Перлитосодержащими теплоизоляционными материалами называют пористые строительные материалы, основной составной частью которых является вспученный перлит.
Перлит — кислая, водосодержащая порода вулканического происхождения со стекловатой структурой.
Особенностью перлита является его способность вспучиваться при определенной температуре и увеличиваться в несколько раз в объеме. При этом объемная масса его снижается. Вообще свойством вспучиваться обладают все вулканические стекла, известные под различными названиями: перлит, обсидиан, пехштейн, витрофир (стекловидный порфир), мереканит, витробазальт (стекловидный базальт) и др. Основной же разновидностью является перлит, поэтому часто всю эту породу называют просто перлитами.
Запасы перлита в большом количестве находятся в различных районах нашей страны. В промышленном же отношении эти месторождения далеко не равноценны.
Народнохозяйственная значимость ,перлитовых месторождений определяется их количественными запасами, а также способностью породы к вспучиванию, постоянством химического состава, доступностью для промышленной разработки, расстоянием до места потребления и т. д.
Промышленные перлиты имеются в Читинской области, Приморском крае, Грузии, Азербайджане, Казахстане, Таджикистане. Таким образом, география перлитов весьма обширна, что обусловливает их широкое использование практически во всех промышленных районах.
Основным процессом технологии переработки перлитов является вспучивание, которое предопределяет структуру и наиболее важные свойства будущего изделия. Главный фактор вспучивания — превращение содержащейся в перлите воды в пар в момент размягчения его при нагревании.
Способность размягчаться при нагревании объясняется характером строения перлитовых пород. Как у всех стекол, у них нет четкой температуры плавления. Переход от твердого состояния к жидкому происходит постепенно с повышением температуры. При определенной температуре под действием внешних сил перлиты изменяют свою форму, т. е. становятся пластичными. Это состояние называют пиропластическим.
Таким образом, механизм вспучивания перлитов заключается в совмещении двух процессов: перевода породы в пиропластическое состояние и выделения газообразной фазы (паров воды, углекислого газа, кислорода). При этом необходимо, чтобы максимум выделения газовой фазы совпадал с моментом пиропластического состояния материала. В противном случае энергия выделяющейся газовой фазы будет направлена не на увеличение объема частичек материала, а на разрушение их, и вместо вспучивания порода будет превращаться в пыль.
Промышленный опыт позволяет сформулировать основные технические требования к перлитовым породам как к исходному сырью для получения вспученного материала.
Прежде всего порода должна обладать способностью вспучиваться при нагреве до температуры размягчения. Это свойство характеризуется коэффициентом вспучивания — отношением объема материала, полученного после нагревания V2 к объему исходной породы V1:
Коэффициент вспучивания перлита может меняться в зависимости от назначения изделия из него: для изготовления легких бетонов приемлемое предельное значение коэффициента вспучивания может быть равно 3 — 4, для теплоизоляционных материалов — 5—8.
По химическому составу сырье характеризуется соотношением входящих в него основных окислов, образующих стекло (табл. 50). Хорошо вспучиваются перлиты, содержащие 67— 75% кремнезема, 12—15% глинозема, 0,5 — 4% окисей кальция и магния, 3—8% щелочей и 1—3% воды. Большое содержание щелочей снижает температуру размягчения породы. При повышенном содержании воды в породе (свыше 5 — 6%) требуется двухстадийная тепловая обработка перлита. Первичную обработку проводят при температурах 200 — 400°С для удаления лишней влаги.
В зависимости от температуры вспучивания (температуры размягчения) перлиты можно разделить на три группы:
легковспучивающиеся— температура вспучивания около 960°С (основные месторождения Армении и Азербайджана);
средневспучивающиеся — до 1160°С (месторождения Запорожья и Приморья);
трудновспучивающиеся — до 1260°С (перлиты Казахстана и Таджикистана).
Обжигают до вспучивания перлит в шахтных или вращающихся печах: в шахтных — преимущественно перлитовый песок, во вращающихся—песок, перлитовый щебень. Продолжительность обжига перлита, как правило, не должна превышать 1—2 мин. Время пребывания материала в печи регулируют при помощи вентиляционных систем, благодаря которым в лечи создается необходимый аэродинамический режим для вспучивания перлита во взвешенном слое.
В зависимости от размера частиц вспученный перлит классифицируют на щебень, песок, порошок и пудру (ГОСТ 10832—74). Перлитовый щебень выпускают двух фракций: щебень мелкий с размером зерен 5—10 мм и крупный — 10—20 мм.
Перлитовый песок выпускают также двух фракций: крупный с размером зерен 1,2—5 мм и мелкий —0,5—1,2 мм.