Особенности производства асбестовермикулитовых изделий

Министерство образования и науки Республики Казахстан ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д. СЕРИКБАЕВА Факультет «Архитектурно-строительный»

Кафедра «СМиСС»

Дисциплина «Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Тема: Особенности производства асбестовермикулитовых изделий Выполнил: ст.гр. 06-СИ-1 Бауэр Е. А.

Проверил: Ермоленко В. Н.

г. Усть-Каменогорск, 2009 г

Министерство образования и науки Республики Казахстан ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д. СЕРИКБАЕВА Факультет «Архитектурно-строительный»

Кафедра «Строительные материалы, стандартизация и сертификация»

Специальность 50 730-«Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Дисциплина «Теплоизоляционные и акустические материалы»

Студент Бауэр Е. А.

Группа 06- СИ-1

Преподаватель Ермоленко В. Н.

ЗАДАНИЕ на курсовой проект Тема: Цех по производству асбестовермикулитовых формованных теплоизоляционных изделий Основные данные по проектированию:

1. Сырье: вермикулит, асбест хризотиловый

2. Вид продукции: теплоизоляционные плиты, скорлупы, сегменты для высокотемпературной изоляции Дата выдачи задания:________________________________

Дата сдачи КП:_____________________________________

Студент:___________________________________________

Преподаватель:___________________________________

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Номенклатура и технические требования

1.1 Геометрические параметры изделий

1.2 Технические требования

1.2.1 Вермикулит

1.2.2 Асбест

1.3 Область применения

1.4 Сертификационные испытания

2. Сырье

2.1 Сырье, основные типы месторождения

2.1.1 Вермикулит

2.1.2 Асбест

2.2 Добыча, транспортировка

2.2.1 Вермикулит

2.2.2 асбест

3. Технология производства

3.1 Технологическая схема

3.2. Разработка технологической схемы по отдельным этапам и оборудованию

4. Контроль технологических процессов

4.1 Цеховой контроль

4.2 Лабораторный контроль

5. Требования безопасности Список литературы

Введение

Асбестовермикулитовые формованные теплоизоляционные изделия (плиты, скорлупы и сегменты) с органическими связующими веществами применяются для теплоизоляции строительных ограждающих конструкций. Звукоизоляции потолков и стен (звукопоглощение) и перегородок зданий и помещений. Теплоизоляции оборудования холодильников, а также промышленного оборудования и трубопроводов.

Добавками к вермикулиту служат асбест и различные связующие вещества (цемент, гипс, диатомит, пластичная глина, растворимое стекло, битум, крахмал, синтетические смолы).

Выбор вида связующего вещества определяется условиями применения изделий, свойствами, которые они должны иметь, а также способом их производства. Так, неорганические вещества служат для изготовления изделий с повышенной температуростойкостью и с большим объемным весом; их обычно вводят в виде суспензий. Органические связующие создают возможность получения более легких, но зато и менее температуростойких изделий; их добавляют в виде эмульсий. Качество изделий улучшается при использовании смешанных, т. е. минерально-органических, связующих, которые употребляют в виде битумно-бентонитовой или битумно-диатомитовой пасты.

Органические вещества (битумы и синтетические смолы) повышают водостойкость и снижают водопоглощение изделий. Неорганические вещества увеличивают прочность изделий.

Волокна асбеста образуют как бы каркас изделий, повышая прочность и придавая некоторую упругость им в высушенном состоянии. Вместе с тем образование такого каркаса является и одним из факторов создания пористости материала, так как волокна уменьшают усадочные деформации при сушке изделий.

Асбестовые волокна, отличающиеся, как известно, большой прочностью, скрепляют отдельные зерна вспученного вермикулита и воспринимают часть механических напряжений в изделиях.

1. Номенклатура и технические требования

1.1 Геометрические параметры изделий Завод асбестовермикулитовых формованных теплоизоляционных изделий выпускает изделия двух видов.

1.Теплоизоляционные плиты, скорлупы, сегменты для высокотемпературной изоляции, изготавливаемые из гидромассы; объемный вес изделий 250 кг/мг, коэффициент теплопроводности не более 0,08 ккал/м * ч — град', размер плит: 1000Х500Х (30, 40 и 50) мм, скорлуп: длина 500 мм, внутренний диаметр от 33 до 95 мм, толщина 30 и 40 мм; сегментов (XU и 7 В окружности): длина 500 мм, внутренний диаметр от 116 до 327 мм, толщина 50 и 60 мм.

Состав гидромассы (в %): вспученный вермикулит — 68, асбест V сорта—18, глина бентонитовая 10, крахмал 4, вода — Т: Ж=1-Ю.

2.Огнестойкие плиты для противопожарных перегородок с объемным весом до 400 кг/мг и коэффициентом теплопроводности не выше 0,08 ккал/м — ч * град, изготавливаемые из вермикулитобетона, размеры плит 1000Х500Х (30—50) мм.

Состав вермикулитобетонной смеои (в %): вспученный вермикулит 59, асбест V сорта 7,5, диатомит (или трепел) 7,5, жидкое стекло 22,3, кремнефтористый натрий 3,7, вода — Т: Ж=1: 2.

1.2 Технические требования

1.2.1 Вермикулит В зависимости от объемного веса изделия имеют марки 250 и 300 и характеризуются следующими показателями (соответственно маркам): объемный вес не более 250 и 300 кг/м3, коэффициент теплопроводности при 30 °C не более 0,074 и 0,08 ккал/м * ч * град (0,08 и и 0,093 вт/м.'град), предел прочности при изгибе не менее 1,5 и 2 кг/см2, влажность не выше 10%, предельная температура применения 600 °C.

Теплоизоляционные асбестовермикулигговые формованные изделия, применяемые для судовой изоляции, согласно требованиям ВТУ 965—2092—51 МОП, должны удовлетворять следующим требованиям: объемный вес для плит не выше 250 кг/ж3, для скорлуп не выше 230 кг/ж3. Коэффициент теплопроводности при 100 °C не выше 0,08 ккал/м — ч * град (0,093 вт/м * град), предел прочности при изгибе не менее 1,7 кГ/см2, влажность не более 5%, предельная температура применения + 600 °C, размеры плит: 1000Х500Х (30, 40, 50) мм.

Размеры скорлуп: длина 500 мм, внутренний диаметр от 30 до 426 мм, толщина от 30 до 70 мм для скорлуп с внутренними диаметрами 30—133 мм и 30, 40, 50 мм — для скорлуп с внутренними диаметрами 133—426 мм.

Состав гидромассы (в %): вспученный вермикулит — 68, асбест V сорта—18, глина бентонитовая 10, крахмал 4, вода — Т: Ж=1−10.

Огнестойкие плиты для противопожарных перегородок с объемным весом до 400 кг/мг и коэффициентом теплопроводности не выше 0,08 ккал/м — ч * град, изготавливаемые из вермикулитобетона, размеры плит 1000Х500Х (30—50) мм.

Состав вермикулитобетонной смеои (в %): вспученный вермикулит 59, асбест V сорта 7,5, диатомит (или трепел) 7,5, жидкое стекло 22,3, кремнефтористый натрий 3,7, вода — Т: Ж=1: 2.

Вермикулит в зависимости от размера зерен делят на следующие фракции:

крупный — с размером зерен от 5 до 10 мм;

средний — с размером зерен от 0,6 до 5 мм;

мелкий — с размером зерен до 0,6 мм.

Примечания:

1. По соглашению между поставщиком и потребителем допускается поставка вермикулита в виде смеси двух фракций или нефракционированного.

2. Допускается наличие в крупном и среднем вермикулите зерен крупнее и мельче указанных предельных значений в количестве не более 15% по массе; наличие зерен размером свыше 20 мм не допускается.

3. Допускается наличие в мелкой фракции зерен размером свыше 0,6 мм в количестве не более 20% по массе.

Вермикулит в зависимости от плотности подразделяют на марки: 100; 150 и 200.

Примечание. По соглашению между поставщиком и заказчиком допускается поставка вермикулита марок 250 и 300.

Вермикулит должен соответствовать требованиям, указанным в таблице.

Вермикулит должен быть принят техническим контролем предприятия-изготовителя. Изготовитель должен гарантировать соответствие выпускаемого вермикулита требованиям настоящего стандарта и сопровождать каждую партию документом, в котором указывается:

а) наименование и адрес предприятия-изготовителя;

б) номер и дата выдачи документа;

в) фракция и марка вермикулита;

г) количество поставки;

д) результаты испытаний;

е) обозначение настоящего стандарта.

1.2.2 Асбест Асбест состоит из смеси волокон различной длины и агрегатов.

В зависимости от длины волокна асбест подразделяют на восемь групп: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Асбест групп 0 — 6 делится на марки в зависимости от фракционного состава, определяемого методом сухого рассева на контрольном аппарате из четырех сит:

первое сито с размером стороны ячейки в свету 12,7 мм, второе — 4,8 мм; третье — 1,35 мм; четвертое — 0,4 мм.

Асбест 7-й группы делится на марки в зависимости от насыпной плотности.

Марки асбеста указаны в таблице 1.

Таблица 1

Основным ситом контрольного аппарата считают:

для асбеста 0, 1-й и 2-й групп — первое;

для асбеста 3-й и 4-й групп — второе;

для асбеста 5-й и 6-й групп — третье.

Характеристики.

В асбесте групп 0 — 2 не должно быть частиц сопутствующих пород размером более 0,4 мм, в асбесте групп 3 — 7 — размером более 4,8 мм.

В асбесте не должно быть посторонних предметов. Массовая доля влаги в асбесте не должна превышать 3%. Асбест групп 0 — 6 по фракционному составу должен соответствовать требованиям таблиц 2 и 3, асбест 7-й группы по насыпной плотности — таблицы 4.

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Маркировка.

Транспортная маркировка — по ГОСТ 14 192.

На упаковочных единицах четко обозначают: наименование предприятия-изготовителя; наименование и марку продукции; массу асбеста; номер партии; дату изготовления; обозначение настоящего стандарта; манипуляционный знак «Беречь от влаги»; знак, имеющий значение «Крюками не брать»; предупредительные надписи: «Осторожно! Содержится асбестовое волокно», «Вдыхание асбестовой пыли опасно для здоровья», «Соблюдайте правила безопасности»; знак опасности — по ГОСТ 19 433, рисунок; знак опасности, принятый мировым сообществом, — белая буква «а» на темном фоне размером не менее 5Ч5 см (класс 9, подкласс 9.1), с надписью «Содержит асбест», № ООН — 2590 (см. приложение 2).

Номер партии состоит из буквенного и цифрового обозначения.

Буква указывает на месторождение асбеста:

А — Актовракское;

Б — Баженовское;

Д — Джетыгаринское;

К — Киембаевское.

Первая цифра номера партии — номер фабрики, последующие — порядковый номер партии.

1.3 Область применения Применяют асбестовермикулитовые изделия для изоляции агрегатов с температурой теплоносителя до 900°.

Асбестовермикулитовые изделия (плиты, скорлупы) — для теплоизоляции горячих поверхностей. Асбестовермикулитовые плиты, работающие при низких температурах, для создания противопожарных поясов. Асбестовермикулитовые изделия на связке из жидкого стекла изготовляют в виде скорлуп различных размеров, плит, кирпичей и блоков. Эти изделия применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре их поверхности не более 900°.

1.4 Сертификационные испытания

1.4.1 Определение теплопроводности

1.4.1.1 Отбор образцов Порядок отбора образцов устанавливают в НТД на материал или изделие конкретного вида. Теплопроводность определяют на пяти образцах, если в НТД на материал или изделие конкретного вида не указано, число образцов, подлежащих испытанию.

Образцы материалов и изделий с теплопроводностью менее 0,2 Вт/(мК) должны иметь толщину не более (30?1) мм.

Разнотолщинность и отклонение от плоскостности наибольших граней образца не должны превышать 0,5 мм.

1.4.1.2 Подготовка к испытанию Толщину образца (высоту рамки) измеряют штангенциркулем с погрешностью не более 0,1 мм в четырех углах на расстоянии (50?5) мм от вершины угла и посередине каждой стороны.

За толщину образца принимают среднее арифметическое значение результатов всех измерений.

Размеры образца (внутренние размеры рамки) в плане измеряют линейкой с погрешностью не более 1 мм. Разнотолщинность и отклонение от плоскостности образцов определяют по ГОСТ 17 177–87.

Сыпучий материал засыпают с излишком в рамку, установленную на нижнюю плиту прибора. Материал разравнивают, а излишек удаляют при помощи линейки.

1.4.1.3 Проведение испытаний Перед началом испытаний образцы взвешивают. Для высушенных образцов определяют изменение их влажности.

Образец или рамку с материалом устанавливают между теплообменниками. Расположение образца — горизонтальное или вертикальное. При горизонтальном расположении образца направление теплового потока — сверху вниз. Устанавливают заданные значения температуры теплообменников. Перепад температуры на поверхностях высушенного образца должен быть 10 — 30 С при средней температуре испытания образца от минус 40 до плюс 40 С. Допускается проведение испытаний при перепадах св. 30 С при средней температуре испытания образцов более 40 С.

После установления стационарного теплового состояния образца проводят в течение 30 мин последовательно десять измерений термо-ЭДС преобразователей теплового потока и температуры. Тепловое состояние образца считают стационарным, если три последовательных измерения термо-ЭДС от преобразователей теплового потока, производимые через каждые 10 мин, дают отклонения не более 5% их среднего значения.

После окончания измерений образец взвешивают. При изменении массы образца результаты измерений следует отнести к результатам данного взвешивания.

Определяют плотность образца в соответствии с НТД на материал или изделие конкретного вида.

Результаты испытаний заносят в протокол, форма которого приведена в рекомендуемом приложении 3.

1.4.1.4. Обработка результатов.

Теплопроводность () в Вт/(мК) вычисляют по формуле

(1)

где — толщина образца (высота рамки), м;

t — перепад температур на поверхностях образца, С;

qср — средняя плотность теплового потока, проходящего через образец, Вт/м2;

rк — термическое сопротивление контакта между образцом и теплообменником или слоями образца, м2К/Вт, Rк = 0,005 м2К/Вт (для теплоизоляционных материалов и изделий не учитывают);

п — число контактов.

Среднюю плотность теплового потока (qср) рассчитывают как среднее арифметическое значение плотности теплового потока, входящего в образец (q1) и выходящего из него (q2).

Плотность теплового потока (q1,2) в Вт/м2, входящего в образец и выходящего из него, вычисляют по формуле

q1,2 = К1,2 Еq1,2, (2)

где К1,2 — градуировочный коэффициент преобразователя теплового потока, Вт/(м2мВ);

Еq1,2 — термо-ЭДС преобразователя теплового потока, мВ.

За результат испытания образца принимают значение теплопроводности, вычисленное по формуле

= ср? , (3)

где ср — среднее арифметическое значение теплопроводности образца по десяти измерениям, Вт/(мК);

— граница погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95, Вт/(мК)

= +, (4)

где — доверительная граница неисключенной погрешности, определяемая в соответствии с Методикой поверки рабочих средств измерений теплопроводности, удельной теплоемкости и температуропроводности твердых тел (МИ 115—77), утвержденной в установленном порядке;

— доверительная граница случайной погрешности, определяемая по ГОСТ 8.207—76.

Теплопроводность материала или изделия вычисляют как среднее арифметическое значение теплопроводности испытанных образцов.

Погрешность определения теплопроводности () данным методом составляет не более 7%.

1.4.2 Испытание вермикулита

1.4.2.1. Для контрольной проверки потребителем качества вермикулита, а также соответствия его требованиям стандарта должны применяться правила отбора проб и методы испытаний, указанные ниже.

1.4.2.2. Размер партии вермикулита одной фракции и марки устанавливают в количестве 70 м³.

Количество вермикулита объемом менее 70 м³ считают целой партией.

1.4.2.3. Для проверки соответствия вермикулита требованиям настоящего стандарта из 10 упакованных мест каждой партии отбирают пробы, общий объем которых должен быть не менее 30 л. Пробы отбирают щупом, представляющим собой металлическую тонкостенную трубу длиной 1000 мм и внутренним диаметром 50 мм. Отбор проб производят по всей глубине мешка при наклонном его положении.

Для проведения испытаний из отобранных проб методом квартования получают среднюю пробу в количестве 10—12 л.

1.4.2.4. При неудовлетворительных результатах испытаний вермикулита хотя бы по одному из показателей, производят по нему повторное испытание удвоенного количества проб, взятых из той же партии. При неудовлетворительных результатах повторного испытания вся партия вермикулита приемке не подлежит и может быть переведена в более низшую марку.

1.4.2.5. Зерновой состав вермикулита определяют путем рассева средней пробы в количестве 0,5 кг сквозь набор сит с размерами отверстий в свету 0,6; 5,0 и 10,0 мм. Просеивание сквозь сита производят последовательно, начиная с сита с большим размером отверстий. Рассев пробы производят небольшими порциями (частями пробы) механическим или ручным способом. Просеивание считают законченным, если при встряхивании сита не наблюдается падения зерен вермикулита. Продолжительность просеивания пробы не должны превышать 10 мин.

Результаты ситового анализа выражают полными остатками на указанных ситах в процентах по массе.

1.4.2.6. Плотность определяют следующим образом. Вермикулит ссыпают через воронку с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный сосуд емкостью 1 л (высота 108 мм и диаметр 108 мм) до образования над верхом сосуда конуса, который снимают вровень с краями сосуда (без уплотнения) и сосуд с материалом взвешивают с точностью до 0,1 г. Плотность (gн) вермикулита, кг/м3, вычисляют по формуле

(1)

где G1 — масса мерного сосуда, кг;

G2 — масса мерного сосуда с вермикулитом, кг;

W — влажность вермикулита, определенная по п. 2.9.

1.4.2.7. Коэффициент теплопроводности вермикулита определяют по ГОСТ 7076–87.

Плотность помещаемой в прибор пробы должна быть равномерна по всему объему и соответствовать плотности, установленной по п. 2.6.

1.4.2.8. Определение коэффициента теплопроводности предприятие-изготовитель обязано проводить не реже одного раза в квартал.

1.4.2.9. Для определения влажности вермикулита из средней пробы берут навеску массой 10 г, которую помещают в предварительно взвешенный металлический сосуд или фарфоровую чашку и высушивают в сушильном шкафу при 50—60 °С в течение 1 ч. Высушивание до постоянной массы считают законченным, если потеря в массе навески после повторного высушивания в течение 15 мин не будет превышать 0,02 г.

Влажность (W) в процентах по массе вычисляют с точностью до 0,1% по формуле

(2)

где g — масса навески до высушивания, г;

g1 — масса навески после высушивания до постоянной массы, г.

1.4.2.10. Зерновой состав, плотность и влажность вермикулита определяют для каждой партии и вычисляют как среднее арифметическое значение результатов трех испытаний.

1.4.2.11. Определение количества поставляемого вермикулита проводят по объему или массе.

Пересчет количества вермикулита в партии из массовых единиц в объемные производят по значению плотности, определяемой по п. 2.6.

2. Сырье

2.1 Сырье, основные типы месторождения

2.1.1 Вермикулит Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий теплоизоляционный материал в виде чешуйчатых частиц (зерен) серебристо-латунного цвета, получаемый измельчением и обжигом минерала вермикулита.

Природный вермикулит — сложный высокогидратированный алюмосиликат магния, отличающийся непостоянством химического состава.

По своему генезису вермикулит — продукт низкотемпературных гидротермальных процессов и выветривания железомагнезиальных слюд, преимущественно биотитовых и флогопитовых. При этом в исходных минералах щелочные катионы, связывающие слюдяные слои, замещаются водой, закись железа почти полностью переходит в его окись, а содержание окиси магния увеличивается. Совокупность этих кристаллохимических изменений в слюде часто называют процессом вермикулитизации.

В 50-х годах, благодаря широко проведенным геологоразведочным работам, были открыты месторождения вермикулитового сырья различной мощности во многих районах нашей страны: в 1957 г. — мощные залежи вермикулита на Кольском полуострове (Ковдорское и Аф-риканда). Весьма крупным месторождением вермикулита оказалось Потанинское месторождение в Челябинской области.

Большой промышленный интерес представляют Кокшаровское и Татьяновское месторождения на Дальнем Востоке (Приморье). Вер-991 микулит был найден в Сибири — Красноярском крае и Якутской АССР, на Украине, в Казахстане и других районах. Всего к началу пятилетки 1966—1970 гг. было выявлено около 30 вермикулитовых месторождений.

Однако не все они имеют одинаковое значение для народного хозяйства. Главными факторами, определяющими значимость отдельных месторождений, являются:

мощность месторождения — величина геологических запасов вермикулитового сырья;

содержание вермикулита-минерала в горной породе и необходимость ее обогащения;

3)условия залегания и легкость добычи.

Самым перспективным месторождением вермикулита из известных в настоящее время является Потанинское, запасы которого ориентировочно определяются 30—50 млн. т, а среднее содержание вермикулита в породе составляет 32%. Это месторождение находится вблизи крупных центров потребления вермикулита. Руда залегает на небольшой глубине, и ее добывают открытым способом.

Вторым по величине месторождением вермикулита является Ков-дорское в Мурманской обл. Невысокая концентрация вермикулита в руде (10—15%) и отдаленность этого северного месторождения от промышленных центров страны предопределяют высокую стоимость ковдорского вермикулита.

Минерал вермикулит входит в состав разных горных пород и в разных количествах. Он встречается среди пегматитовых, пироксеновых, серпентиновых, тальковых, апатитовых и других пород.

Для промышленного использования вермикулитсодержащих пород их подвергают обогащению, чтобы увеличить содержание (концентрацию) вермикулита в руде. Таким способом получают вермикулитовые концентраты. Вместе с тем для вспучивания используют не только концентраты, содержащие минерал-вермикулит, но и концентраты родственных ему сильногидратированных видов слюды, например гидробиотит и гидрофлогопит.

Вообще в промышленности вермикулитом часто считают гидратированную слюду, хорошо вспучивающуюся при быстром нагревании.

Строение вермикулита подобно строению слюды, причем часть ионов Si замещена в нем ионами Аl, а вместо ионов К содержатся 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. Содержание составных частей может колебаться в следующих пределах в %: Si02 37—42, MgO 14—28, Fe203 5—17, FeO 1—3, A1203 10—13, H20 8—20. Кроме того, в вермикулите может находиться К20 + Na20 в небольшом количестве (до 1—2%).

Самым замечательным 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.

Причиной вспучивания является энергичное взрывообразное выделение паров воды, которые, действуя перпендикулярно плоскостям спайности, раздвигают пластинки слюды и увеличивают тем самым объем зерен в 15—20 раз и более. Вспученный вермикулит имеет своеобразную пластинчатую пористость, которой не обладают другие теплоизоляционные материалы.

Исследования показали, что тончайшие пластинки (от 5 до 25 мк) образующие зерна хорошо обожженного вспученного вермикулита, сохраняют присущую пластинкам природного вермикулита упругость, приобретая во время обжига лишь несколько большую изогнутость. Пористое строение вспученного вермикулита отличается наличием сообщающихся между собой пор неправильной, линзовидной, вытянутой по слоистости формы. Зерна вспученного вермикулита практически не имеют замкнутых, изолированных друг от друга пор.

На степень вспучивания 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:

а) конституционную (гидратную), входящую в точных стехиомет-рических количествах в молекулярную структуру минерала;

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

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

г)гигроскопическую, механически удерживаемую на’поверхности зерен минерала.

Процесс дегидратации вермикулита при его нагревании можно схематически разделить на следующие три стадии: первая стадия — при температурах до 200° С — происходит удаление гигроскопической влаги, т. е. по существу сушка, сопровождаемая начинающимся вспучиванием, вторая стадия — в интервале от 200 до 275° С — характерна удалением межпакетной воды, что связано с уже сильным вспучиванием; третья стадия — в широких пределах от 700 до 1100° С — удаляется конституционная вода, что обусловливает дальнейшее увеличение объема зерен вермикулита.

Применительно к вспучиванию вермикулита в технической литературе различают два понятия коэффициента вспучивания:

коэффициент вспучивания вермикулита Кв, равный отношению объемного веса вермикулита до вспучивания к объемному весу того же вермикулита после вспучивания. Для вермикулита значение Кзв достигает 10, а гидрослюды — 4;

коэффициент вспучивания отдельных зерен вермикулита Козв, представляющий отношение толщины зерна после вспучивания (s2) к толщине зерна до вспучивания (sx). Для разных вермикулитов значение Козв, колеблется от 15 до 40.

Первичными показателями качества вспученного вермикулита служат размер зерен и объемный вес.

В зависимости от размера зерен вспученный вермикулит делят на две фракции: мелкий — от 0,15—0,25 до 3 мм и крупный — от 3 до 10—15 мм. По объемному весу (в насыпном состоянии без уплотнения) вспученный вермикулит должен соответствовать маркам 100, 150, 200, 250 и 300.

Величина объемного веса вспученного вермикулита связана с размером зерен: объемный (насыпной) вес возрастает с уменьшением размера зерен (рис. 48). Коэффициент теплопроводности вспученного вермикулита зависит от его объемного веса, а следовательно, и от размера зерен. Для указанных марок вермикулита коэффициент теплопроводности должен быть в пределах 0,065—0,085 ккал/м * ч-град (при 25° С).

Мелкозернистый вермикулит, как имеющий больший объемный вес, чем крупнозернистый, имеет и более высокий коэффициент теплопроводности при температуре 20° С, но зато рост коэффициента теплопроводности с повышением температуры у мелкозернистого вермикулита будет медленнее, чем у крупнозернистого. Объясняется это большим влиянием конвекции в крупных межзерновых пустотах (порах) насыпного вермикулита на его теплопроводность. Например, уже при повышении температуры до 300° С теплопроводность крупнозернистого вермикулита возрастает примерно в два раза. На коэффициент теплопроводности вермикулита влияет в известной мере отражательная способность блестящих поверхностей его зерен, имеющих коэффициент излучения всего лишь 0,6 ккал/м2<�ч-град, что делает его особенно эффективным материалом для высокотемпературной тепловой изоляции — до 1000—1100° С.

Зерна вспученного вермикулита обладают большой деформативностью: они легко сминаются и сжимаются, в результате чего вермикулит уплотняется. Вместе с тем в спокойном состоянии вспученный вермикулит, как правило, не дает осадки в теплоизоляционных и строительных конструкциях.

Объемный вес и прочность зерен вермикулита зависят от условий его обжига и охлаждения: при длительном нагревании вермикулита до 700—800° С и выше прочность зерен уменьшается, а это вследствие их раздавливания, приводит к увеличению объемного веса, т. е. ухудшению качества продукта обжига.

Вспученный вермикулит — прекрасный теплоизоляционный материал благодаря своей высокой пористости, большой легкости, малой теплопроводности и значительной температуростойкости.

2.1.2 Асбест Асбест — собирательное название группы минералов, наиболее характерной общей особенностью которых является волокнистое строение и способность расщепляться на весьма тонкие и гибкие волокна.

В соответствии с классификацией минералов С. С. Четверикова асбест относится к I классу — силикатам и по основным минералогическим признакам делится на две группы: серпентина (змеевика) и амфибола (роговой обманки). Группа серпентина в свою очередь состоит из двух разновидностей: хризотила и пикролита. Амфиболовый асбест также имеет несколько разновидностей: амозит, актинолит, антофиллит, тремолит, крокидолит (голубой асбест). Из всех разновидностей асбеста самым распространенным является хризотиловый асбест. В химическом отношении асбест представляет собой гидросиликат магния. Химический состав серпентинового асбеста может быть выражен (без учета воды) примерной формулой 3Mg0−2Si02, а амфи-болового асбеста MgOSi02. Как видно из формул, серпентиновый асбест содержит больше магнезии, а амфиболовый асбест — больше кремнезема; это определяет в значительной мере свойства и области применения отдельных видов асбеста.

Наиболее ценным по своим свойствам для производства теплоизоляционных материалов является хризотиловый асбест (кратко хризотил-асбест). Он обладает большей темпер ату ростойкостью, чем амфибол-асбест.

Средний химический состав хризотил-асбеста Баженовского месторождения в %:Si02 42,1, MgO 40,8, Аl2О30,7, Fe203 1,1, FeO 0,5, Н20 конституционная 13,0, Н20 адсорбционная 1,4; органические вещества 0,4.

Вода, как видно из приведенного состава асбеста, содержится в нем в виде конституционной воды, входящей в состав молекулы асбеста, и адсорбционной воды, удерживаемой на поверхности волокон асбеста. Содержание воды и прочность связи ее с материалом в значительной мер§ определяют свойства асбеста и условия его применения.

Волокна асбеста представляют собой кристаллы моноклинной сингонии (системы).

Систематические исследования природы асбеста, начатые еще в XIX в. и продолжающиеся до настоящего времени, позволили установить строение асбестового волокна и объяснить ряд технических свойств его.

В 30-х годах американские ученые Брэгг и Уоррен, пользуясь рентгенометрическим методом, определили размеры констант кристаллографической решетки и предложили гипотезу о структуре кристаллов хризотил-асбеста.

По этой гипотезе кристаллическая структура хризотил-асбеста состоит из цепей, образованных атомами кремния и кислорода, прочная связь между которыми существует только внутри этих цепей.

Боковые связи между цепями — О — Si—О — Si — О — образуют MgO и Н20, сравнительно слабо связанные с основным скелетом этих цепей.

Основной структурой кристаллов хризотил-асбеста служит двухслойный пакет: один слой пакета — бруситовый — состоит из гидро-ксила (ОН') и иона магния (Mg'), другой — кремнекислородный. Параметры решетки кристаллов хризотил-асбеста, по измерениям Брэгга и Уоррена, равны в А: а = 14,66, b = 18,5; с = 5,3.

Позднее, в 50-х годах, Юнг и Хейли точными опытами по адсорбции хризотил-асбестом разных газов установили, что волокна асбеста имеют внутренние полости, и определили их размеры. Так, было найдено, что в среднем внешний диаметро трубки хризотил-асбеста равен—260 А, внутренний диаметр~130 А, а толщина стенки ~ 65 А.

Расщепленность асбеста на отдельные волокна и агрегаты волокон является одним из самых замечательных его свойств, что отражается в старинных русских названиях этого минерала: «каменная кудель» и «горный лен». Расщепляемость асбеста на отдельные волокна практически беспредельна. Любое асбестовое волокно, каким бы оно ни было тонким, всегда является агрегатом колоссального количества отдельных кристаллов, т. е. элементарных волокон асбеста.

При современных методах тонкого расщепления еще не удалось выделить элементарного волокна хризотил-асбеста и точно определить его размеры. Однако, применяя электронный микроскоп, можно различать волокна хризотил-асбеста диаметром 30 А, т. е. приближающиеся к мономолекулярным размерам.

Прочность. Асбестовое волокно обладает очень большой прочностью. Предел прочности при разрыве недеформированных волокон хризотил-асбеста значительно превышает прочность многих натуральных и искусственных волокон органического и неорганического происхож дения. Ниже приведены средние величины прочности при разрыве у различных волокон и проволоки.

Высокая механическая прочность асбестового волокна обусловли вается прочной химической связью цепей — О — Si — О — по осям кристалла хризотил-асбеста; но при механических воздействиях на недеформированное волокно, например изгибе и скручивании, прочность резко уменьшается; даже однократный изгиб волокна снижает его прочность почти в 2 раза.

На асбестообогатительных фабриках, а также при последующей распушке асбеста волокна его подвергаются многочисленным и весьма разнообразным механическим деформациям, в результате которых предел прочности волокна при разрыве снижается до 60—90 кГ/мм2.

Температуростойкость является одним из самых ценных технических свойств асбеста. Она зависит от его химического состава и поведения при нагревании содержащейся в асбесте воды. Асбест при нагревании дегидратирует, а это, в свою очередь, приводит к снижению прочности асбестового волокна. Хризотил-асбест обладает более высокой температуррстойкостью, чем амфибол-асбест, вследствие большего содержания в нем MgO по сравнению с амфибол-асбестом.

Дегидратация хризотил-асбеста начинается с потери им адсорбционной воды. Уже при 110° С асбест теряет около 2/3 адсорбционной воды, а при дальнейшем нагревании примерно до температуры 370° С целиком ее лишается. Потеря адсорбционной воды имеет регенеративный (восстановительный) характер, так как при последующем вылеживании при нормальной температуре асбест довольно быстро вновь адсорбирует потерянную влагу и восстанавливает прочность и гибкость.

При дальнейшем повышении температуры начинается удаление конституционной воды. Потеря этой воды является уже необратимым процессом. Молекулярное строение кристаллов асбеста при этом нарушается, что приводит к потере асбестом прочности и разрушению волокна. В температурном интервале от 600 до 700° С дегидратация хризотил-асбеста полностью заканчивается. Поэтому температуростойкость хризотил-асбеста считают обычно равной нижнему пределу этого интервала, т. е. 600° С. При повышении температуры до 1450—1500р С асбест плавится.

Сорбционную способность асбестового волокна используют в производстве теплоизоляционных материалов.

Из физической химии известно, что адсорбционная активность твердых тел определяется силовым полем, которое создается находящимися на поверхности этих тел атомами с неуравновешенными, т. е. свободными, связями валентности.

Хризотил-асбест обладает высокой адсорбционной способностью вследствие чрезвычайно развитой удельной поверхности. Волокна асбеста хорошо адсорбируют пары воды и легко образуют с водой суспензию. Адсорбционные процессы между хризотил-асбестом и продуктами гидратации цемента имеют важное значение при твердении системы асбест — цемент в производстве асбестоцементных строительных изделий.

Адсорбционная способность асбестового волокна является одним из факторов образования пористости у всех асбестсодержащих теплоизоляционных материалов.

Промышленная классификация хризотил-асбеста (по ГОСТ 12 871– — 67). Серпентиновую горную породу, содержащую асбест, добывают открытым способом и подвергают механическому обогащению на асбестовых фабриках для отделения хризотил-асбеста от основной породы.

В результате переработки образуются куски, иголки и волокна асбеста, представляющие продукты различной степени его расщепления. Кусками асбеста называют агрегаты (пучки) недеформированных волокон, имеющие не менее 2 мм в поперечнике, иголками — агрегаты недеформированных волокон до 2 мм в поперечнике.

Асбест, в котором волокна деформированы (лишены своей первоначальной прямолинейности) и перепутаны между собой, называют распушенным асбестом.

Хризотил-асбест механического обогащения делят по степени сохранности агрегатов волокна на три текстуры1: жесткую (Ж), полужесткую (П) и мягкую (М), а по длине волокна на восемь сортов.

Кроме этих текстур и сортов асбестовая промышленность выпускает еще асбест нулевого сорта АК и ДВ, т. е. асбест кусковой и особо длинноволокнистый, а также ПРЖ — промежуточный между жесткой с полужесткой текстурой и, наконец, асбест К — камерный, мягкой текстуры.

Длина волокна асбеста в зависимости от сорта его приведена ниже Сорт асбеста I II III IV V VI VII Длина «волокна (средняя) в «мм 16 12 9 5,5 2,5 1 0,7

Первые три сорта асбеста считаются длинноволокнистыми и относятся к текстильным сортам, а последние сорта — коротковолокни-стыми, их называют строительными сортами.

Качество хризотил-асбеста характеризуется его маркой, которая определяет текстуру и сорт асбеста, а также длину волокна в пределах данного сорта. Длину волокна указывают как величину остатка (в %), получаемого при просеивании асбеста на основном сите контрольного аппарата стандартной конструкции. Условное обозначение марок вклю.-чает три этих признака. Например, асбест мягкой текстуры VI сорта, дающий 30% остатка, имеет марку М-6−30. Асбест самых коротково-локнистых сортов негарантированной текстуры характеризуется маркой, которая указывает его сорт и объемный вес. Например, марка асбеста VIII сорта с объемным весом 750 кг/м3 будет 8−750.

В производстве теплоизоляционных материалов по экономическим причинам преимущественное распространение имеют наиболее коротковолокнистые сорта асбеста: VI, VII и VIII, лишь в редких случаях применяют асбест V сорта. По ГОСТ 12 871–67 для теплоизоляционных целей предназначается асбест марок К-6−30 и К-6−20.

Роль асбеста в теплоизоляционных материалах. Теплоизоляционные материалы, содержащие асбест, можно рассматривать как смеси асбестового волокна с высокопористыми веществами: диатомитом, легкой магнезией, свежеосажденным гипсом и др. Обычно основой материала является второй компонент, который составляет примерно 70— 80% общего веса материала. На долю асбестового волокна, таким образом, остается 20—30%. Свойства асбестсодержащих материалов (пористость, прочность, температуростойкость) определяются главным образом свойствами этого компонента смеси, называемого наполнителем.

Добавка асбестового волокна к основному компоненту теплоизоляционного материала улучшает свойства последнего: увеличивает прочность и снижает объемный вес. Эффективность добавки асбестового волокна не для всех материалов одинакова. Наиболее сильное влияние оказывает добавка асбестового волокна в трепельных материалах, причем она сказывается тем сильнее, чем тяжелее трепел или диатомит.

Увеличение прочности объясняется армирующим действием асбестовых волокон в пористой массе материала.

Располагаясь среди основного компонента смеси во всевозможных направлениях, асбестовые волокна после затворения смеси водой и последующего высыхания образуют в материале как бы асбестовый каркас, волокна которого связывают отдельные части материала и повышают его прочность.

Асбестовое волокно придает не только прочность, но и некоторую эластичность материалу, благодаря чему предотвращается образование трещин при вибрациях теплоизоляционных конструкций, например у трубопроводов к паровым молотам.

Армирующее действие асбестовых волокон зависит от длины их: длинные волокна лучше армируют материал, чем короткие. Поэтому длинноволокнистый асбест предпочтительнее применять для повышения прочности и эластичности материала. Однако по экономическим соображениям в производстве теплоизоляционных материалов используют коротковолокнистые сорта асбеста, которые перед употреблением подвергают дополнительной распушке.

Прочность этих материалов зависит главным образом от сил сцепления асбестовых волокон с другими компонентами, входящими в состав этих материалов (трепелом, диатомитом, легкими магнезиальными солями и др.) — Силы сцепления зависят от величины и свойств поверхности соприкосновения волокон асбеста с другими компонентами. С развитием общей поверхности соприкосновения прочность материала возрастает. Распушка асбеста, увеличивая общую поверхность его волокон, является средством повышения прочности асбестсодер-жащих материалов.

Понижение объемного веса материала при добавке асбеста происходит вследствие армирующего действия волокон асбеста и водо-удерживающей способности их.

Асбест в распушенном виде обладает способностью удерживать на поверхности волокон и в промежутках между ними значительное количество воды, что определяется адсорбцией воды асбестовыми волокнами и капиллярными силами в воздушных промежутках между волокнами.

При сушке теплоизоляционных изделий в материале образуются поры, возникают усилия, стремящиеся к уменьшению объема материала и его уплотнению. Усадочные явления приводят обычно к образованию трещин.

Равномерное распределение хотя и хаотически расположенных асбестовых волокон в массе материала в значительной мере предотвращает усадку и появление трещин. Водоудерживающая способность волокон распушенного асбеста является фактором понижения объемного веса у тех материалов, пористость которых образуется главным образом за счет испарения влаги. К таким материалам относятся, например, асбестотрепельные материалы. Чем больше воды будет введено с асбестом в материал, тем больше пор образуется при испарении воды, тем меньше будет объемный вес материала.

Величина водоудержания зависит от степени распушки асбеста. Распушка асбеста, резко увеличивая общую адсорбирующую поверхность волокон и количество капилляров между отдельными волокнами, повышает тем самым величину водоудержания.

Для всех сортов асбеста водозатворение повышается при увеличении степени распушки, причем наиболее резко это свойство обнаруживается у коротковолокнистых сортов.

2.2 Добыча, транспортировка

2.2.1 Вермикулит

2.2.1.1. Применяя соответствующие способы обогащения исходного сырья: флотацию, гравитационную или электромагнитную сепарацию—можно использовать вермикулитизированные сланцы, гнейсы и другие горные породы, содержащие сильногидратированные слюды, и таким путем расширять сырьевую базу для производства вермикулитовых теплоизоляционных материалов.

В зависимости от степени обогащения различают два вида вермикулитового сырья:

а)чистый концентрат, содержащий 85—96% вермикулита;

б)грубый концентрат, содержащий 50—60% вермикулита. Чистый концентрат, получаемый на обогатительных фабриках, предназначается для обжига его в печах и дальнейшего использования без дополнительного обогащения.

Грубый концентрат, получаемый по упрощенной технологии без дорогостоящих обогатительных установок, после вспучивания подвергается дополнительному обогащению.

Для развития производства теплоизоляционных материалов и удовлетворения других потребителей вермикулита теперь имеется мощная сырьевая база. Общая потребность в вермикулитовом концентрате к последнему году текущей пятилетки (1966—1970) определена примерно в 240 тыс. т. Крупные месторождения вермикулита на земном шаре немногочисленны. Помимо Советского Союза они имеются в США (шт. Монтана, Каролина и др.) и в ЮАР. Эти государства в основном и определяют уровень мировой добычи вермикулита в настоящее время.

Небольшие месторождения вермикулита известны в Индии и Китае, в Объединенной Арабской Республике и в других африканских странах (Анголе, Кении, Нигерии, Танзании). Вермикулит находят также в Аргентине и Австралии.

2.2.1.2. Вспученный вермикулит, как правило, изготовляют в местах его потребления, так как малый объемный вес и хрупкость зерен вспученного вермикулита ухудшают качество и удорожают, стоимость его при перевозках на далекие расстояния. Выгоднее доставлять более тяжелое вермикулитовое сырье из районов его добычи к местам потребления.

Предприятия для производства теплоизоляционных материалов должны использовать предварительно обогащенное вермикулитовое сырье.

Вермикулит упаковывают в бумажные четырехслойные мешки, соответствующие требованиям ГОСТ 2226–88.

Примечание. Допускается по согласованию между поставщиком и потребителем поставка вермикулита в другой упаковке.

На каждый мешок должен быть поставлен несмываемой краской штамп или наклеена этикетка с указанием:

а) предприятия-изготовителя;

б) даты изготовления;

в) фракции и марки вермикулита;

г) номера партии;

д) обозначения настоящего стандарта.

При погрузке и разгрузке должны соблюдаться все меры предосторожности, обеспечивающие сохранность вермикулита и тары.

Транспортирование вермикулита должно производиться в крытых вагонах или других крытых транспортных средствах.

Хранение вермикулита производят раздельно по фракциям и маркам в условиях, не допускающих его распыления, увлажнения, уплотнения и загрязнения.

При хранении и транспортировании высота штабеля вермикулита, упакованного в мягкую тару, не должна превышать 1,5 м.

2.2.2 Асбест

2.2.2.1.Природные запасы асбеста велики. В России первое месторождение асбеста было открыто в 1720 на реке Тагиле. Большие залежи асбеста были обнаружены в 1878 в Канаде (они простираются и на территорию США), позднее — в Южной Африке, где горная гряда, содержащая асбест, тянется на сотни километров. На карте Среднего Урала можно найти города и поселки городского типа Асбест, Асбестовское и Новоасбест; на юге Канады, недалеко от Монреаля, — город Асбестос, в ЮАР — Асбестовые Горы. Асбест в небольших количествах найден в Альпах, Аппалачах, на Кавказе, в других горных районах.

2.2.2.2.Асбест упаковывают в бумажные мешки марки НМ по ГОСТ 2226 или импортные синтетические мешки, обеспечивающие сохранность асбеста в течение гарантийного срока хранения.

Наполненные асбестом мешки зашивают машинным способом или заклеивают.

В зависимости от марки асбеста масса нетто или брутто одного мешка должна быть 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 и 50 кг.

Отклонение от номинальной массы нетто или брутто для асбеста групп 0 — 4 допускается ± 1%, для остальных групп — ± 5%.

По согласованию изготовителя и потребителя асбест групп 6К и 7 упаковывают в мягкие специализированные контейнеры разового использования типа МКР-1, ОМ или другие аналогичные контейнеры, изготовленные по нормативно-технической документации.

По согласованию изготовителя и потребителя допускается упаковывать асбест в виде крупногабаритных брикетов для групп 3 — 6 массой до 1250 кг в термоусадочной пленке по ГОСТ 25 951 и формировать мешки в транспортные пакеты по ГОСТ 26 663 и нормативно-технической документации на конкретные группы асбеста

3. Технология производства

3.1 Технологическая схема Доставляемый на завод железнодорожным или автомобильным транспортом обогащенный вермикулит-сырец хранят на складе, откуда автопогрузчиком его направляют в отделение подготовки сырьевых материалов и обжига вермикулита и ковшовым элеватором загружают в расходный бункер сырья. Из расходного бункера вермикулит при помощи ленточного питателя и элеватора 5подается в грохот для разделения на фракции с крупностью зерен до 0,5; 0,5—8 и крупнее 8 мм. Рабочей фракцией вермикулита-сырца является фракция с зернами размером 0,5—8 мм, которая собирается в бункере. Вермикулит с зернами крупнее 8 мм поступает через воронку с течкой 8 в молотковую дробилку, где подвергается дополнительному измельчению.

Дробленый вермикулит подается элеватором на грохот, из которого рабочая фракция поступает в расходный бункер. Фракция с зернами до 0,5 мм собирается в бункере (в производстве изделий ее не применяют).

Из расходного бункера вермикулит проходит через барабанный питатель и ленточным конвейером подается к агрегату для вспучивания. Через вращающийся затвор вермикулит сначала попадает в сушильный барабан агрегата, а высушенный и нагретый до 100 °C поступает в печь для вспучивания.

Вспученный при 1000—1200°С вермикулит отсасывается из печи и передается пневмотранспортом в циклоны с дымососом и скруббером, где зерна вермикулита отделяются от газов и пылевидных частиц.

Из циклонов вермикулит проходит через сепарационное устройство для отделения пустой породы и затем поступает в осадительный бункер, из которого пневмотранспортом передается в расходные бункера для дальнейшей переработки в изделия либо для упаковки в бумажные мешки при отпуске в рыхлом виде.

Остальные сырьевые материалы подготавливают следующим образом. Асбест со склада доставляют в мешках автопогрузчиком и после взвешивания на весах разгружают вручную на ленточный конвейер для подачи на бегуны для предварительной полусухой распушки, где он увлажняется до 30%-ной влажности и обрабатывается 25— 30 мин. Из бегунов асбест поступает в бак-смеситель, где разбавляется водой и после 5—8-минутного перемешивания полученная пульпа перекачивается центробежным насосом в пропеллерную мешалку для окончательного распушивания. В последней асбестовая пульпа обрабатывается 15—20 мин при скорости вращения лопастей 750 об/мин и затем перекачивается насосом в бак-смеситель для разведения водой до рабочей концентрации 8—12%. После чего пульпа по мере надобности перекачивается в бак-смеситель цеха производства изделий.