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硅酸鈣絕熱保溫材料性能及用途

2011-06-01 閱讀:3676
  

硅酸鈣絕熱材料又稱微孔硅酸鈣保溫材料,系用硅質(zhì)原料、石灰和石棉等,經(jīng)攪拌、凝膠化、水熱合成、成型、烘干等一系列過(guò)程制成的一種絕熱材料,具有良好的絕熱、耐火和高強(qiáng)度等特點(diǎn),是一種性能優(yōu)良的絕熱材料。硅酸鈣絕熱材料中以含水硅酸鈣為主要結(jié)晶相。含水硅酸鈣結(jié)晶包括天然和合成的在內(nèi),多大20多種。工業(yè)上通過(guò)水熱合成方法生成的主要結(jié)晶有兩種:一種是雪硅鈣石,稱為托貝莫來(lái)型,分子式為5CaO·6SiO2·5H2O;另一種是硬硅鈣石,分子式為6CaO·6SiO2·H2O。雪硅鈣石的結(jié)晶細(xì)長(zhǎng),雖針狀或纖維狀。硬硅鈣石的結(jié)晶扁平,呈板狀或長(zhǎng)條狀。雪硅鈣石或硬硅鈣石等含水硅酸鈣結(jié)晶,加熱時(shí)發(fā)生結(jié)晶水脫水和變質(zhì),大約到800℃時(shí)變成無(wú)水硅酸鈣結(jié)晶——硅灰石。如進(jìn)一步加熱到1120℃,就變成假硅灰石。含水硅酸鈣的耐熱性取決于結(jié)晶變化時(shí)產(chǎn)生的原子重新排列狀態(tài),雪硅鈣石的耐熱溫度大致為650℃,硬硅鈣石的耐熱溫度較高,可達(dá)1000℃.但是后者要求采用高純?cè)?,高溫高壓條件下合成。在生產(chǎn)過(guò)程中所使用的主要原料如下所述。
硅質(zhì)原料主要是硅藻土,含SiO2最輕的一種原料,并未無(wú)定形SiO2,在100℃以下的溫水中容易與石灰其反應(yīng),生成膠體。也可以用膨潤(rùn)土、粉煤灰、石英砂、硅灰、硅質(zhì)頁(yè)巖粉等。
鈣質(zhì)原料以石灰為主,最好選用CaO有效含量不小于85%的石灰。新鮮石灰加水消化呈石灰漿,CaO粒徑小于1mm。它不僅有良好的懸浮性,還容易附著在SiO2顆粒表面上。
增強(qiáng)纖維:石棉雖然屬于良好的增強(qiáng)纖維,由于硅酸鎂對(duì)人體有害,國(guó)際上禁用?,F(xiàn)在代替的有無(wú)堿玻璃纖維、耐堿礦棉纖維、純水鎂石纖維等。其中純水鎂石纖維是中國(guó)特有的含水碳酸鹽纖維,對(duì)人體無(wú)害。代替石棉的有機(jī)纖維有紙漿、麻絲、聚丙烯絲等。
為了促凝、增強(qiáng)及降低容重,需要加入助劑,包括水玻璃、硅鈣粉、SiO2超微粉、聚丙烯酰胺等。其中水玻璃為促凝劑,硅鈣粉和SiO2超微粉起核化晶種作用,聚丙烯酰胺的作用如下:一是促凝;二是因其分子鏈長(zhǎng),可將分散相連接在一起,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),起增強(qiáng)作用。
按配料比稱好原料,與水一起放入攪拌器中混合攪拌,硅藻土中非晶態(tài)SiO2在100℃以下與消石灰發(fā)生凝膠反應(yīng),形成SiO2粒子表面吸附CaO的顆粒團(tuán)凝膠化。這種顆粒團(tuán)在蒸壓釜中飽和蒸汽的溫度和壓力作用下發(fā)生水熱反應(yīng),水熱合成。當(dāng)CaO/ SiO2為0.8左右時(shí),先生成富鈣CaO·SiO2·H2O,進(jìn)一步生成低結(jié)晶度的托貝莫來(lái)石,最后轉(zhuǎn)為孔隙率為90%以上的告誡經(jīng)度托貝莫來(lái)石骨架,經(jīng)干燥除去空隙中的水分,就成為硅鈣保溫材料,加以整形就成為制品。當(dāng)為1.0左右時(shí),就成了硬硅酸鈣。硅鈣板可鋸、可釘、了可制成板、塊或管等形狀。硅酸鈣絕熱材料的性能見(jiàn)下表:
類(lèi)型
雪硅鈣石型
硬硅鈣石型
硬硅鈣石型
最高使用溫度/℃
體積密度/( g/cm3)
抗折強(qiáng)度/Mpa
線收縮率/%
熱導(dǎo)率/[W/(m·K)]
化學(xué)成分/%
SiO2
CaO
Al2O3
Fe2O3
灼減/%
650
0.20
0.54
1.3
0.047+0.0011t
 
36.19
30.92
8.34
2.17
17.98
850
0.11
0.36
0.7
0.038+0.00013t
 
46.3
43.3
0.9
2.5
5.9
1000
0.20
0.59
1.0
0.047+0.0011t
由于硅酸鈣絕熱材料具有不被有色金屬熔體濕潤(rùn)的性能,因此,適合用作熔融有色金屬的保存和輸送用保溫材料,還可用硅酸鈣材料組裝熔化槽的里襯、流槽或蓋板。由于硅酸鈣材料的熱容量小和絕熱性能好,因而可以降低熔煉溫度并可保證正常的澆注過(guò)程。石棉與金屬熔體接觸時(shí),石棉的結(jié)晶水分解,使金屬內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。因此,使用含石棉的制品時(shí),應(yīng)預(yù)先進(jìn)行加熱處理,以排除水分。但用無(wú)石棉硅酸鈣制品時(shí)則不必預(yù)燒處理,這是它的優(yōu)點(diǎn)之一。
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