Теплоизоляционные материалы на основе вспучивающихся горных пород

Технология производства ячеистого стекла.

Технология производства ячеистого стекла включает следующие основные переделы:

- получение стеклянного расплава;

- производство из расплава стеклогранулята;

- получение сырьевой шихты;

- вспенивание и отжиг;

- механическая обработка изделий;

- упаковка и складирование;

При использовании отходов стекольного или тарного производства технологическая схема отличается лишь отсутствием первых двух переделов.

Стекольный расплав получают в ванных печах. Гранулят образуется при резком охлаждении орошением водой струй расплава выпекающих из печи.

Гранулят размалывают совместно с газообразователем в трубомельницах до удельной поверхности 3000…6000 см²/г.

Вспенивание и отжиг производят в жароупорных стальных или чугунных формах по одно- или двухстадийному режиму либо на непрерывно движущемся жаростойком конвейере.

Наиболее прогрессивна конвейерная технология, при которой по мере перемещения конвейера порошкообразная шихта, засыпанная в формы, подогревается, вспенивается и охлаждается по заданному режиму.

11.1 Вспученный перлит: сырье, получение, свойства, применение.

11.2 Вспученный вермикулит: сырье, получение, свойства, применение.

11.3 Основы технологии, свойства и применение теплоизоляционных изделий на основе вспученных перелита и вермикулита.

Литература: Горлов Ю.П., с, 224…244; Рунова Р.Ф., с. 235…245.

11.1. Вспученный перлит: сырье, получение, свойства, применение.

Некоторые горные породы вулканического происхождения, затвердевшие в результате быстрого охлаждения в стекловидном состоянии и содержащие связанную воду, могут при быстром нагреве до температуры 900…1250⁰С вспучиваться, увеличиваясь в объеме в 2,5…14 раз. К этим породам относятся обсидианы, перлиты и витрофиры.

Химический состав вулканических водосодержащих стекол различных месторождений достаточно однообразен. Обычно они содержат: 70…75% Si₂O₃; 1…3% Fe₂O₃; до 2% CaO и MgO; 4…10% R₂O; ППП 1…7%. В стеклах содержится 1…10% кристаллической фазы в виде плагиоклазов, роговой обманки, кварца, кристобалита и др.

В основе технологии вспучивания вулканических стекол, содержащих трудноудаляемую связанную воду, лежит совмещение процессов испарения воды с переходом вещества породы из твердого в пиропластическое состояние. Так как объем паров воды при 900…950⁰С в 4000 раз больше объема воды при обычной температуре, поэтому достаточно всего лишь около 0,05% воды, чтобы объем вспучившейся породы возрос более чем в 13 раз.

В процессе вспучивания расширяющиеся водяные пары преодолевают предельное напряжение сдвига стекловидного вещества, находящегося в упругопластическом состоянии, и материал вспучивается.

Вспучиваемость вулканических стекол характеризуется коэффициентом вспучивания:

где: Vвсп. и Vпл. – соответственно удельные объемы породы во вспученном и плотном состояниях, м³/кг.

Вспученный перлит представляет собой сыпучий теплоизоляционный материал в виде пористых зерен преимущественно светлой окраски. Он – огнестойкий, био- и химически стойкий материал.

В зависимости от размера частиц вспученный перлит классифицируют на песок и щебень. Песок имеет размеры зерен до 5мм, щебень 5…20мм. Вспученный перлит по объемной массе имеет марки от 75 до 500 и теплопроводность 0,047…0,093 Вт/(м*⁰С). Он имеет высокопористую структуру. Общая пористость вспученного перлита, включая межзерновые пустоты, колеблется в пределах 90…98%. Размер пор находится в пределах 0,5…10 мкм. Объем замкнутых пор составляет 13…25% объема перлитового зерна.

Вспученный перлит, благодаря развитой открытой пористости, обладает значительным звукопоглощением.

Имея высокоразвитую пористую структуру и большую открытую гидрофильную поверхность, вспученный перлит характеризуется большим водопоглощением и гигроскопичностью. При размере зерен более 2мм водопоглащение вспученного перлита достигает 30% по объему и 300% по массе. Для более мелких зерен водопоглащение возрастает до 60% по объему и 800…900% по массе.

Учитывая высокие водопоглащение и гигроскопичность вспученного перлита, его необходимо всемерно защищать от увлажнения, т.к. уже при влажности 10% теплопроводность вспученного перлита возрастает вдвое, а при 80% (по массе) – в 3…4раза. Вспученный перлит трудно сушится, процесс сушки длителен и требует значительных теплозатрат.

Наиболее эффективным способом защиты вспученного материала от увлажнения является его гидрофобизация кремнийорганическими соединениями.

Вспученный перлит применяется в следующих областях: в качестве теплоизоляционных засыпок при температурах окружающей среды от –200⁰С до 1550⁰С, в качестве наполнителя теплоизоляционных изделий, в качестве заполнителя для легких бетонов, в том числе жаростойких и кислотостойких, как наполнитель акустических штукатурок, в качестве фильтрующей среды и сорбента, как водоудерживающий и улучшающий структуру почвы элемент в сельском хозяйстве.

Основа технологического процесса производства вспученного перлита – тепловая обработка. Содержащаяся в породе вода при медленном нагреве до достижения упругопластического состояния удаляется без вспучивания перлита. Быстрый нагрев материала в этом случае может привести к растрескиванию и разрыхлению перлита. Поэтому в ряде случаев тепловая обработка ведется в две стадии: предварительный нагрев до температуры начала размягчения породы и последующий быстрый нагрев до температуры вспучивания.

Температура предварительной термообработки обычно находится в пределах 250…450⁰С, иногда достигает 600⁰С. Длительность такой подготовки 10…30 мин.

На второй стадии сырье сразу подвергается воздействию максимальной температуры. При этом вся оставшаяся после первой стадии вода идет на вспучивание.

Термоподготовку сырья можно вести во вращающихся печах, печах кипящего слоя, конвейерных сушилках и др. агрегатах. Широко распространены барабанные печи длиной 3,8…6,5м с внутренним диаметром 0,44…0,89м, скорость вращения печи – 2,6 об/мин.

Обжигают перлит в шахтных, вращающихся печах и печах кипящего слоя.

С целью экономии тепла печи термоподготовки и вспучивания увязывают в единый технологический поток. Для этого печь термоподготовки устанавливают таким образом, что выходящий из нее материал тут же попадал в печь обжига.

11.2. Вспученный вермикулит: сырье, получение, свойства, применение.

Вермикулиты – это минералы из группы гидрослюд.

Практическое значение имеют вермикулиты образовавшиеся из магниево-железных слюд, например – биотита. Их структурная формула следующая:

4,5H₂O-Mg_0.3…0.4 (Al₂Si₆)(Mg,Fe,Al)₆O₂₀(OH)₄.

Крупнейшие запасы вермикулита находятся в Мурманской обл., на Урале, Дальнем Востоке, в Сибири, есть они и у нас на Украине.

При нагреве вермикулит расщепляется на отдельные пластинки, лишь частично скрепленные между собой. При этом пары воды выделяются перпендикулярно плоскости спайности и раздвигают слюдяные пластинки. Коэффициент вспучивания вермикулита составляет около 6.

Вспученный вермикулит характеризуется объемной массой (средней плотностью) 80…200 кг/м³, низкой теплопроводностью – 0,056…0,07 Вт/(v*⁰C), высоким звукопоглощением, огнестойкостью, невысокой гигроскопичностью и биостойкостью.

Вспученный вермикулит выпускают трех фракций: 5…10, 0,6…5 и <0,6мм. По объемной массе его разделяют на три марки: 100, 150 и 200.

Вспучивается вермикулит в несколько стадий. Межпакетная вода начинает удалятся при 170…200⁰С, наибольшая ее часть уходит при 270…290⁰С, а окончательное удаление происходит при 700…800⁰С. При 850…880⁰С удаляется кристаллизационная вода, что сопровождается разрушением слюдяной структуры.

Технология получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы, ее обогащения, дробления и обжига в шахтных или трубных мельницах.

В шахтных печах сырье подается в загрузочную воронку в верхней части печи. Проходя через поток восходящих газов, вермикулит вспучивается и через наклонный под (днище) печи поступает в бункер.

Более качественную продукцию получают в трубных печах. Печь состоит из футерованной огнеупором горизонтальной неподвижной трубы, работающей на газообразном или жидком топливе, и вращающегося барабана для сушки сырья отходящими газами, смонтированного над неподвижной трубой.

Подогретое сырье подается в горящий факел горизонтальной трубы, где быстро вспучивается и потоками газов и воздуха выносится в осадительную камеру, а мелкие частицы осаждаются в циклоне. Печь работает по принципу прямотока, поэтому мелкие частицы быстро вспучиваются и выносятся из печи, а крупные и менее гидратированные задерживаются до вспучивания в печи дольше, после чего они выносятся из печи потоком воздуха.

Вспученный вермикулит применяется как теплоизоляционная засыпка, на его основе и различных вяжущих можно получать жесткие формованные теплоизоляционные изделия (плиты, полуцилиндры, сегменты), предназначенные для теплоизоляции стройконструкций, трубопроводов, оборудования.

Дата добавления: 2014-01-20