[发明专利]一种本安型二氧化碳气化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种本安型二氧化碳气化剂及其配制方法，所述本安型二氧化碳气化剂采用固体燃料、钝化剂、催化剂以及固化剂按照比例配制而成，所述固体燃料为硼粉、铍粉、铝粉和镁粉的混合物；钝化剂选自氧化钙、二氧化硅、碳酸钙或氯化钙；催化剂为纳米银或纳米镍；固化剂为聚氨酯或环氧树脂。配制过程在一个密闭的金属容器中进行，搅拌均匀后倒入模具，在常温下风干形成固体剂柱，以消除平常操作环境和运输条件下的安全风险。将本发明所述的本安型二氧化碳气化剂与固体二氧化碳按照一定的比例混合，通过电起爆器激发，燃烧并释放大量热能，可使固体二氧化碳瞬间气化膨胀数百倍，利用巨大的膨胀压力来破碎岩石，具有本质安全、绿色环保的显著优势。

技术领域

本发明涉及高压气体爆破技术领域，具体涉及一种配制、使用以及运输安全的本安型二氧化碳气化剂及其制备方法。

背景技术

我国幅员辽阔，但山区面积占比为69.1％，在山区建设的工程大部分涉及基岩开挖。即使在东部平原地区，深圳、福州、厦门、温州、青岛、大连等发达大城市以及为数众多的中小城市，基岩的埋深也很浅，基岩开挖也是常有的现象。其中：炸药爆破是基岩开挖的传统方法，但它烈性太大，在建(构)物的周边进行施工受到极大的限制。首先是对振动加速度、沉降变形、横向位移、地基承载力、飞石溅土等安全性指标的控制较为困难，不容易满足施工规范要求；其次是噪声太大，环境干扰严重，社会反响强烈；再次是由于其破坏性大，安全管控非常严格，审批条件苛刻，审批流程麻烦。因此，在周边存在建(构)物的工况下，炸药爆破方案已基本被排除。

二氧化碳爆破是一种无炸药高压气体爆破法，其爆破原理为：固态或液态的二氧化碳相变为气体时，体积急剧膨胀，产生巨大的膨胀压力，具有很强的破坏性。二氧化碳气动破岩技术就是利用这种能量破碎基岩，实现基岩开挖的目标。与传统炸药爆破的方式相比，二氧化碳相变属于物理过程，它的能量等级比烈性炸药低一个数量级，因此具有振动小，噪声低的特点，对周边环境的影响小，非常适合在建(构)筑物周边进行基岩开挖施工。

但是，如何让二氧化碳瞬时气化是该技术的关键。目前，主要通过电加热和化学反应两种方式实现二氧化碳的迅速膨胀爆破。其中，电加热因设备复杂、使用条件受限、效率不高而被淘汰；化学反应主要是通过化学发热材料之间的相互反应，继而释放大量的热量实现液态或固态二氧化碳的瞬间气化，这种气化具有反应速度快、释放热量高的特点，目前采用的最多。但是，当前使用的化学发热材料普遍含有高氯酸铵、高氯酸钾、高锰酸钾等(氧化剂)和草酸铵、水杨酸或其它有机酸等成分，这些化学组份属于典型的烟火药特征配方，在配制、运输和使用过程中具有较大的安全风险和明显的局限性，因此制约了该技术的推广应用。

发明内容

为了解决现有二氧化碳瞬间气化所用的化学发热材料中大部分均含有氧化剂、有机酸等性质比较活泼的化学物质，继而导致气化剂在配制、运输以及使用方面存在难度大、安全性差的问题，本发明提供了一种配方组份中无有机酸等活泼组份，但是同样可以实现固体二氧化碳瞬间膨胀爆破的本安型二氧化碳气化剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种本安型二氧化碳气化剂，包括固体燃料、钝化剂、催化剂以及固化剂；其中，所述固体燃料由硼粉、金属铍粉、金属铝粉和金属镁粉按比例混合制成；所述钝化剂选自氧化钙、二氧化硅、碳酸钙或氯化钙中的任意一种或几种混合；所述催化剂为纳米银或纳米镍。

作为优选，所述固体燃料、钝化剂、催化剂以及固化剂的重量比为10～25：2～10∶0.1～0.5∶1～3。

其中，本发明中固体燃料主要起燃烧放热的作用；钝化剂是在普通存贮、操作环境和运输条件下，抑制二氧化气化剂反应的物质；所述催化剂在高温高压环境下，可以促进固体燃料的燃烧，提高各组分之间的燃烧效率；所述固化剂是一种粘黏剂，用于将二氧化碳气化剂颗粒混合物固化成柱型固体，以提高运输和使用的安全性。

作为优选，所述固体燃料中，硼粉、金属铍粉、金属铝粉和金属镁粉的重量比为1～5∶1～5∶10～20∶1～5。