Характеристика сырья

В качестве сырьевых материалов для производства минеральной ваты используют магматические, осадочные метаморфические горные породы. А также минеральные и промышленные отходы и попутные отходы производства.

Из природных сырьевых материалов применяют изверженные горные (базальты, диабазы, габбро) и осадочные (мергели, доломиты, известняки) породы.

Основные требования к сырьевым материалам:

1. Стабильный химический состав, позволяющий получить расплав с

невысокой t° плавления и широким интервалом вязкости.

2. Сырье должно обеспечивать химическую стойкость минеральной ваты.

3. Доступность переработки сырья.

Основным показателем, определяющим пригодность сырья для производства минеральной ваты, является модуль кислотности М_к, который представляет собой отношение суммы процентного содержания в сырье кислых оксидов — кремнезема SiO₂ и глинозема А1₂Oз к сумме процентного содержания в сырье основных оксидов — кальция СаО и магния MgO. В природе редко встречаются сырьевые материалы с необходимым химическим составом и соответствующим модулем кислотности, поэтому требуемый состав сырьевых материалов подбирают путем составления сырьевой смеси (шихты) из двух, а иногда и из нескольких компонентов.

При повышенной кислотности исходного сырья в качестве добавок применяют карбонатные породы: доломит, известняк, а при пониженной кислотности —кислые горные породы, бой керамического кирпича. Содержание каждого компонента в шихте определяют расчетом.

В данном курсовом проекте сырьем являются базальт бересторецкого месторождения и синтетическое связующее.

Базальты – разновидность вулканических пород. Пригодность базальтов для переработки, выбор технологических методик для производства стекловолокон определяется свойствами исходной магматической жидкости: степень однородности, вязкость, температура плавления и кристаллизации, химический состав и т.п.

Минералогический состав базальтов зависит от химического состава от условий кристаллизации базальтовой лавы. В свою очередь, от минерального состава зависит возможность достижения однородности вторичного базальтового стекла в технологическом процессе. Первичными минералами базальтов являются оливины, пироксены, плагиоклаз, рудные минералы, реже – амфиболы в различных сочетаниях. Минеральный состав влияет на величину температуры и длительность технологического процесса плавки. Наличие тугоплавких минералов (рудные, оливины) требуют более высокие температуры плавления, что затрудняет достижение гомогенности базальтового расплава. Таким образом, многокомпонентность породы и ее вариации в широких пределах затрудняет выбор единых технологических параметров плавления для различных базальтов.

Структура и свойства силикатного расплава зависят от его химического состава. В соответствии с ионной теорией влияние различных оксидов на вязкость и температуру кристаллизации силикатных расплавов объясняется следующим. Если катион оксида является комплексообразующим, то рост его содержания в расплаве будет повышать вязкость расплава в следствие увеличения размеров комплексных ионов или повышения их концентрации в расплавах. К таким оксидам относятся, например, SiO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃.

Если катион оксида не является в данных условиях комплексообразующим, то такой оксид, отдавая свой кислород комплексам, уменьшает тем самым их размеры, поэтому добавление CaO, MgO, MnO, Na₂O, K₂O, TiO₂ уменьшает вязкость расплава. Одновременно добавление к расплавам этих оксидов влияет на температуру кристаллизации, она повышается.

Вязкость и поверхностное натяжение расплавов является основными свойствами расплава, определяющими его способность к волокнообразованию. Переработка силикатных расплавов в волокно происходит в основном в интервале температур 1300 – 1450⁰С.

Ряд исследователей сделали попытку установить количественные зависимости между химическим составом и свойствами расплавов и волокон. Однако полученные эмпирические зависимости справедливы лишь в узком интервале химического состава расплава.

Обобщенные данные отечественных и зарубежных исследований о влиянии каждого компонента на свойства расплава и минеральной ваты позволяет сделать следующие выводы:

SiO₂ – повышает вязкость силикатных расплавов и химическую стойкость волокон в любых средах; удлиняет интервал вязкости;

B₂O₃ – оказывает сильное флюсующее действие, уменьшает поверхностное натяжение расплава и температуру верхнего предела кристаллизации, значительно улучшает выработочные свойства, увеличивает длину волокна, повышает устойчивость волокон к воде, но понижает устойчивость к кислотам и щелочам;

Al₂O₃ – повышает вязкость и поверхностное натяжение расплавов, прочность и модуль упругости волокон, а также устойчивость к воде, кислотостойкость, температуростойкость;

Fe₂O₃ – снижает вязкость расплава, повышает поверхностное натяжение и химическую устойчивость;

CaO, MgO – при высоких температурах понижают вязкость расплава, повышают склонность к кристаллизации. При содержании CaO, равном 45%, вязкость возрастает, так как образуется C₂S. Влияние MgO на снижение вязкости особенно заметно при повышении содержания до 9%и более.

TiO₂ – улучшает химическую устойчивость ко всем средам, является хорошим плавнем и значительно снижает вязкость расплава, но повышает склонность к кристаллизации.

В табл. 3 представлен химический состав базальта бересторецкого месторождения, используемого в данном производстве.

Таблица 3.

Химический состав базальта бересторецкого месторождения