Основные сведения и основы процессов вспучивания
Вспученный перлит – это ИПЗ, получаемый путем вспучивания при обжиге водосодержащей.
Представляет собой теплоизоляционный материал, изготавливаемый посредством нагревания раздробленной или измельченной плотной породы до t = 900…12000С, при которой она вспучивается и размягчается и в результате перехода в пар содержащейся в ней влаги, которая полностью удаляется лишь при t = 800…9500С.
Название «перлит» произошло от французского слова «LES PERLES» – жемчуг, в связи с наличием в нем многочисленных мелких концентрических трещин, в результате которых эта порода распадается на шарики с блестящей перламутровой поверхностью, напоминающей жемчуг.
В вулканических стеклах присутствует вода как вошедшая в момент извержения лавы и ее быстрого охлаждения, так и ювенильная, насыщающая лаву после ее остывания. Количество этой воды различное: в обсиданах – менее 1%, в перлитах – 1…6%, витрофирах – менее 6%.
Различают 2 типа воды:
– перлитовая, которая выделяется при нагреве до 5000С;
– обсидановая, обуславливающее вспучивание обсидание и перлита, и выделяющаяся при 830…9500С.
Вспучивание вулканических стекол происходит в результате процесса совмещения испарения трудноудаляемой влаги и диссоциации карбонатов и образовавшейся при этом парогазовой смеси с процессами размягчения вещества породы.
Технологической особенностью получения вспученных вулканических стекол является выбор таких скоростей и температур нагрева и степень изменения породы, при которых обеспечивалось бы наибольшее совмещение во времени испарения трудно удаляемой влаги с достижением упругопластического состояния вспучиваемого вещества.
Удаление влаги из вулканических стекол происходит в значительном интервале температур, однако, в ряде случаев лежащих ниже температуры перехода в размягченное состояние породы.
Процесс вспучивания длится в вертикальных или шахтных печах 1…2 сек., в барабанных – 20 сек.
В результате данного процесса имеют место следующие физические изменения:
1. быстрый нагрев породы и переход из твердого в упругопластическое состояние;
2. преодоление расширяющейся при нагревании в порах парогазовой смесью предельного напряжения сдвигу стекловидного вещества, которое находиться в упругом состоянии.
η = 5ּ105 Нּс/м2 = 5ּ105 Паּс;
3. увеличение объема в результате дальнейшего нагревания стекловидного вещества и уменьшение в связи с этим его вязкости, которая может достигнуть значения намного большего, чем при переходе из упругопластического в жидкотекучее. Данное значение не должно быть меньше, чем при переходе из упругого состояния в жидкотекучее состояние.
4. затвердевание вспученных частиц в результате снижения температур.
Коэффициент вспучивания вулканического стекла – это отношение объема необженного материала к объему вспученного:
При плотности вспученного материала от 60 до 115 кг/м3.
Чем выше максимальная температура среды, тем меньше продолжительность нагревания внутренних слоев частицы и тем легче совмещать испарения влаги с моментом достижения веществом эффективного интервала вязкости
Δ = ηнач. вспуч. – ηоконч. вспуч.
С увеличением содержания щелочей Na2O + K2O с 4,82% до 6,41% коэффициент вспучивания уменьшается с 9,6 до 3,6.
Хорошо на вспучивание влияет наличие пор в породе. В восстановительной среде вспучивание происходит лучше, чем в окислительной. Вспучиваемость возрастает с уменьшением размера частиц. Так при размере частиц 0,22 мм Квсп = 15,9, при размере 0,88 мм – Квсп = 10,1.