Вспучивающие горные породы. Производство перлита и ТИМов на его основе
Перлит – вулканическое стекло, содержащее 70..75 % SiO2 и 2..5 % H2O. Отличительной чертой П от других вулканических стекол явл. то, что при нагревании до опред-ной темп-ры в диапазоне его размягчения, он увеличивается в объеме от 4 до 20 раз против его первоначального объема. Такой процесс вспучивания происходит вследствие присутствия в природном перлите от 2 до 6% связанной воды. При быстром нагревании этой породы выше 870°C, она лопается наподобие «поп корна», так как связанная вода, испаряясь, создает бесчисленные мельчайшие пузырьки в размягченных остекленевших частицах. Именно эти мельчайшие застекленевшие пузырьки обеспечивают такой изумительно малый вес и другие исключительные физ-кие свойства вспученного перлита.
Процесс вспучивания также придает перлиту одну из наиболее отличительных его характеристик - белый цвет. В то время как перлитовая порода различается от прозрачных и светло-серых тонов до глянцево-черных, вспученный перлит различается цветом от снежно-белого до серовато-белого. Вспученный П производится с удельным весом от 32 кг/м3 до 240 кг/м3, годным для применения в многочисленных целях, включая фильтрацию, садоводство, изоляцию, в качестве инертных носителей и многочисленных запол-лей. Поскольку П явл. формой природного стекла, он относится к хим-ки инертным и имеет pH, приблизительно равным 7.
Вода в сыром П находится в 2-х основных формах: свободной и связанной. Свободная вода это простая влага на поверхности породы. Она оказывает ничтожный эффект на процесс вспучивания, если не считать затруднений при обработке и лишнего расхода энергии, необходимой для процесса вспучивания. Именно наличие связанной воды придаёт П сп-сть вспучивания и превращения в то, что называют "самый изменчивый минерал на свете". Вода обеспечивает 2 эффекта: она снижает точку размягчения минерала и действует как средство расширения расплавленной породы, в результате чего она вспучивается. Присутствие воды является результатом ест-ных процессов. П обнаруживается на кромке потока лавы, возле первичной поверхности, где лава может быстро остыть, сформировав вулканическое стекло (обсидиан). В последующие годы под действием подземных вод, проникающих сквозь обсидиан, происходит его гидратация. Количество воды в гидроксиде обсидиана (перлите) может меняться, но обычно не более 4% в большинстве коммерческих марок.
Особенности процесса вспучивания перлита
Вспучивание П так же, как и вспучивание керамзитового сырья заключается в образовании за относительно короткое время газовых пузырьков по всему объему материала на стадии его пиропластического состояния. Этот процесс может происходить при различных темп-х (в частности для силикатов и алюмосиликатов при темп-рах порядка 850... 1200°С). В отличие от П, керамзитовое сырье перед вспучиванием должно расплавиться, и для этого необх-мы дополн-ные затраты тепла. Для перехода П в пластическое состояние без стадии аморфизации достаточно частичного его размягчения.
Главным агентом вспучивания явл. вода, которая бывает двух типов: структурной и подвижной. Структурная, вода покрывает стенки капилляров, подвижная находится в центре капилляров, образуя ассоциированные группы.
Теплоизоляция на основе вспученного перлита. Одним из широко исп-ых в строительстве утеплителей явл. вспученный П, кот. получают из природ. П (месторождение Фогош) в результате его обработки при высокой темп-ре. Он обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свой-ми, огнестоек, химически инертен и биостоек. Темп-ра при
менения вспученного П в кач. теплоизол-го материала от −200°С до +900°С, теплопроводность составляет 0,04-0,09 Вт/м. К при насыпной пл-ти 75-250 кг/м3. Его производят в виде песка, порошка, щебня, кот. применяют при произ-ве теплоизол-ных изделий и конструкций. На основе П выпускают стен. панели из керамзитоперлитобетона, мелкозернистого перлитобетона, а для утепления кровель применяют битумоперлит, перлитофосфогелевые плиты.
Осн. недостатком вспученного П явл. то, что при содержании влаги в количестве 10 объемных % изолирующая спос-сть уменьшается на 90%, т.к. П содержат целлюлозу и очень гигроскопичны. Намокая, перлитовая изоляция превращается в песок, следовательно, она требует тщательной защиты от влаги.
• вспученные перл. щебень и песок - пористые зерна белого или светло-серого цвета, получаемые путем быстрого (1...2 мин) нагрева до температуры 1000..1200 °С вулк-ких водосодержащих (3..5%>) пород. При обжиге исходная порода увел-ся в объеме в 5..15 раз, а пористость образующихся зерен достигает 85..90%, перлитовый песок выпускается марок 75..500, щебень - 200..500. Прочность щебня при сдавливании в цилиндре должна быть не менее 0,15..0,9 МПа. Вспученный П отличается от других пор. запол-лей тем, что мелкие фракции вспученного перлита легче крупных. Это объясняется особенностями вспучивания стекловидных пород, так как исходная стекловидная порода удерживает газы, и чем лучше она прогревается в мелких гранулах, тем интенсивнее вспучивается.
Вермикулитовая теплоизоляция
Вспученный В получают путем высокотемпературной обработки природного В.. В результате этого процесса В превращается в легкий пористый мат-л, кот. используется для производства теплоизоляции.
Вспученный В, благодаря своим уникальным св-вам (низкая плотность, высокие звуке- и теплоизол-ные св-ва, огнестойкость, кислото- и биостойкость), широко применяется в различных обл. нар. хоз-ва (строит-во, судо-, в гоно- и энергомашиностроение и т.д.).
Переработкой В занимается НПП «Вермикулит» (г. Киев). Выпускаются, в зависимости от плотности, три марки вспученного В 100, 150 и 200. В., используемый как засыпной теплоизол-ный материал, имеет преимущества перед другими сыпучими или волокнистыми минер-ми утеплителями. Если он уложен или засыпан в вертикальной полости, то в течение длит-го времени практически не уплотняется, не перетирается в порошок, не дает усадки и обладает упругостью. Теплопроводность всп-го В по фракциям: для крупной — 0,098, средней −0,116, мелкой — 0,14 Вт/м К. Для теплоизоляции судов выпускают спец. верм-вые плиты. Кроме того, В явл. отличным сырьем для получения тонкого и супертонкого минер-го волокна.