Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый в результате обжига природного вермикулита.
Практическое значение имеют вермикулиты, являющиеся вторичными минералами, образовавшимися при гидратации магниево-железистых слюд — флогопита и биотита. По химическому составу вермикулит отличается от первичных минералов наличием большого количества свободной и связанной воды, отсутствием калия и более высоким содержанием (по сравнению с биотитом) трехвалентного железа. Кроме того, в отличие — от — первичных минералов он имеет более низкую твердость и прочность на сжатие.
Наиболее богаты этим минералом Кольский полуостров (Кавдорское месторождение) и Урал (Потанинское и Булдымское месторождения; ,последнее -практически выработано). В последние два десятилетия открыты крупные месторождения вермикулита в Приморском крае (Кокшарское), Иркутской области (Слюдянское), Якутии (Алданское) и др.
На крупных механизированных обогатительных фабриках вблизи месторождения порода обогащается. Сначала ее дробят, затем отделяют пустую породу и мелочь, после этого обогащенную породу (концентрат) классифицируют по крупности и сушат. В дальнейшем концентрат обжигают, при этом зерна вермикулита вспучиваются.
Вспучивание вермикулита обычно начинается при температурах 150—200°С и заканчивается при 700—900°С. Оно зависит от большого числа факторов. Вспучивание тем больше, чем выше скорость подъема температуры. Резкий подъем ее до 900°С вызывает быстрое испарение воды, однако основное вспучивание происходит благодаря способности воды удаляться из вермикулита при сравнительно низких температурах.
Коэффициент вспучивания вермикулита зависит от размера зерен исходной породы. С увеличением крупности зерен (до известных пределов) вспучиваемость вермикулита растет. Это объясняется тем, что образующиеся пары воды легче удаляются из зерен меньшего диаметра, поэтому при одинаковом количестве образующихся паров на единицу площади зерен в мелких частицах они производят меньшую работу по вспучиванию. Полученный при этом материал имеет большую объемную массу и, следовательно, большую теплопроводность (рис. 35).
Обжигают вермикулит в шахтных, трубчатых или вращающихся печах. Хорошие результаты получаются при обжиге вермикулита во взвешенном состоянии. Этот способ обеспечивает интенсивное нагревание зерен вермикулита и кратковременность их пребывания в зоне высоких температур. Для этого используют шахтную печь конструкции ВНИПИТеплопроекта (рис. 36).
Рис. 35. Зависимость теплопроводности вспученного вермикулита от объемной массы
1, 3 — области разброса экспериментальных данных; 2— среднее значение
Рис. 36. Шахтная печь для вспучивания вермикулита конструкции ВНИПИтеплопроекта
Печь представляет собой вертикальную металлическую трубу, футерованную огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Загружаемая сверху вермикулитом порода медленно падает в восходящем потоке дымовых газов на наклонный под печи и уже вспученной скатывается в приемный бункер. Производительность печи около Зм3 вспученного вермикулита в час.
Вспученный вермикулит (ГОСТ 12685—67) применяют в качестве теплоизоляционной засыпки при температуре изолируемых поверхностей от —260 до +1100°С. Выпускают его следующих фракций: крупный — с размером зерен 5—-10 мм; средний — 0,6—5 мм; мелкий—до 0,6 мм.
В зависимости от объемной насыпной массы вспученный вермикулит делят на марки 100, 150 и 200; теплопроводность его при температуре 25°С — 0,064—0,075 Вт/ (м-К) и повышается до 0,15—0,16 Вт/ (м-К) при температуре 325°С.
Вспученный вермикулит используют для производства теплоизоляционных изделий в виде плит (рис. 37), скорлуп, сегментов, а также в качестве заполнителя легких и жаростойких бетонов.
Асбестовермикулитовые теплоизоляционные изделия (ГОСТ 13450—68) изготовляют из гидромасс, содержащих 65—70% вспученного вермикулита, 15—20% асбеста 5-го сорта, связующие вещества и воду.
Рис. 37. Эффективность применения вермикулита в стенах промышленных печей
1 — шамотный кирпич; 2 — вермикулитовые плиты; 3 — легковесный огнеупор; 4 — строительный глиняный кирпич; 5 — диатомитовый кирпич; I — снижение потерь тепла через стены по сравнению с 1-м вариантом, %; II—снижение расхода топлива по сравнению с 1-м вариантом, %
Для хорошего перемешивания компонентов смеси без разрушения зерен вермикулита количество воды затворения должно быть достаточно высоким (отношение массы воды к массе сухих компонентов смеси не менее 5—10). Из минеральных связующих веществ используются цемент, диатомит, трепел, глина, смешанные вяжущие, жидкое стекло; из органических — битумы, синтетические смолы, крахмал и др.
Формуют изделия на фильтр-прессах при давлении 0,2—0,4 кгс/см2 (0,002—0,004 к Н/см2). Влажность свежеотформованных изделий — 70—80%. Режим сушки назначают с учетом вида связующего. Обычно продолжительность сушки не превышает 10—·20 ч при 160—250°С.
Температуростойкость изделий зависит от вида связующего. При применении вяжущих веществ водного твердения асбестовермикулитовые изделия применяют для тепловой изоляции сооружений, промышленного оборудования и трубопроводов, работающих при температурах не выше 600°С.
Изделия приготавливают в виде плит длиной 500 и 1000, шириной 500, толщиной 40, 50, 80, 100мм; скорлуп—длиной 500, толщиной 40 и 50 и внутренним диаметром 52, 67, 77, 95, 116, 161 и 177 мм; сегментов — длиной 500, толщиной 40 и 50 мм и внутренним диаметром 222, 282, 388 мм.
В зависимости от объемной массы изделия выпускают марок 250, 300, 350, имеющие прочность при изгибе 1,8— 2,5кгс/см2 (0,18—0,25 МПа) и теплопроводность при средней температуре 25°С не выше 0,087-4),099 Вт/ (м-К) в зависимости от марки.