一种热膨胀裂石剂的制作方法

一种热膨胀裂石剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热膨胀裂石剂，属于材料科学与新能源交叉领域。
【背景技术】
[0002]矿用炸药是矿山生产过程必不可少的重要环节，过去一直在矿山采掘中占据主导地位，并广泛应用于道路修筑、水利工程等方面。但与此同时，矿用炸药存在很多方面问题，例如:浆状炸药存在含有毒有害组份、贮存期短、起爆感度低等缺陷；乳化炸药较普遍地存在着重量威力较小、成本较高、粘性大、手工装药困难等实际问题；传统而笨拙的矿用炸药还普遍存在劳动强度大，工效低，浪费资源，安全性差和污染环境等缺点。
[0003]随着科技发展与社会进步，安全绿色的采矿理念逐渐被行业人士所重视，与工业矿用炸药相比，静态裂石剂因具有无声、可控、无碎肩、经济成本低、使用简单、施工和运输安全、保护资源和环境等优点，而成为研宄和应用的热点，逐渐广泛用于石料切割、岩石破碎、沟槽沉井开凿、混凝土基础拆除等工程施工，在国民经济建设中发挥着越来越重要作用。
[0004]静态裂石剂是将其注人(填充)到非金属硬脆性物体中，如岩石、混凝土等的穿孔内，利用水化产生的膨胀压力进行裂石。现用静态裂石剂主要有两种，一种是以石灰石、硅石和石膏按一定配比配料，锻烧成矿物粉末，加人减水剂配成；另种是在生石灰中加入少量的铝硅酸钙或铁铝酸盐配成，使用时加入水拌成料浆，灌入被裂石体的钻孔中。
[0005]这些静态裂石剂虽优点明显，但在实际应用中也显露出致命的弱点，例如:裂石时间长，特别是在5°C以下的低温下，生石灰水化反应性差，裂石需耗费2天以上时间，即便是最新报道的某些高效快速裂石剂，裂石时间也多在30min以上，裂石效率和劳动效率低，其应用受到制约；裂石剂多为粉粒状，不便于钻孔中填充，需用风镐、冲击钻等专用工具捣实才能达到裂石的填充密度要求；裂石剂主要成分多为生石灰，由于水化反应急剧，迅速发热，往往形成大量水蒸气，引起喷浆，造成裂石失败的同时，亦有损失人员的危险；与此同时，裂石剂主要原料生石灰生产过程耗能多，使用过程需水量较大，裂石后反应产物碱性强，对地表土质及地表植被存在污染破坏，水资源浪费和环境污染现象明显。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是为了解决现有裂石剂产品破裂时间长、效率低和污染环境的问题，提供的一种热膨胀裂石剂。
[0007]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0008]一种热膨胀裂石剂，其配方质量百分含量如下:
[0009]配方一、煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉与粉末A，质量比依次为(10?45): (5 ?40): (15 ?35): (2 ?15): (5 ?25)；
[0010]配方二、煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉，质量比依次为(20?45):(15 ?40): (15 ?35):(2 ?15)；
[0011]配方三、煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉与粉末A，质量比依次为(10?40):(15?35): (15 ?45): (5 ?15)；
[0012]配方四、煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉，质量比依次为(25?45):(10?30): (25?45)；
[0013]配方五、煤粉、煤矸石粉、高氯酸钾粉与粉末A，质量比依次为(15?35): (12?35): (10 ?25): (10 ?35)；
[0014]配方六、煤粉、煤矸石粉、高氯酸钾粉，质量比依次为(25?55):(15?45): (5?30)；
[0015]配方七、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉与粉末A，它们的质量比依次为(25?50): (20 ?40): (5 ?15): (10 ?35)；
[0016]配方八、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉，质量比依次为(35?60):(25?45): (5 ?20)；
[0017]配方九、煤矸石粉、过氧化钙粉与粉末A，它们的质量比依次为(35?55): (25?50): (15 ?35)；
[0018]配方十、煤矸石粉、过氧化钙粉，质量比依次为(35?70): (30?65);
[0019]配方十一、煤矸石粉、高氯酸钾粉与粉末A，它们的质量比依次为(30?60):(15 ?35): (5 ?35)；
[0020]配方十二、煤矸石粉、高氯酸钾粉，质量比依次为(60?85): (15?40);
[0021]配方十三、煤粉、高氯酸钾粉与粉末A，它们的质量比依次为(30?45): (20?35): (20 ?35)；
[0022]配方十四、煤粉、高氯酸钾粉，质量比依次为(55?85): (15?45)；
[0023]配方十五、煤粉、过氧化钙粉与粉末A，它们的质量比依次为(25?60): (25?45): (5 ?30)；
[0024]配方十六、煤粉、过氧化钙粉，质量比依次为(30?65): (35?70)。
[0025]所述粉末A包括玉米秸杆粉、水稻秸杆粉、小麦秸杆粉、玉米轴粉、木肩粉或坚果壳粉；
[0026]一种热膨胀裂石剂的制备方法，具体步骤如下:
[0027]步骤一、按照配方称取粒径为I?100 μπι的固体粉末，混合均勾，得到混合粉；
[0028]步骤二、向步骤一所得的混合粉中加入淀粉胶；搅拌均匀后，揉制、捏合，直至呈软硬适中的面团状；
[0029]淀粉胶由溶剂和溶质组成，溶剂为水，水的添加质量根据步骤一中混合粉各组分的质量决定:每公斤煤粉添加(0.4?0.7) kg水，每公斤过氧化1?粉末添加(0.4?0.7) kg水，每公斤高氯酸钾粉末添加(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]淀粉胶的溶质根据步骤一中所得混合粉的总质量决定:淀粉胶溶质总质量占步骤一混合粉的总质量的(0.5?5) % ;
[0031]淀粉胶的溶质包括淀粉、苯酚、白油、亲水性硅油，质量比为(95?99.99): (0.5?8):(1.5 ?5):(0.5 ?4)；
[0032]步骤三、将制得的面团状物通过10?100目数的自制挤压筒，调整外筒转速ω为每分钟0.5?1000转，得到长度I约为0.02?5mm的颗粒；
[0033]颗粒长度I与外筒转速ω的计算关系为:1 = ν/ω，V为面团状物的挤出速度，其数值大小由挤压筒装置直接测量显示；
[0034]步骤四、将步骤三所得颗粒置于阴凉通风处，晾至半干状态后，对部分发生粘结的造粒粗品通过触碰，使其自然分离，然后转移至干燥箱内，于50?150°C下烘至干燥，自然冷却至室温后取出，得到热膨胀裂石剂干燥粗品；
[0035]步骤五、将步骤四所得热膨胀无水微声裂石剂干燥粗品，在10?100目的铜筛中多次过筛，所得筛下物进行粒径分级，即得目标粒径的热膨胀裂石剂的颗粒；
[0036]所述步骤二结束后通过试造粒可对面团软硬程度进行检查，具体方法为:将面团在铜筛一侧挤压，面团在挤压作用下呈细条状连续通过铜筛，细条长度达到0.5?1.5cm后自动断开，通过铜筛后细条互不粘结，细条在I米高度垂直落地后，亦互不粘结，表明面团软硬适中，适合造粒；
[0037]所述步骤四确定所得造粒粗品晾至半干状态的具体方法为:取小块呈条状的造粒粗品置于操作台上，造粒粗品上方放置50g的金属块后发生断裂，造粒粗品上方放置500g的金属块后发生粘结，此时表明造粒粗品已晾至半干状态；
[0038]所述自制挤压筒由内筒和外筒构成，内筒为直径为10?10cm的金属筒，内筒内部有挤压装置，内筒壁厚0.5?5_，筒壁有直径为0.5?5_直径的圆孔或边长为0.5?5mm的方孔，孔密度为每平方厘米3?80个；外筒为静止直径10?10cm的金属筒，由细金属丝编织而成，每个编织孔面积为内筒孔面积的3?15倍，外筒与内筒紧密贴合。
[0039]有益效果
[0040]1、本发明的一种热膨胀裂石剂的制备方法，制备工艺简单，容易操作，适应现有工业化生产设备条件；能够实现热膨胀裂石剂从实验室基础理论研宄及小规模生产到工业化生产的转化，大大提高了热膨胀裂石剂的制备产量和工业规模；生产过程安全可靠；
[0041]2、本发明的一种热膨胀裂石剂，为颗粒状，便于钻孔中填充，无需用风镐、冲击钻等专用工具捣实便能达到裂石的填充密度要求，裂石声音小、速度快、效率高，且无需使用水作为反应原料，避免了水资源浪费及地表污染，使用过程清洁，使用操作简单、安全方便；
[0042]3、本发明的一种热膨胀裂石剂的制备方法，所得产品质量好，贮存安全稳定；生产过程无“三废”排放，对人体和环境无危害，清洁环保无污染；使用过程无水环保、所需原料来源广，经济成本低。
【具体实施方式】
[0043]下面结合实施例对本发明的内容作进一步描述。
[0044]实施例1
[0045]—种热膨胀裂石剂，包括煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉与玉米轴粉，质量比依次为25:28:28:10:9 ；
[0046]一种热膨胀裂石剂的制备方法，具体步骤如下:
[0047]步骤一、质量为5.0kg的煤粉、5.6kg的煤矸石粉、1.8kg的玉米轴粉、5.6kg的过氧化钙粉与2.0kg的高氯酸钾粉，混合均匀，得到粒径100目的混合粉；
[0048]步骤二、向步骤一所得的混合粉中加入淀粉胶；搅拌均匀后，揉制、捏合，直至呈面团状，将面团在20目铜筛一侧挤压，面团在挤压作用下呈细条状连续通过铜筛，细条长度达到1.5cm后自动断开，通过铜筛后细条互不粘结，细条在I米高度垂直落地后，亦互不粘结，表明此时面团软硬适中，适合造粒；
[0049]淀粉胶由溶剂和溶质组成，溶剂为水，水的添加质量根据步骤一中混合粉各组分的质量决定:每公斤煤粉添加0.70kg水，每公斤煤矸石粉末添加0.63kg水，每公斤过氧化钙粉末添加0.40kg水，每公斤高氯酸钾粉末添加0.32kg水，每公斤玉米轴粉添加0.65kg水；共计添加水量为11.078kg ;淀粉胶溶质总质量占步骤一混合粉的总质量的1.5%，质量为0.3kg，包括0.285kg淀粉、0.009kg苯酚、0.0045kg白油、0.0015kg亲水性硅油，质量为95:3:1.5:0.5 ;
[0050]步骤三、将制得的面团状物通过20目的自制挤压筒，调整外筒转速为每分钟20转，得到长度约为3mm的颗粒；
[0051]步骤四、将步骤三所得颗粒置于阴凉通风处晾4小时后，取小块呈条状的造粒粗品置于操作台上，造粒粗品上方放置50g的金属块后发生断裂，造粒粗品上方放置500g的金属块后发生粘结，此时表明造粒粗品已晾至半干状态；晾至半干状态后，对部分发生粘结的造粒粗品通过触碰，使其自然分离，然后转移至干燥箱内，于90°C下烘至干燥，自然冷却至室温后取出，得到热膨胀裂石剂干燥粗品；
[0052]步骤五、将步骤四所得热膨胀裂石剂干燥粗品，在20目、30目的铜筛中多次过筛，所得筛下物进行粒径分级，即得目标粒径为20目的热膨胀裂石剂的颗粒，称量得20.15kg ;20目铜筛上面以及30目铜筛下面的热膨胀裂石剂称量共计0.15kg ;产品为黑色粒状，用带有塑料内膜的蛇皮袋进行封装，得到检验合格的热膨胀裂石剂包装产品；
[0053]所述自制挤压筒由内筒和外筒构成，内筒为直径为50cm的金属筒，内筒内部有挤压装置，内筒壁厚5mm，筒壁有20目的圆孔；外筒为静止直径50cm的金属筒，由细金属丝编织而成，每个编织孔面积为内筒孔面积的5倍，外筒与内筒紧密贴合。
[0054]裂石试验中，在约1.5mX 5mX 5m的巨石上分布3个直径为38mm、深度为1.5m的石孔，石孔位于80cm边长的等边三角形定点，200g产品分别填充于三个石孔内，在2min内裂石效果很好，巨石完全开裂，200m以外无巨石开裂声音传出。
[0055]实施例2:
[0056]一种热膨胀裂石剂，包括煤粉、