Вспученный вермикулит и изделия на его основе

Вермикулитами (“vermiculis” - червеобразный) называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании. Для вермикулита характерна пластинчатая структура.

Вспученный вермикулит получают обжигом минерала вермикулита.

Вермикулиты образуются в природе из слюд, являющихся широко распространенными в природе минералами. По своему генезису вермикулит – продукт низкотемпературных гидротермальных процессов и выветривания железомагнезиальных слюд, преимущественно биотитовых и флагопитовых. Строение вермикулита подобно строению слюды, причем часть ионов Si замещена в нем ионами Al, а вместо ионов К содержаться ионы Са и Mg, связанные с молекулами воды и взаимозаменяемые. В минералогии вермикулитом считают слюду с крайней степенью гидратации, в кристаллической решетке которой щелочи замещаются водой. Поэтому единой и точной химической формулы для вермикулита, как минерала, написать нельзя. Слюды отличаются очень непостоянным химическим составом. В них входит до 40 элементов.

Таким образом, вермикулит является образовавшимся из слюд минералом с высокой степенью гидратации, обладающим определенным химическим составом, кристаллическим строением, определенными оптическими свойствами, а также имеющим характерные кривые дифференциального термического анализа и обезвоживания. Однако в технике вермикулитами часто называют не только собственно вермикулит, но и гидрослюды и целый ряд других минералов, обладающих способностью вспучиваться при обжиге и образовывать продукт, близкий по свойствам к обожженному вермикулиту.

А все потому, что вермикулит в природе образуется в процессе выветривания слюд и дальнейшей их гидратации, при которой они изменяют свой химический состав. Характер изменений, происходящих в слюдах, свидетельствует о том, что превращение слюд в вермикулит совершается в кислой среде. Этот процесс называется вермикулитизацией. Вермикулитизация в большинстве случаев не доходит до конца и образуются гидрослюды.

Химический состав вермикулита характеризуется полным отсутствием K₂O и Na₂O.

Состав вермикулита выражается формулой:

Содержание отдельных окислов составляет, % по массе: 33 – 34 ; до 1,6 ; 6 – 18 ; 5 – 17 Fe2O3; 14 – 25 O с

присутствием в ряде случаев СаО, MnO, NiO и др. Кристаллизационный, конституционной и цеолитной воды содержится 8 - 20 %. В слюдах же содержание воды составляет не более 2%. Изменение химического состава в процессе вермикулитизации влияет на изменение свойств слюд.

Самым основным свойством вермикулита является его способность при быстром нагреве расщепляться на отдельные слюдяные пластинки, лишь частично скрепленные между собой. В результате такого расщепления зерна вермикулита сильно вспучиваются, что и приводит к образованию вспученного вермикулита.

Причиной вспучивания является энергичное взрывообразное выделение паров воды, которые, действуя перпендикулярно плоскостям спайности, раздвигают пластинки слюды и увеличивают тем самым объём зерен в 15-20 раз и более. Вспученный вермикулит обладает своеобразной пластинчатой пористостью, которой не обладают другие теплоизоляционные материалы.

На вспучивание оказывает влияние содержание воды в вермикулите: чем больше воды, тем сильнее происходит вспучивание.

Вода, содержащаяся в вермикулите, имеет неодинаковые и еще не окончательно установленные формы связи с основным веществом минерала. В природном вермикулите различают следующие виды воды:

- конституционную (гидратную), входящую в точных стехиометрических количествах в молекулярную структуру минерала;

- цеолитную, находящуюся в виде твердого раствора, причем вода является растворимым веществом, а кристаллы минерала, наоборот, растворителем;

- межпакетную, содержащуюся между чешуйками слюды, прочно адсорбированную на плоскостях их спайности;

- гигроскопическую, механически удерживаемую на поверхности зерен минерала.