| § 2. Определение степени распушки асбеста
Качество асбеста определяется рядом показателей его свойств: длиной волокон, содержанием иголок и распушенного асбеста, текстурным показателем, влагосодержанием, средней плотностью, ломкостью волокон. Все эти показатели устанавливают путем технического анализа, проводящегося в соответствии с требованиями ГОСТ 1281—67 на обогатительных фабриках или непосредственно на предприятиях — потребителях асбеста.
Марку и сортность товарного асбеста устанавливают путем проведения ситового анализа, в результате чего определяют длину волокон, количество пыли и гали в асбесте, и определения текстурного показателя, который, по сути дела, выражает степень расщепления волокон асбеста.
В зависимости от длины волокон асбест делится на следующие сорта: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, а по текстурному показателю, представляющему собой объем 100 г асбеста, выраженный в граммах, на три текстурные группы: жесткую, полужесткую и мягкую.
Для изготовления теплоизоляционных материалов используют низкосортный коротковолокнистый асбест (6, 7 и 8-го сортов и реже 5-го сорта).
Обычно партия асбеста, поступающая на завод, снабжается паспортом, в котором указаны все показатели его свойств, поэтому на предприятиях, изготовляющих асбестосодержащие теплоизоляционные материалы, производят лишь некоторые определения, позволяющие уточнить влажность и среднюю плотность асбеста, которые необходимы для правильного составления сырьевых шихт.
Широкое применение асбеста при производстве целого ряда теплоизоляционных материалов (асбестоцементных, асбестотрепельных, асбестомагнезиальных, асбестодоломитовых и т. д.) объясняется его замечательными свойствами, важнейшими из которых являются высокая прочность волокон при разрыве и большая водоудерживающая способность, увеличивающаяся с увеличением удельной поверхности (степени распушки) волокон асбеста. Эти два свойства позволяют значительно повышать прочность изделий за счет армирующего действия волокон асбеста и снижать их среднюю плотность за счет увеличения содержания воды в формовочных массах, в состав которых введен асбест.
Первый этап технологического процесса производства всех асбестосодержащих теплоизоляционных материалов заключается главным образом в распушке асбеста. Чем качественнее произведена распушка асбеста, чем тоньше его волокна, тем выше показатели свойств теплоизоляционного материала, тем меньше расход самого асбеста.
В производственных условиях распушку асбеста производят как сухим, так и мокрым способами. Сухая распушка асбеста осуществляется в молотковых дробилках и дезинтеграторах, а мокрая — в бегунах, голлеидерах, быстроходных винтовых мешалках и других аппаратах. Часто распушку производят комбинированно, вначале сухим, а затем мокрым способом. При этом производят контроль степени распушки асбеста. Степень распушки асбеста может быть выражена: а) величиной удельного объема осадка распушенного асбеста, выделенного из водной суспензии (при мокром способе); б) величиной удельной поверхности распушенного асбеста (при сухом способе) и в) тонкостью асбестовых волокон, определяемой путем непосредственного измерения их под микроскопом. Наиболее широкое распространение получил способ определения степени распушки асбеста по удельному объему осадка. Этот способ состоит из следующих операций: отбора средней пробы, определения влажности асбеста (одним из ускоренных методов), приготовления 1%-ной водной суспензии асбеста и определения объема осадка, образовавшегося после отстаивания суспензии в течение определенного времени.
Степень распушки асбеста определяют по объему стандартно приготовленной суспензии. При определении степени распушки асбеста после обработки его на бегунах измеряют объем осадка в 1 л однопроцентной суспензии после отстаивания в течение 15 мин, а после обработки в голлендере или в быстроходной винтовой мешалке, где распушка асбеста осуществляется гораздо более интенсивно, измеряют объем осадка в 1 л полупроцентной суспензии после ее отстаивания в течение 30 мин. И в том, и в другом случае перед отстаиванием водную суспензию асбеста взбалтывают либо на специальном приборе — взбалтывателе 0-21 (рис. 42), либо вручную.
Прибор 0-21 для взбалтывания асбестовой суспензии состоит из массивной станины 1, в подшипниках которой вращается вал 5, приводящийся во вращение электромотором мощностью 0,25 кВт. На валу с обоих концов наглухо закреплены две крестовины 4; на каждой из них находится по четыре чашки, из которых две закреплены жестко, а две другие подвижно. Подвижные чашки могут неподвижно закрепляться стопорными винтами 3. Между каждой парой чашек (неподвижной и подвижной) помещаются стеклянные банки 2 емкостью по 1000 мл. Всего в приборе 4 банки. Крестовины и банки вращаются со скоростью 60 об/мин.
Объем банок предварительно калибруют, для чего на наружной поверхности каждой банки по всей ее длине наклеивают полоску миллиметровой бумаги шириной 10 мм. Банки высушивают и взвешивают и, не снимая с чашки весов, периодически добавляют по 50 г дистиллированной воды (при 20°С). При этом каждый раз на полоске бумаги отмечают уровень воды в сосуде. Калибровку банок производят до объема 1000 см3.
Чтобы определить степень распушки асбеста с помощью взбалтывателя 0-21, готовят однопроцентную или полупроцентную водную суспензию асбеста в количестве 1000 см3, для чего отвешивают 10 или 5 г сухого асбеста .или, зная влажность средней пробы асбеста, навеску его определяют в граммах:
Взятые две навески асбеста помещают в две калиброванные банки прибора и наливают в них воду до отметок, соответствующих объему 1000 см3. Каждую банку плотно закрывают пробкой и закрепляют в гнездах прибора стопорными винтами. Затем включают мотор и взбалтывают суспензию асбеста в течение 5 (после обработки его на бегунах) или 20 мин, если распушка асбеста производилась в голлендоре или винтовой мешалке. После окончания взбалтывания банки вынимают из зажимов прибора и устанавливают на горизонтальную поверхность стола для отстаивания, которое продолжается 15 или 30 мин в зависимости от способа распушки асбеста.
Из двух отсчетов объема осадка (в двух банках) вычисляют его среднее значение и затем определяют степень распушки асбеста (%)
где V1 — объем осадка асбеста, см3; V — общий объем суспензии, см3.
При отсутствии взбалтывателя O-21 степень распушки асбеста определяют в мерных стеклянных цилиндрах емкостью 1000 см3. Приготовление и взбалтывание суспензии производят следующим образом. Навеску асбеста помещают в фарфоровую чашку, заливают 100 мл воды и размешивают в течение 1 мин стеклянной палочкой с резиновым наконечником, разминая отдельные комочки до получения кашицеобразной массы. Эту массу переносят в мерный цилиндр, в который затем доливают воду до отметки 1000 мл. Закрыв отверстие цилиндра ладонью, попеременно переворачивают его 10 раз на 180°.
После взбалтывания цилиндр ставят на стол и оставляют в покое на 15 или 30 мин в зависимости от примененного метода распушки асбеста, а затем замеряют объем осадка и вычисляют степень распушки асбеста как среднюю величину двух определений.
Полученные результаты записывают в журнал по следующей форме:
§ 3. Испытание сырья для получения вспученного перлита
Среди горных пород, используемых для получения теплоизоляционных материалов, все более широкое применение находит вулканическая водосодержащая стекловатая порода перлит.
Особенностью перлита является его способность вспучиваться при термической обработке. Этой особенностью кроме перлита обладают и другие вулканические стекла, известные под различными наименованиями: обсидиан, пехштейн, витрофир и др. Общим свойством всех этих горных пород, определяющим их вспучиваемость, является содержание в них воды, находящейся в различных формах связи с твердым веществом.
При быстром остывании изверженной вулканической лавы часть влаги, содержавшейся в ней в виде пара, превращалась в воду, находящуюся в особом «растворенном» состоянии. Некоторая часть влаги переходила кристаллизационную воду тех минералов, которые образовывались в остывавшей лаве. В дальнейшем при поверхностной гидратации в породе появлялась гигроскопическая влага.
Главная роль в процессе порообразования при вспучивании перлита и других стекол принадлежит растворенной воде.
Породы, из которых получают вспученный перлит, могут быть плотными, кусковыми, однородными, состоящими из двух, трех и более разновидностей, а также рыхлыми, содержащими до 90% мелкозернистых фракций.
Пригодность сырья для производства вспученного перлита определяется степенью его вспучивания при термической обработке и средней плотностью (насыпной и в куске).
Вспученный перлит должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10832—74.
При прокаливании сырья потеря массы не должна превышать 10%, а интервал вспучивания сырья должен быть не менее 50° С. За интервал вспучивания принимают интервал между температурой, при которой получен вспученный материал со средней плотностью в куске менее 1,0 г/см3, и температурой начала оплавления поверхности зерен перлита.
Испытание пригодности сырья для производства вспученного перлита (песка и щебня) сводится к следующим определениям: макроскопическая оценка сырья; отбор проб всех разновидностей сырья, которые содержатся в нем в количестве не менее 20% по массе; определение потери массы при прокаливании (п. п. п.); определение средней плотности природного и вспученного перлита и коэффициента вспучивания породы; определение количества невспучивающейся породы; проведение испытаний на прочность и морозостойкость вспученного перлита.
Отбор и подготовка проб к испытаниям. Отобранную Для испытания пробу в количестве не менее 5 кг подвергают внешнему осмотру, для чего высылают ее в металлический противень и разравнивают. Отдельные крупные куски породы разбивают, осматривают и описывают их макроструктуру (цвет, блеск, характер излома, текстуру, пористость, наличие инородных вкраплений), а также выявляют типичные разновидности породы и определяют их количественное содержание путем ручной сортировки и взвешивания.
Для петрографического анализа отбирают образцы размером не менее 30 мм от всех разновидностей породы, содержание которых в породе составляет не менее 20%. От этих же разновидностей берут пробы в количестве 50—100 г для химического анализа.
После отбора этих образцов всю пробу (за исключением нескольких характерных для нее крупных кусков, которые оставляют на случай контрольного анализа) дробят до крупности кусков 10 мм и рассеивают на ситах с размером ячеек 7 и 10 мм. От фракций 7—10 мм отбирают путем квартования среднюю пробу в количестве 1—2 кг для определения степени вспучиваемости (500 г), средней плотности (100 г) и потерь при прокаливании (50 г).
При наличии в породе мелкозернистого материала отбирают образцы в виде крупных кусков для петрографического анализа, а затем среднюю пробу в количестве 1 кг подвергают рассеву на ситах с размером ячеек 0,5; 3; 7 и 10 мм и определяют гранулометрический состав мелкозернистого материала в данной породе.
Оставшиеся крупные куски материала дробят до крупности 10 мм и смешивают с мелкозернистой фракцией; производят рассев на ситах 0,5 и 10 мм и отбирают пробу от фракций 0,5—10 мм для определения потерь при прокаливании (п. п. п.). Для определения средней плотности и вспучиваемости породы выделяют фракцию 0,5—3 и 7—10 мм в количестве не менее 1 кг каждой фракции.
Подготовленные таким образом пробы породы подвергают испытаниям.
Определение потери массы при прокаливании. В прокаленный и взвешенный фафоровый тигель помещают 1 г измельченной и высушенной до постоянной массы перлитовой породы (взвешивание тигля и породы производят с точностью до 0,01 г). Тигель с породой постепенно нагревают на пламени горелки или в электропечи до температуры 950—1000° С и выдерживают при этой температуре не менее 1 ч. Затем тигель с прокаленным материалом охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Прокаливание повторяют несколько раз, выдерживая материал при максимальной температуре в течение 10 мин. После достижения постоянной массы опыт прекращают и вычисляют величину п. п. п. (%)
где m1 — масса тигля с навеской до прокаливания, г; m2 — масса тигля с навеской после прокаливания, г; m- масса непрокаленной навески, г.
Для получения более достоверных результатов определение производят на трех навесках и вычисляют величину п. л. п. как среднюю арифметическую по результатам трех определений.
Значение этой величины позволяет судить о количестве растворенной и кристаллизационной воды в данном материале.
В случае необходимости таким же образом определяют потери массы при прокаливании при температуре 300, 500, 600, 700 и 800° С.
Определение коэффициента вспучивания перлитового сырья. Коэффициент вспучивания перлитовой породы является главным качественным показателем сырья. Чем больше значение этого коэффициента, тем меньше средняя плотность вспученного материала, тем лучше его теплофизические свойства.
Величина коэффициента вспучивания зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются следующие: количественное содержание в породе растворенной и кристаллизационной воды, приближенно характеризуемое величиной п. п. п., размер обжигаемых кусков материала, режим обжига (его порядок, максимальная продолжительность и температура), применяющиеся для тепловой обработки тепловые аппараты.
Как показали многочисленные исследования и накопленный производственный опыт, определяющим для выбора схемы и параметров обжига является количество воды, содержащейся в породе. Как уже указывалось выше, величина п. л. л. с достаточной точностью характеризует количественное содержание воды в породе, влияющей на ее вспучиваемость. Если величина п. п. п. в той или иной породе превышает 3%, то для получения максимального коэффициента вспучивания и предотвращения растрескивания кусков породы в процессе их обжига необходимо применять двухстадийную тепловую обработку сырья.
При двухстадийной схеме обжига материал вначале подогревают при температуре 200—400° С для удаления излишней воды, а затем производят быстрый его нагрев до температуры вспучивания.
Обжиг перлитовой породы производят по фракциям в лабораторных печах, обеспечивающих получение рабочей температуры не менее 1350° С.
Для предохранения нагревательных элементов печи от попадания на них кусочков породы, что имеет место при растрескивании частиц материала, в печь помещают тонкостенный керамический муфель. Обжиг образцов производят на гидростойких (например, шамотных) пластинках, играющих роль поддонов.
Навеску фракции 7—10 мм в количестве 10 г с помощью совочка с удлиненной ручкой быстро вносят в печь, предварительно разогретую до заданной температуры. Затем печь закрывают и через определенное время вынимают шамотную пластинку с обожженным материалом.
Обжиг фракций 0,5—3 мм производят на поддонах с бортиками. Величину навески берут обычно в количестве 10 г.
С целью выявления максимальной температуры обжига испытуемого материала производят предварительный обжиг сырья при нескольких температурах: 900, 1000, 1100 и 1200° С. Если обжигаемые породы при этих температурах не вспучиваются или вспучиваются недостаточно, то проводят еще серию опытов, увеличивая температуру обжига до 1350° С.
Продолжительность обжига при вспучивании различных видов вулканических стекол может меняться в широких пределах. Например, продолжительность обжига при вспучивании витрофиров колеблется обычно от 1 до 5 мин, обсидианов — от 20 до 50 мин, а перлитовых стекол — от 20 с до 1 мин. При повышении температуры обжига продолжительность его сокращается.
Оценку вспучиваемости материала производят по величине коэффициента вспучивания, который представляет собой отношение средней плотности породы к средней плотности вспученного материала
где ρп — средняя плотность куска породы или насыпная средняя плотность фракций этой породы от 0,5 до 3 мм, г/см3; ρв.п — средняя плотность вспученного куска или насыпная средняя плотность вспученного перлитового песка, г/см3.
Определение средней плотности кусков материала и насыпной средней плотности мелкозернистого материала производят по методике, приведенной в гл. I, § 4.
За оптимальную принимают температуру, при которой получился наибольший коэффициент вспучивания или наименьшая средняя плотность вспученного материала.
Определение схемы термической обработки и оптимальных параметров обжига. Схему термической обработки перлитовой породы определяют по величине п. п. п. и по результатам предварительного обжига.
Если величина п. п. п. превышает 3%, то термическую обработку породы рекомендуется осуществлять по двухстадийной схеме, в противном случае во время обжига будет происходить растрескивание зерен породы за счет бурного выделения паров воды.
В этом случае определяют оптимальный режим термической обработки (подогрева) и оптимальный режим вспучивания материала.
Для определения режима термической подготовки задаются тремя значениями остаточной воды, отличающимися друг от друга на 1 — 1,5% (например, 1, 2 и 3%). Путем подогрева материала при различных режимах в интервале температур от 300 до 500° С добиваются удаления из него излишней воды и получения остаточного ее количества в заданных пределах.
Метод удаления части воды заключается в следующем. Навеску породы в количестве 5 г, высушенную до постоянной массы при температуре 105—110° С, помещают в тигель и устанавливают в муфельную печь, предварительно разогретую до заданной температуры. В печи материал выдерживают от 10 до 30 мин. Затем тигель с материалом охлаждают в эксикаторе, взвешивают с точностью до 0,01 г и подсчитывают потерю массы, %
где m — масса исходной породы с тиглем, г; m1 — масса породы с тиглем после термической обработки, г; m2 — масса тигля, г.
Остаточное содержание воды W1 определяют по разности между величиной п. п. п. для данной породы, определенной ранее, и потерей массы (?m) после термической обработки W1 = п. п. п. — ?m, %.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.П.ГОРЛОВ
1982 |
