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下一頁黑河巖棉與礦渣棉的區(qū)別
黑河巖棉與礦渣棉同屬礦物棉 ,它們之間在生產(chǎn)工藝、纖維形態(tài)、耐堿性、導(dǎo)熱系數(shù)、不 燃性等方面存在不少共同點。 人們通常將黑河巖棉和礦渣棉統(tǒng)稱為礦棉 ,因此易將兩者看成是同 一種東西 ,甚至認為礦渣棉色澤潔白 ,比灰綠色的黑河巖棉更為“純凈”些 ,這是一種誤解。雖然 它們都屬礦物棉 ,但也還存在一些不容忽視的差別。形成這些差別的主要原因 ,是原料成份 的不同。 1 黑河巖棉與礦渣棉化學(xué)成份及酸度系數(shù)的比較在我國 ,礦渣棉的主要原料一般為高爐 渣或其它冶金爐渣 ,黑河巖棉的主要原料則為玄武巖或輝綠巖,它們的化學(xué)成份差異較大(表 1) 。 由表 1 可見:高爐渣化學(xué)成份的特點是,SiO2 +Al2O3 + CaO + MgO 含量高達 90 %～ 95 %,而 Fe2O3+ FeO 含量小于 1;玄武巖和輝綠巖化學(xué)成份的特點是 ,SiO2 + Al2O3 + CaO + MgO 含量為 77 %～83 %,比高爐渣低 10 %左右 ,而 Fe2O3 + FeO 含量平均在 11 %左 右 ,最高時可高達 17 %,是高爐渣中鐵氧化物含量的十?dāng)?shù)倍。鑒于以上兩類原料的不同特 點 ,以它們?yōu)樵戏謩e生產(chǎn)出來的礦物纖維也具有不同的化學(xué)成份特點。黑河巖棉的酸度系數(shù) MK 一般大于 1.5, 甚至可高達 2.0 以上;礦渣棉的 MK 一般只能保持在 1.2 左右 ,很難超過 1.3,這是因為若要進一步提高礦渣棉的酸度系數(shù) ,就必須提高熔體中 SiO2 和 Al2O3 的含 量 ,使 CaO 和 MgO 含量相應(yīng)地有所降低 ,在鐵含量較低的情況下 ,勢必使熔體的粘度增 大 ,以致難以保證礦渣棉纖維的品質(zhì)。含氧化鐵較低的熔體 ,當(dāng)其 MK=1.2 左右時 ,在最佳 成纖溫度下有寬而穩(wěn)定的粘度范圍 ,這種情況下即使流股溫度上下波動 100 ℃,其纖維質(zhì)量 和成纖率將不受很大的影響。 但是,隨著酸度系數(shù)逐步提高 ,熔體穩(wěn)定性變差 ,對溫度變化的 敏感性也隨之提高 ,只要溫度略有波動 ,其粘度將發(fā)生較大幅度的變化 ,甚至無法成纖 ,這 就是礦渣棉酸度系數(shù)一般均在 1.2 左右、不可能象黑河巖棉酸度系數(shù)達到 1.5 的原因所在 2 黑河巖棉與礦渣棉性能的差異 黑河巖棉與礦渣棉化學(xué)成份及酸度系數(shù)的差別 ,導(dǎo)致它們在性能上也有一定的差別。
CaO Al2O3 SiO2 三元相圖中黑河巖棉與礦渣棉落點位置圖 2 .1 黑河巖棉與礦渣棉耐水性的差別 盡管黑河巖棉與礦渣棉都屬于硅酸鹽 CaO-Al2O3-SiO2 物系中的產(chǎn)物,但由于它們化學(xué)成份 上的差異(表 2) ,使它們的物相組成點落在 CaO-Al2O3-SiO2 三元相圖中不同的結(jié)晶作用區(qū) 域內(nèi)(圖 1) 。從表 2 及圖 1 可見 ,黑河巖棉組成點(圖中 4、5、6 點)均落在硅灰石 2 鋁方柱石 2 鈣長石結(jié)晶作用區(qū)(即 CS-C2AS-CAS2 區(qū))內(nèi) ,其固相中必定留有這三種結(jié)晶相 ,由于硅灰 石、鋁方柱石、鈣長石均不具備水硬特性 ,遇水后變化很小 ,使黑河巖棉具有較好的耐水性。 礦 渣 棉 組 成 的
1 、2 、 3 點 均 落 于 硅 灰 石 -鋁 方 柱 石 -硅 酸 二 鈣 的 結(jié) 晶 作 用 區(qū) (即 CS-C2AS-C2S 區(qū))內(nèi) ,其中雖然鋁方柱石、硅灰石不會與水發(fā)生反應(yīng) ,但硅酸二鈣在一定條 件下能同水起反應(yīng) ,這與硅酸二鈣的基本結(jié)構(gòu)有關(guān)。硅酸二鈣(2CaO·SiO2)具有三種不同的 結(jié)晶構(gòu)造 ,即 α、β、γ 型結(jié)晶。每一種構(gòu)造在一定的溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的 ,但能隨溫度的變 化進行多晶轉(zhuǎn)變: ①在低溫直至 675 ℃穩(wěn)定的構(gòu)造是 γ-正硅酸鈣(γ-2CaO·SiO2) ,它是結(jié)晶物 質(zhì) ,不溶于水; ②當(dāng)加熱至 675 ℃時 ,γ-構(gòu)造轉(zhuǎn)化為 β-構(gòu)造 ,而且這個轉(zhuǎn)化作用伴隨著體積的急劇變化 (約增大 10 %) ,β-構(gòu)造從 675 ℃到 1410～1420 ℃處于穩(wěn)定狀態(tài); ③隨著溫度繼續(xù)上升,β-構(gòu)造又轉(zhuǎn)化為 α-構(gòu)造 ,該構(gòu)造直至其熔融溫度 2130 ℃均是穩(wěn)
定的(表 3) 。在這三種晶型中 ,除 γ-構(gòu)造外,α-和 β-構(gòu)造性能相似 ,均能與水發(fā)生水化反應(yīng)。 礦渣棉中不希望存在這兩種構(gòu)造 ,應(yīng)盡量創(chuàng)造條件使 α-、β-構(gòu)造向 γ-C2S 的方向轉(zhuǎn)化 ,以改 善其耐水性。 但是 α-C2S 和 β-C2S 只有從高溫緩慢冷卻至 675 ℃以下時 ,才能實現(xiàn)向 γ-C2S 的轉(zhuǎn)變。在實際成纖過程中 ,熔體不是緩冷而是被急驟冷卻 ,其粘度隨溫度的急降而迅速增 大 ,這時離子運動受阻 ,不可能繼續(xù)有規(guī)則地排列 ,抑制了晶體的生長 ,硅與氧離子便連接 成連續(xù)、不規(guī)則的網(wǎng)架 ,在低溫下保留了 β-C2S 變體的形態(tài) ,形成較多量的玻璃態(tài) β-C2S, 這意味著它將在水溶液的作用下 ,形成更多的水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽 ,使礦渣棉纖維在潮 濕環(huán)境中的穩(wěn)定性下降。 巖棉中很少存在 2CaO·SiO2 ,所以它的耐水性比礦渣棉高得多。從表 2 中還可看到巖 棉與礦渣棉的 pH 值差別較大 ,黑河巖棉的一般小于 4 ,屬耐水性特別穩(wěn)定的礦物纖維;礦渣棉的 一般大于 5 ,甚至超過 6 ,其耐水性只能是中等穩(wěn)定或不穩(wěn)定的。由于兩者間存在這一差別 , 礦渣棉不宜在潮濕環(huán)境中使用 ,特別在保冷工程中應(yīng)慎用。在保冷工程中 ,熱流方向是從外 部向內(nèi)部流動的 ,與保溫工程熱流方向相反 ,外界的潮氣將隨熱流一起滲入保冷材料內(nèi)部 , 并隨溫度降低而結(jié)露凝結(jié)成水 ,如果在此處使用礦渣棉 ,其纖維會逐漸水化而被破壞 ,降低 了保冷層的使用壽命 ,而使用黑河巖棉就不存在這一弊端。 2.2 巖棉與礦渣棉耐熱度的差別 如前所述 ,在礦渣棉生產(chǎn)過程中 ,因熔體被急冷而使其中的硅酸二鈣以 β-構(gòu)造的形態(tài)保 留在纖維之中 ,并處于不穩(wěn)定狀態(tài)之中。這樣 ,礦渣棉用于保溫工程之后 ,當(dāng)其工作溫度超 過 675 ℃又逐漸冷卻下來時 ,因礦渣棉保溫性能較好 ,在工作狀態(tài)下冷卻過程緩慢 ,促使 β-2CaO·SiO 向 γ-2CaO·SiO2 轉(zhuǎn)化 ,此時其密度由 3.28 降至 2.97 ,體積膨脹
了 10 %左右 , 使礦渣棉產(chǎn)生粉化而解體。因此 ,礦渣棉的使用溫度 ,不宜超過 β-構(gòu)造向 γ-構(gòu)造轉(zhuǎn)化的溫度 (675 ℃) 。而黑河巖棉沒有這一轉(zhuǎn)化 ,使用溫度可高達 800 ℃以上 ,盡管黑河巖棉主要礦物組成 CS-C2AS-CAS2 的共融點為 1265 ℃,其軟化溫度仍高達 900～1000 ℃。 2.3 黑河巖棉與礦渣棉耐腐蝕性的差別 高爐在冶煉中主要作用之一是脫除生鐵中的大部分硫 ,防止生鐵在使用過程中產(chǎn)生熱 脆現(xiàn)象。這些脫除的硫 ,以硫化鈣(CaS)的形態(tài)留在高爐渣之中。在生產(chǎn)礦渣棉時 ,這部分 CaS 又隨之進入礦渣棉中 ,其含量在 5 %左右。當(dāng)?shù)V渣棉在濕度大的環(huán)境中使用時 ,其中的 CaS 遇水會分解為 Ca(OH) 2 和 H2S: CaS + 2H2O= Ca(OH) 2 + H2S。 這兩種反應(yīng)產(chǎn)物對 礦渣棉的使用均產(chǎn)生不良影響: ①Ca(OH) 2 使水呈堿性 ,礦渣棉中的 β-2CaO·SiO2 在堿性 水溶液的激發(fā)之下 ,更促使其水化反應(yīng)的進行 ,使礦渣棉耐水性進一步降低; ②H2S 氣體可 溶解于水生成氫硫酸 ,在與金屬接觸時將起腐蝕作用。 黑河巖棉一般以玄武巖或輝綠巖為原料 ,除在熔煉時由焦炭帶入微量硫外 ,不存在更多的硫 來源 ,因而其對金屬無腐蝕作用。事實上 ,無論是黑河巖棉或礦渣棉 ,在其使用過程中不可避免 地會與金屬接觸以及存在水氣 ,因此 ,在選材時這兩種材料在耐腐蝕方面的差異不容忽視。 3 結(jié)語 黑河巖棉與礦渣棉雖然存在很多相同之處 ,但也存在一些明顯的不同之處 ,因此不能完全混 為一談。在選用礦物棉作為隔熱材料時 ,務(wù)必根據(jù)隔熱工程的具體情況 ,結(jié)合黑河巖棉和礦渣棉 各自的特點加以正確的選擇 ,特別對于兩者在耐水性、 耐熱性和耐腐蝕性這三方面的特定條 件下的使用 ,更應(yīng)予以重視。
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