一種耐候型靜態破碎劑的製備方法與流程
2023-10-17 17:54:09
本發明公開了一種耐候型靜態破碎劑的製備方法，屬於破碎劑製備技術領域。
背景技術：
靜態破碎劑是一種利用材料膨脹力達到破碎切割脆性介質的新材料，可廣泛應用於巖石和混凝土破碎，以及石材及各種貴重脆性材料的切割和開採中。具有無衝擊波、無震動、無飛石、無噪音及無有害氣體危害的特點。
靜態破碎劑是一種含有鋁、鎂、鈣、鐵、氧、矽、欽等元素的物質，屬於非燃、非爆、無毒物品，用適量水調成流動漿體，直接裝入炮孔中，經水化後，產生巨大膨脹壓力，並施加給孔壁，將混凝土構築物或巖石悄悄地破碎。
現有的靜態破碎劑的主要成分是氧化鈣，氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣是靜態破碎劑產生膨脹壓力的來源。氧化鈣價格便宜，材料來源豐富，所以合理地使用靜態破碎劑，可以獲得較好的技術經濟效益。但是這類破碎劑也存在一些不足，主要是靜態破碎劑的水化反應速度緩慢，通常需要經過數小時甚至十幾小時才能起到破碎效果，破碎效率較低，此外，靜態破粹劑的破碎效果受環境溫度、水溫、水灰比等影響較大。因此，亟待開發一種反應速度適中、破碎效果好的靜態破碎劑。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對現有靜態破碎劑的水化反應速度緩慢，破碎效率較低，且破碎效果受環境溫度、水溫、水灰比影響較大的缺陷，提供了一種耐候型靜態破碎劑的製備方法。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）將丙烯酸單體與去離子水在冰水浴中等質量比混合，再在氮氣氣氛下，調節ph至6.5～7.0，製備得基體混合液；
（2）按重量份數計，分別稱量45～50份基體混合液、10～15份質量分數為0.5%雙氧水、10～15份維生素c和25～30份n,n』-亞甲基雙丙烯酸胺攪拌混合，經加熱後過濾得濾渣，再將濾渣乾燥，得多孔吸水樹脂，按質量比1:1:10，將納米鐵粉、納米鋁粉和多孔吸水樹脂混合球磨，得混合球磨粉末；
（3）按質量比1:10，將質量分數為1%磷酸溶液滴加至質量濃度50g/l氫氧化鈣漿料中，滴加完成後攪拌混合得混合物，再按1l/min通入速率，向混合物中持續通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體；
（4）待持續通入45～60min後，停止通入氣體並升溫至85～90℃，再次按通入速率2l/min通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，保溫反應25～30min後，靜置冷卻至室溫，過濾得濾餅，即為納米碳酸鈣；
（5）將納米碳酸鈣置於馬弗爐中，經煅燒後靜置冷卻至室溫，得煅燒粉末，按重量份數計，分別稱取45～50份煅燒粉末、5～10份氯化鈉和15～20份混合球磨粉末混合球磨並過200目篩，得破碎劑基體粉末，將破碎劑基體粉末壓制脫模並收集坯料，乾燥後靜置冷卻至室溫，即可製備得一種耐候型靜態破碎劑。
步驟（1）所述的調節ph採用的是質量分數為30%氫氧化鈉溶液。
步驟（3）所述的磷酸溶液滴加速率為1ml/min。
步驟（4）所述的納米碳酸鈣煅燒溫度為1100～1200℃。
步驟（5）所述的破碎劑基體粉末壓制採用的壓力為25～30mpa。
本發明的有益效果是：
（1）本發明通過製備的吸水樹脂，將鐵粉和鋁粉負載至吸水樹脂孔隙中，當破碎劑與水調後，由於破碎劑內部吸水樹脂吸收水分進行膨脹，形成原電池結構，其內部吸附的鐵粉及鋁粉作為正反電極，氯化鈉溶液作為原電池電解質溶液，在空氣摻入後形成電化學腐蝕反應，使破碎劑內部鐵粉與鋁粉發生氧化反應並釋放大量熱量，提供破碎劑反應所需熱量，改善破碎劑水化速率，從而增強破碎劑破碎效率；
（2）本發明破碎劑使用過程中，其自身可釋放熱量，不收外部環境溫度的影響，可適用於各種溫度環境，同時本發明破碎劑與水混合後通過吸水樹脂為主體，主體物質較為分散，在與水充分混合後，不易聚集，同時本發明製備的納米碳酸鈣結構細微且粒徑均一，在水化析出時，可使水化空間增加，水化更充分，能有效保證破碎工作的平穩進行。
具體實施方式
首先將三口燒瓶置於0～5℃冰水浴中，並按質量比1:1，將丙烯酸單體與去離子水混合併置於三口燒瓶中，攪拌混合併通氮氣排除空氣，隨後在氮氣氣氛下，將三口燒瓶置於室溫下，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液滴加至三口燒瓶中，調節ph至6.5～7.0後，保溫攪拌10～15min，製備得基體混合液，按重量份數計，分別稱量45～50份基體混合液、10～15份質量分數為0.5%雙氧水、10～15份維生素c和25～30份n,n』-亞甲基雙丙烯酸胺置於三口燒瓶中，在45～55℃下水浴加熱3～5h，待水浴加熱完成後，過濾得濾渣並真空冷凍乾燥，製備得多孔吸水樹脂，再按質量比1:1:10，將納米鐵粉、納米鋁粉和多孔吸水樹脂置於球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h後，過150目篩，得混合球磨粉末，再選取質量濃度為50g/l氫氧化鈣漿料並置於三口燒瓶中，在35～45℃水浴攪拌下攪拌混合25～30min，待攪拌混合完成後，按質量比1:10，將質量分數為1%磷酸溶液滴加至三口燒瓶中，控制滴加速率為1ml/min，待滴加完成後，攪拌混合得混合物，將混合物保溫反應25～30min，待保溫反應完成後，向三口燒瓶中持續通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為1l/min，待持續通入反應45～60min後，停止通入氣體並升溫加熱至85～90℃，再次通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為2l/min，保溫反應25～30min後，停止通入氣體並靜置冷卻至室溫，過濾得濾餅，即為納米碳酸鈣，將納米碳酸鈣置於120～150℃馬弗爐中，按10℃/min升溫至1100～1200℃，保溫煅燒2～3h後，靜置冷卻至室溫，得煅燒粉末，再按重量份數計，分別稱取45～50份煅燒粉末、5～10份氯化鈉、15～20份混合球磨粉末置於球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h後，過200目篩，得破碎劑基體粉末，最後將破碎劑基體粉末置於模具中，在室溫下以25～30mpa壓力壓制處理5～10min，待壓制完成後，脫模得坯料，在85～90℃下乾燥6～8h後，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種耐候型靜態破碎劑。
實例1
首先將三口燒瓶置於0℃冰水浴中，並按質量比1:1，將丙烯酸單體與去離子水混合併置於三口燒瓶中，攪拌混合併通氮氣排除空氣，隨後在氮氣氣氛下，將三口燒瓶置於室溫下，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液滴加至三口燒瓶中，調節ph至6.5後，保溫攪拌10min，製備得基體混合液，按重量份數計，分別稱量45份基體混合液、10份質量分數為0.5%雙氧水、10份維生素c和25份n,n』-亞甲基雙丙烯酸胺置於三口燒瓶中，在45℃下水浴加熱3h，待水浴加熱完成後，過濾得濾渣並真空冷凍乾燥，製備得多孔吸水樹脂，再按質量比1:1:10，將納米鐵粉、納米鋁粉和多孔吸水樹脂置於球磨罐中，在350r/min下球磨3h後，過150目篩，得混合球磨粉末，再選取質量濃度為50g/l氫氧化鈣漿料並置於三口燒瓶中，在35℃水浴攪拌下攪拌混合25min，待攪拌混合完成後，按質量比1:10，將質量分數為1%磷酸溶液滴加至三口燒瓶中，控制滴加速率為1ml/min，待滴加完成後，攪拌混合得混合物，將混合物保溫反應25min，待保溫反應完成後，向三口燒瓶中持續通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為1l/min，待持續通入反應45min後，停止通入氣體並升溫加熱至85℃，再次通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為2l/min，保溫反應25min後，停止通入氣體並靜置冷卻至室溫，過濾得濾餅，即為納米碳酸鈣，將納米碳酸鈣置於120℃馬弗爐中，按10℃/min升溫至1100℃，保溫煅燒2h後，靜置冷卻至室溫，得煅燒粉末，再按重量份數計，分別稱取45份煅燒粉末、5份氯化鈉、15份混合球磨粉末置於球磨罐中，在350r/min下球磨3h後，過200目篩，得破碎劑基體粉末，最後將破碎劑基體粉末置於模具中，在室溫下以25mpa壓力壓制處理5min，待壓制完成後，脫模得坯料，在85℃下乾燥6h後，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種耐候型靜態破碎劑。
首先採用鑽孔機對待爆破的巖石進行鑽孔，控制鑽孔直徑為10cm、孔深為120cm、孔間距為30cm，待鑽孔完成後，將孔內清理乾淨，隨後按質量比1:5，將水與本發明製得的耐候型靜態破碎劑攪拌混合3min後出料，將出料物灌入清理乾淨的鑽孔內，同時用木棍將出料物搗實，在全部鑽孔灌注完成後，用塞子封堵鑽孔口，並放置6h，待出料物在鑽孔內反應產生膨脹壓力使巖石開裂後，再利用挖掘機裝運破碎的巖石即可。經檢測，本發明製得的耐候型靜態破碎劑水化反應速度快，破碎效率較使用傳統靜態破碎劑提高了50%，同時本發明破碎劑在水化反應後產生的膨脹壓力較大，可達55mpa，破碎效果顯著。
實例2
首先將三口燒瓶置於3℃冰水浴中，並按質量比1:1，將丙烯酸單體與去離子水混合併置於三口燒瓶中，攪拌混合併通氮氣排除空氣，隨後在氮氣氣氛下，將三口燒瓶置於室溫下，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液滴加至三口燒瓶中，調節ph至6.8後，保溫攪拌13min，製備得基體混合液，按重量份數計，分別稱量48份基體混合液、13份質量分數為0.5%雙氧水、13份維生素c和28份n,n』-亞甲基雙丙烯酸胺置於三口燒瓶中，在50℃下水浴加熱4h，待水浴加熱完成後，過濾得濾渣並真空冷凍乾燥，製備得多孔吸水樹脂，再按質量比1:1:10，將納米鐵粉、納米鋁粉和多孔吸水樹脂置於球磨罐中，在375r/min下球磨4h後，過150目篩，得混合球磨粉末，再選取質量濃度為50g/l氫氧化鈣漿料並置於三口燒瓶中，在40℃水浴攪拌下攪拌混合28min，待攪拌混合完成後，按質量比1:10，將質量分數為1%磷酸溶液滴加至三口燒瓶中，控制滴加速率為1ml/min，待滴加完成後，攪拌混合得混合物，將混合物保溫反應28min，待保溫反應完成後，向三口燒瓶中持續通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為1l/min，待持續通入反應53min後，停止通入氣體並升溫加熱至88℃，再次通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為2l/min，保溫反應28min後，停止通入氣體並靜置冷卻至室溫，過濾得濾餅，即為納米碳酸鈣，將納米碳酸鈣置於135℃馬弗爐中，按10℃/min升溫至1150℃，保溫煅燒2h後，靜置冷卻至室溫，得煅燒粉末，再按重量份數計，分別稱取48份煅燒粉末、8份氯化鈉、18份混合球磨粉末置於球磨罐中，在375r/min下球磨4h後，過200目篩，得破碎劑基體粉末，最後將破碎劑基體粉末置於模具中，在室溫下以28mpa壓力壓制處理8min，待壓制完成後，脫模得坯料，在88℃下乾燥7h後，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種耐候型靜態破碎劑。
首先採用鑽孔機對待爆破的巖石進行鑽孔，控制鑽孔直徑為8cm、孔深為85cm、孔間距為25cm，待鑽孔完成後，將孔內清理乾淨，隨後按質量比1:4，將水與本發明製得的耐候型靜態破碎劑攪拌混合4min後出料，將出料物灌入清理乾淨的鑽孔內，同時用木棍將出料物搗實，在全部鑽孔灌注完成後，用塞子封堵鑽孔口，並放置5h，待出料物在鑽孔內反應產生膨脹壓力使巖石開裂後，再利用挖掘機裝運破碎的巖石即可。經檢測，本發明製得的耐候型靜態破碎劑水化反應速度快，破碎效率較使用傳統靜態破碎劑提高了43%，同時本發明破碎劑在水化反應後產生的膨脹壓力較大，可達53mpa，破碎效果顯著。
實例3
首先將三口燒瓶置於5℃冰水浴中，並按質量比1:1，將丙烯酸單體與去離子水混合併置於三口燒瓶中，攪拌混合併通氮氣排除空氣，隨後在氮氣氣氛下，將三口燒瓶置於室溫下，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液滴加至三口燒瓶中，調節ph至7.0後，保溫攪拌15min，製備得基體混合液，按重量份數計，分別稱量50份基體混合液、15份質量分數為0.5%雙氧水、15份維生素c和30份n,n』-亞甲基雙丙烯酸胺置於三口燒瓶中，在55℃下水浴加熱5h，待水浴加熱完成後，過濾得濾渣並真空冷凍乾燥，製備得多孔吸水樹脂，再按質量比1:1:10，將納米鐵粉、納米鋁粉和多孔吸水樹脂置於球磨罐中，在400r/min下球磨5h後，過150目篩，得混合球磨粉末，再選取質量濃度為50g/l氫氧化鈣漿料並置於三口燒瓶中，在45℃水浴攪拌下攪拌混合30min，待攪拌混合完成後，按質量比1:10，將質量分數為1%磷酸溶液滴加至三口燒瓶中，控制滴加速率為1ml/min，待滴加完成後，攪拌混合得混合物，將混合物保溫反應30min，待保溫反應完成後，向三口燒瓶中持續通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為1l/min，待持續通入反應60min後，停止通入氣體並升溫加熱至90℃，再次通入二氧化碳和氮氣等體積的混合氣體，控制通入速率為2l/min，保溫反應30min後，停止通入氣體並靜置冷卻至室溫，過濾得濾餅，即為納米碳酸鈣，將納米碳酸鈣置於150℃馬弗爐中，按10℃/min升溫至1200℃，保溫煅燒3h後，靜置冷卻至室溫，得煅燒粉末，再按重量份數計，分別稱取50份煅燒粉末、10份氯化鈉、20份混合球磨粉末置於球磨罐中，在400r/min下球磨5h後，過200目篩，得破碎劑基體粉末，最後將破碎劑基體粉末置於模具中，在室溫下以30mpa壓力壓制處理10min，待壓制完成後，脫模得坯料，在90℃下乾燥8h後，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種耐候型靜態破碎劑。
首先採用鑽孔機對待爆破的巖石進行鑽孔，控制鑽孔直徑為10cm、孔深為120cm、孔間距為30cm，待鑽孔完成後，將孔內清理乾淨，隨後按質量比1:5，將水與本發明製得的耐候型靜態破碎劑攪拌混合5min後出料，將出料物灌入清理乾淨的鑽孔內，同時用木棍將出料物搗實，在全部鑽孔灌注完成後，用塞子封堵鑽孔口，並放置6h，待出料物在鑽孔內反應產生膨脹壓力使巖石開裂後，再利用挖掘機裝運破碎的巖石即可。經檢測，本發明製得的耐候型靜態破碎劑水化反應速度快，破碎效率較使用傳統靜態破碎劑提高了50%，同時本發明破碎劑在水化反應後產生的膨脹壓力較大，可達55mpa，破碎效果顯著。