Минеральная вата и изделия из нее

Минеральной ватой — материал, получаемый путем расплава горных пород или металлургических шлаков, состоящий из тонких и гибких стекловидных волокон. Вата, получаемая из расплава горных пород, называется горной ватой, а из расплава шлаков — шлаковой ватой. Высокая пористость ваты, содержащей воздушных пустот до 95% своего объема, обуславливает ее хорошие теплоизоляционные свойства.

Длина волокон минеральной ваты в зависимости от способа производства бывает от 2 до 60 мм. Вата должна содержать не менее 80 — 90% тонкого волокна диаметром менее 7 мк, более толстые волокна, диаметром не выше 50 мкм, допускаются в пределах 10 — 20%. Слишком тонкие волокна нежелательны, так как вата легко слеживается и уплотняется, причем теплоизоляционные свойства ее ухудшаются. Ухудшает их также, примесь «корольков» — затвердевших частиц шлака или горной породы, не превращенных в волокна. В зависимости от величины объемного веса минеральная вата подразделяется на три марки — 75, 100 и 125.

Технология минеральной ваты включает следующие процессы: подготовку сырья, плавление сырья и получение силикатного расплава, переработку расплава в волокно, формирование минераловатного ковра, рулонирование полученного ковра.

Сырьем для производства минеральной ваты служат мергели, сланцы смеси известняков и доломитов с глинистыми и кремнеземистыми породами. Для изготовления минеральной ваты применяют промышленные отходы, попутные продукты производств, горные породы. К сырью, для производства минеральной ваты, предъявляют следующие основные требования: оно должно иметь определенный химический состав, обеспечивающий стойкость волокна против действия эксплуатационных факторов (влаги, температуры); невысокую температуру получения расплава, образовывать силикатные расплавы с необходимыми для волокнообразования реологическими показателями. Перечисленные требования обычно обеспечиваются составлением соответствующей смеси (шихты), включающей два или более компонентов.

Доменные шлаки являются одним из основных видов сырья для производства минеральной ваты. Это расплавы (жидкие и охлажденные), в которых кристаллизуются силикаты и алюмосиликаты. В зависимости от содержания составляющих их оксидов шлаки разделяют на основные, кислые и нейтральные. В состав шлаков входят шесть главнейших оксидов, содержание которых, % по массе, колеблется в следующих пределах: SiO₂ – 3540; А1₂О₃ – 1015; СаО – 3545; MgO – 510; Fe₂O₃ + FeO – 0,51,0.

В качестве компонента шихты можно применять ваграночные шлаки (SiO₂ – 4049; А1₂О₃ – 1719; СаО – 1932; MgO – 34; Fe₂O₃ – 35), мартеновские шлаки (до 20% оксидов железа и марганца), металлургические (отвальные) шлаки, золу тепловых электростанций, отходы керамического и силикатного производства.

Горные породы могут применяться в чистом виде или в качестве компонента шихты. К числу лучших горных пород для производства минеральной ваты относят изверженные горные породы габбро-базальтовой группы и подобные им по химическому составу метаморфические горные породы, а также мергели. Содержание оксидов в составе горных пород, применяемых для производства минеральной ваты, обычно колеблется в следующих пределах, % по массе: SiO₂ — 4565; А1₂О₃— 1020; СаО — 515; F₂O₃ + FeO — 1015, хотя в ряде случаев содержание отдельных оксидов выходит за указанные пределы. Габбро-базальтовые горные породы (диабазы, базальты, габбро), а также их метаморфические аналоги (амфиболиты, известковистые сланцы), мергели являются оптимальным сырьем для минераловатного производства. Получаемая из них вата характеризуется повышенной эксплуатационной стойкостью.

Расплав сырья получают в шахтных печах (вагранках), имеющих высоту 3 — 6 и внутренний диаметр 0,75 — 1,5 м при температуре 1500 — 1800°С (зона плавления). Вытекающий из нижней части печи через отверстия размером 20 — 30 мм расплав разбрызгивается давлением струи пара или сжатого воздуха на отдельные капли, которые, пролетая вдоль камеры волокнообразователя, вытягиваются в волокна, затвердевают и падают на пол камеры, представляющий собой движущийся с определенной скоростью транспортер. На транспортере образуется слой ваты в виде ленты; при выходе из камеры лента проходит через вальцы и уплотняется до нужной степени. На рис. 1 показана схема установки для получения минеральной ваты. Для предотвращения пылеобразования при раздувке расплава в него можно вводить добавки в виде минерального масла или битума, количество которых не должно превышать 1% веса ваты. Готовую минеральную вату свертывают в рулоны с прокладкой бумаги по всей ширине и длине рулона.

1- щековая дробилка для сырья; 2 — сито для просеивания дробленого щебня; 3 — транспортер; 4 — грохот; 5 — бункера щебня; 6 — вагонетки, транспортирующие смесь сырья и топлива на склад; 7 — весы; 8 — вагранка; 9 — вентилятор для подачи воздуха в вагранку; 10 — бак с водой; 11 — сопло подачи пара; 12 — бак с парафиновым маслом; 13 — камера охлаждения; 14 — вентилятор 15 — емкость для полимера

Рис. 1. Технологическая схема производства минеральной ваты