Сырьевые материалы для производства минеральной ваты

Сырьевая смесь для получения силикатного расплава, из которого затем производят минеральную вату, обычно бывает многокомпонентной. По общепринятой методике состав шихты подбирают с таким расчетом, чтобы он обеспечивал модуль кислотности волокна (М_к) не менее 1,5 для высшей категории качества и не менее 1,2 для первой категории:

Волокна с М_к=1,5...2,5 отличаются повышенной эксплуатационной стойкостью, волокна с М_к?1,2 неустойчивы по отношению к воздействию воды.

Как видно из формулы, модуль кислотности М_к находится в прямой зависимости от содержания в шихте SiO₂ и Al₂O₃. Однако чрезмерное их количество может резко увеличить вязкость силикатного расплава, уменьшив тем самым производительность плавильной установки. Следовательно, надо искать такое решение, при котором бы обеспечивались технологические параметры производства и долговечность минеральной ваты.

Поэтому при расчетах следует учитывать не только М_к, но и модуль вязкости М_в, более точно отражающий состояние расплава:

где М_RmOn — молекулярное количество каждого из оксидов.

Модуль вязкости силикатного расплава при использовании вагранки не должен превышать 1,2, при ванном способе производства минеральной ваты — не более 1,4.

Компоненты, переходящие в жидкое состояние при температуре более 1550°С, относят к тугоплавким. В любом случае производят опытную плавку, в ходе которой корректируют состав шихты и уточняют технологический режим работы оборудования.

Сырьем для производства минеральной ваты чаще всего являются отходы промышленности — металлургические и топливные шлаки, золы, керамический и стеклянный бой, бой силикатного кирпича и пр., а также горные породы. Практически очень редко сырье используют без подшихтовки, которая обеспечивает необходимый химический состав расплава. Исходные сырьевые смеси должны обеспечивать низкую температуру плавления, необходимую вязкость расплава и требуемые эксплуатационные характеристики минеральной ваты.

Составные части сырьевой шихты должны быть недефицитными и легко поддаваться предварительной подготовке.

Измельчение сырьевых компонентов способствует ускорению реакций силикатообразования и гомогенизации расплава, которая необходима для получения стабильных свойств волокна.

Металлургические доменные шлаки — один из основных видов сырья для производства минеральной ваты. Химический состав их представлен следующими наиболее важными оксидами, % по массе: SiO₂ — 35—40; Al₂O₃ — 7—17; Fe₂O₃+FeO — 0,5—3; СаО — 31—47; MgO — 5—11; MnO — 0,4—2,2.

Подшихтовку шлаков производят кислыми добавками с высоким содержанием SiO₂ и Al₂O₃ с целью понижения модуля основности шихты М_o до значения не более 0,8 (или модуля кислотности М_к до значения не менее 1,25), определяемых по формулам:

В противном случае полученное силикатное волокно обладает низкой механической прочностью и является неустойчивым по отношению к воздействию воды в силу высокого содержания в нем СаО.

Электротермофосфорные шлаки содержат примерно одинаковое количество СаО и SiO₂ (около 41—44 %), М_o=1,09...1,21 (М_к=0,82...0,91), обязательно подшихтовываются кислыми добавками (песком, золой, ваграночными ультракислыми шлаками и пр.).

Ваграночные шлаки характеризуются повышенным содержанием кислых оксидов и пониженным — основных, % по массе: SiO₂ — 40—46; Al₂O₃ — 10—18; Fe₂O₃+FeO — 5—15; CaO — 20 34; MgO — 1,5—8. Модуль основности М_о=0,35...0,72 (М_к=1,37...2,82). Их можно использовать как однокомпонентное сырье, а также в качестве подкисляющей добавки к более основным шлакам. Имеют невысокую температуру плавления.

Мартеновские шлаки относятся к основным шлакам с содержанием CaO+MgO — 42—54 %, Si02+Al203 — не более 40 %; М_o=1,3...2 (М_к=0,49...0,76). Характеризуются повышенным содержанием Fe₂O₃+FeO — 8—24 %. Их можно использовать как добавку к очень кислому сырью с целью повышения подвижности силикатного расплава и производительности плавильного агрегата за счет высокого содержания основных оксидов и как плавень, понижающий температуру плавления за счет повышенного содержания оксидов железа.

Шлаки цветной металлургии, как правило, в большинстве своем пригодны для производства минеральной ваты. Имеют разнообразный химический состав, но в основном относятся к кислым и ультракислым шлакам, имеют М_о=1,1...0,3 (М_к=0,9...3). Вязкость расплавов шлаков никелевого, оловянного, цинкового, свинцового производств при температуре 1250—1350°С вполне приемлема и составляет 0,13—0,8 Па·с. Гораздо более вязки шлаки медеплавильного производства — 20 Па·с при температуре 1350°С, в связи с чем необходима их дошихтовка.

Золы электростанций по химическому составу весьма разнообразны. Золы горючих сланцев и бурых углей менее кислые, чем золы от сжигания каменных углей.

Горные породы наиболее пригодны в виде изверженных пород габбро-базальтовой группы и метаморфических пород и мергелей со сходным химическим составом. Следует отметить, что запасы такого сырья в нашей стране практически неограничены. Химический состав горных пород, применяемых для производства минерального волокна, колеблется в следующих пределах, % по массе: SiO₂ — 45—65; Al₂O₃ — 10—20; Fe₂O₃+FeO — 10—15; СаО — 5— 15; MgO — 5—15; Na₂O+K₂O — 1—3.

Отходы силикатного и керамического производств широко используют при получении минеральной ваты в процессе дошихтовки основного сырья в качестве подкисляющей добавки с содержанием SiO₂+Al₂O₃ — 70—85 %.