Вспученный перлит и изделия на его основе

Свойства: Вспученный перлит – сыпучий, пористый, рыхлый, легкий, долговечный материал. Огнестоек: температура применения – от минус 200 до 900° С. Обладает тепло- и звукоизолирующими свойствами, высокой впитывающей способностью: способен впитать жидкости до 400% собственного веса. Биологически стоек: не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов. Химически инертен: нейтрален к действию щелочей и слабых кислот. Перлит является экологически чистым и стерильным материалом, не токсичен, не содержит тяжелых металлов, pH – 7.0, нейтральный.

 

Характеристика сырья

Перлитами называют природный материал, породу, представляющую из себя вулканическое стекло. Состав: двуокись кремния SiO₂ (65-75%), окись алюминия AI₂O₃(10-16%), окись калия К₂О (до 5%), окись натрия Na₂O (до 4%), окись железа Fe ₂O₃ (от долей до 3%), окись магния MgO (от долей до 1%), окись кальция CaO (до 2%), вода H₂O (2-6%). Также могут присутствовать другие примеси.

Отличительной особенностью перлитовой породы является содержание в ней от 2 до 5% связанной воды.

Исходным сырьем для вспученного перлита является природный перлит.

Перлит (франц. perlite, от perle – жемчуг) – горная порода вулканического происхождения. На кромке потока лавы, в местах первичного соприкосновения магматических расплавов и земной поверхности, в результате быстрого охлаждении (закалки) лавы формируется вулканическое стекло – обсидиан. В дальнейшем подземные воды проникают сквозь обсидиан, происходит его гидратация и образование гидроксида обсидиана – перлита. Для перлита характерна мелкая концентрически-скорлуповатая отдельность (перлитовая структура), по которой он распадается на округлые ядра (перлы), напоминающие жемчужины с характерным блеском. Среди других вулканических пород перлит отличается наличием конституционной воды (более 1%). Пористость может составлять 8-40%.

Перлит может иметь черную, зеленую, красно-бурую, коричневую, белую окраску различных тонов.

Разновидности перлита: обсидиановый (с примесями обсидиана), сферолитовый (с примесями полевого шпата), смолянокаменный (однородный по составу), стекловатый и другие.

По текстурным признакам выделяют массивный, полосчатый, брекчиевидный и пемзовидный перлиты.

 

Механизм вспучивания

Вспученный перлит – материал, получаемый вспучиванием при обжиге подготовленных зерен из вулканических водосодержащих пород (перлит, обсидиан, витрофир и др.).

В перлите содержится около 1...2% (иногда больше) связанной воды. При обжиге (1000...1250°С) перлит размягчается и под давлением паров высвобождаемой воды сильно вспучивается. Коэффициент вспучивания – до 10... 12. Чем он больше, тем меньше расход сырья на единицу объема продукции.

Механизм вспучивания перлита аналогичен механизму вспучивания керамзита и обусловлен двумя взаимосвязанными факторами – доведением породы до пиропластического состояния, а также образованием водяных паров и частично газов и их выделением, что вызывает вспучивание. Вспучивание перлита связано, таким образом, с нагревом породы до ее размягчения, концентрацией газовой фазы, давление быстро нарастает, а также с достижением газовой фазой избыточного давления, необходимого для преодоления силы вязкости и поверхностного натяжения расплава.

Основным источником образования газовой фазы при получении вспученного перлита являются, таким образом, первичная, входящая в состав магмы, и вторичная вода, а также газы, заключенные в порах породы и выделяемые в результате пирохимических реакций, проходящих при обжиге перлитовой породы. Интенсивное испарение слабосвязанной воды приводит к растрескиванию зерен обжигаемой породы, что наряду со вспучиванием также сказывается на увеличении первоначального объема перлита.

 

Технология производства

Технология производства вспученного перлита включает дробление исходной породы (до 1...2 мм при производстве песка и до 5...10 мм при производстве щебня) и сортировку. Перед обжигом сырье в ряде случаев рекомендуется подвергать предварительной термической обработке в сушильном барабане или малой вращающейся печи при температуре 250...450°С в течение нескольких минут. При этом удаляется свободная и слабосвязанная вода, в дальнейшем зерна породы могут при обжиге выдержать более высокую температуру, не растрескиваясь. Остаточной, трудноудаляемой воды в зернах вполне достаточно для бурного вспучивания при температуре до 1250°С.

Для получения вспученного перлита используют вертикальные (шахтные) и вращающиеся печи, а также печи кипящего слоя. Выбор конструкции печи определяется размером обжигаемых зерен, требуемыми свойствами заполнителя и запланированной производительностью.

При производстве вспученного перлитового песка применяют шахтные печи. Печь представляет собой вертикальный футерованный изнутри цилиндр с конической нижней частью. Поток горячих газов от сжигания топлива направляется снизу вверх. Поскольку площадь сечения конической части печи с подъемом увеличивается, скорость газового потока соответственно уменьшается. Через загрузочные отверстия в верхнюю цилиндрическую часть печи подается дробленая перлитовая порода и свободно падает вниз, пока в конической части не подхватывается восходящим потоком горячих газов. Зерна породы, витая в горячей газовой струе, вспучиваются. При этом парусность их резко увеличивается, и они увлекаются газовым потоком вверх, выносятся из печи и затем осаждаются в циклонах.

Технология производства вспученного перлитового щебня и песка предусматривает термическую обработку сырья во вращающихся печах. Легкие мелкие фракции песка вспучиваются в основном во взвешенном состоянии и уносятся из печи потоком отходящих газов (с последующим осаждением в циклонах). Более крупные фракции, не увлекаемые газовым потоком, вспучиваются на футеровке печи и выгружаются. Для ускорения нагрева материала используют принцип прямотока, т. е. факел горящего топлива и поток газов направляют не навстречу потоку обжигаемого материала (как при получении керамзита), а в том же направлении – по наклону печи.

Для получения вспученного перлита с зернами размером до 10 мм, в основном крупного песка, обжиг целесообразно производить в двух зонных печах кипящего слоя.

В соответствии с ГОСТ «Песок и щебень перлитовые вспученные» предусматриваются марки по насыпной плотности для песка 75... 500, для щебня - 200... 500. Прочность щебня при сдавливании в цилиндре для указанных марок должна быть не менее 0,15... 0,9 МП а. Вспученный перлит отличается от других пористых заполнителей высоким водопоглощением, которое тем больше, чем больше степень вспучивания. В стандарте водопоглощение щебня ограничивается: для марки 500 – не более 30%, для марки 400-50%, для марки 300-75%, для марки 250-100%, для марки 200-125% по массе.

В отличие от других пористых заполнителей мелкие фракции вспученного перлита легче крупных. Это объясняется особенностями вспучивания стекловидных пород по сравнению, например, с глинистыми. Так, при производстве керамзита мелкие глиняные гранулы (до 5 мм) часто совсем не вспучиваются, так как еще до размягчения теряют все образующиеся при обжиге газы. Перлитовая же стекловидная порода удерживает газы, и чем лучше она прогревается в мелких гранулах, тем интенсивнее вспучивается.

Перлит может применяться в естественном виде (в строительстве), но чаще используется вспученный перлит.

· Строительство. Использование перлита в строительстве позволяет повысить характеристики тепло-, звукоизоляции и пожаробезопасности возводимых сооружений, при этом значительно сократив массу и объемы конструкций. Перлит применяется самостоятельно (в качестве замены песка и щебня, теплозвукоизоляционной засыпки для полов, стен, кровли) или в смесях с другими строительными материалами (как компонент при изготовлении теплоизоляционных изделий, теплых штукатурок, легких строительных растворов, наполнителей для линолеума, красок, сухих строительных смесей). Также перлит – это абразивный материал.

· Спортивное строительство. При устройстве спортивных площадок и гольф-полей перлит добавляется в почву перед посевом травы. Благодаря этому поле не затопляется и не размывается в дождливые периоды, не пересыхает и сохраняет травяной покров в периоды засухи.

· Нефтеперерабатывающая и газовая промышленность. Перлит эффективно используется в качестве адсорбента при разливе нефти или мазута. При этом нефтепродукты легко выгорают из впитавшего их перлита. Перлит добавляется в тампонажные цементы, предназначенные для крепления нефтяных и газовых скважин.

· В жилищно-коммунальном хозяйстве перлит применяется для очистки водопроводной воды после ее химического обеззараживания и перед доведением ее до потребителя, для очистки сточных вод.

· Пищевая промышленность. Среда для хранения продуктов. Фильтр для очистки вин, сахарных сиропов, пива, фруктовых соков, растительных масел.

· Экология. Очистка поверхностей водоемов и земель от химических и промышленных загрязнений, радионуклидов.

· В медицинской промышленности перлит используется для фильтрации фармацевтических препаратов.

Также перлит применяется в стекольной, металлургической, химической отраслях промышленности, сельском хозяйстве (агроперлит).

Перлит применяется не только самостоятельно как засыпочный материал, но из вспученного перлита с добавками связующих веществ можно изготавливать теплоизоляционные изделия двух видов:

а) безобжиговые – асбестоперлитовые с температурой применения до 600 ^оС;

б) обжиговые – керамикоперлитовые с температурой применения до 900 ^оС;

Вспученный перлит в таких изделиях выполняет роль высокопористого заполнителя. Он является основным компонентом сырьевых смесей, из которых формуют изделия: от содержания вспученного перлита в этих смесях, его гранулометрического состава и сохранности зерен в большой мере зависят свойства изделий. Волокна асбеста образуют как бы каркас изделий, повышая прочность и придавая упругость. Каркас из асбеста уменьшает усадочные явления при сушке и увеличивает пористость изделий. Связующим веществом при производстве безобжиговых изделий может служить цемент, растворимое стекло, гипс, пластичная глина, синтетические смолы, крахмал, битум и т.д. Выбор вида связующего определяется условиями применения изделий, свойствами, которые они должны иметь, а также способом их производства. Так, неорганические связующие (кроме гипса) служат для изготовления изделий с высокой температуростойкостью (до 600 ^оС) и с большей средней плотностью и прочностью. Органические связующие повышают водостойкость, снижают водопоглощение изделий, создают возможность получения более легких, но зато и менее температуростойких изделий.

Технология безобжиговых изделий на основе вспученного перлита подобна технологии бетонных изделий и складывается из следующих основных процессов: распушки асбеста, смешивания сырьевых материалов, прессования изделий и твердения их. Режимы твердения и сушки зависят от вида связующего.

Виды безобжиговых материалов: перлитоцементные изделия, гипсоперлит, битумоперлит, перлитобетон.

Технология обжиговых изделий на основе вспученного перлита подобна технологии керамических материалов и складывается из следующих основных процессов: подготовки сырьевой массы, формования, сушки и обжига изделий. Назначение вспученного перлита при этой технологии то же, что и шамота в составе огнеупора, а глина или диатомит являются связующими пластическими материалами. Изделия