岩棉与矿渣棉的区别

   岩棉与矿渣棉同属矿物棉 ,它们之间在生产工艺、纤维形态、耐碱性、导热系数、不燃性等方面存在不少共同点。人们通常将岩棉和矿渣棉统称为矿棉 ,因此易将两者看成是同一种东西 ,甚至认为矿渣棉色泽洁白 ,比灰绿色的岩棉更为“纯净”些 ,这是一种误解。虽然它们都属矿物棉 ,但也还存在一些不容忽视的差别。形成这些差别的主要原因 ,是原料成份的不同。 　

1   岩棉与矿渣棉化学成份及酸度系数的比较在我国 ,矿渣棉的主要原料一般为高炉渣或其它冶金炉渣 ,岩棉的主要原料则为玄武岩或辉绿岩,它们的化学成份差异较大(表1) 。

　　由表 1 可见:高炉渣化学成份的特点是,SiO2 +Al2O3 + CaO + MgO 含量高达 90 %～95 %,而 Fe2O3+ FeO 含量小于 1;玄武岩和辉绿岩化学成份的特点是 ,SiO2 + Al2O3 + CaO + MgO 含量为 77 %～83 %,比高炉渣低 10 %左右 ,而 Fe2O3 + FeO 含量平均在 11 %左右 ,最高时可高达 17 %,是高炉渣中铁氧化物含量的十数倍。鉴于以上两类原料的不同特点 ,以它们为原料分别生产出来的矿物纤维也具有不同的化学成份特点。岩棉的酸度系数 MK一般大于1.5, 甚至可高达2.0以上;矿渣棉的 MK一般只能保持在1.2左右 ,很难超过1.3,这是因为若要进一步提高矿渣棉的酸度系数 ,就必须提高熔体中 SiO2 和 Al2O3 的含量 ,使 CaO 和 MgO 含量相应地有所降低 ,在铁含量较低的情况下 ,势必使熔体的粘度增大 ,以致难以保证矿渣棉纤维的品质。含氧化铁较低的熔体 ,当其MK=1.2 左右时 ,在最佳成纤温度下有宽而稳定的粘度范围 ,这种情况下即使流股温度上下波动100 ℃,其纤维质量和成纤率将不受很大的影响。但是,随着酸度系数逐步提高 ,熔体稳定性变差 ,对温度变化的敏感性也随之提高 ,只要温度略有波动 ,其粘度将发生较大幅度的变化 ,甚至无法成纤 ,这就是矿渣棉酸度系数一般均在 1.2 左右、不可能象岩棉酸度系数达到 1.5 的原因所在

2 　岩棉与矿渣棉性能的差异

　　岩棉与矿渣棉化学成份及酸度系数的差别 ,导致它们在性能上也有一定的差别。

图 1 CaO Al2O3 SiO2 三元相图中岩棉与矿渣棉落点位置图

2 .1 　岩棉与矿渣棉耐水性的差别 　

　　尽管岩棉与矿渣棉都属于硅酸盐CaO-Al2O3-SiO2 物系中的产物,但由于它们化学成份上的差异(表 2) ,使它们的物相组成点落在CaO-Al2O3-SiO2三元相图中不同的结晶作用区域内(图 1) 。从表 2 及图 1 可见 ,岩棉组成点(图中 4、5、6点)均落在硅灰石2铝方柱石2钙长石结晶作用区(即CS-C2AS-CAS2 区)内 ,其固相中必定留有这三种结晶相 ,由于硅灰石、铝方柱石、钙长石均不具备水硬特性 ,遇水后变化很小 ,使岩棉具有较好的耐水性。

　　矿渣棉组成的 1、2、3 点均落于硅灰石-铝方柱石-硅酸二钙的结晶作用区(即 CS-C2AS-C2S区)内 ,其中虽然铝方柱石、硅灰石不会与水发生反应 ,但硅酸二钙在一定条件下能同水起反应 ,这与硅酸二钙的基本结构有关。硅酸二钙(2CaO·SiO2)具有三种不同的结晶构造 ,即α、β、γ型结晶。每一种构造在一定的温度范围内是稳定的 ,但能随温度的变化进行多晶转变: ①在低温直至 675 ℃稳定的构造是γ-正硅酸钙(γ-2CaO·SiO2) ,它是结晶物质 ,不溶于水;

②当加热至 675 ℃时 ,γ-构造转化为β-构造 ,而且这个转化作用伴随着体积的急剧变化(约增大 10 %) ,β-构造从 675 ℃到 1410～1420 ℃处于稳定状态;

③随着温度继续上升,β-构造又转化为α-构造 ,该构造直至其熔融温度 2130 ℃均是稳定的(表 3) 。在这三种晶型中 ,除γ-构造外,α-和β-构造性能相似 ,均能与水发生水化反应。矿渣棉中不希望存在这两种构造 ,应尽量创造条件使α-、β-构造向γ-C2S的方向转化 ,以改善其耐水性。但是α-C2S 和β-C2S 只有从高温缓慢冷却至 675 ℃以下时 ,才能实现向γ-C2S的转变。在实际成纤过程中 ,熔体不是缓冷而是被急骤冷却 ,其粘度随温度的急降而迅速增大 ,这时离子运动受阻 ,不可能继续有规则地排列 ,抑制了晶体的生长 ,硅与氧离子便连接成连续、不规则的网架 ,在低温下保留了β-C2S 变体的形态 ,形成较多量的玻璃态β-C2S,这意味着它将在水溶液的作用下 ,形成更多的水化硅酸盐和水化铝酸盐 ,使矿渣棉纤维在潮湿环境中的稳定性下降。

　　岩棉中很少存在 2CaO·SiO2 ,所以它的耐水性比矿渣棉高得多。从表 2 中还可看到岩棉与矿渣棉的pH值差别较大 ,岩棉的一般小于 4 ,属耐水性特别稳定的矿物纤维;矿渣棉的一般大于 5 ,甚至超过6 ,其耐水性只能是中等稳定或不稳定的。由于两者间存在这一差别 ,矿渣棉不宜在潮湿环境中使用 ,特别在保冷工程中应慎用。在保冷工程中 ,热流方向是从外部向内部流动的 ,与保温工程热流方向相反 ,外界的潮气将随热流一起渗入保冷材料内部 ,并随温度降低而结露凝结成水 ,如果在此处使用矿渣棉 ,其纤维会逐渐水化而被破坏 ,降低了保冷层的使用寿命 ,而使用岩棉就不存在这一弊端。

2.2 　岩棉与矿渣棉耐热度的差别 　

　　如前所述 ,在矿渣棉生产过程中 ,因熔体被急冷而使其中的硅酸二钙以β-构造的形态保留在纤维之中 ,并处于不稳定状态之中。这样 ,矿渣棉用于保温工程之后 ,当其工作温度超过 675 ℃又逐渐冷却下来时 ,因矿渣棉保温性能较好 ,在工作状态下冷却过程缓慢 ,促使β-2CaO·SiO 向γ-2CaO·SiO2 转化 ,此时其密度由3.28 降至 2.97 ,体积膨胀了 10 %左右 ,使矿渣棉产生粉化而解体。因此 ,矿渣棉的使用温度 ,不宜超过β-构造向γ-构造转化的温度(675 ℃) 。而岩棉没有这一转化 ,使用温度可高达 800 ℃以上 ,尽管岩棉主要矿物组成 CS-C2AS-CAS2 的共融点为 1265 ℃,其软化温度仍高达 900～1000 ℃。

2.3 　岩棉与矿渣棉耐腐蚀性的差别

　　高炉在冶炼中主要作用之一是脱除生铁中的大部分硫 ,防止生铁在使用过程中产生热脆现象。这些脱除的硫 ,以硫化钙(CaS)的形态留在高炉渣之中。在生产矿渣棉时 ,这部分 CaS 又随之进入矿渣棉中 ,其含量在5 %左右。当矿渣棉在湿度大的环境中使用时 ,其中的CaS遇水会分解为 Ca(OH) 2 和 H2S: CaS + 2H2O= Ca(OH) 2 + H2S。这两种反应产物对矿渣棉的使用均产生不良影响: ①Ca(OH) 2 使水呈碱性 ,矿渣棉中的β-2CaO·SiO2 在碱性水溶液的激发之下 ,更促使其水化反应的进行 ,使矿渣棉耐水性进一步降低; ②H2S气体可溶解于水生成氢硫酸 ,在与金属接触时将起腐蚀作用。

　　岩棉一般以玄武岩或辉绿岩为原料 ,除在熔炼时由焦炭带入微量硫外 ,不存在更多的硫来源 ,因而其对金属无腐蚀作用。事实上 ,无论是岩棉或矿渣棉 ,在其使用过程中不可避免地会与金属接触以及存在水气 ,因此 ,在选材时这两种材料在耐腐蚀方面的差异不容忽视。

3 　结语

　　岩棉与矿渣棉虽然存在很多相同之处 ,但也存在一些明显的不同之处 ,因此不能完全混为一谈。在选用矿物棉作为隔热材料时 ,务必根据隔热工程的具体情况 ,结合岩棉和矿渣棉各自的特点加以正确的选择 ,特别对于两者在耐水性、耐热性和耐腐蚀性这三方面的特定条件下的使用 ,更应予以重视。