1樓：
岩棉與礦渣棉同屬礦物棉 ,它們之間在生產工藝、纖維形態、耐鹼性、導熱係數、不燃性等方面存在不少共同點。人們通常將岩棉和礦渣棉統稱為礦棉 ,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 ,比灰綠色的岩棉更為「純淨」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 岩棉與礦渣棉化學成份及酸度係數的比較在我國 ,礦渣棉的主要原料一般為高爐渣或其它冶金爐渣 ,岩棉的主要原料則為玄武岩或輝綠岩,它們的化學成份差異較大(表1) 。
由表 1 可見:高爐渣化學成份的特點是,sio2 +al2o3 + cao + mgo 含量高達 90 %～95 %,而 fe2o3+ feo 含量小於 1;玄武岩和輝綠岩化學成份的特點是 ,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數倍。鑑於以上兩類原料的不同特點 ,以它們為原料分別生產出來的礦物纖維也具有不同的化學成份特點。
岩棉的酸度係數 mk一般大於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係數 ,就必須提高熔體中 sio2 和 al2o3 的含量 ,使 cao 和 mgo 含量相應地有所降低 ,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。含氧化鐵較低的熔體 ,當其mk=1.
2 左右時 ,在最佳成纖溫度下有寬而穩定的粘度範圍 ,這種情況下即使流股溫度上下波動100 ℃,其纖維質量和成纖率將不受很大的影響。但是,隨著酸度係數逐步提高 ,熔體穩定性變差 ,對溫度變化的敏感性也隨之提高 ,只要溫度略有波動 ,其粘度將發生較大幅度的變化 ,甚至無法成纖 ,這就是礦渣棉酸度係數一般均在 1.2 左右、不可能象岩棉酸度係數達到 1.
5 的原因所在
2 岩棉與礦渣棉效能的差異
岩棉與礦渣棉化學成份及酸度係數的差別 ,導致它們在效能上也有一定的差別。
圖 1 cao al2o3 sio2 三元相圖中岩棉與礦渣棉落點位置圖
2 .1 岩棉與礦渣棉耐水性的差別
儘管岩棉與礦渣棉都屬於矽酸鹽cao-al2o3-sio2 物系中的產物,但由於它們化學成份上的差異(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晶作用區域內(圖 1) 。從表 2 及圖 1 可見 ,岩棉組成點(圖中 4、5、6點)均落在矽灰石2鋁方柱石2鈣長石結晶作用區(即cs-c2as-cas2 區)內 ,其固相中必定留有這三種結晶相 ,由於矽灰石、鋁方柱石、鈣長石均不具備水硬特性 ,遇水後變化很小 ,使岩棉具有較好的耐水性。
礦渣棉組成的 1、2、3 點均落於矽灰石-鋁方柱石-矽酸二鈣的結晶作用區(即 cs-c2as-c2s區)內 ,其中雖然鋁方柱石、矽灰石不會與水發生反應 ,但矽酸二鈣在一定條件下能同水起反應 ,這與矽酸二鈣的基本結構有關。矽酸二鈣(2cao·sio2)具有三種不同的結晶構造 ,即α、β、γ型結晶。每一種構造在一定的溫度範圍內是穩定的 ,但能隨溫度的變化進行多晶轉變:
①在低溫直至 675 ℃穩定的構造是γ-正矽酸鈣(γ-2cao·sio2) ,它是結晶物質 ,不溶於水;
②當加熱至 675 ℃時 ,γ-構造轉化為β-構造 ,而且這個轉化作用伴隨著體積的急劇變化(約增大 10 %) ,β-構造從 675 ℃到 1410～1420 ℃處於穩定狀態;
③隨著溫度繼續上公升,β-構造又轉化為α-構造 ,該構造直至其熔融溫度 2130 ℃均是穩定的(表 3) 。在這三種晶型中 ,除γ-構造外,α-和β-構造效能相似 ,均能與水發生水化反應。礦渣棉中不希望存在這兩種構造 ,應盡量創造條件使α-、β-構造向γ-c2s的方向轉化 ,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 ,才能實現向γ-c2s的轉變。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 ,不可能繼續有規則地排列 ,抑制了晶體的生長 ,矽與氧離子便連線成連續、不規則的網架 ,在低溫下保留了β-c2s 變體的形態 ,形成較多量的玻璃態β-c2s,這意味著它將在水溶液的作用下 ,形成更多的水化矽酸鹽和水化鋁酸鹽 ,使礦渣棉纖維在潮濕環境中的穩定性下降。
岩棉中很少存在 2cao·sio2 ,所以它的耐水性比礦渣棉高得多。從表 2 中還可看到岩棉與礦渣棉的ph值差別較大 ,岩棉的一般小於 4 ,屬耐水性特別穩定的礦物纖維;礦渣棉的一般大於 5 ,甚至超過6 ,其耐水性只能是中等穩定或不穩定的。由於兩者間存在這一差別 ,礦渣棉不宜在潮濕環境中使用 ,特別在保冷工程中應慎用。
在保冷工程中 ,熱流方向是從外部向內部流動的 ,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部 ,並隨溫度降低而結露凝結成水 ,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 ,而使用岩棉就不存在這一弊端。
2.2 岩棉與礦渣棉耐熱度的差別
如前所述 ,在礦渣棉生產過程中 ,因熔體被急冷而使其中的矽酸二鈣以β-構造的形態保留在纖維之中 ,並處於不穩定狀態之中。這樣 ,礦渣棉用於保溫工程之後 ,當其工作溫度超過 675 ℃又逐漸冷卻下來時 ,因礦渣棉保溫效能較好 ,在工作狀態下冷卻過程緩慢 ,促使β-2cao·sio 向γ-2cao·sio2 轉化 ,此時其密度由3.28 降至 2.
97 ,體積膨脹了 10 %左右 ,使礦渣棉產生粉化而解體。因此 ,礦渣棉的使用溫度 ,不宜超過β-構造向γ-構造轉化的溫度(675 ℃) 。而岩棉沒有這一轉化 ,使用溫度可高達 800 ℃以上 ,儘管岩棉主要礦物組成 cs-c2as-cas2 的共融點為 1265 ℃,其軟化溫度仍高達 900～1000 ℃。
2.3 岩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生熱脆現象。這些脫除的硫 ,以硫化鈣(cas)的形態留在高爐渣之中。在生產礦渣棉時 ,這部分 cas 又隨之進入礦渣棉中 ,其含量在5 %左右。
當礦渣棉在濕度大的環境中使用時 ,其中的cas遇水會分解為 ca(oh) 2 和 h2s: cas + 2h2o= ca(oh) 2 + h2s。這兩種反應產物對礦渣棉的使用均產生不良影響:
①ca(oh) 2 使水呈鹼性 ,礦渣棉中的β-2cao·sio2 在鹼性水溶液的激發之下 ,更促使其水化反應的進行 ,使礦渣棉耐水性進一步降低; ②h2s氣體可溶解於水生成氫硫酸 ,在與金屬接觸時將起腐蝕作用。
岩棉一般以玄武岩或輝綠岩為原料 ,除在熔煉時由焦炭帶入微量硫外 ,不存在更多的硫** ,因而其對金屬無腐蝕作用。事實上 ,無論是岩棉或礦渣棉 ,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 結語
岩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 ,務必根據隔熱工程的具體情況 ,結合岩棉和礦渣棉各自的特點加以正確的選擇 ,特別對於兩者在耐水性、耐熱性和耐腐蝕性這三方面的特定條件下的使用 ,更應予以重視。
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