Асбест и его свойства. Требования к асбесту - как сырье для производства асбестоцементных изделий.
Свойства асбеста.
Основным сырьем для производства асбестоцементных изделий являются асбест и цемент. Если суммарное содержание асбеста и цемента в асбестоцементе по массе принять за 100 %, то асбеста в нем будет от 12 до 18-20%, а цемента соответственно от 88 до 80-82.
Асбест - минерал, обладающий способностью расщепляться на тончайшие гибкие и прочные волокна. По растворимости в кислотах асбесты делятся на серпентинитовую и амфиболовую группы. В асбестоцементной промышленности используют асбесты серпентинитовой группы и прежде всего хризотил-асбест. Хризотил-асбесты залегают в горной породе в виде тонких жил. Хризотил-асбест представляет собой водный силикат магния (гидросиликат магния). Его химический состав 3MgO*2SiO2*2Н2О, а иногда Н4*Мg3*SiO2*О9 или МgЗ*SiO2*О5[ОН]4
Содержание веществ в составе хризотил-асбеста, %
SiO2 - 42,0
Аl2О3 - 0,5-1,3
Fе2O3 - 1-4
Fe2O - 0,5-2
MgO - 40-43
Na2O - следы
Н2О - 12-13,5
Волокна (фибриллы) хризотил-асбеста имеют трубчатое строение. Стенка такой трубочки образована из спирально навитых слоев, каждый из которых представляет собой элементарный серпентинитовый пакет размером от 3,6 до 7,3 А (А - ангстрем - одна стомиллионная доля сантиметра).
Такое строение асбестового волокна определяет его высокую механическую прочность на растяжение. Малая толщина элементарного волокна приводит к тому, что асбест представляет собой агрегат, состоящий из множества элементарных фибрилл. Связь же между параллельно лежащими в пучке волокнами (агрегативная связность) относительно не велика, чем объясняется его сравнительно легкая распушиваемость - разделение на отдельные волокна.
Высокая механическая прочность и долговечность асбестоцемента определяются высокой механической прочностью асбестового волокна на разрыв, высокой адсорбционной способностью, щелочестойкостью.
Прочность волокон хризотил-асбеста определяется двумя величинами - модулем упругости и пределом прочности при растяжении.
Модуль упругости характеризует сопротивляемость материала растяжению. Чем больше эта величина, тем меньше растягивается волокно (или стержень) при приложении нагрузки. Модуль упругости (Па) определяют по следующей формуле: E=PI/(∆lF),
где Р - величина нагрузки, Па; l- длина волокна, м; ∆l - удлинение волокна от нагрузки Р; F - площадь поперечного сечения волокна, м2.
Модуль упругости недеформированных волокон асбеста составляет 1,75-1,85*1011 Па.
Предел прочности при растяжении определяется как частное от деления нагрузки, при которой разорвалось волокно, на площадь его поперечного сечения.
Предел прочности при растяжении зависит от длины волокна и колеблется в зависимости от месторождения асбеста. Модуль упругости и предел прочности при растяжении хризотил-асбеста, подвергнутого обработке, резко снижается. Тем не менее прочность распушенного асбеста достаточно высока.
Адсорбционная способность - способность вещества поглощать и удерживать на своей поверхности другое вещество из раствора или газа. Адсорбционная способность волокон тем выше, чем больше площадь поверхности вещества на единицу его массы (удельная поверхность). Вследствие того что диаметр асбестовых волокон чрезвычайно мал, его удельная поверхность очень велика и достигает 15-20 м2 на 1 г массы. Этим и объясняется высокая адсорбционная способность асбеста, которая используется при производстве асбестоцементных изделий.
Температуростойкость - это способность материала сохранять основные свойства при нагревании его до высокой температуры. Асбест не горит и относится к минералам с относительно высокой температуростойкостью. Хризотил-асбест содержит до 14% связанной воды. При нагревании до 100-110°С часть воды испаряется. Это, однако, не оказывает заметного влияния на прочность асбеста благодаря его способности поглощать воду из атмосферы. Нагревание же до 600-800С приводит к резкому падению прочности асбеста, которая не восстанавливается. При этой температуре асбест превращается в минерал - форстерит (безводный силикат магния).
Хризотил-асбест обладает высокой щелочестойкостью. При кипячении его в течение 4 ч в 25%-ном растворе щелочи (КОН) содержание растворимых веществ не превышает 5%. Это свойство способствует более прочному сцеплению волокон асбеста с цементным камнем.
Вместе с тем хризотил-асбест не кислотостоек и быстро разрушается при воздействии некоторых кислот. При кипячении асбеста в течение 4 ч в соляной кислоте (HCl) содержание растворимых веществ достигает 57 %. Это свойство асбеста учитывают при определении области применения изделий из асбестоцемента. Так, в сооружениях, где выделяются пары кислот, асбестоцемент можно применять только при условии его специальной защиты.
Требования к асбесту.
Асбест и порода, в которой он залегает, имеют один и тот же химический состав и плотность и отличаются только формой кристаллов. Кроме того, асбест в породе представлен волокнами различной длины. Нa обогатительных фабриках получают товарный асбест.
Процесс обогащения состоит в том, что руду, содержащую асбестовые волокна, подвергают многостадийному дроблению. После каждой из стадий освобожденные из породы волокна отсасывают из массы руды, чтобы сохранить их природную длину И текстуру от разрушения в последующих стадиях дробления. Отсасывание производят на наклонных грохотах, совершающих возвратно-поступательное движение. При этом волокна как бы всплывают в верхний слой, а зерна более тяжелой породы остаются внизу. Асбестовые волокна отсасывают воздушной струей и затем осаждают в циклонах.
В начальной стадии обогащения получают длинноволокнистые асбесты, по мере дальнейшего дробления длина асбестовых волокон уменьшается. Вместе с тем в процессе обогащения в асбесте остается некоторое количество пыли и мелкие частицы породы - галь. В процессе обогащения асбестовые волокна подвергаются деформации, и в результате происходит некоторая его распушка.
Качество хризотил-асбеста, поступающего на завод, регламентируется ГОСТ 12871-67. Основная его характеристика - длина волокна. По этому показателю, а также по содержанию в нем пыли и гали асбест подразделяется на 8 сортов (0-7). Чем длиннее волокно асбеста, тем выше его сорт.
Качество асбеста и соответствие его требованиям стандарта по показателю длины волокна, содержанию пыли и гати определяют ситовым анализом на контрольном аппарате. Этот аппарат представляет собой горизонтальный грохот с продольными качаниями, на котором устанавливают комплект сит, состоящий из четырех ящиков 7. Верхние три ящика представляют собой сита, а нижний ящик имеет сплошное дно. Для анализа асбеста применяют два комплекта сит.
Частицы горной породы, оставшиеся после обогащения, и асбестовое волокно, прошедшее через сито контрольного аппарата с размером стороны ячейки в свету 0,25 мм, называют пылью. Частицы горной породы, прошедшие через сито контрольного аппарата с размером стороны ячейки в свету 4,8 мм и оставшиеся на сите контрольного аппарата с размером стороны ячейки в свету 0,25 мм, называют галью. Частицы же горной породы, не прошедшие через сито контрольного аппарата с размером стороны ячейки в свету 4,8 мм, относят к посторонним примесям.