeno se puede estimar del conocimiento de los pesos atómicos de

todos los elementos; éste será de 0,2 g/g ó 20%. Similarmente, la reacción de descomposición

para el componente combustible del ANFO (simplificado como CH2) se puede escribir como:

2CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

Esta reacción se ve deficiente en Oxígeno, de manera que el Oxígeno requerido para completar

la reacción debe ser proporcionado por el componente oxidante del explosivo. Cuando los dos

componentes se mezclan juntos, la ecuación de la reacción se puede escribir como:

3NH4NO3 + CH2 → 7H2O + 3N2 + CO2

de la cual la cantidad de combustible requerido para lograr una mezcla con Oxígeno

balanceado se puede calcular que es 15/254 ó 5,51%. En el caso que se agregue menos

combustible, se dispone de un exceso de Oxígeno y se produce Oxido Nitroso (NO) en adición

a los productos de más arriba. Debido a su baja estabilidad en la presencia de Oxígeno libre,

este producto se reduce rápidamente a Dióxido de Nitrógeno (NO2) que es altamente tóxico y

combinado con la humedad atmosférica forma Acido Nítrico. Cuando se forma, el Oxido Nitroso

es claramente visible en la forma de humo coloreado naranja o café. Una consecuencia

adicional de añadir poco combustible es que tanto la energía de reacción como el VOD

disminuye relativo a aquellas de una mezcla balanceada.

En el caso que la cantidad de petróleo excede al 5,5%, la mezcla resultante se convierte en

deficiente en Oxígeno, resultando en la formación de Monóxido de Carbono, más tóxico que el

relativamente inofensivo Dióxido de Carbono (CO2). Aunque la energía de reacción también

disminuye con el exceso de petróleo, esta disminución es menor que la que ocurre para el

exceso de Oxígeno. De las dos alternativas, es mejor tener un ligero exceso de petróleo, de

manera que la formulación más común de ANFO tiene 6% de petróleo.

III.- MATERIAS PRIMAS

3.1 NITRATO DE AMONIOEn todas partes del mundo, el Nitrato de Amonio (NA) es un ingrediente esencial en la

fabricación de explosivos comerciales, incluyendo dinamitas y emulsiones. Es comúnmente

usado como ANFO (Nitrato de Amonio + Petróleo) o como materia prima (solución de Nitrato de

Amonio) para la manufactura de emulsiones. También es un ingrediente común en forma sólida

en la mayoría de las dinamitas.

3.1.1 FABRICACION DEL NITRATO DE AMONIO

El gas natural se convierte a Amonio :

CH4 + (N2 + O2) → NH3(Aire)

El Amonio se convierte en Acido Nítrico:

NH3 + 2O2 → HNO3(Aire)

El Acido Nítrico reacciona con el Amonio para formar Nitrato de Amonio (N.A.)

HNO3 + NH3 → NH4NO3

Nitrato de Amonio (N.A.) → NH4NO3

3.2.- ASPECTOS TECNICOS DE LOS TIPOS DE NITRATO DE AMONIO

3.2.1.- Tipos de Nitrato de Amonio

En la Tabla 1.1 se muestran los tipos de Nitrato de Amonio utilizados en Chile.

Tabla 1.1. Nitratos de Amonio utilizados en Chile

Especificaciones de prill OLAN Sudraficano Sudraficano Costa Rica Sudraficanode Nitrato de Amonio G. Paroisse Hydro AG Expan 300 Fértica AECI

Nitrato de Amonio en peso 98,55 % min 99,5 % min 99,6 % min 98,5 % min 98,5 % min

humedad en peso 0,2 % máx 0,12 % máx 0,1 % máx 0,2 % máx 0,18 % máx

Insolubles en agua 1,0 % máx 0,2 % máx 0,2 % máx 1,0 % máx 1,0 % máx

Materia orgánica total en peso 0,1 % máx 0,2 % máx 0,2 % máx 0,2 % máx 0,11 % máx

Nitrógeno total en peso 34,5 % min 34,8 % min 34,8 % min 34,5 % min 34,5 % min

Absorción de petroleo en peso 10 % min 10 % min 7,5 % min 10 % min 8,2 % min

Densidad prill (gr./cc.) 0,69 - 0,75 0,68 - 0,74 0,70 - 0,76 0,70 - 0,75 0,70 - 0,75

Densidad Bulk (gr./cc.) 0,73 - 0,79 0,72 - 0,78 0,74 - 0,80 0,74 - 0,79 0,74 - 0,79

Índice de fragilidad (%) 25< 25< 25< 25< 25<

pH, solución al 10% 4,5 - 6 4,7 - 5,5 4,5 - 6 4,5 - 6 4,5 - 6

Granulometría promedio (%)Sobre 3,35 mm. - - - - -Sobre 2,8 mm. - - 3 máx - 1,9Sobre 2,5 mm. - - - 0 -Sobre 2,0 mm. 12 máx 9 - 2 -Sobre 1,6 y bajo 2,0 mm. - 22 - - -Sobre 1,2 y bajo 2,0 mm. - - - 86 -Sobre 1,0 mm. - - - - -Sobre 1,0 mm. Y bajo 2,8 mm. - - 96 min - 97,8Sobre 1,0 mm. Y bajo 2,0 mm. 78 min - - - -Sobre 1,0 mm. Y bajo 1,6 mm. - 59 - - -Bajo 1,0 mm. 10 máx - 1 máx - 0,3Bajo 0,84 mm. - - 0 - -Sobre 0,5 mm. Y bajo 1,2 mm. - - - 12 -Sobre 0,5 mm. Y bajo 1,0 mm. - 8 - - -Bajo 0,5 mm. - 1< - 1< -

Las características técnicas más importantes como la absorción de petróleo, la densidad,

partículas solubles en agua y granulometría son muy similares en todos los tipos de Nitrato.

Todos los nitratos que se mencionan en la Tabla 1.1 son importados tanto por Orica Chile como

por Enaex. El destino y la utilización de estos nitratos dependen de la necesidad de los Stock

regionales y no obedecen a ninguna razón técnica o comercial, ya que sus características son

muy similares.

En la mayoría de las faenas se utiliza el Nitrato OLAN, Fertica, Expan, etc… dependiendo de los

destinos que se hayan programado para los embarques.

3.2.2.- Análisis de laboratorio para Nitrato

Es posible disponer de una cantidad de los tipos de Nitrato existentes para hacer un análisis de

laboratorio y determinar densidades reales, capacidad de absorción, etc. Sin embargo, la

posibilidad de traslado hasta faena es un tema complicado por el costo que involucra, por lo

cual, parece más factible realizar estas pruebas en la Planta de Lampa de Orica.

IV.- UTILIZACIÓN DE ANFOS LIVIANOS Y EMULSIONES DE BAJA DENSIDAD

Aproximadamente 1000 millones de toneladas de esta mezcla (ANFO) son consumidas

anualmente en el mundo. El consumo de ANFO corresponde al 70% del total de explosivos

utilizados en Estados Unidos. En Chile, su consumo sobrepasa el 75% del total de explosivos.

La importancia que ha alcanzado este explosivo se debe principalmente a la seguridad que

presenta en su fabricación y manipulación y a los bajos precios con que se transa, lo que

permite reducir los costos en tronadura.

Uno de los principales problemas del ANFO es la generación de gases nocivos (humos

amarillos o naranjas) que se presentan bajo ciertas condiciones anormales y que pueden ser

muy peligrosos para las personas y perjudiciales en la operación.

4.1.- ANFO

El Mexal-A o Anfo compuesto por mezcla de Nitrato de Amonio y Petróleo presenta una

densidad que varía entre los 0,75 – 0,85 gr/cc, dependiendo de la densidad del petróleo y del

Nitrato.

Para aumentar la energía liberada, se le agrega Aluminio Atomizado en cantidades que pueden

variar entre 2 y 10% conformando el Anfo aluminizado.

Los Anfos de baja densidad (BDC), son explosivos diluidos mediante agentes físicos de baja

densidad (polietileno expandido, afrecho, etc.), con objeto de disminuir su densidad y con ello

conseguir una menor carga en la columna y una menor potencia, apropiado para las tronaduras

amortiguadas.

Tabla 1.2.- Características técnicas Anfo y Anfo liviano

FABRICACION DE ANFO

Nitrato de Amonio (94%) + Petróleo (6%) → ANFO

3NH4NO3 + CH2 → 3N2 + 7H2O + CO2

Cuando el ANFO detonan en forma ideal, los productos resultantes serán:

CALOR

N2: Nitrógeno

H2O: Agua

CO2: Dióxido de Carbono

4.2.- EMULSION

Densidad VOD 6" Presión de Balance de Volumen Calor Equivalencias Anfo Diam. crítico Resistencia(gr/cc) confinado Detonación oxígeno (%) gases Desarrollado peso volumen sin confinar al agua

(mts/sg) (Kbar) (Lt/Kg) (Kcal/Kg) (pulg) (hrs)

MEXAL A 1,75 - 0,85 4000 32,0 -2,02 978 887 1,00 1,00 2,5 NO

MEXAL BDC 0,60 - 0,70 4000 26,0 -1,02 958 842 0,96 0,72 3,0 NO

La emulsión es un producto que resulta de la mezcla de NCN, agentes oxidantes y estabilizada

con un agente emulsificante. En otras palabras las emulsiones explosivas son mezcla de ANFO

(NCN) con una matriz de emulsión (MEX).

De la mayor o menor cantidad de emulsión MEX con que se rellenen los espacios entre

gránulos (del nitrato), dependerá que el producto final sea de mayor o menor resistencia al agua

y tenga mayor o menor densidad.

TABLA 1.3.- Características técnicas Anfos pesados vaciables y bombeables

FABRICACION DE ANFOS PESADOS VACIABLES Y BOMBEABLES

ANFO pesado vaciable (Cantidad de MEX menor al 50%)

N.A. + Petróleo + Emulsión → AN FO Pesado Vaciable

(90% - 50%) + (10% - 50%)

Ejemplo: 48% N.A. + 2% F.O. + 50% Mex → Mex 150

ANFO pesado bombeable (Cantidad de MEX mayor al 50%)

Tipo de Densidad VOD 6" Presión de Balance de Volumen Calor Equivalencias al anfo Diam crítico ResistenciaExplosivo (gr/cc) confinado Detonación oxígeno (%) gases Desarrollado peso volumen sin confinar al agua

(mts/sg) (Kbar) (Lt/Kg) (Kcal/Kg) (pulg) (hrs)

MEX130A 1,1 - 1,16 3.700 - 4.100 43,0 -1,72 955 836 0,95 1,34 4,0 NO

MEX150A 1,35 - 1,40 4.600 - 5.000 79,2 -1,58 939 802 0,92 1,57 4,5 48

MEX165A 1,25 - 1,36 4700 - 5200 66,5 -4,95 929 779 0,89 1,11 7 >72

MEX280A 1,25 - 1,36 4.500 - 5.000 71,9 -4,63 962 710 0,83 1,36 4,5 >72

N.A. + Petróleo + Emulsión → AN FO Pesado Bombeable

(50% - 0%) + (50% - 100%)

Ejemplo: 34% N.A. + 1% F.O. + 65% Mex → Mex 165

4.3.- EMULSIONES DE BAJA DENSIDAD

Existen dos tipos de emulsiones de baja densidad que se utiliza normalmente en el mercado; la

Emulsión Gasificada y la Emulsión con Microesferas.

a) Emulsión gasificada: Está compuesta por una emulsión ácida y una solución acuosa de

nitrito de sodio. Esta emulsión tiene una densidad mucho menor (1,20 a 1,36 gr/cc) y una

mayor sensibilidad. La utilización de este producto es viable si se puede mantener el

explosivo por sobre los 20°C, ya que bajo esta temperatura no reacciona en forma eficiente.

b) Emulsión con microesferas: Este explosivo bombeable de alto costo está formado por

emulsión más una mezcla de Anfo, cuyo nitrato ha sido mezclado con burbujas

microscópicas de vidrio con aire en su interior.

La densidad de una emulsión pura 1,38 gr/cc puede disminuir a 1,1 gr/cc al utilizar

microesferas, sin embargo las propiedades energéticas del explosivo se mantienen,

aumentando inclusive su sensibilidad y la velocidad de detonación en el primer metro.

En algunas faenas como Candelaria se utiliza la Emulsión Gasificada como una forma de

disminuir el factor de carga y mantener las propiedades energéticas del explosivo para lograr

una buena fragmentación.

La única faena en Chile donde se utiliza Emulsión con microesferas es Chuquicamata.

La utilización de esta mezcla se hace necesario debido a que una emulsión normal en pozos de

26 a 30 m y con presencia de agua, sufre un confinamiento debido al peso de la columna de

explosivo lo que genera la insensibilidad de la Emulsión a cualquier tipo de booster.

Las emulsiones trabajan bien en pozos con agua con una longitud máxima de 19 m, ya que

sobre esta longitud el explosivo comienza a confinarse perdiendo sensibilidad.

La forma de agregar sensibilidad a la columna de emulsión es bajando su densidad ya sea con

una mezcla gasificada o con microesferas.

Una Emulsión Gasificada podría ser alternativa, ya que al bajar la densidad disminuiría el peso

de la columna de explosivo no afectando a su sensibilidad, sin embargo, se presentan dos

problemas;

El peso de la columna comienza a romper las burbujas de gas insensibilizando la emulsión.

La temperatura para que se mantengan las burbujas debe ser superior a 20°C.

Por esta razón, en el caso de Chuquicamata, se utiliza la emulsión con un 2% de microesferas

lo que aumenta la sensibilidad y la VOD del explosivo, con un costo mucho mayor. Este

sistema les asegura que el explosivo con una alta sensibilidad va a detonar en forma eficiente

manteniendo sus propiedades energéticas.

El costo al utilizar Emulsiones con microesferas aumenta, debido a que deben considerarse los

siguientes puntos:

a) Microesferas US$ 5000 /ton

b) Transporte a faena

c) Mezclador del Nitrato de Amonio con las microesferas.

V.- EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS

Estos explosivos corresponden a Emulsiones encartuchadas; como toda emulsión, estos

explosivos también poseen dos fases (continua y discontinua). Se caracterizan por tener una

Velocidad de Detonación elevada al igual que un alto poder energético, son resistentes al agua,

no emiten humos nocivos ni emanaciones, son estables y seguros en su manipulación y

transporte.

Se utilizan generalmente en minería subterránea y en perforaciones de pequeño diámetro. Su

iniciación se puede lograr mediante la utilización de un detonador N°8 o cordón detonante de 5

gr/mt. Se fabrican en variadas dimensiones, siendo almacenados en el polvorín de altos

explosivos.

Con respecto a su vida útil, se recomienda darles una permanencia en polvorín de 6 meses.

A continuación se presentan algunos de los explosivos encartuchados, desarrrollados por

ORICA Chile S.A.:

POWERGEL: Explosivo de alta potencia, que por su bajo costo, seguridad y buen rendimiento

ha reemplazado con éxito a los explosivos encartuchados tradicionales.

Este producto no genera ningún tipo de efecto fisiológico, no emite humos

nocivos durante la explosión, ni emanaciones durante su almacenaje, ya que no

contiene ingredientes causantes de cefaleas o naúseas.

Sumamente estable a pesar de ser sensible a un detonador N°8. Presenta gran

seguridad en relación al roce como al choque.

Su aplicación es ideal para perforaciones con ángulos de inclinación y diferentes

profundidades, y con presencia de agua. De uso más frecuente en minería

subterránea, túneles y obras civiles. Por su alta velocidad y presión de

detonación, resulta un iniciador excelente para Anfos en los más diversos

diámetros de perforación.

P-Split: Emulsión sensibilizada con reguladores de densidad gaseosos. Explosivo

altamente estable, que puede ser iniciado con un cordón detonante de 5 gr/mt o

detonador N° 8. Este explosivo es usado para el control de paredes en minería a

Rajo Abierto.

Pulsar: Explosivo de alta energía, resistente al agua. Capaz de ser iniciado con cordón

detonante de 5 gr/mt, o con cualquier tubo para guía lenta. La concentración de

gases posterior a la detonación es mínima. Su vida de almacenaje mínimo es de

12 meses en polvorín de altos explosivos, aun teniendo condiciones climáticas

extremas.

Mayor información referente a estos productos, aparece descrita en catálogos de explosivos.