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保温材料原材料——膨胀珍珠岩的生产原理

珍珠岩是隔热保温材料常用的原材料,其生产的隔热保温材料主要有,珍珠岩保温砖、珍珠岩隔热耐火浇注料、珍珠岩板等等,珍珠岩的制作原理如下所示:
珍珠岩是由火山喷发的富含SiO2的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石,因其具有珍珠裂隙结构得名,是研制膨胀珍珠岩制品的主要矿石资源,其成分随产地不同略有差异,珍珠岩矿包括珍珠岩、松脂岩和黑曜岩。三者区别在于珍珠岩具有因冷凝作用形成的圆弧形裂纹,称珍珠岩结构,含水率4%~6%;松脂岩具有独特的松脂光泽,含水率6%~10%;黑曜岩具有玻璃光泽与贝壳状断口,含水率一般小于2%。,矿砂化学成分见表1。

珍珠岩的膨胀过程是一个气泡的形成过程。膨胀珍珠岩的质量取决于结构中的气泡含量。气泡越多,保温性能越好。在这一过程中,需要注意两个问题:一是气泡的形成;二是气泡的稳定。显然,不能形成大量气泡,则不能显著地降低珍珠岩的容重,而且保温效果不好。另一方面,即便形成了大量的气泡,如果气泡不稳定,大量的气泡逃逸,也不能形成保温性能良好的膨胀珍珠岩。
形成气泡的动力是水的气化。珍珠岩矿物含水成分存在多种形式,即矿物表面吸附水、矿石裂隙水、矿物结晶水和矿物化合水等。表面吸附水在250℃以下便可脱除,裂隙水在250~550℃脱除,矿物化合水是成矿过程中因金属离子缺失、水离解后氢离子替代金属离子配位在矿物结构中固定部位,只有在高温条件下发生物理化学变化,才能使氢键断裂,重新恢复到水分子形式。珍珠岩矿石在加热到约700℃便开始呈现不定型软化、熔化的玻璃体状态。显然,在固体状态下,水气不能使珍珠岩产生膨胀。只有在软化甚*部分熔融状态时所形成的水气才能使其产生膨胀。
因此,吸附水和裂隙水对珍珠岩的膨胀没有贡献,对其产生膨胀作用的仅是结晶水和化合水。珍珠岩的膨胀正是利用珍珠岩矿物中结晶水及化合水重新恢复到水的形态得以实现。如果表面水未预热脱除干净,高温气氛中水先吸热,从而降低珍珠岩颗粒被加热升温的强度;如果裂隙水未预热脱除干净,随着矿砂被升温,裂隙水被蒸发气化、体积大增,因水体积增加形成的力将使珍珠岩颗粒进一步被破碎。因此,表面水与裂隙水均不利于实际生产,必须在中低温状态下脱除。
气泡的形成与稳定反映在高温状态下气体的压力与熔融体的粘度之间的平衡。气体压力是膨胀的推动力,而粘度则反映了膨胀的阻力。气体压力小而熔融体粘度大时难以膨胀。反之,气体压力大而熔融体粘度小时膨胀较容易,但在这种情况下,气泡也容易逃逸,稳定性较差。由此可见,掌握好这一平衡是保证膨胀珍珠岩质量的关键。

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