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        巖棉與礦渣棉的三個區別
        發表日期:2014-07-09 09:27:46   

        巖棉與礦渣棉同屬礦物棉 ,它們之間在生產工藝、纖維形態、耐堿性、導熱系數、不燃性等方面存在不少共同點。人們通常將巖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 ,比灰綠色的巖棉更為“純凈”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   巖棉與礦渣棉化學成份及酸度系數的比較在我國 ,礦渣棉的主要原料一般為高爐渣或其它冶金爐渣 ,巖棉的主要原料則為玄武巖或輝綠巖,它們的化學成份差異較大(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 含量小于 1;玄武巖和輝綠巖化學成份的特點是 ,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。鑒于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。巖棉的酸度系數 MK一般大于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系數 ,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范圍 ,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,隨著酸度系數逐步提高 ,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 ,這就是礦渣棉酸度系數一般均在 1.2 左右、不可能象巖棉酸度系數達到 1.5 的原因所在

        2  巖棉與礦渣棉性能的差異
          巖棉與礦渣棉化學成份及酸度系數的差別 ,導致它們在性能上也有一定的差別。
        巖棉與礦渣棉耐水性的差別  
          盡管巖棉與礦渣棉都屬于硅酸鹽CaO-Al2O3-SiO2 物系中的產物,但由于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 ,巖棉組成點(圖中 4、5、6點)均落在硅灰石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 ,由于硅灰石、鋁方柱石、鈣長石均不具備水硬特性 ,遇水后變化很小 ,使巖棉具有較好的耐水性。
          礦渣棉組成的 1、2、3 點均落于硅灰石-鋁方柱石-硅酸二鈣的結晶作用區(即 CS-C2AS-C2S區)內 ,其中雖然鋁方柱石、硅灰石不會與水發生反應 ,但硅酸二鈣在一定條件下能同水起反應 ,這與硅酸二鈣的基本結構有關。硅酸二鈣(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范圍內是穩定的 ,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-正硅酸鈣(γ-2CaO·SiO2) ,它是結晶物質 ,不溶于水;
         ?、诋敿訜嶂?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 ℃處于穩定狀態;
         ?、垭S著溫度繼續上升,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-構造性能相似 ,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 ,硅與氧離子便連接成連續、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 ,形成更多的水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽 ,使礦渣棉纖維在潮濕環境中的穩定性下降。
          巖棉中很少存在 2CaO·SiO2 ,所以它的耐水性比礦渣棉高得多。從表 2 中還可看到巖棉與礦渣棉的pH值差別較大 ,巖棉的一般小于 4 ,屬耐水性特別穩定的礦物纖維;礦渣棉的一般大于 5 ,甚至超過6 ,其耐水性只能是中等穩定或不穩定的。由于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 ,并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 ,而使用巖棉就不存在這一弊端。
          2.2  巖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硅酸二鈣以β-構造的形態保留在纖維之中 ,并處于不穩定狀態之中。這樣 ,礦渣棉用于保溫工程之后 ,當其工作溫度超過 675 ℃又逐漸冷卻下來時 ,因礦渣棉保溫性能較好 ,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 ℃) 。而巖棉沒有這一轉化 ,使用溫度可高達 800 ℃以上 ,盡管巖棉主要礦物組成 CS-C2AS-CAS2 的共融點為 1265 ℃,其軟化溫度仍高達 900~1000 ℃。

        巖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 使水呈堿性 ,礦渣棉中的β-2CaO·SiO2 在堿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氣體可溶解于水生成氫硫酸 ,在與金屬接觸時將起腐蝕作用。
          巖棉一般以玄武巖或輝綠巖為原料 ,除在熔煉時由焦炭帶入微量硫外 ,不存在更多的硫來源 ,因而其對金屬無腐蝕作用。事實上 ,無論是巖棉或礦渣棉 ,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。


          巖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 ,結合巖棉和礦渣棉各自的特點加以正確的選擇 ,特別對于兩者在耐水性、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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