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下一页黑河岩棉与矿渣棉的区别
黑河岩棉与矿渣棉同属矿物棉 ,它们之间在生产工艺、纤维形态、耐碱性、导热系数、不 燃性等方面存在不少共同点。 人们通常将黑河岩棉和矿渣棉统称为矿棉 ,因此易将两者看成是同 一种东西 ,甚至认为矿渣棉色泽洁白 ,比灰绿色的黑河岩棉更为“纯净”些 ,这是一种误解。虽然 它们都属矿物棉 ,但也还存在一些不容忽视的差别。形成这些差别的主要原因 ,是原料成份 的不同。 1 黑河岩棉与矿渣棉化学成份及酸度系数的比较在我国 ,矿渣棉的主要原料一般为高炉 渣或其它冶金炉渣 ,黑河岩棉的主要原料则为玄武岩或辉绿岩,它们的化学成份差异较大(表 1) 。 由表 1 可见:高炉渣化学成份的特点是,SiO2 +Al2O3 + CaO + MgO 含量高达 90 %～ 95 %,而 Fe2O3+ FeO 含量小于 1;玄武岩和辉绿岩化学成份的特点是 ,SiO2 + Al2O3 + CaO + MgO 含量为 77 %～83 %,比高炉渣低 10 %左右 ,而 Fe2O3 + FeO 含量平均在 11 %左 右 ,最高时可高达 17 %,是高炉渣中铁氧化物含量的十数倍。鉴于以上两类原料的不同特 点 ,以它们为原料分别生产出来的矿物纤维也具有不同的化学成份特点。黑河岩棉的酸度系数 MK 一般大于 1.5, 甚至可高达 2.0 以上;矿渣棉的 MK 一般只能保持在 1.2 左右 ,很难超过 1.3,这是因为若要进一步提高矿渣棉的酸度系数 ,就必须提高熔体中 SiO2 和 Al2O3 的含 量 ,使 CaO 和 MgO 含量相应地有所降低 ,在铁含量较低的情况下 ,势必使熔体的粘度增 大 ,以致难以保证矿渣棉纤维的品质。含氧化铁较低的熔体 ,当其 MK=1.2 左右时 ,在最佳 成纤温度下有宽而稳定的粘度范围 ,这种情况下即使流股温度上下波动 100 ℃,其纤维质量 和成纤率将不受很大的影响。 但是,随着酸度系数逐步提高 ,熔体稳定性变差 ,对温度变化的 敏感性也随之提高 ,只要温度略有波动 ,其粘度将发生较大幅度的变化 ,甚至无法成纤 ,这 就是矿渣棉酸度系数一般均在 1.2 左右、不可能象黑河岩棉酸度系数达到 1.5 的原因所在 2 黑河岩棉与矿渣棉性能的差异 黑河岩棉与矿渣棉化学成份及酸度系数的差别 ,导致它们在性能上也有一定的差别。
CaO Al2O3 SiO2 三元相图中黑河岩棉与矿渣棉落点位置图 2 .1 黑河岩棉与矿渣棉耐水性的差别 尽管黑河岩棉与矿渣棉都属于硅酸盐 CaO-Al2O3-SiO2 物系中的产物,但由于它们化学成份 上的差异(表 2) ,使它们的物相组成点落在 CaO-Al2O3-SiO2 三元相图中不同的结晶作用区 域内(图 1) 。从表 2 及图 1 可见 ,黑河岩棉组成点(图中 4、5、6 点)均落在硅灰石 2 铝方柱石 2 钙长石结晶作用区(即 CS-C2AS-CAS2 区)内 ,其固相中必定留有这三种结晶相 ,由于硅灰 石、铝方柱石、钙长石均不具备水硬特性 ,遇水后变化很小 ,使黑河岩棉具有较好的耐水性。 矿 渣 棉 组 成 的
1 、2 、 3 点 均 落 于 硅 灰 石 -铝 方 柱 石 -硅 酸 二 钙 的 结 晶 作 用 区 (即 CS-C2AS-C2S 区)内 ,其中虽然铝方柱石、硅灰石不会与水发生反应 ,但硅酸二钙在一定条 件下能同水起反应 ,这与硅酸二钙的基本结构有关。硅酸二钙(2CaO·SiO2)具有三种不同的 结晶构造 ,即 α、β、γ 型结晶。每一种构造在一定的温度范围内是稳定的 ,但能随温度的变 化进行多晶转变: ①在低温直至 675 ℃稳定的构造是 γ-正硅酸钙(γ-2CaO·SiO2) ,它是结晶物 质 ,不溶于水; ②当加热至 675 ℃时 ,γ-构造转化为 β-构造 ,而且这个转化作用伴随着体积的急剧变化 (约增大 10 %) ,β-构造从 675 ℃到 1410～1420 ℃处于稳定状态; ③随着温度继续上升,β-构造又转化为 α-构造 ,该构造直至其熔融温度 2130 ℃均是稳
定的(表 3) 。在这三种晶型中 ,除 γ-构造外,α-和 β-构造性能相似 ,均能与水发生水化反应。 矿渣棉中不希望存在这两种构造 ,应尽量创造条件使 α-、β-构造向 γ-C2S 的方向转化 ,以改 善其耐水性。 但是 α-C2S 和 β-C2S 只有从高温缓慢冷却至 675 ℃以下时 ,才能实现向 γ-C2S 的转变。在实际成纤过程中 ,熔体不是缓冷而是被急骤冷却 ,其粘度随温度的急降而迅速增 大 ,这时离子运动受阻 ,不可能继续有规则地排列 ,抑制了晶体的生长 ,硅与氧离子便连接 成连续、不规则的网架 ,在低温下保留了 β-C2S 变体的形态 ,形成较多量的玻璃态 β-C2S, 这意味着它将在水溶液的作用下 ,形成更多的水化硅酸盐和水化铝酸盐 ,使矿渣棉纤维在潮 湿环境中的稳定性下降。 岩棉中很少存在 2CaO·SiO2 ,所以它的耐水性比矿渣棉高得多。从表 2 中还可看到岩 棉与矿渣棉的 pH 值差别较大 ,黑河岩棉的一般小于 4 ,属耐水性特别稳定的矿物纤维;矿渣棉的 一般大于 5 ,甚至超过 6 ,其耐水性只能是中等稳定或不稳定的。由于两者间存在这一差别 , 矿渣棉不宜在潮湿环境中使用 ,特别在保冷工程中应慎用。在保冷工程中 ,热流方向是从外 部向内部流动的 ,与保温工程热流方向相反 ,外界的潮气将随热流一起渗入保冷材料内部 , 并随温度降低而结露凝结成水 ,如果在此处使用矿渣棉 ,其纤维会逐渐水化而被破坏 ,降低 了保冷层的使用寿命 ,而使用黑河岩棉就不存在这一弊端。 2.2 岩棉与矿渣棉耐热度的差别 如前所述 ,在矿渣棉生产过程中 ,因熔体被急冷而使其中的硅酸二钙以 β-构造的形态保 留在纤维之中 ,并处于不稳定状态之中。这样 ,矿渣棉用于保温工程之后 ,当其工作温度超 过 675 ℃又逐渐冷却下来时 ,因矿渣棉保温性能较好 ,在工作状态下冷却过程缓慢 ,促使 β-2CaO·SiO 向 γ-2CaO·SiO2 转化 ,此时其密度由 3.28 降至 2.97 ,体积膨胀
了 10 %左右 , 使矿渣棉产生粉化而解体。因此 ,矿渣棉的使用温度 ,不宜超过 β-构造向 γ-构造转化的温度 (675 ℃) 。而黑河岩棉没有这一转化 ,使用温度可高达 800 ℃以上 ,尽管黑河岩棉主要矿物组成 CS-C2AS-CAS2 的共融点为 1265 ℃,其软化温度仍高达 900～1000 ℃。 2.3 黑河岩棉与矿渣棉耐腐蚀性的差别 高炉在冶炼中主要作用之一是脱除生铁中的大部分硫 ,防止生铁在使用过程中产生热 脆现象。这些脱除的硫 ,以硫化钙(CaS)的形态留在高炉渣之中。在生产矿渣棉时 ,这部分 CaS 又随之进入矿渣棉中 ,其含量在 5 %左右。当矿渣棉在湿度大的环境中使用时 ,其中的 CaS 遇水会分解为 Ca(OH) 2 和 H2S: CaS + 2H2O= Ca(OH) 2 + H2S。 这两种反应产物对 矿渣棉的使用均产生不良影响: ①Ca(OH) 2 使水呈碱性 ,矿渣棉中的 β-2CaO·SiO2 在碱性 水溶液的激发之下 ,更促使其水化反应的进行 ,使矿渣棉耐水性进一步降低; ②H2S 气体可 溶解于水生成氢硫酸 ,在与金属接触时将起腐蚀作用。 黑河岩棉一般以玄武岩或辉绿岩为原料 ,除在熔炼时由焦炭带入微量硫外 ,不存在更多的硫 来源 ,因而其对金属无腐蚀作用。事实上 ,无论是黑河岩棉或矿渣棉 ,在其使用过程中不可避免 地会与金属接触以及存在水气 ,因此 ,在选材时这两种材料在耐腐蚀方面的差异不容忽视。 3 结语 黑河岩棉与矿渣棉虽然存在很多相同之处 ,但也存在一些明显的不同之处 ,因此不能完全混 为一谈。在选用矿物棉作为隔热材料时 ,务必根据隔热工程的具体情况 ,结合黑河岩棉和矿渣棉 各自的特点加以正确的选择 ,特别对于两者在耐水性、 耐热性和耐腐蚀性这三方面的特定条 件下的使用 ,更应予以重视。
黑河市银河保温材料有限责任公司