三、礦物保溫材料

40.什么是礦物保溫材料？

礦物保溫材料是指以減少熱損失為目的，具有節能功能的非金屬礦物材料。這類材料具有保溫隔熱或保冷和節能功能，因此也稱為絕熱材料，習慣上常稱為保溫隔熱材料。

41.絕熱材料有哪些分類？

絕熱材料主要有工業保溫（及保冷）以及建筑物保溫節能兩大類。從絕熱材料生產的角度看，兩者沒有根本區別，但從絕熱材料的類型及施工性能和材料的品種及規格上，則有顯著區別。

絕熱材料種類繁多。按基礎原料分無機和有機絕熱材料兩類；按密度分重質（400～600kg/m3）、輕質（125～350kg/m3）、超輕質（15～100kg/m3）三類；按壓縮性分軟質（有彈性或無彈性）、半硬質及硬質三類；按結構形態分發泡型、多孔顆粒型和礦物纖維型等。

42.礦物纖維型保溫隔熱材料有哪些分類？

根據所使用的礦物纖維的來源不同，礦物纖維型保溫隔熱材料可分為天然礦物纖維保溫隔熱材料和人造礦物纖維保溫隔熱材料。天然礦物纖維主要是石棉、纖維水鎂石及纖維海泡石；人造礦物纖維主要有礦棉（習慣上常指巖棉及礦渣棉）、玻璃棉及硅酸鋁纖維等。

43.什么是巖棉和巖棉制品？

將玄武巖、安山巖或輝綠巖等礦石與少量的白云石或石灰石等助熔劑在沖天爐內1400～1500℃高溫下加熱成熔融狀態、通過四輥高速離心機制成的纖維稱為巖棉；同時，將水溶性樹脂或硅溶膠類黏結劑噴射到纖維表面，經過沉降室及輸送帶加壓成型，即得到巖棉制品。在制品表面噴上防塵油膜，然后經烘干、貼面、縫合和固化等加工可制成各種巖棉定型絕熱制品。

44.巖棉纖維有什么優缺點？

因巖棉本身不含游離堿，大于0.5mm的渣球含量平均僅為2.76％（約為礦渣棉的1/2）；巖棉的pH值為7～9；巖棉制品多采用憎水性樹脂作黏結劑，樹脂固化度不低于95％，故巖棉制品的吸濕率低、耐水性較好。巖棉纖維的不足之處是纖維的長度和柔軟感不如長纖維礦渣棉，生產成本也較高。

45.巖棉制品的安全使用溫度范圍是什么？

巖棉制品的酸度系數可達1.5～1.7，采用黏結劑不同，會得出不同的安全使用溫度。一般采用酚醛樹脂作黏結劑，用量不超過2％，同時加大密實度，就可使巖棉的使用溫度達到400℃。如采用硅溶膠等耐高溫黏結劑，工作溫度可達600～650℃，密度通常為90～150kg/m3。

46.什么是礦渣棉？

礦渣棉是以高爐礦渣和石灰石、白云石等為原料，在1400～1500℃沖天爐或池窯中熔融，熔融物用噴吹或離心法成纖的一種人造礦物纖維。

47.礦渣棉的生產工藝流程是什么？

礦渣棉具有較強的耐堿性，但不耐強酸，pH值為7～9。礦渣棉的一般生產工藝流程如圖3-1所示。成型時采用加壓和真空吸濾方法除去纖維中的大部分水（含水不超過10％），使產品很快成型，然后烘干。成型時若采用改性水玻璃等耐高溫黏結劑，經過成型、烘干的礦渣棉制品，可將使用溫度提高到550～600℃。

48.什么是硅酸鋁纖維和硅酸鋁纖維制品？

硅酸鋁纖維是由優質焦寶石經過水洗粉碎后，在2000℃高溫雙極碳棒電弧熔爐中熔化成熔融液流，然后以高速氣流噴吹液流拉升、分裂、膨脹成非晶質纖維（玻璃態）。這種原棉再經多次水洗除去渣質，加入適量黏結劑和防潮劑，通過加壓和真空吸濾法成型制成各種硅酸鋁纖維制品。

49.硅酸鋁纖維生產過程中采用的黏結劑和防潮劑是什么？

在硅酸鋁纖維生產中所用的黏結劑主要是膠乳、甲基纖維素和磷酸鋁高溫黏結劑。防潮劑主要由各種樹脂、水玻璃、硅溶膠、有機硅等不同原料配制而成。

50.硅酸鋁纖維的生產設備和工藝有哪些？

硅酸鋁纖維生產的主要設備有電源變壓器、電弧爐、空氣壓縮機等。硅酸鋁耐火纖維的生產工藝流程如圖3-2所示。

51.什么是石棉？

石棉是一種具有纖維結構，可劈分為纖細而柔軟的纖維礦物的總稱。按成分、結構的差異一般將石棉分為溫石棉（也稱纖蛇紋石石棉）、角閃石石棉（堿性角閃石石棉也稱為藍石棉）、水鎂石石棉等。其中溫石棉產量最大，分布最廣，占總產量的98％以上。

52.石棉基保溫隔熱材料有哪些分類？

以石棉纖維為原料的絕熱保溫材料品種很多，主要有以下幾類。

（1）織造類　石棉紗（線）、石棉繩、石棉帶（布）、石棉被、石棉衣（手套）、石棉盤根等。

（2）造紙類　熱絕緣石棉紙（板）、襯墊石棉紙（板）、保溫石棉板。

（3）模制類　石棉硅酸鈣板（微孔硅酸鈣）、泡沫石棉、碳酸鎂石棉管。

（4）涂料與散狀類　石棉/海泡石保溫涂料（硅酸鹽復合保溫涂料）、碳酸鎂石棉涂料以及石棉絨（灰）等。

53.石棉紡織制品的生產工藝、常規工序和主要應用領域是什么？

石棉紡織制品是以石棉為原料，加入適量棉花或其他人造纖維，經過原棉處理、混棉、梳棉、紡紗及編織等工藝加工而成，特殊情況下如濕紡工藝可不添加棉花。石棉紡織常規工序有原棉處理、混棉及混花絨制備、紡紗及編織等作業。石棉紡織制品主要用作絕熱材料、密封填料、摩擦材料及其他石棉制品的基料，也可用于電解的隔膜材料。

54.石棉保溫制品有哪些？

石棉保溫制品主要有石棉紙、保溫板和泡沫石棉等。

55.熱絕緣石棉紙的主要原材料和生產工藝是什么？

熱絕緣石棉紙是以石棉纖維和膠黏劑為原料，經打漿、抄取工藝制成的絕熱材料。主要原材料及配方如下。

0.3mm熱絕緣石棉紙（％）：四級石棉48.8；回料49；聚乙烯醇0.2；聚醋酸乙烯乳液2.0。

0.8mm熱絕緣石棉紙（％）：五級石棉55.0；回料43.8；聚乙烯醇0.2；聚醋酸乙烯乳液1.0。

熱絕緣石棉紙的生產工藝過程簡述如下。

（1）原棉處理　原棉須經專用分選設備進一步開松，同時除去原棉中的砂粒、粉塵及其他外來雜質。

（2）制漿　處理好的原棉按配方比例投入打漿機，在一定量水中高速攪拌、混合均勻，并在打漿機低刀的作用下對原棉進行濕式松解和切短少量過長纖維，制成石棉料漿。

（3）抄取　采用單網或雙網造紙機抄取成所需厚度的濕紙坯。

（4）整理　主要是將抄取好的濕坯干燥、平整、切邊等，使其符合產品規格。

絕緣石棉紙具有隔熱、保溫及不燃等性能，主要用作電機工業、鋁澆鑄隔膜、電器罩殼及工業設備的隔熱和保溫。

56.石棉保溫板的生產原料和生產工藝是什么？

石棉保溫板是用石棉纖維、黏結劑和填料制成。所用配料主要是陶土、聚乙烯醇、桃膠液等。其生產工藝有抄取法和壓制法兩種。壓制法是將原材料和配料，加三倍左右的水，在拌合機內攪拌均勻，然后定量澆坯，加壓成型。抄取法生產的主要工序與絕熱石棉紙相同。

石棉保溫板按加工工藝不同分為抄取板（厚度1～20mm）和壓制板（厚度5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm）。這兩種絕熱板的配方如下。

抄取板（％）：五級石棉38.0；六級石棉24.2；回料35；聚乙烯醇（PVA）0.15；桃膠液2.65。

壓制板（％）：五級石棉17.0；六級石棉25.0；回料36；陶土20；桃膠液2.0。

57.什么是泡沫石棉？

泡沫石棉是將石棉纖維在陰離子表面活性劑的作用下充分松解制漿、發泡、成型、干燥制成的網狀結構的多孔氈狀保溫材料，使用溫度為-50～500℃。

58.泡沫石棉的特點和主要應用領域是什么？

泡沫石棉具有保溫性能好、容重小、隔熱、防凍、防震、吸聲、耐老化、柔軟、撓度大等特點，而且施工簡便、成本低，可任意裁剪，無粉塵飛揚，不刺激皮膚，手感好，拆卸后可重復使用，廣泛應用于民用建筑及冶金、電力、化工、石油、船舶等工業部門，作為建筑和各種鍋爐、熱力管道、罐塔、車船、冷凍設備等的保溫、隔熱、絕冷、吸聲材料。

59.泡沫石棉的生產工藝流程是什么？

泡沫石棉的生產工藝流程如圖3-3所示。該生產工藝的關鍵是松解、鼓泡、成型干燥和后處理。

60.多孔型保溫隔熱材料有哪些？

常見的多孔型保溫隔熱材料有膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鈣及其制品。

61.什么是膨脹珍珠巖？

膨脹珍珠巖是由珍珠巖燒脹而成的一種散粒狀、輕質和吸聲性能好的絕熱材料。外觀呈白色，微孔結構，散粒狀構造。微孔尺寸為100nm～10μm，顆粒尺寸為0.15～2.50mm，常溫熱導率為0.042～0.076W/（m·K），安全使用溫度-200～1000℃，化學性質穩定，是一種優質絕熱材料。

62.什么是膨脹珍珠巖絕熱制品？

膨脹珍珠巖絕熱制品是以膨脹珍珠巖為主要原材料，用水泥、石膏、石灰、水玻璃、瀝青、合成高分子樹脂將其膠結成整體而成的具有規則形狀的材料，廣泛應用于建筑、冶金、石油、化工、電力等領域的各種絕熱工程。

63.珍珠巖的化學成分是什么？

珍珠巖是酸性含水火山玻璃質巖石的總稱，主要包括珍珠巖、黑曜巖、松脂巖三種巖石。其化學成分為：SiO273.41％，Al2O312.34％，Fe2O31.33％，Na2O 2.95％，K2O5.33％，H2O6.48％。將珍珠巖原料破碎至一定粒度，在驟然加溫至1000～1300℃，其體積迅速膨脹4～30倍，成為膨脹珍珠巖。

64.膨脹珍珠巖產品的生產工藝流程是什么？

膨脹珍珠巖的生產工藝流程為：原料→破碎→篩分→貯料倉→預熱→焙燒→產品。

（1）粉碎　一般將原料粉碎至小于1mm。

（2）預熱　主要除去吸附水和部分巖漿噴出地表后遇冷來不及逸散仍包裹在玻璃質中的結合水，后者是珍珠巖膨脹的原動力，應使之保持在一個合理的有效含水量數值上，由預熱工藝來實現這個目的。一級預熱溫度控制在400～500℃，此時殘存含水量大約為2％。

（3）焙燒　生產膨脹珍珠巖的關鍵工序，目前主要采用回轉窯。

65.什么是蛭石？

蛭石是一種層狀結構的硅酸鹽礦物，顏色呈金黃、黃褐、綠色到褐綠、暗綠、黑色不等，外觀多呈片狀、鱗片狀或單斜假晶，片狀解理完全。受熱時迅速膨脹、扭曲，形似水蛭。

蛭石屬含水鋁（鎂）硅酸鹽礦物，化學式可寫為（Mg，Fe，Al）3［（Si，Al）4O10（OH）］·4H2O。結構由兩層Si（Al）O四面體夾一層Al（Mg）O八面體組成結構單元層，層間可交換陽離子Mg、Ca、Na、K和H2O，當受熱時，層間水蒸發產生蒸汽壓力，使各結構單元層迅速撐開，體積發生膨脹，層間形成細小的空氣間隔層而降低對熱流的傳導。

66.什么是膨脹蛭石？

膨脹蛭石是一種以蛭石為原料，以烘干、破碎、焙燒或化學方法在短時間內急劇膨脹成約8～15倍、由許多薄片組成的層狀結構的松散顆粒。膨脹蛭石具有保濕、隔熱、吸聲、耐凍、抗菌、防火、吸水等特性，而且無味、無毒、不腐爛變質、抗菌等特性，但不耐酸，介電特性也較差。

由于良好的保溫隔熱和吸聲等特性，膨脹蛭石是一種優質的保溫、絕熱和隔聲材料，廣泛地用于建筑、冶金、化工、輕工、機械、電力、石油、環保及交通運輸等領域。

67.膨脹蛭石的生產方法和加工工藝有哪些？

膨脹蛭石的生產方法有焙燒法和化學法兩種。目前工業生產中多采用焙燒法。加工工藝大致可分為預熱（烘干）、煅燒、冷卻三個步驟。其生產工藝過程包括選礦、破碎、篩分、烘干、焙燒和速冷等工序。

（1）選礦與破碎、篩分　在對蛭石原礦進行破碎之前，一般需先進行選礦，目的是分離焙燒時不膨脹或膨脹性很小的礦物及其他雜質，分為人工揀選、干法選礦和濕法選礦三種。為了適應焙燒工藝的要求，滿足不同用途對粒度的需要，要對蛭石原料進行破碎，一般采用顎式破碎機或錘式破碎機。破碎后的蛭石，需按要求的粒度進行篩分。篩分一般采用振動篩，也可采用圓筒篩。

（2）預熱或干燥　目的是減少蛭石原料的含濕（水）量，因為原料含濕量過大會影響膨脹蛭石產品的質量。一般采用烘干的方式進行預熱。

（3）煅燒　煅燒是生產膨脹蛭石的關鍵工序。經過預熱后的蛭石原料在煅燒窯內急劇煅燒時的溫度一般為850～1000℃。在該溫度下，蛭石驟然受熱（0.5～1min），失去層間水，使體積膨脹8～15倍，最高可達30倍。常用的煅燒設備主要是立窯、管式窯和回轉窯。國內目前主要采用立窯。

（4）冷卻　為保證膨脹蛭石的最終強度，使其不脆化，煅燒后應立即進行冷卻，冷卻方式以自然冷卻為主，冷卻速度視原料性質而定。

煅燒（熱物理）法是目前廣泛采用的方法。除此之外，還有化學膨脹或剝分法，即利用蛭石的陽離子交換性能，用含一定陽離子的溶液處理，使其膨脹。這種方法可使蛭石的原體積膨脹30～40倍。

68.什么是微孔硅酸鈣？

微孔硅酸鈣是一種新型微孔狀絕熱材料，具有容重輕、熱導率低、強度高等特點，廣泛用作絕熱保溫材料。纖維增強硅鈣板還廣泛用作建筑、船舶的隔熱防火材料。

69.微孔硅酸鈣的組成是什么？

微孔硅酸鈣的主要原料是硅藻土或其他硅質原料（石英砂、膨潤土、沸石等）、增強纖維（石棉、針狀硅灰石和纖維海泡石等天然礦物纖維或人造纖維）、石灰、硅酸鈉（水玻璃）等。它的主體材料是活性高的硅藻土和石灰，在其中加入作為增強劑的石棉或其他天然或人造纖維。由于所用的原料及生產工藝和處理條件不同，得到的產品也不同。在CaO-SiO2-H2O系中，目前已知的礦物達20余種，但在工業上廣泛應用的保溫材料僅有兩種結晶構造：一種是托貝莫來石型或雪鈣硅石（tobermorite），其分子式是以5CaO·6SiO2·5H2O為主；另一種是硬硅鈣石型（xontlite）其分子式是以6CaO·6SiO2·H2O為主。

由于原料及反應條件不同，耐熱溫度有較大的差距，后者的耐熱性能比前者好。在國家標準中，后者稱為Ⅰ號，耐熱1000℃；前者稱為Ⅱ號，耐熱650℃。

雪鈣硅石型微孔硅酸鈣的硅質原料主要采用硅藻土，要求細度不小于80μm，SiO2含量大于65％；硬硅鈣石型微孔硅酸鈣的硅質原料一般采用高純的石英粉，要求細度不小于80μm，SiO2含量大于98％，其他原材料則與雪鈣硅石型微孔硅酸鈣相同。

70.微孔硅酸鈣的生產方法有哪些？

目前生產微孔硅酸鈣的方法，按水化硅酸鈣形成原理可分為靜態法、動態法和動態-靜態聯合法。按其成型方法又有澆注成型、壓濾成型和抄取成型之分。

靜態法是將硅質原料和鈣質原料在大氣壓靜止狀態下凝膠，用壓制法或抄取法成型，然后送入高壓釜內，在蒸壓條件下形成水化硅酸鈣，烘干后即得成品。用靜態法生產的微孔硅酸鈣，為托貝莫來石型。

動態法工藝與靜態法工藝的主要區別在于：水熱反應是在帶有攪拌裝置的高溫高壓反應釜中進行，凝膠與結晶反應在同一釜中一次完成。用動態法生產的硅酸鈣制品，可以是托貝莫來石型，也可以是硬硅鈣石型或混合型。

動態-靜態聯合法工藝流程是在上述兩種工藝流程的基礎上發展起來的，也稱為二次反應法。

動態法與靜態法的主要區別在于料漿膠化是在175～220℃的飽和蒸汽中進行的。在膠化過程中，邊加熱邊攪拌，大約經過8～10h。初期形成的水化硅酸鈣溶膠發生結晶，逐漸形成具有針刺狀晶型的托貝莫來石或硬硅鈣石晶體。倒出后直接進行壓濾成型、烘干即得產品。料漿膠化設備一般采用帶攪拌裝置的立式蒸壓釜。用動態法可制取表觀密度小于100kg/m3的產品，而且生產周期短，不需要大量的蒸壓釜。因此該方法已成為微孔硅酸鈣的主要生產方法。