Amatole (saletroty)
Amatole, znane również jako saletroty, to grupa kruszących materiałów wybuchowych, w skład których wchodzą głównie azotan amonu (saletra amonowa) oraz trotyl. Stanowią one podgrupę materiałów amonowo-saletrzanych, znajdując zastosowanie zarówno w przemyśle cywilnym (jako materiały wybuchowe dla górnictwa), jak i wojskowym. Do podobnych mieszanin zalicza się szenia (azotan amonu i dinitronaftalen) oraz amonale (azotan amonu z aluminium, często z dodatkiem trotylu).
Skład i właściwości
Właściwości fizyczne i chemiczne
Amatole, będące dwuskładnikowymi mieszaninami, zawierają azotan amonu oraz trotyl, przy czym zawartość saletry oscyluje zazwyczaj w granicach 40–80%, a trotylu w przedziale 20–60%. Spotykane są również mieszanki z wyższą zawartością azotanu amonu, na przykład o składzie 90/10. Mieszaniny z trotylem powyżej 40% mają półpłynną konsystencję po stopieniu, jednak mogą ulegać rozwarstwieniu (ziarna saletry opadają), co czasami wymaga dodania emulgatorów.
Charakteryzują się właściwościami higroskopijnymi. W obecności wilgoci mogą reagować z materiałami takimi jak miedź, mosiądz, brąz, ołów czy miedziowana stal. Gdy temperatura przekracza punkt topnienia trotylu (około 100–120 °C), może zachodzić powolna reakcja między składnikami, jednak w niższych temperaturach amatole, przechowywane w szczelnych pojemnikach, zachowują swoje właściwości wybuchowe przez długi czas.
Właściwości wybuchowe
Amatole mają wyższą wrażliwość na uderzenie oraz lepszą zdolność do detonacji w porównaniu do czystego trotylu, co jest związane z tarciem między ziarnami azotanu amonu. Dodatkowo, wielkość ziaren obu składników ma znaczenie – mniejsze ziarna ułatwiają rozwój detonacji. Mieszaniny z trotylem w proporcjach 30–60% mają wrażliwość na uderzenie porównywalną z kwasem pikrynowym, przez co nie nadają się do zastosowania w pociskach o dużym kalibrze i dużej prędkości początkowej (np. w pociskach przeciwpancernych). Amatole są mniej wrażliwe na pobudzenie niż trotyl oraz niewrażliwe na tarcie i przebicia pociskiem.
W miarę wzrostu zawartości azotanu amonu prędkość detonacji oraz kruszność materiału maleją. Większość amatoli ma ujemny bilans tlenowy, co skutkuje powstawaniem sadzy oraz czarnego dymu w wyniku wybuchu. Z kolei amatol 80/20 ma dodatni bilans tlenowy (1,2%), a jego wybuch generuje biały dym, który jest mniej widoczny z daleka. W pociskach artyleryjskich z tym materiałem czasami stosowano dodatkowy ładunek dymny, co umożliwiało artylerzystom obserwację miejsca wybuchu. Mieszanina stechiometryczna, w której skład ma zrównoważony bilans tlenowy, uzyskiwana jest przy stosunku masowym azotanu amonu do trotylu wynoszącym 79:21. W takich warunkach osiąga się maksymalne ciepło wybuchu, a w gazowych produktach wybuchu znajdują się minimalne ilości toksycznych związków. Krytyczna średnica amatoli zawierających poniżej 85% azotanu amonu wynosi od kilku do kilkunastu milimetrów i zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości azotanu amonu, na co wpływ ma również rozdrobnienie składników.
Modyfikacje składu
Choć amatole są zazwyczaj stosowane jako dwuskładnikowe mieszaniny, istnieje możliwość dodawania innych substancji, które zmieniają ich właściwości. Mogą być wykorzystywane różne utleniacze, takie jak azotan sodu, azotan potasu czy azotan wapnia (obniżające temperaturę topnienia azotanu amonu), jak również dodatki substancji palnych (np. mączka drzewna, pył aluminiowy, inne materiały wybuchowe jak nitroestry czy heksogen, które zwiększają parametry energetyczne). Mieszaniny modyfikowane o dodatkowym aluminium nazywane są amonalami.
Już przed I wojną światową stosowano materiały przypominające amatole. Były to m.in. Macarit, zawierający 28% trotylu oraz 72% azotanu ołowiu(II), a także Piombitto, używane we Włoszech w pociskach artyleryjskich. W trakcie I wojny światowej do napełniania granatów ręcznych i produkcji ładunków saperskich wykorzystywano Donarit (80% saletry amonowej, 12% trotylu, 4% nitrogliceryny w postaci żelatynowanej bawełny kolodionowej oraz 4% mączki drzewnej). W Rosji stosowano mieszaninę z 60% trotylu, 35% azotanu potasu oraz 4% azotanu amonu, a Brytyjczycy w obu wojnach używali Baratol, w którym trotyl i azotan baru były w proporcji 60:40. Podczas II wojny światowej w Niemczech produkowano amatole o podwyższonych parametrach detonacyjnych przez dodanie heksogenu, takie jak Amatol 39 (50% trotylu, 5–10% heksogenu i 40–45% saletry amonowej), Amatol 39a (50% dinitrobenzenu, 15% heksogenu i 35% saletry) czy Amatol 40 (50% dinitrobenzenu, 10% heksogenu i 40% saletry).
Modyfikacje składu miały kluczowe znaczenie w czasie obu wojen światowych, kiedy występowały niedobory surowców. W trakcie I wojny światowej w Niemczech wykorzystywano mieszanki, w których trotyl był częściowo lub całkowicie zastępowany dinitrotoluenem (oznaczanym jako Di Fp 60/40 – 60% stanowił dinitrotoluen lub jego mieszanka z trotylem). Jako substytut trotylu używano także trinitroanizolu. Po 1944 roku Niemcy borykali się z niedoborem azotanu amonu, co skłoniło ich do zastępowania go azotanem sodu, a nawet chlorkiem sodu (czasami także krzemianami sodu i potasu). Mimo że takie mieszanki miały znacznie obniżone parametry detonacyjne, zachowywały konsystencję i gęstość typowych amatoli, co pozwalało na utrzymanie dotychczasowej konstrukcji i metod elaboracji amunicji.
Produkcja
Proces produkcji amatoli różni się w zależności od oczekiwanego składu mieszaniny. Amatol 80/20 wytwarzany jest poprzez umieszczenie w metalowym mieszalniku z płaszczem parowym drobno zmielonego, wysuszonego i przesianego azotanu amonu, który następnie ogrzewa się do temperatury 90–95 °C. Stopiony trotyl dodawany jest stopniowo, przy jednoczesnym mieszaniu. Po dodaniu całego trotylu, mieszanina jest mieszana w temperaturze około 95 °C przez co najmniej kwadrans. Otrzymany materiał, przypominający mokry cukier trzcinowy, jest gotowy do elaboracji pocisków, np. za pomocą ślimacznicy. Użycie niewłaściwie granulowanego azotanu amonu może prowadzić do rozwarstwiania się mieszaniny podczas elaboracji.
Amatole, w których zawartość azotanu amonu wynosi 60% lub mniej, produkuje się w podobny sposób, jednak najpierw w mieszalniku umieszcza się trotyl, a po jego stopieniu dodaje ogrzany do 90–95 °C azotan amonu (aby uniknąć zbrylania się saletry). Po dodaniu wszystkich składników, utrzymuje się mieszanie materiału aż do uzyskania jednolitej konsystencji. Temperaturę następnie obniża się do około 85 °C, co skutkuje otrzymaniem mieszaniny gotowej do elaboracji pocisków.
Amoniak wykorzystywany w przeszłości do produkcji azotanu amonu mógł pochodzić z procesów suchej destylacji węgla. Azotan amonu uzyskany w ten sposób zawierał liczne zanieczyszczenia, co mogło prowadzić do powstawania kawern w zastygającym amatolu.
Zastosowanie
Ten typ materiałów wybuchowych został wprowadzony przez Wielką Brytanię w 1915 roku pod nazwą Amatol. Podobne mieszanki zaczęto stosować także w innych krajach (w Niemczech znane jako Füllpulver). Najczęściej wykorzystywaną mieszanką była ta zawierająca 60% trotylu i 40% azotanu amonu, która przez Brytyjczyków była oznaczana jako Amatol 40/60, a w Niemczech jako Füllpulver 60/40 lub Fp 60/40. Amatole były powszechnie stosowane podczas I i II wojny światowej do napełniania różnych rodzajów amunicji, takich jak granaty ręczne, pociski artyleryjskie czy bomby. Na przykład, amatol 80/20 był stosowany w starszych wersjach rur Bangalore oraz w radzieckich minach przeciwczołgowych (TM-41, TMD-B, TMD-44, TMB-2, TMSB). Materiał ten był również sprzedawany pod nazwą NTNT. Amatole miały także zastosowanie w cywilnych operacjach, np. amatol 79/21 (mieszanina stechiometryczna) był używany w ZSRR jako materiał wybuchowy w górnictwie pod nazwą amonit 6ŻW (ros. Аммонит № 6ЖВ).
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Stanisław S. Cudziło i inni, Wojskowe materiały wybuchowe, Częstochowa: Wydawnictwo Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej, 2000 (Metalurgia, nr 13), ISBN 83-87745-50-2, OCLC 751171268.
Andrzej A. Maranda i inni, Podstawy chemii materiałów wybuchowych, Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna, 1997.
Andrzej A. Maranda, Przemysłowe materiały wybuchowe, Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna, 2010, ISBN 978-83-61486-61-9, OCLC 751090444.
Tadeusz T. Urbański, Chemia i technologia materiałów wybuchowych, t. III, Warszawa: Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1955, OCLC 832663836.
Technical Manual 9-1300-214. Military Explosives, Washington: Department of the Army, 1990, OCLC 26152178 (ang.).
