Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы
Асбест знали еще в глубокой древности. В Индии и Китае, Греции и Риме из асбестового волокна делали салфетки, скатерти и другие предметы домашнего обихода богатых людей. Свое название асбест получил от греческого слова asbestos – неугасимый, что было связано с использованием асбестового волокна для фитилей в светильниках. В древнем мире и в средние века существовали фантастические представления о растительном и даже животном происхождении асбеста. Лишь в XVI в. немецкий ученый Георг Бауэр (Агрикола) высказал правильное для своего времени суждение о минеральной природе асбеста и его свойствах.
В России асбест впервые был обнаружен на Урале в 1720 г. Промышленное развитие добычи и переработки асбеста для технических целей, и в частности для теплоизоляции, началось после открытия в 80-х годах XIX в. мощного месторождения асбеста в Баженово на базе которого вырос г. Асбест Свердловской обл. — один из крупнейших центров асбестодобывающей промышленности.
В 50-х годах открыты новые мощные месторождения хризотил-асбеста в Казахстане (Джетыгаринское) и в Тувинской автономной республике (Актоврачское). Крупными поставщиками асбеста на мировом рынке являются Канада (г. Асбестос в провинции Квебек), а также африканские государства: Южно-Африканский Союз, Родезия и Свазиленд.
На основе асбеста изготовляют сыпучие (порошкообразные) материалы, а также рулонные и штучные материалы и изделия в виде картона, плит, скорлуп и сегментов. В зависимости от состава асбестовые материалы делят на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна, и асбестсодержащие.
Асбест - тонковолокнистый, мягкий природный минерал, состоящий преимущественно из силикатов магния и натрия. Наиболее распространены хризотил-асбест (3MgO-2Si02-2H20), из которого изготавливают асбестоцементные изделия, применяемые в строительстве. Благодаря волокнистой структуре асбест выполняет функции армирования цементного камня, придавая асбестоцементным материалам высокую прочность на растяжение и изгиб.
В естественном состоянии асбестовое волокно имеет диаметр около 1 мкм. После механической обработки асбест распушивается до диаметра волокна 0,02 мм. В естественных условиях предел прочности на растяжение волокна хризотил-асбеста достигает 300 МПа (больше прочности стали). После механической обработки прочность волокна снижается до 60-80 МПа.
Асбест делится на сорта и марки. С увеличением средней длины волокна повышается сортность асбеста. При изготовлении асбестоцементных изделий применяют в основном коротковолокнистый асбест 3-6 сорта с длиной волокон от 0,3 до 10 мм. В некоторых случаях асбест заменяют на 10-15 % базальтовым волокном или минеральной ватой. Для экономии асбеста используют также синтетические или целлюлозные волокна, бумажные отходы, кору древесины и другие волокнистые материалы.
Использование асбеста для целей теплоизоляции началось во второй половине XIX в. Тогда же был предложен способ переработки магнезита и доломита в «85%-ную магнезию» – основу ньювеля, представляющего собой смесь асбеста и основной магнезиальной соли 4МgС03.Мg(ОН)2*5Н20, содержание которой составляет 85% (по весу). Поэтому такой материал часто называют 85%-ной магнезией. С развитием производства искусственного минерального волокна ньювель потерял свое былое значение, но благодаря его высоким теплоизоляционным свойствам выпуск ньювеля продолжается, главным образом, в Англии и США. Способ производства теплоизоляционных изделий из диатомита и извести с применением автоклавной обработки был предложен в начале XX в. в США.
Производство теплоизоляционных материалов на асбестовой основе началось при Советской власти. Первый период развития этого производства характерен выработкой асбестотрепельных материалов-асбозурита и асботермита (1925-1926 гг.), позднее, в 1930 г., появилась асбослюда, а в 1933 г. новоасбозурит. Производство высокоэффективного теплоизоляционного материала - ньювеля возникло в 1928 в Ленинграде. В начале 30-х годов в Институте асбеста предложили технологию нового теплоизоляционного материала - совелита. Производство асбестоцементных теплоизоляционных плит впервые появилось в 40-х годах в Москве. Здесь же в 50-х годах было начато изготовление асбестовермикулитовых изделий.
Особенностями развития производства теплоизоляционных материалов с применением асбеста являются:
а) последовательный переход от малоэффективных асбестотрепельных материалов к более эффективным – совелиту и вулканиту;
б) повышение качества асбестотрепельных материалов путем тщательной распушки асбеста и других способов облагораживания этих материалов;
в) сокращение выпуска материалов в виде порошков и паст для мастичной теплоизоляции и увеличение выработки изделий, что способствует индустриализации теплоизоляционных работ.
Несмотря на то, что значение асбестсодержащих теплоизоляционных материалов уменьшилось вследствие резкого роста производства искусственного минерального волокна, их все же широко применяют для тепловой изоляции энергетического и технологического оборудования. Технико-экономическими предпосылками для развития их производства являются:
а) свойства таких материалов, позволяющие применять их при температурах до 550-600°С, т. е. наивысших температурах перегретого пара, достигнутых в современной энергетике, и использовать в условиях, когда применение изделий из минерального волокна ограничено, например в некоторых производствах пищевых продуктов;
б) значительное увеличение добычи асбеста;
Асбестовый картон – огнестойкий теплоизоляционный материал, получаемый на основе хризотилового асбеста. Исходными материалами для получения картона являются асбест 4-го и 5-го сортов (65%), каолин (30%) и крахмал (5%). При производстве картона асбест подвергают распушке на бегунах и в голлендере, куда одновременно добавляют каолин и крахмал. Из голлендера полученная масса поступает в смеситель, откуда после предварительной очистки от частиц пустой породы и скатавшихся в комочки волокон асбеста ее направляют на сетчатый барабан картоноделательной машины. На этом барабане откладываются волокна асбеста, образующие листы рыхлого асбестового картона. Для уплотнения их спрессовывают на гидравлическом прессе под давлением до 5 МПа. Уплотненные листы картона высушивают, а затем обрезают по стандартным размерам. Асбестовый картон изготовляют на листоформовочных машинах в виде листов длиной и шириной 900...1000 мм и толщиной 2...10 мм. Теплопроводность картона в сухом состоянии 0,157 Вт/(м∙°С), плотность 1000... 1400 кг/м3, предел прочности при растяжении не менее 0,6 МПа, влажность не более 3% по массе.
Асбестовый шнур применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре: при наличии в составе органического волокна – до 200С, при отсутствии его – до 500°С. Получают его из нескольких крученых нитей или ровницы, сложенных вместе в сердечнике и обвитых или оплетенных снаружи асбестовой нитью или пряжей. Асбестовый шнур может изготовляться и без оплетения. Диаметр асбестовых шнуров может быть 3...25 мм. Теплопроводность не более 0,12 Вт/(м∙°С), влажность не более 4% по массе.
По плотности в сухом состоянии асбестовый шнур делят на марки от 100 до 380.
Асбестомагнезиальный порошок используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования при температуре до 350°С. Получают его путем смешения измельченного асбеста с водной углекислой солью магния. Для получения ньювеля магнезии размалывают и смешивают с 15% асбеста. Этот теплоизоляционный материал выпускают в виде порошка, который используют не только в виде засыпной теплоизоляции, но и для приготовления мастики и изготовления плит, скорлуп и сегментов. Отформованные и высушенные изделия имеют плотность до 350 кг/м3, теплопроводность 0,08 Вт/(м∙°С) при 50°С и предел прочности при изгибе не менее 0,15 МПа.
Известково-кремнеземистые теплоизоляционные изделия изготовляют путем формования и последующей автоклавной обработки водной суспензии тонкоизмельченной смеси извести, кремнеземистого материала (диатомита, трепела или кварцевого песка) и асбеста хризотилового 5-го и 6-го сортов. Известково-кремнеземистые изделия выпускают в виде плит прямоугольного сечения (ППС) размером 1000x500x75,1 мм, плит трапецеидального сечения (ПТС); полуцилиндров (Ц) с внутренним диаметром от 112...280 мм и длиной 1000 мм и сегментов длиной 1000 мм. Известково-кремнеземистые изделия в зависимости от плотности производят двух марок: Д 200 и 225; их применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 600°С.