ما هي قصة اختراع الديناميت؟
كان الديناميت ثاني أهم اختراعات الفيزيائي السويدي ألفريد نوبل في عام 1867م، كان أساس الاختراع هو اكتشافه أنّ (kieselguhr)، وهو تربة سيليسية مسامية، حيث يعتمد على النتروجليسرين بحيث يمتص كميات كبيرة من النتروجليسرين، ممّا يعطي منتجًا أكثر أمانًا في التعامل معه وأسهل في الاستخدام من النتروجليسرين وحده، الديناميت رقم (1)، كما أسمّاه نوبل يحتوي على 75 في المائة من النتروجليسرين و25 في المائة.
بعد اختراعه بفترة وجيزة، أدرك نوبل أنّ مادة “الجوهر”، وهي مادة خاملة لم تساهم في أي شيء في قوة المتفجرات فحسب، بل إنّها تنتقص منها لأنّها تمتص الحرارة التي من شأنها أن تحسن عمل التفجير، لذلك لجأ إلى المكونات النشطة مثل لب الخشب من أجل مادة ماصة ونترات الصوديوم كعامل مؤكسد.
من خلال تغيير نسبة النتروجليسرين (المادة التي يصنع منها الديناميت) إلى هذه “المنشطات”، كما أصبح يُطلق عليها، لم يحسِّن نوبل كفاءة الديناميت فحسب، بل كان أيضًا قادرًا على تحضيره بدرجات متفاوتة من القوة، يُطلق عليها الديناميت المستقيم، وهكذا فإنّ 40 في المائة من الديناميت المستقيم يحتوي على 40 في المائة من النتروجليسرين و60 في المائة من المنشطات، حصل نوبل على براءة اختراع لاستخدام المكونات النشطة في الديناميت في عام 1869م، وحصل العديد من الأشخاص الآخرين على براءات اختراع مماثلة في نفس الوقت تقريبًا، وكانت النتيجة أنّه لا يمكن لأي شخص إثبات مطالبة واضحة بالاختراع.
كانت مساهمة نوبل البارزة التالية هي اختراعه للديناميت الجيلاتيني في عام 1875م، هناك أسطورة تقول بأنّه جرح إصبعًا واستخدم الكولوديون، وهو محلول يحتوي على نسبة منخفضة نسبيًا من النيتروجين في خليط من الأثير والكحول، لتغطية الجرح، في وقت لاحق كان غير قادر على النوم بسبب الألم، ذهب نوبل إلى المختبر لمعرفة تأثير الكولوديون على النتروجليسرين، ووجد أنّه بعد تبخر المذيبات.
بقيت مادة بلاستيكية صلبة، اكتشف أنّه يمكنه تكرار ذلك عن طريق الإضافة المباشرة من 7 إلى 8 في المائة من قطن النتروجين من نوع الكولوديون إلى النتروجليسرين وأنّ الكميات الأقل من النتروجليسرين تقلل اللزوجة وتمكنه من إضافة مكونات نشطة أخرى، أطلق على المادة الأصلية تفجير الجيلاتين ومخاليط الجيلاتين الديناميت، كانت المزايا الرئيسية لهذه المنتجات هي مقاومتها العالية للماء وقوة عمل تفجير أكبر من الديناميتات المماثلة، نتجت هذه القوة المضافة عن مزيج من الكثافة العالية ودرجة اللدونة التي سمحت بملء البئر بالكامل (الفتحة التي تمّ ثقبها في خط الفحم أو في أي مكان آخر لزرع المتفجرات).
يُعزى أول تصنيع واسع النطاق للنيتروجليسرين (المادة المكونة للديناميتت) في الولايات المتحدة إلى جورج موبراي، الكيميائي الذي تابع أعمال سوبريرو وآخرين في أوروبا باهتمام كبير، نشر (Mowbray) إعلانًا يعرض توفير النتروجليسرين، أدّى ذلك إلى دعوة لتصنيعه لاستكمال نفق هوساك في شمال آدامز، ماساتشوستس، ثمّ تمّ بناء مصنع (Mowbray) بالقرب من (North Adams) في الجزء الأخير من عام 1867م، ذهب معظم منتجاته إلى النفق، ولكن تمّ شحن كمية كبيرة وتجميدها في جميع أنحاء شرق الولايات المتحدة وكندا، يتجمد النتروجليسرين النقي عند حوالي 11 درجة مئوية (52 درجة فهرنهايت).
قبل إغلاق مصنعه بسبب صعوبات براءات الاختراع، صنع (Mowbray) حوالي 450.000 كيلوغرام (1،000،000 رطل) من النتروجليسرين دون حوادث في التصنيع أو الشحن، كان أحد أقدم الاستخدامات الرئيسية للنيتروجليسرين المستخدم لصناعة الديناميت في الولايات المتحدة هو تفجير آبار النفط لزيادة تدفق النفط، حصل روبرتس في ذلك البلد على براءة اختراع تغطي هذا الإجراء الذي طوّر من كفاءة الديناميت، ثمّ حصل لاحقًا على الحق في تصنيع واستخدام النتروجليسرين بموجب براءات اختراع نوبل، من الناحية النظرية منحه هذا احتكار إطلاق آبار النفط، وهيمنت شركته على الحقل، لكنّ العديد من منافسيه تجاهلوا حقوق براءات الاختراع الخاصة به.
التطورات التي أدت إلى زيادة كفاءة الديناميت:
ولزيادة كفاءة الديناميت، بعد عام 1883م، اقتصر استخدام النتروجليسرين على حفر آبار النفط، في السنوات الأخيرة تمّ تطوير وسائل أكثر كفاءة لزيادة تدفق النفط، تبرز ثلاثة أنفاق كمعايير مرجعية في تاريخ استخدام المتفجرات، أولاً مونت سينيس، وهو نفق للسكك الحديدية بطول 13 كيلومترًا (8 أميال) يمر عبر جبال الألب بين فرنسا وإيطاليا في (1857م – 1871م)، وهو إلى حد كبير أكبر مهمة بناء مع مسحوق أسود حتى ذلك الوقت؛ الثاني كان هوساك الذي يبلغ طوله (6.4) كيلومتر (4 أميال)، وهو أيضًا مشروع للسكك الحديدية.
الثالث كان نفق تطوير منجم سوترو في نيفادا (1864م – 1874م)، حيث بدأ التحول من النتروجليسرين إلى الديناميت لهذا النوع من العمل، بعد الديناميت والجيلاتين المستقيمين، كان التقدم المهم التالي في الديناميت هو استبدال نترات الأمونيوم بجزء من النتروجليسرين لإعطاء منتج أكثر أمانًا وأقل تكلفة، تمّ تسجيل براءة اختراع لاستخدام نترات الأمونيوم في المتفجرات من قبل آخرين في السويد في عام 1867م، لكن نوبل هو الذي جعل “الديناميت الإضافي” الجديد ناجحًا من خلال ابتكار الجيلاتين الذي يحتوي على 20 إلى 60 بالمائة من نترات الأمونيوم.
خلال الفترة (1867م – 1884م)، عمل الكثير من الناس على تطوير مخاليط نترات الأمونيوم غير اللاتينية، ولكن لم ينتج عن ذلك أي شيء ذي قيمة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أنّ نترات الأمونيوم شديدة الرطوبة، أي أنّه يلتقط الرطوبة بسهولة شديدة، في عام 1885م وجد (Penniman)، وهو أمريكي حلاً للمشكلة عن طريق طلاء نترات الأمونيوم بنسبة صغيرة من البارافين، أو بعض المواد المماثلة قبل الاستخدام، مع هذا التطور سرعان ما أصبحت سلسلة من ديناميت الأمونيا شائعة، توقف الطلاء عندما تمّ تطوير وسائل أخرى أكثر أمانًا للتعامل مع مشكلة الرطوبة.
تمتلك جميع الدول الكبرى التي تعمل في مجال تعدين الفحم تحت الأرض متفجرات ولوائح مماثلة، في الولايات المتحدة، يُطلق على المتفجرات التي وافق عليها مكتب المناجم الأمريكي لاستخدامها في مناجم الفحم تحت الأرض، المواد المسموح بها، إلى جانب اجتياز اختبارات السلامة للمكتب، يجب استخدام هذه المتفجرات بالطريقة التي يحددها المكتب، تُعرف المتفجرات في فرنسا بالمتفجرات (antigrisouteux)؛ وفي بلجيكا بالمتفجرات (sécurité ،grisou poussière)؛ تقريبًا بدون استثناء المكون الرئيسي في هذه المتفجرات هو نترات الأمونيوم، التي تمّ اختيارها بسبب درجة حرارة انفجارها المنخفضة.
كلها تقريبًا تحتوي على عامل تبريد مثل كلوريد الصوديوم (الملح الشائع) أو كلوريد الأمونيوم لمنع حرارة انفجارها في المنجم من اشتعال الغازات الجوفية مثل الميثان أو مزيج منها مع غبار الفحم والتسبب في حريق أو انفجار ثانوي كارثي، نظرًا لأنّ الأمونيا الاصطناعية أصبحت أقل تكلفة بسبب التحسينات في التصنيع وتغيير المواد الخام من الفحم إلى الغاز الطبيعي، فقد ركزت صناعة المتفجرات جهودها على استبدال نترات الأمونيوم بالنيتروجليسرين، منتجان مهمان وهما، دايناميت الأمونيا منخفض الكثافة ونصف جيلاتين، قبل تطويرها كانت كثافة معظم الديناميت متماثلة تقريبًا وكانت عالية جدًا.
تمّ تغيير القوة في الدرجات المختلفة من خلال تغيير كمية المتفجرات المستخدمة، كان المفهوم الجديد هو استخدام أقوى صيغة ممكنة، مع الحد الأدنى من النتروجليسرين والحد الأقصى من نترات الأمونيوم، وتخفيفها بشكل منهجي بمكونات مناسبة منخفضة الكثافة مثل تفل قصب السكر (اللب المتبقي بعد استخراج السكر من القصب) لذلك أن أحد العصا من المنتج الجديد سيعطي نفس تأثير التفجير مثل العصا القديمة، قدم هذا توفيرًا كبيرًا للمستخدم لأنّ تكلفة كل قطعة للمنتج الجديد كانت أقل بكثير.
الفرق الوحيد بين ديناميت الأمونيا منخفض الكثافة وديناميت السيميجيلاتين هو أنّ ديناميت السيميجيلاتين يتم تحويله جزئيًا إلى هلمات من خلال استخدام النيتروسليلوز ومحتوى أعلى من النتروجليسرين، توفر هذه الجلتنة مقاومة جيدة للماء ودرجة من اللدونة المرغوبة في ثقوب التحميل قبل التفجير، الوسائل المتاحة للحصول على كمية معتدلة من مقاومة الماء في ديناميت الأمونيا دون اللجوء إلى جلتنة النتروجليسرين والأكثر شيوعًا هو استخدام المواد الطاردة للماء، مثل ستيرات الكالسيوم، والمكونات التي تشكل هلامًا مائيًا على سطح الديناميت الذي يبطئ من تغلغل الماء.
بدأت محاولات تقليل درجة تجمد النتروجليسرين بعد وقت قصير من تقديم نوبل له تجاريًا، الديناميت المجمد غير حساس للغاية، وأحيانًا لدرجة أنّه لن يعطي أداء يمكن الاعتماد عليه، ومن الصعب استخدامه، لأنّه لا يمكن ثقبه لإدخال غطاء التفجير وضغطه في حفرة البئر، وبالتالي كان لا بد من إذابة الثلج تقريبًا للاستخدام، تسببت طرق الذوبان غير المبالية في العديد من الحوادث، لم يكن حتى عام 1907م إجراء ناجحًا إلى حد معقول لإنتاج ديناميت منخفض التجميد، تضمن ذلك إضافة 20 إلى 25 بالمائة من الأيزومرات السائلة (جزيئات لها صيغ متطابقة لكن بنية مختلفة) من مادة تي إن تي إلى النتروجليسرين.
في عام 1911م، تمّ اكتشاف طريقة عملية لتصنيع الديجليسرين (بوليمر الجلسرين)، عند مزجه مع النتروجليسرين، يتم تقليل منتج النترا، رباعي الغليسرين، من درجة التجمد ماديًا، تمّ العثور على الحل النهائي لمشكلة التجميد في عام 1925م، عندما أصبح الإيثيلين جلايكول الاصطناعي متاحًا، الخصائص المتفجرة لثنائي نترات الإيثيلين جلايكول متطابقة عمليًا مع خصائص النتروجليسرين، وخصائصه منخفضة التجميد جيدة للغاية، تم تخزين الديناميت الذي يحتوي على خليط منه والنيتروجليسرين في العراء في بوينت بارو، ألاسكا، لمدة أربع سنوات دون تجميد.
