CN110885222A - 一种高效无声破碎剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效无声破碎剂及其生产方法，采用矿物组分百分含量为fCaO：55～75%、C₂S：8～22%、C₄AF+C₂F：10～20%、CaSO₄：5～10%的膨胀熟料：85～95份；硫铝酸盐水泥熟料：5～15份；缓凝剂：0.1～0.4份；碱水剂：0.1～0.7份制备得到破碎剂产品。解决了现有产品工作效率较低，表现在破碎剂早期水合反应快温升快，结石强度低较易产生喷孔，或者膨胀应力增长偏慢造成破碎时间长等，通过对膨胀剂熟料矿物组分的调整，还降低了煅烧温度，具有降低熟料热耗，降低氮氧化物、硫氧化物、CO₂的排放等特点，利于保护环境。

Description

一种高效无声破碎剂及其生产方法

技术领域

本发明属于膨胀剂材料领域，具体的说，是一种高效无声破碎剂及其生产方法。

背景技术

无声破碎剂也叫静态破碎剂、静态胀裂剂等，是利用高膨胀性粉末状胶凝材料，拌合水后成浆体，灌入被破碎的脆性物体的破碎孔中，利用其水化体积膨胀产生的高膨胀应力，将其胀裂而达到破碎的一种材料。因其具有安全可靠、价格便宜、切割破碎精确、无振动噪声、飞石及无有害气体产生，弥补了炸药使用的不足，被广泛进行研究和使用。

目前市面上的无声破碎剂种类繁多，质量参差不齐。无声破碎剂大致分为混合型、烧结型两类。混合型是以过烧石灰为主要原料，加入水硬性胶凝材料和外加剂而制得。制造工艺相对简单，易于制得，但混合型质量不稳定，水化膨胀难以控制，膨胀应力较低，早期水化快，易发生喷孔现象等，目前市场量相对很少，大部分以烧结型为主。烧结型是根据预定化学成分进行原料配料、粉磨后，经过烧成设备高温烧制成熟料，烧制的熟料经过粉磨并再加入适当的外加剂而制得。通常以熟料矿物为 fCaO、C₃S、C₄AF 、C₂F为主，利用C₄AF 、C₂F包裹fCaO，使得膨胀组分fCaO水合反应延缓，高温下煅烧的F-CaO水合反应也相对缓慢，C₃S主要作用是水化产生一定的塑性强度。

现有情况如下：

（1）虽然用此熟料生产的无声破碎剂，其使用性能良好，质量也相对稳定，但对原燃材料的要求很高。熟料以fCaO-C₃S-C₄AF-C₂F的矿物体系为主，其所使用的原燃材料 ，需尽可能地降低SiO₂、Al₂O₃的含量，降低SiO₂含量是为了降低膨胀组分CaO被SiO₂吸收生成C₃S的量；降低Al₂O₃含量是因为Al₂O₃含量高，需要配入更多的铁质原料，生成C₄AF，从而降低晶态CaO的百分含量，否则C₃A的存在，将使膨胀剂早期水化加速，影响破碎剂的使用。因此通常要求石灰石中氧化钙含量大于53%，对燃煤要求热值高，灰分低，通常要求燃煤Qnet.ad ＞6200kcal/kg，Aad＜16%。

（2）熟料煅烧温度控制较高，烧成带煅烧温度常大于1400℃，甚至高达1500℃，以期达到较高的膨胀应力。

（3）许多无声破碎剂的工作效率较低，表现在有的破碎剂早期水化反应快，温升过快，形成结石强度低，易发生喷孔现象，或者虽然破碎时膨胀应力能达到较高的绝对值，但破碎时间过长，影响工作进度。

例如：现有专利文献CN103951302A（一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法，2014.07.30）公开了一种矿物含量fCaO 75～84%，C₃S 8～12%，C₄AF 8～13%，C₃A 0的一种膨胀熟料，该膨胀熟料由CaO≥54%的石灰石和铁粉在1400～1440℃煅烧得到，在添加辅助原料硫铝酸盐熟料（Al₂O₃≥32%；硬石膏，SO₃≥46%）后制得混凝土膨胀剂。该膨胀剂在标准检验条件下，7d水中限制膨胀率均高于标准指标，可达5～10×10^-4，21d 干空限制膨胀率均≥0，补偿效率达100%。对C60 以上高强度等级砼的收缩补偿效果尤为突出，干空28d 的补偿效率达80～100%，至一年龄期时仍保持在50% 以上。该膨胀剂用于混凝土补偿体积收缩，掺量一般为胶材用量的6-15%。用该膨胀熟料 生产无声破碎剂，除掺加减水剂、缓凝剂以外，使用时常参加一些降低温度的组分材料，如氟化物等，以防止温升过快结石强度低而产生喷孔现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效无声破碎剂，以主要矿物组分为fCaO、C₂S、C₄AF+C₂F、CaSO₄作为膨胀熟料，再配以适当比例的硫铝酸盐水泥熟料及其他外加剂粉磨、混拌制备而成，不仅能适当降低原材料的控制指标，还能解决现有无声破碎剂工作效率较低，表现在破碎剂早期水合反应快温升快，结石强度低较易产生喷孔，或者膨胀应力增长偏慢造成破碎时间长等。

本发明的另一目的在于提供一种高效无声破碎剂的生产方法，通过对膨胀剂熟料矿物组分的调整，有利于煅烧温度的降低，降低熟料热耗，降低氮氧化物、硫氧化物、CO₂的排放， 利于保护环境。

本发明通过下述技术方案实现：一种高效无声破碎剂，按重量份数计，包括以下组分：膨胀熟料：85～95份；硫铝酸盐水泥熟料：5～15份；缓凝剂：0.1～0.4份；碱水剂：0.1～0.7份，按重量百分比计，所述膨胀熟料包括以下矿物组分：fCaO：55～75%、C₂S：8～22%、C₄AF+C₂F：10～20%、CaSO₄：5～10%。

按重量百分比计，所述硫铝酸盐水泥熟料包含以下矿物组分：C₄A₃

：50～70%、C₂S：10～35%、C₄AF：3～20 %。

所述缓凝剂为硼酸和柠檬酸，或硼酸和葡萄糖酸钠。

所述碱水剂为萘系减水剂或固体聚羧酸减水剂。

一种高效无声破碎剂的生成方法，包括以下步骤：

（1）按重量百分比计，取石灰石：89～94%、铁粉：1.8～3%、石膏：4～8%组成生料，在1260～1350℃温度下煅烧制得膨胀熟料，所述石灰石满足：CaO≥51%，铁粉 Fe₂O₃≥65 %，石膏SO₃ ≥45 %；

（2）将膨胀熟料与硫铝酸盐水泥熟料按比例送入磨机进行粉磨后，再通过混拌设备掺入适当比例的缓凝剂和减水剂混拌均匀，即得到破碎剂产品。

所述膨胀熟料中3～30 mm结粒占其总重量的30～50%，立升重为1200～1600g/L。

所述破碎剂产品的比表面积为150～280cm²/g。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）由于现有无声破碎剂中烧结组分的矿物组分主要由fCaO、C₃S、C₄AF、C₂F组成，具有对原燃料要求高，例如石灰石中氧化钙含量需大于53%，且对燃煤要求热值高，灰分低，通常要求燃煤Qnet.ad ＞6200kcal/kg，Aad＜16%的情况，为此，本发明适当降低了对原燃材料的控制指标，以石灰石、铁粉、石膏进行配料磨制后煅烧得到膨胀熟料，膨胀熟料的矿物组分由此被调整为fCaO、C₂S、C₄AF++C₂F、CaSO₄。

（2）本发明通过对膨胀熟料矿物组分的调整，可实现降低煅烧温度的控制，可将原有煅烧温度在1400℃，甚至1500℃以上才能达到较高膨胀应力的工艺条件，降低至煅烧温度在1350℃以下，尤其是1260℃仍能满足工艺要求。

（3）本发明解决了现有无声破碎剂工作效率较低，表现在破碎剂早期水合反应快温升快，结石强度低较易产生喷孔，或者膨胀应力增长偏慢造成破碎时间长等使用缺陷，提出了一种高效无声破碎剂，使用过程中，有充足的灌浆时间，较快的早期强度发挥，形成结石填充于破碎孔，防止喷孔，膨胀应力达到较高值时间缩短。

一般的，通过适宜的配比灌浆后两小时左右基本硬化，较为密实填充于破碎孔中，随着温度的不断升高，水合反应逐渐加剧，膨胀应力迅速增加，根据需要可在3-6小时达到较高值（可调）完成破碎工作，相比多数破碎剂需要8小时以上缩短了较多时间，提高了工作效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

膨胀熟料：取石灰石：89%、铁粉：3%、石膏：8%磨制生料，石灰石中CaO为51%，铁粉 Fe₂O₃为65.0%，石膏SO₃ 为45.0 %，经过窑外分解窑1350℃煅烧，获得膨胀熟料所述膨胀熟料中3～30 mm结粒约占其总量的30～50%，立升重为1600g/L，经衍射定量分析其矿物组成为fCaO：55%、C₂S：22%、C₄AF+C₂F：13%、CaSO₄ ：10%。

硫铝酸盐水泥熟料：C₄A₃

：70%、C₂S：20%、C₄AF：10%。

缓凝剂：硼酸、柠檬酸。

减水剂：萘系减水剂。

将膨胀熟料90份，硫铝酸盐水泥熟料10份经球磨机粉磨至细度150m²/kg，再掺入萘系减水剂，掺量为0.7份，硼酸0.2，柠檬酸0.2份经混拌后制得到破碎剂产品。用该破碎剂产品生产SCA-I型，按JC506—2008附录A方法进行检测，5小时膨胀压为32MPa，8小时膨胀压为41MPa，24小时膨胀压为60MPa,达到优等品质量要求。且5小时膨胀压就已经达到30MPa，完全能将大多数岩石胀裂，提高了工作效率。

实施例2：

膨胀熟料：取石灰石：92%、铁粉：3%、石膏：5%磨制生料，石灰石中CaO为54.0%，铁粉Fe₂O₃为68%，石膏SO₃为48.0 %，经过窑外分解窑1300℃煅烧，获得膨胀熟料，该膨胀熟料中3～30 mm结粒约占其总量的50%，立升重为1300g/L，经衍射定量分析其矿物组成为fCaO：67%、C₂S：8.0%、C₄AF+C₂F：18.0%、CaSO₄ ：7.0%

硫铝酸盐水泥熟料：C₄A₃

：50%、C₂S：35%、C₄AF：15 %。

缓凝剂：硼酸和葡萄糖酸钠。

减水剂：固体聚羧酸减水剂。

将膨胀熟料85份，硫铝酸盐水泥熟料15份经球磨机粉磨至细度210m²/kg，再掺入固体聚羧酸减水剂，掺量为0.1份，硼酸0.2份和葡萄糖酸钠0.2份经混拌后制得到破碎剂产品。用该破碎剂产品生产SCA-Ⅱ型，按JC506—2008附录A方法进行检测，5小时膨胀压为28Mpa，8小时膨胀压为35Mpa，24小时膨胀压为54Mpa，达到优等品质量要求。且5小时膨胀压就已经达到28MPa，也能将多数岩石胀裂，提高了工作效率。

实施例3：

膨胀熟料：取石灰石：94%、铁粉：1.8%、石膏：4.2%磨制生料，石灰石中CaO为54.0%，铁粉Fe₂O₃为68.3%，石膏SO₃ 为52.4 %，经过窑外分解窑1260℃煅烧，获得膨胀熟料，该膨胀熟料中3～30 mm结粒约占其总量的30～50%，立升重为1200g/L，经衍射定量分析其矿物组成为fCaO：75%、C₂S：8.0%、C₄AF+C₂F：10.0%、CaSO₄：7%。

硫铝酸盐水泥熟料：C₄A₃

：60%、C₂S：32%、C₄AF：18%。

缓凝剂：硼酸和葡萄糖酸钠。

减水剂：萘系减水剂。

将膨胀熟料86份，硫铝酸盐水泥熟料14份经球磨机粉磨至细度280m²/kg，掺入萘系减水剂，掺量为0.5份，硼酸0.1份和葡萄糖酸钠0.1份经混拌后磨制得到破碎剂产品。用该破碎剂产品生产SCA-Ⅲ型， 按JC506—2008附录A方法进行检测，5小时膨胀压为20Mpa，8小时膨胀压为30Mpa，24小时膨胀压为56Mpa，远超优等品质量要求。且5小时膨胀压就已经达到20 MPa，能将大多数岩石胀裂。

实施例4：

膨胀熟料：取石灰石：94%、铁粉：2.8%、石膏：3.2%磨制生料，石灰石中CaO为52.4%，铁粉Fe₂O₃为74.1 %，石膏中SO₃ 为45.7 %，经过窑外分解窑1320℃煅烧，获得膨胀熟料，该膨胀熟料中3～30 mm结粒占其总量的30～50%，立升重为1500g/L，经衍射定量分析其矿物组成为fCaO：60%、C₂S：17.5%、C₄AF+C₂F：17.5%、CaSO₄ ：5%。

硫铝酸盐水泥熟料：C₄A₃

：59%，C₂S：28%，C₄AF：10 %

缓凝剂：硼酸和葡萄糖酸钠。

减水剂：固体聚羧酸减水剂。

将膨胀熟料85份，硫铝酸盐水泥熟料15份经球磨机粉磨至细度240m²/kg，再掺入固体聚羧酸减水剂，掺量为0.3份，硼酸0.2份和葡萄糖酸钠0.2份经混拌后制得到破碎剂产品。用该破碎剂产品生产SCA-Ⅱ型，按JC506—2008附录A方法进行检测，5小时膨胀压为28Mpa，8小时膨胀压为37Mpa，24小时膨胀压为56Mpa，达到优等品质量要求。且5小时膨胀压已经达到28 MPa，能将大多数岩石胀裂，提高了工作效率。

实施例5：

膨胀熟料：取石灰石：93.8%，铁粉：3.0%，石膏：3.2%磨制生料，石灰石中CaO为53.1%，铁粉Fe₂O₃ 为76.0，石膏中SO₃为52.0%，经过窑外分解窑1280℃煅烧，获得膨胀熟料，该膨胀熟料中3～30 mm结粒占其总量的50%，立升重为1450g/L，经衍射定量分析其矿物组成为fCaO：67.0%、C₂S：7.0%、C₄AF+C₂F：20.0%、CaSO₄ ：6.0%。

硫铝酸盐水泥熟料：C₄A₃

：59%，C₂S：28%，C₄AF：10 %。

缓凝剂：硼酸和葡萄糖酸钠。

减水剂：萘系减水剂。

将膨胀熟料95份，硫铝酸盐水泥熟料5份经球磨机粉磨至细度260m²/kg，掺入萘系减水剂，掺量为0.7份，硼酸0.2份和葡萄糖酸钠0.2份经混拌后磨制得到破碎剂产品。用该破碎剂产品生产SCA-Ⅱ型，按JC506—2008附录A方法进行检测，5小时膨胀压为28.6Mpa，8小时膨胀压为36.1Mpa，24小时膨胀压为52.4Mpa，达到优等品质量要求。且5小时膨胀压就已经达到28.6MPa，能将大多数岩石胀裂，提高了工作效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效无声破碎剂，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：膨胀熟料：85～95份；硫铝酸盐水泥熟料：5～15份；缓凝剂：0.1～0.4份；碱水剂：0.1～0.7份，按重量百分比计，所述膨胀熟料包括以下矿物组分：fCaO：55～75%、C₂S：8～22%、C₄AF+C₂F：10～20%、CaSO₄：5～10%。

2.根据权利要求1所述的一种高效无声破碎剂，其特征在于：按重量百分比计，所述硫铝酸盐水泥熟料包含以下矿物组分：C₄A₃

：50～70%、C₂S：10～35%、C₄AF：3～20 %。

3.根据权利要求1所述的一种高效无声破碎剂，其特征在于：所述缓凝剂为硼酸和柠檬酸，或硼酸和葡萄糖酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种高效无声破碎剂，其特征在于：所述碱水剂为萘系减水剂或固体聚羧酸减水剂。

5.根据权利要求1所述的一种高效无声破碎剂的生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按重量百分比计，取石灰石：89～94%、铁粉：1.8～3%、石膏：4～8%组成生料，在1260～1350℃温度下煅烧制得膨胀熟料，所述石灰石满足：CaO≥51%，铁粉 Fe₂O₃≥65 %，石膏SO₃ ≥45 %；

（2）将膨胀熟料与硫铝酸盐水泥熟料按比例送入磨机进行粉磨后，再通过混拌设备掺入适当比例的缓凝剂和减水剂混拌均匀，即得到破碎剂产品。

6.根据权利要求5所述的一种高效无声破碎剂的生成方法，其特征在于：所述膨胀熟料中3～30 mm结粒占其总重量的30～50%，立升重为1200～1600g/L。

7.根据权利要求5所述的一种高效无声破碎剂的生成方法，其特征在于：所述破碎剂产品的比表面积为150～280cm²/g。