Dynamit: Geschichte, Einsatz und Sicherheit im Abbruch & Bergbau

Hintergrund und Rohmaterialien

Dynamit ist ein kommerzieller Sprengstoff, hauptsächlich für Abbruch und Bergbau verwendet. Erfunden 1866 von Alfred Bernhard Nobel (1833–1896), ist es genauer als die Verpackung von Nitroglyzerin, einer hochgiftigen explosiven Flüssigkeit, oder anderen flüchtigen Verbindungen wie sensibilisiertem Ammoniumnitrat zu beschreiben. Dynamit kann in dosierten Ladungen verpackt, leicht transportiert und mit dem richtigen Zünder sicher gezündet werden. Da eine Dynamitexplosion eine „kalte Flamme“ erzeugt, die Methan- und Kohlestaubgemische in Gruben weniger leicht entzündet, wird Dynamit häufig im Kohlebergbau eingesetzt.

Geschichte

Alfred Nobel, sein Vater Immanuel und sein jüngerer Bruder Emil begannen 1862 bei Stockholm mit Nitroglyzerin-Experimenten. Entdeckt 1846 vom italienischen Chemiker Ascanio Sobrero, war Nitroglyzerin hochinstabil und schwer handhabbar; unbeabsichtigte Explosionen waren nicht ungewöhnlich. Ein solcher Unfall tötete 1864 Emil und andere in einer Fabrik. Trotz der persönlichen Tragödie setzte Alfred seine Arbeit mit dieser gefährlichen Flüssigkeit fort, zunächst auf einem Boot mitten auf einem See, dann in einer Fabrik. 1866 entdeckte er, dass Mischen von Nitroglyzerin mit Kieselgur (Diatomeenerde) den Sprengstoff stabilisierte und seine Volatilität reduzierte. Diatomeenerde besteht aus fossilen Überresten einzelliger Kieselalgen (Diatomeen) und ist ein absorbierendes Material, das das Nitroglyzerin „aufsaugt“. Alfred nannte das Produkt „Dynamit“ – abgeleitet vom griechischen „dynamis“ für „Kraft“ – und erhielt 1867 ein Patent auf das Verfahren. Nobel entwickelte weiter Sprengstoffe und Treibladungen, darunter rauchloses Pulver Ballistit. Er hielt über 355 Patente, und sein beträchtliches Vermögen bildete die finanzielle Basis für den Nobelpreis, der „jenen verliehen wird, die im vorangegangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen gebracht haben“.

Dynamit wird als Sekundär-Hochexplosivstoff klassifiziert, was bedeutet, dass ein Zünder aus Primär- oder Initial-Hochexplosivstoff (z. B. Quecksilberfulminat) genutzt wird, um die Hauptladung zu zünden. Dynamit gilt als kommerzieller Sprengstoff, im Gegensatz zu TNT (Trinitrotoluol), das als militärischer Munitionssprengstoff eingestuft wird. Die erste großtechnische Nutzung von Dynamit für Bauzwecke war der Hoosac-Tunnel, fertiggestellt 1876.

Prozessdesign und Anlagen

Dynamitherstellung ist streng reguliert und der Prozess strikt kontrolliert, um unbeabsichtigte Detonationen zu verhindern. Verwendete Ausrüstung ist speziell gestaltet, um die Exposition des Gemischs gegenüber Hitze, Verdichtungskräften oder Zündquellen zu minimieren. Lager in den Produktmischern sind beispielsweise außerhalb des Apparaterahmens montiert, um Kontakt mit dem Explosivgemisch zu vermeiden. Gebäude und Lagerräume (Magazine) werden in großer Entfernung zu anderen Strukturen und mit speziellen Heizungs-, Lüftungs- und Elektrosystemen errichtet. Diese Gebäude sind „gehärtet“ mit kugelsicheren Dächern und Wänden sowie umfangreichen Sicherheitssystemen. Weitere wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen gründliche Inspektionssysteme, die korrektes Mischen, Klassifizieren, Verpacken und Bestandsführung sicherstellen. Mitarbeiter sind hochspezialisiert im Umgang mit Explosivstoffen, und spezielle Gesundheitsschutzmaßnahmen sind erforderlich. Nitroglyzerin-Exposition verursacht häufig pochende Kopfschmerzen, obwohl sich eine Immunität gegen die toxischen Wirkungen entwickeln kann. Interessanterweise wird Nitroglyzerin auch medizinisch zur Behandlung bestimmter Angina-Formen und anderer Leiden eingesetzt. Im Körper wirkt es als Vasodilatator und entspannt Muskelgewebe.

Der Fertigungsprozess

Der Prozess beginnt mit der Komponentenflüssigkeit wie Nitroglyzerin (Explosionsöl), einem „Dope“-Stoff und einem Antazidum. Ethylenglykoldinitrat, ca. 25–30 % des Explosionsöls, senkt den Gefrierpunkt des Nitroglyzerins. Dies ermöglicht sichere Dynamitanwendung bei niedrigen Temperaturen. Tatsächlich ist Nitroglyzerin in einem halbfesten Zustand mit sowohl flüssiger als auch fester Phase tatsächlich empfindlicher und instabiler als entweder gefrorener oder flüssiger Zustand allein. In diesem halbfesten Zustand ist Nitroglyzerin extrem gefährlich zu handhaben.

Mischen des Öls

• 1 Das Explosionsöl wird sorgfältig in einen mechanischen Mischer gegeben, wo es vom „Dope“ aufgesogen wird, das entweder Kieselgur (heute nicht mehr verwendet), Holzfasern, Sägemehl, Mehl, Stärke und/oder andere kohlenstoffhaltige Substanzen und Kombinationen davon sein kann.

Neutralisieren der Säure

• 2 Etwa 1 % Antazidum wie Calciumcarbonat oder Zinkoxid wird zugesetzt, um eventuelle Säure im Dope zu neutralisieren. Das Gemisch wird sorgfältig überwacht, und wenn der korrekte Inhaltsstoffgehalt erreicht ist, ist das Gemisch für die Verpackung in verschiedene Formen bereit. Dieser Prozess erzeugt sogenanntes „gerades Dynamit“, bei dem der Dope nicht zur Sprengkraft beiträgt. Beispiel: 40 % gerades Dynamit enthält 40 % Nitroglyzerin und 60 % Dope; 35 % gerades Dynamit enthält 35 % Nitroglyzerin und 65 % Dope. In manchen Fällen wird Natriumnitrat mit dem Dope gemischt, was als Oxidator wirkt und dem Sprengstoff zusätzliche Stärke verleiht.

Verpacken von Dynamit

• 3 Das Aussehen von Dynamit ähnelt typischerweise einer runden Patrone von ca. 1,25 Zoll (3,2 cm) Durchmesser und 8 Zoll (20 cm) Länge. Diese Form wird durch Pressen des Dynamitgemischs in ein Papierröhrchen erzeugt, das mit Paraffin versiegelt ist. Die Paraffinhülle schützt das Dynamit vor Feuchtigkeit und trägt als brennbarer Kohlenwasserstoff zur Explosionsreaktion bei. Dynamit kann auch in vielen anderen Formen existieren, von kleineren Patronen für spezialisierte Abbrucharbeiten bis zu großen 10-Zoll- (25 cm) Durchmesser-Ladungen für großflächigen Tagebau. Vorschriften begrenzen die Länge dieser Großladungen auf 30 Zoll (76 cm) und das Gewicht auf 50 Pfund (23 kg). Dynamit ist auch als Beutelpulver und in gelatinierter Form für Unterwassereinsatz erhältlich.

Dynamite werden auch aus anderen Substanzen als Nitroglyzerin hergestellt. Beispielsweise kann das Ersetzen eines größeren Teils des Explosionsöls durch Ammoniumnitrat die Sprengkraft erhöhen. Diese Form wird als Ammoniakdynamit bezeichnet.

Qualitätskontrolle

Genaue Dynamitfestigkeitsmessung und Prüfung durch Detonation gewährleisten sichere Leistung des Sprengstoffs. Die relative Stärke von Dynamit wird durch Vergleich mit geradem Dynamit und nach Gewichtsprozent des Explosionsöls klassifiziert. Beispiel: Ammoniakdynamit wird mit geradem Dynamit verglichen und entsprechend eingestuft. 50 % Ammoniakdynamit entspricht in Sprengkraft 50 % geradem Dynamit. Hier spiegelt das „50 %“ den Stärkevergleich wider, nicht den Explosivstoffgehalt.

Nach Herstellung und Chargentest wird das Dynamit unter strengen Transport- und Lagerungsvorschriften zur Baustelle geliefert.

Anwendung

Das folgende kurze Beispiel ist eines von vielen Szenarien für die korrekte Dynamitanwendung. Es muss betont werden, dass niemand außer einem zertifizierten Sprengmeister mit korrekten Verfahren und Ausrüstung je versuchen sollte, Dynamit zu zünden.

In diesem Beispiel muss eine Felsformation gesprengt werden, um Platz für ein Bauprojekt zu schaffen. Der erste Sprengschritt ist die Bestimmung der Ladungsgröße durch verschiedene Mittel, einschließlich Tabellen, Berechnungen und der Erfahrung des Sprengmeisters. Eine genaue Untersuchung des betroffenen Gebiets und des umliegenden Geländes erfolgt zur Festlegung der Sicherheitszone. Warnschilder werden mindestens 1.000 Fuß (305 m) außerhalb der Sicherheitszone aufgestellt, um die Öffentlichkeit vor dem Sprengen zu warnen. Funkgeräte werden ausgeschaltet und verriegelt, um versehentliches Auslösen elektrischer Zünder zu verhindern. Die Ladung wird dann aus dem Magazin entnommen und in geschlossenen, sicheren LKWs zur Sprengstelle transportiert. Die Zünder werden in einem separaten Fahrzeug zur Baustelle gebracht.

Die Ladungen werden entladen und in die in die Felsformation gebohrten Sprenglöcher eingebracht. Sie gleiten durch Luftdruck oder durch Stopfen mit Holz- oder Kunststoffstangen in das Sprengloch. Der Sprengmeister achtet sorgfältig darauf, dass die Zündleitungen kurzgeschlossen bleiben, bis alle Ladungen platziert sind. Dies bietet einen Kurzschlussweg für die Verkabelung, der versehentliche Zündung verhindert. Nur der Sprengmeister darf die finalen elektrischen Verbindungen zum Hauptzündschalter herstellen.

Während dieser Zeit wird ein 5-Fuß-Lücken (1,5 m) in der Verkabelung unmittelbar vor dem Hauptschalter als „Blitzlücke“ genutzt, eine weitere Sicherheitspraxis, um die Möglichkeit statischer Elektrizität, die die Ladungen auslöst, zu eliminieren. Sobald alle Vorbereitungen für den Sprengvorgang abgeschlossen sind, ertönt ein Warnhorn eine einminütige Serie von Stößen vor dem Zündsignal. Zu diesem Zeitpunkt werden die finalen Verbindungen zum Zündschalter hergestellt. Eine Minute vor Detonation ertönt eine Serie kurzer Hornstöße. Der Sprengmeister entriegelt dann den Hauptschalter und zündet die Ladungen. Nach der Explosion werden alle elektrischen Kreise der Sprengausrüstung erneut in sichere Positionen verriegelt, und das Gebiet wird auf Fehlzündungen und allgemeine Sicherheit inspiziert. Ein lang anhaltender Hornstoß signalisiert „Alles klar“.

Nebenprodukte/Abfall

Sprengstoffherstellung und -nutzung tragen ein gewisses Maß an Gefahrgut zur Umwelt bei. Nitroglyzerin erzeugt mehrere toxische Nebenprodukte wie Säuren, Ätzmittel und mit Schwermetallen kontaminierte Öle. Diese müssen durch Neutralisation oder Stabilisierung ordnungsgemäß entsorgt und auf eine Sondermülldeponie gebracht werden. Der Einsatz von Sprengstoffen erzeugt große Mengen Staub und Partikel aus der Explosion und setzt in manchen Fällen Asbest, Blei und andere Gefahrstoffe in die Atmosphäre frei. Auch unkontrollierte oder fehlerhaft berechnete Explosionen können nahegelegene Tanks und Pipelines reißen und deren Inhalte in die Umwelt freisetzen.

Die Zukunft

Seit ihrer Entwicklung in den 1950ern haben fortschrittliche Formen von Plastiksprengstoffen und Formladungen Dynamit weitgehend ersetzt. Diese Sprengstoffe werden heute als Sprengmittel (Blasting Agents) bezeichnet, da ihre Stabilität verbessert ist und sie einen stärkeren Initialzünder erfordern. Eines der gängigsten Sprengmittel ist ANFO – Ammoniumnitrat und Heizöl. ANFO ist leicht verfügbar, deutlich billiger als Dynamit und kann vor Ort gemischt werden. Dennoch nutzen Betonabbruchteams, die relativ kleine Ladungen benötigen, Dynamit weiterhin als Sprengmittel.