一種熱膨脹裂石劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱膨脹裂石劑的制備方法，屬于材料科學(xué)與新能源交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]礦用炸藥是礦山生產(chǎn)過程必不可少的重要環(huán)節(jié)，過去一直在礦山采掘中占據(jù)主導(dǎo)地位，并廣泛應(yīng)用于道路修筑、水利工程等方面。但與此同時(shí)，礦用炸藥存在很多方面問題，例如:漿狀炸藥存在含有毒有害組份、貯存期短、起爆感度低等缺陷；乳化炸藥較普遍地存在著重量威力較小、成本較高、粘性大、手工裝藥困難等實(shí)際問題；傳統(tǒng)而笨拙的礦用炸藥還普遍存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，工效低，浪費(fèi)資源，安全性差和污染環(huán)境等缺點(diǎn)。
[0003]隨著科技發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步，安全綠色的采礦理念逐漸被行業(yè)人士所重視，與工業(yè)礦用炸藥相比，靜態(tài)裂石劑因具有無聲、可控、無碎肩、經(jīng)濟(jì)成本低、使用簡(jiǎn)單、施工和運(yùn)輸安全、保護(hù)資源和環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，而成為研宄和應(yīng)用的熱點(diǎn)，逐漸廣泛用于石料切割、巖石破碎、溝槽沉井開鑿、混凝土基礎(chǔ)拆除等工程施工，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要作用。
[0004]靜態(tài)裂石劑是將其注人(填充)到非金屬硬脆性物體中，如巖石、混凝土等的穿孔內(nèi)，利用水化產(chǎn)生的膨脹壓力進(jìn)行裂石。現(xiàn)用靜態(tài)裂石劑主要有兩種，一種是以石灰石、硅石和石膏按一定配比配料，鍛燒成礦物粉末，加人減水劑配成；另種是在生石灰中加入少量的鋁硅酸鈣或鐵鋁酸鹽配成，使用時(shí)加入水拌成料漿，灌入被裂石體的鉆孔中。
[0005]這些靜態(tài)裂石劑雖優(yōu)點(diǎn)明顯，但在實(shí)際應(yīng)用中也顯露出致命的弱點(diǎn)，例如:裂石時(shí)間長(zhǎng)，特別是在5°C以下的低溫下，生石灰水化反應(yīng)性差，裂石需耗費(fèi)2天以上時(shí)間，即便是最新報(bào)道的某些高效快速裂石劑，裂石時(shí)間也多在30min以上，裂石效率和勞動(dòng)效率低，其應(yīng)用受到制約；裂石劑多為粉粒狀，不便于鉆孔中填充，需用風(fēng)鎬、沖擊鉆等專用工具搗實(shí)才能達(dá)到裂石的填充密度要求；裂石劑主要成分多為生石灰，由于水化反應(yīng)急劇，迅速發(fā)熱，往往形成大量水蒸氣，引起噴漿，造成裂石失敗的同時(shí)，亦有損失人員的危險(xiǎn)；與此同時(shí)，裂石劑主要原料生石灰生產(chǎn)過程耗能多，使用過程需水量較大，裂石后反應(yīng)產(chǎn)物堿性強(qiáng)，對(duì)地表土質(zhì)及地表植被存在污染破壞，水資源浪費(fèi)和環(huán)境污染現(xiàn)象明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有裂石劑產(chǎn)品破裂時(shí)間長(zhǎng)、效率低和污染環(huán)境的問題，提供的一種熱膨脹裂石劑的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]一種熱膨脹裂石劑，其配方質(zhì)量百分含量如下:
[0009]配方一、煤粉、煤矸石粉、過氧化鈣粉、高氯酸鉀粉與粉末A，質(zhì)量比依次為(10?45): (5 ?40): (15 ?35): (2 ?15): (5 ?25)；
[0010]配方二、煤粉、煤矸石粉、過氧化鈣粉、高氯酸鉀粉，質(zhì)量比依次為(20?45):(15 ?40): (15 ?35):(2 ?15)；
[0011]配方三、煤粉、煤矸石粉、過氧化鈣粉與粉末A，質(zhì)量比依次為(10?40):(15?35): (15 ?45): (5 ?15)；
[0012]配方四、煤粉、煤矸石粉、過氧化鈣粉，質(zhì)量比依次為(25?45):(10?30): (25?45)；
[0013]配方五、煤粉、煤矸石粉、高氯酸鉀粉與粉末A，質(zhì)量比依次為(15?35): (12?35): (10 ?25): (10 ?35)；
[0014]配方六、煤粉、煤矸石粉、高氯酸鉀粉，質(zhì)量比依次為(25?55):(15?45): (5?30)；
[0015]配方七、煤矸石粉、過氧化鈣粉、高氯酸鉀粉與粉末A，它們的質(zhì)量比依次為(25?50): (20 ?40): (5 ?15): (10 ?35)；
[0016]配方八、煤矸石粉、過氧化鈣粉、高氯酸鉀粉，質(zhì)量比依次為(35?60):(25?45): (5 ?20)；
[0017]配方九、煤矸石粉、過氧化鈣粉與粉末A，它們的質(zhì)量比依次為(35?55): (25?50): (15 ?35)；
[0018]配方十、煤矸石粉、過氧化鈣粉，質(zhì)量比依次為(35?70): (30?65);
[0019]配方十一、煤矸石粉、高氯酸鉀粉與粉末A，它們的質(zhì)量比依次為(30?60):(15 ?35): (5 ?35)；
[0020]配方十二、煤矸石粉、高氯酸鉀粉，質(zhì)量比依次為(60?85): (15?40);
[0021]配方十三、煤粉、高氯酸鉀粉與粉末A，它們的質(zhì)量比依次為(30?45): (20?35): (20 ?35)；
[0022]配方十四、煤粉、高氯酸鉀粉，質(zhì)量比依次為(55?85): (15?45)；
[0023]配方十五、煤粉、過氧化鈣粉與粉末A，它們的質(zhì)量比依次為(25?60): (25?45): (5 ?30)；
[0024]配方十六、煤粉、過氧化鈣粉，質(zhì)量比依次為(30?65): (35?70)。
[0025]所述粉末A包括玉米秸桿粉、水稻秸桿粉、小麥秸桿粉、玉米軸粉、木肩粉或堅(jiān)果殼粉；
[0026]一種熱膨脹裂石劑的制備方法，具體步驟如下:
[0027]步驟一、按照配方稱取粒徑為I?100 μπι的固體粉末，混合均勾，得到混合粉；
[0028]步驟二、向步驟一所得的混合粉中加入淀粉膠；攪拌均勻后，揉制、捏合，直至呈軟硬適中的面團(tuán)狀；
[0029]淀粉膠由溶劑和溶質(zhì)組成，溶劑為水，水的添加質(zhì)量根據(jù)步驟一中混合粉各組分的質(zhì)量決定:每公斤煤粉添加(0.4?0.7) kg水，每公斤過氧化1?粉末添加(0.4?0.7) kg水，每公斤高氯酸鉀粉末添加(0.3?0.65) kg水，每公斤煤矸石粉末添加(0.3?0.7) kg水，每公斤粉末A添加(0.4?0.75) kg水；
[0030]淀粉膠的溶質(zhì)根據(jù)步驟一中所得混合粉的總質(zhì)量決定:淀粉膠溶質(zhì)總質(zhì)量占步驟一混合粉的總質(zhì)量的(0.5?5) % ;
[0031]淀粉膠的溶質(zhì)包括淀粉、苯酚、白油、親水性硅油，質(zhì)量比為(95?99.99): (0.5?8):(1.5 ?5):(0.5 ?4)；
[0032]步驟三、將制得的面團(tuán)狀物通過10?100目數(shù)的自制擠壓筒，調(diào)整外筒轉(zhuǎn)速ω為每分鐘0.5?1000轉(zhuǎn)，得到長(zhǎng)度I約為0.02?5mm的顆粒；
[0033]顆粒長(zhǎng)度I與外筒轉(zhuǎn)速ω的計(jì)算關(guān)系為:1 = ν/ω，V為面團(tuán)狀物的擠出速度，其數(shù)值大小由擠壓筒裝置直接測(cè)量顯示；
[0034]步驟四、將步驟三所得顆粒置于陰涼通風(fēng)處，晾至半干狀態(tài)后，對(duì)部分發(fā)生粘結(jié)的造粒粗品通過觸碰，使其自然分離，然后轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)，于50?150°C下烘至干燥，自然冷卻至室溫后取出，得到熱膨脹裂石劑干燥粗品；
[0035]步驟五、將步驟四所得熱膨脹無水微聲裂石劑干燥粗品，在10?100目的銅篩中多次過篩，所得篩下物進(jìn)行粒徑分級(jí)，即得目標(biāo)粒徑的熱膨脹裂石劑的顆粒；
[0036]所述步驟二結(jié)束后通過試造?？蓪?duì)面團(tuán)軟硬程度進(jìn)行檢查，具體方法為:將面團(tuán)在銅篩一側(cè)擠壓，面團(tuán)在擠壓作用下呈細(xì)條狀連續(xù)通過銅篩，細(xì)條長(zhǎng)度達(dá)到0.5?1.5cm后自動(dòng)斷開，通過銅篩后細(xì)條互不粘結(jié)，細(xì)條在I米高度垂直落地后，亦互不粘結(jié)，表明面團(tuán)軟硬適中，適合造粒；
[0037]所述步驟四確定所得造粒粗品晾至半干狀態(tài)的具體方法為:取小塊呈條狀的造粒粗品置于操作臺(tái)上，造粒粗品上方放置50g的金屬塊后發(fā)生斷裂，造粒粗品上方放置500g的金屬塊后發(fā)生粘結(jié)，此時(shí)表明造粒粗品已晾至半干狀態(tài)；
[0038]所述自制擠壓筒由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成，內(nèi)筒為直徑為10?10cm的金屬筒，內(nèi)筒內(nèi)部有擠壓裝置，內(nèi)筒壁厚0.5?5_，筒壁有直徑為0.5?5_直徑的圓孔或邊長(zhǎng)為0.5?5mm的方孔，孔密度為每平方厘米3?80個(gè)；外筒為靜止直徑10?10cm的金屬筒，由細(xì)金屬絲編織而成，每個(gè)編織孔面積為內(nèi)筒孔面積的3?15倍，外筒與內(nèi)筒緊密貼合。
[0039]有益效果
[0040]1、本發(fā)明的一種熱膨脹裂石劑的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單，容易操作，適應(yīng)現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備條件；能夠?qū)崿F(xiàn)熱膨脹裂石劑從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)理論研宄及小規(guī)模生產(chǎn)到工業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化，大大提高了熱膨脹裂石劑的制備產(chǎn)量和工業(yè)規(guī)模；生產(chǎn)過程安全可靠；
[0041]2、本發(fā)明的一種熱膨脹裂石劑，為顆粒狀，便于鉆孔中填充，無需用風(fēng)鎬、沖擊鉆等專用工具搗實(shí)便能達(dá)到裂石的填充密度要求，裂石聲音小、速度快、效率高，且無需使用水作為反應(yīng)原料，避免了水資源浪費(fèi)及地表污染，使用過程清潔，使用操作簡(jiǎn)單、安全方便；
[0042]3、本發(fā)明的一種熱膨脹裂石劑的制備方法，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，貯存安全穩(wěn)定；生產(chǎn)過程無“三廢”排放，對(duì)人體和環(huán)境無危害，清潔環(huán)保無污染；使用過程無水環(huán)保、所需原料來源廣，經(jīng)濟(jì)成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步描述。
[0044]實(shí)施例1
[0045]—種熱膨脹裂石劑，包括煤粉、煤矸石粉、過氧化鈣粉、高氯酸鉀粉與玉米軸，質(zhì)量比依次為 25:28:28:10:9 ；
[0046]一種熱膨脹裂石劑的制備方法，具體步驟如下:
[0047]步驟一、質(zhì)量為5.0kg的煤粉、5.6kg的煤矸石粉、1.8kg的玉米軸粉、5.6kg的過氧化鈣粉與2.0kg的高氯酸鉀粉，混合均勻，得到粒徑100目的混合粉；
[0048]步驟二、向步驟一所得的混合粉中加入淀粉膠；攪拌均勻后，揉制、捏合，直至呈面團(tuán)狀，將面團(tuán)在20目銅篩一側(cè)擠壓，面團(tuán)在擠壓作用下呈細(xì)條狀連續(xù)通過銅篩，細(xì)條長(zhǎng)度達(dá)到1.5cm后自動(dòng)斷開，通過銅篩后細(xì)條互不粘結(jié)，細(xì)條在I米高度垂直落地后，亦互不粘結(jié)，表明此時(shí)面團(tuán)軟硬適中，適合造粒；
[0049]淀粉膠由溶劑和溶質(zhì)組成，溶劑為水，水的添加質(zhì)量根據(jù)步驟一中混合粉各組分的質(zhì)量決定:每公斤煤粉添加0.70kg水，每公斤煤矸石粉末添加0.63kg水，每公斤過氧化鈣粉末添加0.40kg水，每公斤高氯酸鉀粉末添加0.32kg水，每公斤玉米軸粉添加0.65kg水；共計(jì)添加水量為11.078kg ;淀粉膠溶質(zhì)總質(zhì)量占步驟一混合粉的總質(zhì)量的1.5%，質(zhì)量為0.3kg，包括0.285kg淀粉、0.009kg苯酚、0.0045kg白油、0.0015kg親水性硅油，質(zhì)量為95:3:1.5:0.5 ;
[0050]步驟三、將制得的面團(tuán)狀物通過20目的自制擠壓筒，調(diào)整外筒轉(zhuǎn)速為每分鐘20轉(zhuǎn)，得到長(zhǎng)度約為3mm的顆粒；
[0051]步驟四、將步驟三所得顆粒置于陰涼通風(fēng)處晾4小時(shí)后，取小塊呈條狀的造粒粗品置于操作臺(tái)上，造粒粗品上方放置50g的金屬塊后發(fā)生斷裂，造粒粗品上方放置500g的金屬塊后發(fā)生粘結(jié)，此時(shí)表明造粒粗品已晾至半干狀態(tài)；晾至半干狀態(tài)后，對(duì)部分發(fā)生粘結(jié)的造粒粗品通過觸碰，使其自然分離，然后轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)，于90°C下烘至干燥，自然冷卻至室溫后取出，得到熱膨脹裂石劑干燥粗品；
[0052]步驟五、將步驟四所得熱膨脹裂石劑干燥粗品，在20目、30目的銅篩中多次過篩，所得篩下物進(jìn)行粒徑分級(jí)，即得目標(biāo)粒徑為20目的熱膨脹裂石劑的顆粒，稱量得20.15kg ;20目銅篩上面以及30目銅篩下面的熱膨脹裂石劑稱量共計(jì)0.15kg ;產(chǎn)品為黑色粒狀，用帶有塑料內(nèi)膜的蛇皮袋進(jìn)行封裝，得到檢驗(yàn)合格的熱膨脹裂石劑