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嘉澤靜態(tài)破碎劑的作用原理

　　嘉澤靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生膨脹力的作用過程是一個化學反應過程，因此，研究嘉澤靜態(tài)破碎劑shou先要從研究其化學反應過程入手。運用熱力學方法對其主要反應進行研究，可以得出反應進行的方向及其反應平衡常數(shù)；嘉澤靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的產(chǎn)生是由于其反應后體積增大所引起的。研究反應過程的物質轉移及反應前后體積的變化，可以得到嘉澤靜態(tài)破碎劑的膨脹機理及其產(chǎn)生體積膨脹的條件，進一步指導嘉澤靜態(tài)破碎劑膨脹壓力提高的研究。另外，嘉澤靜態(tài)破碎劑的反應過程是一個放熱過程，反應一旦開始，熱量將不斷增加。當熱量的散失小于所產(chǎn)生的熱量時，反應溫度將升高，反應速度不斷加快，將有可能導致沖孔現(xiàn)象的發(fā)生。而隨著反應的進行，溫度逐漸下降，但膨脹壓力仍持續(xù)增長，而且嘉澤靜態(tài)破碎劑受環(huán)境溫度影響非常大，在冬季寒冷季節(jié)反應緩慢，有時會失去作用；而在夏季高溫時又易產(chǎn)生沖孔。因此，研究其反應放熱，對提高嘉澤靜態(tài)破碎劑的反應速度及防止沖孔現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。

1 嘉澤靜態(tài)破碎劑的基本化學反應式

　　目前，嘉澤靜態(tài)破碎劑的主要成分都是氧化鈣。氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，在放出熱量的同時，其體積增大。嘉澤靜態(tài)破碎劑正是利用這種化學反應和氫氧化鈣結晶發(fā)育時所產(chǎn)生的膨脹壓力來破壞巖石和混凝土等脆性材料。其基本的化學反應式如下：

CaO 十 H 2 O → Ca(OH) 2 +64.8kJ

從式中可以看出，這是一個放熱反應。

2 反應的物質轉移

　　氧化鈣和水混合后，立即發(fā)生兩類物質的轉移過程： 1) 水分子進入 CaO 粒子內部，并與之發(fā)生水化反應； 2) 水化反應產(chǎn)物向原來充水空間轉移。如果前者與后者相適應，即水化速度和水化產(chǎn)物的轉移速度相等時， CaO — 水系統(tǒng)的體積不會發(fā)生膨脹，但是，由于 CaO 的結構特性，即內比表面積大，水化速度很快，水化速度大于水化產(chǎn)物的轉移速度，這時，由于 CaO 粒子周圍的反應產(chǎn)物還沒有轉移走，而里面的反應又大量的產(chǎn)生了，這些新的反應物將沖破原來的反應層，使粒子產(chǎn)生機械跳躍，因而發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力，將約束介質破壞。在沒有約束條件下，氧化鈣將散裂成粉末。

3 反應前后體積的變化

　　嘉澤靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的產(chǎn)生是由于其反應后體積增大所引起的。 CaO 和水反應時，生成 Ca(OH) 2 的固相體積在一定的條件下要比 CaO 的固相體積增大 97.92% 。固相體積增大，固相體積空隙體積增量之和超過 CaO 水系統(tǒng)的空間，從而引起 CaO 體積的增大，膨脹壓力增大。生石灰的水化反應在沒有約束的自由膨脹狀態(tài)下，其體積將增大 2 倍～ 3 倍。在有約束的條件下，其膨脹體積變小。當約束力非常大時，其體積沒有變化，即不產(chǎn)生膨脹，這就是在實際應用常出現(xiàn)的嘉澤靜態(tài)破碎劑裝入pao孔后失去作用的情況。出現(xiàn)這種情況的原因有：shou先從反應物和生成物的摩爾體積變化來討論。嘉澤靜態(tài)破碎劑主要是利用生石灰的水化反應，但從其標準狀況的體積和生成物的摩爾體積進行比較可以看出，并不是在所有的情況下，都會產(chǎn)生體積膨脹。下面具體討論什么情況發(fā)生體積膨脹。

下列反應式給出了反應物生成物的摩爾體積和比重等數(shù)據(jù)。

CaO+H 2 O→Ca(OH) 2 +64.8kj

摩爾體積： 16.764cm 3 ， 18.069cm 3 ， 33.056cm 3 ;

比重： 3.2g /cm 3 ～ 3.4g /cm 3 ， 1.0g / ㎝ 3 ， 2.1g /cm 3 ～ 2.3g /cm 3

　　從上面所列數(shù)據(jù)來看，生成物的摩爾體積為 33.065cm 3 ，而反應物的摩爾體積為 16.764+18.069= 34.833cm 3 ，反應之后體積應該變小，而不是增大。這好像與實際情況相矛盾。這是由于摩爾體積為分子zui緊密堆積時的體積，而在嘉澤靜態(tài)破碎劑中實際應用的是其表觀體積，也就是說在一般情況下，嘉澤靜態(tài)破碎劑中生石灰的水化反應的生成物很難達到分子狀態(tài)的zui緊密堆積，因為在缺水狀態(tài)下，生成的氫氧化鈣比表面積非常大，不是zui緊密堆積狀態(tài)，因此，就表現(xiàn)出體積膨脹。相反，在大量水存在時，如在水溶液中，氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣，其體積變小，而不產(chǎn)生膨脹力。一般缺水情況下 ( 干態(tài)，不是在水溶液中 ) ，是用容重來衡量氧化鈣和氫氧化鈣，而不是用比重。生石灰是由tansuangai煅燒而成，由于 CO 2 的逸出，產(chǎn)生了許多微孔，氧化鈣保持了tansuangai的假象，其容重略大于 1 ，與其 3.2 g ／ cm 3 ～ 3.4g ／ cm 3 的比重相差甚遠。氫氧化鈣在干粉狀態(tài)下，容重也很小，僅為 1 左右。這樣生石灰的水化反應中 ( 缺水狀態(tài) ) 就表現(xiàn)出體積增大的現(xiàn)象。

　　 當外界約束力非常大時，迫使生成的氫氧化鈣的容重接近其比重，所產(chǎn)生的體積也就越來越小，甚至不產(chǎn)生膨脹。

4 反應放熱

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嘉澤無聲破碎劑開采石材荒料的方法(示例）

1 嘉澤無聲破碎劑全切割法

　　 用嘉澤無聲破碎劑 ( 簡稱 嘉澤HSCA破碎劑) 破碎混凝土構筑物的設計比較容易，因只要求把它破壞拆除，但開采石材荒料不同，它要求切割成具有行業(yè)標準規(guī)格的荒料，不傷石質，表面平整度不超過± 3cm ，完整性好。因此，做好礦山開采工作十分重要。

1.1 礦山調查

　　 開采大理石、花崗石等貴重石材之前，必須對礦山有初步調查，zuihao請地質隊進行地質勘探，了解礦體的貯量，礦山的礦脈走向，節(jié)理發(fā)育情況，目估理論成荒料率，成塊性大小。如果礦體節(jié)理發(fā)達，裂隙甚多，成荒料率在 30 ％以下，則無工業(yè)價值，即使開出來的荒料，成板率低。所以，礦山地質調查是確定有無開采價值和石材開采設計的必要前提依據(jù)。切忌盲目開采，否則得不償失。所謂合理的成荒料率，即 10000m 3 礦體，能開出 3000m 3 以上的合格石材荒料，才有開采價值。

1.2 確定礦山開采設計

經(jīng)地質調查，確有開采價值，則進行礦山開采設計。如果是露天礦，shou先把覆蓋土逐步剝離，露出礦體。如果礦體表層，由于風化、水蝕作用、裂隙多、支離破碎，可以用 嘉澤SCA破碎劑 或黑huo藥剝離掉，不可吝惜。礦山開采應根據(jù)實際產(chǎn)狀布置開采工作面，并根據(jù)礦體的天然紋理，節(jié)理面、走向和裂隙確定不同的臺階高度、長度和角度。這一步驟甚為重要。對礦床節(jié)理裂隙規(guī)律了解越是深透，開采工作便越主動，這是充分降低石料損失，提高荒料率的重要途徑。如果礦山開采設計選擇不當，會破壞石材的完整性，造成損失。

1.3 開采程序

1.3.1 切割階段 ( 即大體積切割 ) ：在一個開采面上，shou先從縱向開挖兩條塹溝，使臺階成為四個自由面，以利于開采。開塹溝時，盡量不要用zhayao，可以用 嘉澤SCA破碎劑 或 嘉澤SCA破碎劑 與黑huo藥聯(lián)合開挖塹溝，盡量不要損傷臺階的石質，開塹溝是比較艱難的工作，因為只有兩個自由面，只能逐層往縱深開挖，開出的塹溝面盡量平直，深度足夠，為下一步大切割創(chuàng)造良好的條件。

　　 工作面長度，即兩塹溝間距，有 10m 、 20m 、 30m 的，zui理想的是 10 ～ 20m ，不宜太長，因為過長， 嘉澤SCA破碎劑 產(chǎn)生膨脹壓力差較大，裂紋開展不*，產(chǎn)生分枝裂紋，會影響荒料完整性。

　　 臺階高度一般為 1.5 ～ 2m ，如果存在天然層理面或水平裂隙，則依此面為高度，無節(jié)理則按取石材塊度大小確定臺階高度。

　　 臺階寬度，即zuixiao抵抗線，一般為 1.0 ～ 2.0m 。

　　 工作面長度和臺階高度、寬度確定后，用墨斗線放線，在直線上用鑿子把孔距點鑿出來，便于鑿巖工按設計孔距鉆眼，在工作面上是垂直鉆孔，垂直鉆孔盡量要垂直，偏差要小，以保證切割面垂直平整。如果在一條直線上各個鉆孔的垂直度不一，會增加 嘉澤SCA破碎劑 開裂的困難，開裂面不平整，變鋸齒狀，降低荒料開采質量。在臺階高度的底線上，確定孔距后，鉆水平孔，各孔的水平度盡量一直，與垂直孔成 90 °，或稍大于90 °，如小于 90 °，形成一個夾角，不利于 嘉澤SCA破碎劑 開裂。用嘉澤SCA破碎劑切割巖石。

　　開采荒料質量如何與鉆孔技術和熟練水平有密切關系，尤其是鉆水平孔，不好操作，很費力氣。在臺階前面要把石渣清理掉，盡量平整，在水平孔前可放一條平滑、堅硬的木枕，作為鉆機的支點，各點要打在水平線上，不能偏差。

　　鉆孔深度一般為臺階的設計寬度和高度的 80 ％～ 90 ％，不足者，易產(chǎn)生崩角現(xiàn)象。

　　每鉆完一孔，要把孔內石粉吹干凈，用棉紗、紙或木塞堵口，防止雜物跌入。因雨天，孔內積水，則要把水抽出來。

　　zui后，把嘉澤SCA破碎劑與水拌成漿體，依次灌入鉆孔中，對于垂直孔，水灰比為 1:0.30 ～ 0.35 ，直接傾倒入孔，用粗鐵絲振搗排氣，使嘉澤SCA破碎劑 漿體填充密實。對于水平孔，可用水灰比 1:0.25 ～ 0.28 把 嘉澤SCA破碎劑 拌成膠泥狀，搓成條塞入孔中，用木棍插實即可。

　　 由于嘉澤SCA破碎劑 與水作用后即進行化學反應，為使嘉澤SCA破碎劑 膨脹壓能在同一個切割面上作用*，每組灌 5 ～ 6 個孔，在一排孔上同時完成嘉澤SCA破碎劑 灌孔作業(yè)，水平孔填孔慢，更要分配好人力。總的要求，嘉澤SCA破碎劑 灌孔時間前后差不要超過 1h 。

　　 一般來說，由于水平沉積和節(jié)理關系，水平孔比垂直孔早發(fā)生裂紋，為減少時間差，先灌垂直孔，后灌水平孔。

　　 灌孔完畢后，在氣溫 10 ℃ 以上者，不用東西覆蓋，如氣溫低于 10 ℃ 者，要用二層草席覆蓋孔口，以起保溫作用，加快 嘉澤SCA破碎劑 膨脹壓的發(fā)揮。

　　 裂紋出現(xiàn)后，可灌入少量水于縫中，加速 嘉澤SCA破碎劑 水化反應，增加裂紋寬度，當裂紋寬度達 0.5 ～ 1 ㎝ 時，說明整個切割面基本斷裂開了。經(jīng)過 嘉澤SCA破碎劑 切割，一般可取出長 1 0 ～ 20m ，寬 1 ～ 2m, 高 1 ～ 2m(20 ～ 30m 3 ) 的大塊體。

1.3.2 分切階段：用液壓千斤頂或人工撬開，或用鋼絲把大塊石料套住，用絞車拉出來，目的是使大塊體離床。然后按用戶需要規(guī)格和起吊運輸能力，將大塊料進行分割成小塊。為了使切割面平整，宜用小孔徑 (Ф 30mm ) 小孔距 (2 0 ～ 30cm ) 。步驟是：先劃切割線，按設計孔距垂直鉆孔，灌入 嘉澤SCA破碎劑 漿體即可，由于大塊料體積較大，應先灌兩頭，后灌中間。由于大塊料四面凌空，用 嘉澤SCA破碎劑 分切大塊料是很容易的，斷裂后，用人工撬杠分離。

1.3.3 搬運階段：將分切荒料用桅桿吊，或卷揚機把荒料吊裝在汽車或拖拉機上，運往各加工廠或車站、碼頭。

　　 zui后，為了便于加工和運輸，一般都用人工對荒料進行zhengxing，使荒料六面基本平整，平整度不超過± 3cm 。

　　 用嘉澤SCA破碎劑 開采荒料的方法簡便、安全，步驟是鉆孔設計—鉆孔—灌入 SC A — 開裂—離床—搬運。問題在于工作平臺的選擇與設計以及開挖塹溝，這兩步準備工作搞好，就能為嘉澤SCA破碎劑 切割大塊料和分切規(guī)格荒料創(chuàng)造良好條件。為使巖石按設計面開裂，根據(jù)應力集中和*效應原理，zuihao在孔與孔之間鑿出一條定向槽。

　　 如果見石就開，零敲碎打，開采無計劃，就會增加 嘉澤SCA破碎劑 開采的困難性，取不出大荒料。

　　 能不能用嘉澤SCA破碎劑 進行三面切割荒料呢 ? 一般來說是可以的，如圖 3 所示，但由于自由面只有三個，困難較大，原因是三個切割面灌入 嘉澤SCA破碎劑 后，膨脹壓不均勻，切割面開裂時間有快有慢，產(chǎn)生剪應力，容易“爛角”，或者裂紋延伸到鄰近巖石上，破壞巖體。因此，采用三面切割時，要求鉆孔設計和鉆孔技術更嚴格，使三個切割面開裂時間比較*，斷裂后，要及時把巖塊分離開來，否則裂紋繼續(xù)延伸，破壞鄰近巖塊。

2 用嘉澤SCA破碎劑與串珠繩鋸聯(lián)合開采荒料的方法

　　 在有串珠繩鋸的礦山，可以采用與 嘉澤SCA破碎劑 聯(lián)合開采荒料的方法，串珠繩鋸有許多優(yōu)點，但其成本較高，工效較慢，我國普通串珠鋸工效為 1m 2 ／ h ，意大利的快速串珠繩鋸為 2 ～ 6m 2 ／ h 。如果采用串珠繩鋸作水平切割，用 嘉澤SCA破碎劑 作垂直切割，總成本會降低，工效能提高。采用此聯(lián)合開采方法，用串珠繩鋸作水平切割，然后用 嘉澤SCA破碎劑 進行垂直切割和分塊切割，取得顯著效益。

　　關于串珠繩鋸的配taoji具、性能以及開采方法，這里不作介紹，請參閱有關資料。

　　目前，一些礦山使用串珠繩鋸作水平鋸切割后，用鑿孔打楔劈裂作垂直分離，由于打楔劈裂損失 ( 包括鉆機和劈裂面凹凸不平 ) 達 20cm 左右，使荒料率下降約 24 ％，如果改用 嘉澤SCA破碎劑 作垂直切割，不但省去勞動力，而且還可提高荒料率。試驗表明：石材成荒率可提高 20 ％以上。

　　 國外一些大型礦山，采用串珠繩鋸對石材礦體進行垂直和水平切割 ( 臺階式 ) ，然后用 嘉澤SCA破碎劑 進行分塊切割，此方法可提高工效，降低開采成本。

　　 對于大、中型礦山，這種聯(lián)合開采法是個方向。目前，為適應鄉(xiāng)鎮(zhèn)石材企業(yè)發(fā)展之需，國內有關單位已研制出小巧靈便、成本較低的小型串珠繩鋸，它與 嘉澤SCA破碎劑 相配合使用，如虎添翼，將使整個石材開采行業(yè)大為改觀，荒料的產(chǎn)量成倍增加，質量也大大提高了。