岩棉和矿棉的区别

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1CaOAl2O3SiO2三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。