岩棉与矿渣棉性能差异研究

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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,比灰绿色的岩棉更“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治金炉渣,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+
AbO3+CaO+Mg0含量高达90%~95%,而Fe203
+FeO含量小于1;玄武岩和辉绿岩化学成份的特点是,SiO2+Al203+Ca0+Mg0含量为77%~83%,比高炉渣低10%左右,而Fe203+Fe0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。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Ca0和Mg0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、不可能象岩棉酸度系数达到1.5的原因所在。
2岩棉与矿渣棉性能的差异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。

 
2.1岩棉与矿渣棉耐水性的差别尽管岩棉与矿渣棉都属于硅酸盐CaGAbOxS02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Ca-AbOrS02三元相图中不同的结晶作用区域内(图1)。
从表2及图1可见岩棉组成点(图中4、5、6点均落在硅灰石铝方柱石钙长石结晶作用区(即CsC2ASCAS₂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-CQASC2S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(2Ca0-Si02)具有三种不同的结晶构造,即a、β、Y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*
正硅酸钙(r2Ca0-Si02),它是结晶物质,不溶于水;
②当加热至675C时,r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%),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a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r构造外,a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a、β构造向Y-C2S的方向转化,以改善其耐水性。但是-C2S和βC2S只有从高温缓慢冷却至675℃以下时,才能实现向rC2S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βC2S变体的形态,形成较多量的玻璃态βC2S,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2Ca0·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,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,而使用岩棉就不存在这一弊端。

 
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