7.Вспученный вермикулит: сырье, технология производства, свойства, применение.

Вспученный вермикулит (зонолит) получают обжигом минерала вермикулита, от слова «vermiculis» - (лат. "червеобразные").

Вермикулит - это любые гидратированные слюды, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривания магнезиальных и магнезиально-железистых слюд, носящих название флогопита и биотита. Характеризуется пластинчатой структурой.

Слюды по химическому составу относятся к сложному алюмосиликатам, составы которых выражаются формулами:

R⁺ R⁺² [ALSi₃O₁₀] [ОН]₂ или R⁺ R+³ [ALSi₃O₁₀] [OH]₂,

Где R⁺ - одновалентные катионы калия и лития;

R⁺² - количество 2^х - валентных катионов магния, железа, марганца и др.; R⁺³- количество 3^х валентных катионов алюминия, железа, марганца, хрома.

При температуре 400-1000 °С вермикулит вспучивается, увеличиваясь в объеме, примерно в 15

- 20 раз. Получается пористый материал в виде песка и щебня с объемно-насыпным весом 80 –З00 кг/м³.

Вспучивание зерен вермикулита происходит в результате воздействия образующихся при их дегидратации в процессе водяного пара нагретого, который под значительным давлением раздвигает листочки слюды. При нагревании зерна расщепляются на тончайшие слюдяные пластинки, частично скрепленные между собой. Под воздействием водяного пара при нагревании структурной решетки слюды возникают внутренние изменения вследствие удаления цеолитной и гидратной воды, приводящие к короблению.

На процесс вспучивания оказывают влияние: а) структура и химический состав, влажность сырья; б) степень и характер гидратации слюд; в) режим обжига; г) усадка при охлаждении.

Объемная насыпная масса вспученного вермикулита уменьшается с увеличением диаметра и толщины зерен вермикулита - сырца.

Наиболее высокая степень вспучивания вермикулита достигается в случае медленного прогрева сырья до 100 °С с последующим резким нагревом при высокой температуре, при этом уменьшается продолжительность вспучивания в трубчатых печах и повышается их производительность.

Вспученный вермикулит характеризуется маркой, определяемой по значению объемной насыпной массой (первая цифра не более кг/м³) и размером частиц зерен - сырца (вторая цифра, указывающая размер ячеек сита, мм, через которую данная фракция прошла): 125-15; 150 - 10; 200 - 2,5; 250 -- 1. Коэффициент теплопроводности вспученного вермикулита, уплотненного под нагрузкой 10⁴Н/м², при 25 °С не более: для крупного - 0, 09 и 0, 085; среднего - 0,116 и 0,1; мелкого и особо мелкого - 0,14Вт/м*°С .

Технология производства

Добычу вермикулитовых руд производят открытым (карьерным) или подземными (шахтным) способами. При малом содержании в руде вермикулита осуществляют обогащение руды с доведением в ней содержания вермикулита до 75 - 90%. Наиболее широко обогащают руду, применяют ступенчатое дробление. Пропуская руду через валковые дробилки, разрушают зерна вермикулита по плоскостям спайности на пластинки крупных и средних размеров, а пустую породу измельчают на фракции, легко удаляемые отсевом.

При обогащении мелких фракций применяю! отсадочные машины и концентрационные столы, в которых в потоке воды происходит отделение более легких частиц вермикулита от тяжелых частиц пустой породы.

Для получения вспученного вермикулита с ограниченным размером зерен, не превышающим 8

- 10 мм, сырую породу дробят в молотковых дробилках, а для получения малого количества мелких зерен окружная линейная скорость ножеобразных бил не должно превышать 18 м/с , разгрузочная решетка не должна занимать 150 — 180 ° окружности камеры дробления и иметь отверстие диаметром 20мм.

Вспучивание (обжиг) обогащенных вермикулитовых руд производят в шахтных печах, наклонных печах.

Линия для производства вспученного вермикулита.

Слюдяной концентрат с содержанием гидрослюд и слюд до 30% и породы до 10% , имеющей зерна не более 10 мм и влажность ~ 5%, подается в расходный бункер (1300кг/ч), а оттуда в сушильный барабан (t_нarpeвa до 100°С). Нагретое сырье из сушильного барабана поступает в промежуточный бункер и при помощи барабанного питателя в печь, снабженную форсункой. В головной части печи продукты сгорания имеют температуру 850 - 950 - 1100°С и скорость 18-22 м/с. В конце печи продукты сгорания имеют температуру 70()°С и скорость 21м/с. Мелкие и гонкие зерна вспучиваются на лету во взвешенном состоянии и выносятся в осадительный циклон.

Основное количество вспученного продукта поступает через затвор в установку для воздушноэжекционной и электростатической сепарации. Вентилятор нагнетает воздух в трубу, в которую через затвор подается вспученный материал. Крупный песок поступает в бункер, более легкие фракции уносятся из циклона смесью воздуха и эжектируемого газа в камеру, из которой сепарируется

А) для концентрата вермикулита объемной массой 85кг/м фракции 0-10 мм; б) для гидрослюды объемной массой 110 кг/м фракции 0-12 мм; в) для мелкого песка объемной массой 1030кг/м³; г) для отходов объемной массой 330 кг/м³. Вытяжной вентилятор отсасывает из установки продукты сгорания и пылевидные частицы.

1 - расходный бункер; 2- сушильный барабан; 3- трубопровод; 4- промежуточный бункер; 5- барабанный питатель;6- печь; 7- форсунка; 8- циклон

9- трубопровод;10- затвор; I1 – вентилятор; 12- 13-трубопровод; 14-вентилятор; 15-17-трубопровод; 18- циклон; 19- труба; 20- вентилятор; 21 – труба; 22-бункер; 23- камера; 24-27-бункера; 28-вентилятор

Материал, получаемый при обжиге вермикулитового концентрата, является сыпучим, лёгким высокопористым материалом в виде чешуйчатых частиц серебристого или золотистого цвет. Он обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени, без запаха. Уникальные технические свойства

- высокая гемпературостойкость, огнестойкость, отражающая способность, высокие адсорбирующие качества.

Из вспученного вермикулита получают особо легкие бетоны небольшой прочности для теплоизоляции. В крупнопанельном домостроении вермикулитобетон используется для утепления панелей наружных стен и совмещенных кровельных покрытий. Из зернистого зонолита изготавливают формовочные изделия, плиты на основе органических и неорганических вяжущих веществ. Зонолит применяют преимущественно для изоляции засыпкой.