三、矿物保温材料

40.什么是矿物保温材料？

矿物保温材料是指以减少热损失为目的，具有节能功能的非金属矿物材料。这类材料具有保温隔热或保冷和节能功能，因此也称为绝热材料，习惯上常称为保温隔热材料。

41.绝热材料有哪些分类？

绝热材料主要有工业保温（及保冷）以及建筑物保温节能两大类。从绝热材料生产的角度看，两者没有根本区别，但从绝热材料的类型及施工性能和材料的品种及规格上，则有显著区别。

绝热材料种类繁多。按基础原料分无机和有机绝热材料两类；按密度分重质（400～600kg/m3）、轻质（125～350kg/m3）、超轻质（15～100kg/m3）三类；按压缩性分软质（有弹性或无弹性）、半硬质及硬质三类；按结构形态分发泡型、多孔颗粒型和矿物纤维型等。

42.矿物纤维型保温隔热材料有哪些分类？

根据所使用的矿物纤维的来源不同，矿物纤维型保温隔热材料可分为天然矿物纤维保温隔热材料和人造矿物纤维保温隔热材料。天然矿物纤维主要是石棉、纤维水镁石及纤维海泡石；人造矿物纤维主要有矿棉（习惯上常指岩棉及矿渣棉）、玻璃棉及硅酸铝纤维等。

43.什么是岩棉和岩棉制品？

将玄武岩、安山岩或辉绿岩等矿石与少量的白云石或石灰石等助熔剂在冲天炉内1400～1500℃高温下加热成熔融状态、通过四辊高速离心机制成的纤维称为岩棉；同时，将水溶性树脂或硅溶胶类黏结剂喷射到纤维表面，经过沉降室及输送带加压成型，即得到岩棉制品。在制品表面喷上防尘油膜，然后经烘干、贴面、缝合和固化等加工可制成各种岩棉定型绝热制品。

44.岩棉纤维有什么优缺点？

因岩棉本身不含游离碱，大于0.5mm的渣球含量平均仅为2.76％（约为矿渣棉的1/2）；岩棉的pH值为7～9；岩棉制品多采用憎水性树脂作黏结剂，树脂固化度不低于95％，故岩棉制品的吸湿率低、耐水性较好。岩棉纤维的不足之处是纤维的长度和柔软感不如长纤维矿渣棉，生产成本也较高。

45.岩棉制品的安全使用温度范围是什么？

岩棉制品的酸度系数可达1.5～1.7，采用黏结剂不同，会得出不同的安全使用温度。一般采用酚醛树脂作黏结剂，用量不超过2％，同时加大密实度，就可使岩棉的使用温度达到400℃。如采用硅溶胶等耐高温黏结剂，工作温度可达600～650℃，密度通常为90～150kg/m3。

46.什么是矿渣棉？

矿渣棉是以高炉矿渣和石灰石、白云石等为原料，在1400～1500℃冲天炉或池窑中熔融，熔融物用喷吹或离心法成纤的一种人造矿物纤维。

47.矿渣棉的生产工艺流程是什么？

矿渣棉具有较强的耐碱性，但不耐强酸，pH值为7～9。矿渣棉的一般生产工艺流程如图3-1所示。成型时采用加压和真空吸滤方法除去纤维中的大部分水（含水不超过10％），使产品很快成型，然后烘干。成型时若采用改性水玻璃等耐高温黏结剂，经过成型、烘干的矿渣棉制品，可将使用温度提高到550～600℃。

48.什么是硅酸铝纤维和硅酸铝纤维制品？

硅酸铝纤维是由优质焦宝石经过水洗粉碎后，在2000℃高温双极碳棒电弧熔炉中熔化成熔融液流，然后以高速气流喷吹液流拉升、分裂、膨胀成非晶质纤维（玻璃态）。这种原棉再经多次水洗除去渣质，加入适量黏结剂和防潮剂，通过加压和真空吸滤法成型制成各种硅酸铝纤维制品。

49.硅酸铝纤维生产过程中采用的黏结剂和防潮剂是什么？

在硅酸铝纤维生产中所用的黏结剂主要是胶乳、甲基纤维素和磷酸铝高温黏结剂。防潮剂主要由各种树脂、水玻璃、硅溶胶、有机硅等不同原料配制而成。

50.硅酸铝纤维的生产设备和工艺有哪些？

硅酸铝纤维生产的主要设备有电源变压器、电弧炉、空气压缩机等。硅酸铝耐火纤维的生产工艺流程如图3-2所示。

51.什么是石棉？

石棉是一种具有纤维结构，可劈分为纤细而柔软的纤维矿物的总称。按成分、结构的差异一般将石棉分为温石棉（也称纤蛇纹石石棉）、角闪石石棉（碱性角闪石石棉也称为蓝石棉）、水镁石石棉等。其中温石棉产量最大，分布最广，占总产量的98％以上。

52.石棉基保温隔热材料有哪些分类？

以石棉纤维为原料的绝热保温材料品种很多，主要有以下几类。

（1）织造类　石棉纱（线）、石棉绳、石棉带（布）、石棉被、石棉衣（手套）、石棉盘根等。

（2）造纸类　热绝缘石棉纸（板）、衬垫石棉纸（板）、保温石棉板。

（3）模制类　石棉硅酸钙板（微孔硅酸钙）、泡沫石棉、碳酸镁石棉管。

（4）涂料与散状类　石棉/海泡石保温涂料（硅酸盐复合保温涂料）、碳酸镁石棉涂料以及石棉绒（灰）等。

53.石棉纺织制品的生产工艺、常规工序和主要应用领域是什么？

石棉纺织制品是以石棉为原料，加入适量棉花或其他人造纤维，经过原棉处理、混棉、梳棉、纺纱及编织等工艺加工而成，特殊情况下如湿纺工艺可不添加棉花。石棉纺织常规工序有原棉处理、混棉及混花绒制备、纺纱及编织等作业。石棉纺织制品主要用作绝热材料、密封填料、摩擦材料及其他石棉制品的基料，也可用于电解的隔膜材料。

54.石棉保温制品有哪些？

石棉保温制品主要有石棉纸、保温板和泡沫石棉等。

55.热绝缘石棉纸的主要原材料和生产工艺是什么？

热绝缘石棉纸是以石棉纤维和胶黏剂为原料，经打浆、抄取工艺制成的绝热材料。主要原材料及配方如下。

0.3mm热绝缘石棉纸（％）：四级石棉48.8；回料49；聚乙烯醇0.2；聚醋酸乙烯乳液2.0。

0.8mm热绝缘石棉纸（％）：五级石棉55.0；回料43.8；聚乙烯醇0.2；聚醋酸乙烯乳液1.0。

热绝缘石棉纸的生产工艺过程简述如下。

（1）原棉处理　原棉须经专用分选设备进一步开松，同时除去原棉中的砂粒、粉尘及其他外来杂质。

（2）制浆　处理好的原棉按配方比例投入打浆机，在一定量水中高速搅拌、混合均匀，并在打浆机低刀的作用下对原棉进行湿式松解和切短少量过长纤维，制成石棉料浆。

（3）抄取　采用单网或双网造纸机抄取成所需厚度的湿纸坯。

（4）整理　主要是将抄取好的湿坯干燥、平整、切边等，使其符合产品规格。

绝缘石棉纸具有隔热、保温及不燃等性能，主要用作电机工业、铝浇铸隔膜、电器罩壳及工业设备的隔热和保温。

56.石棉保温板的生产原料和生产工艺是什么？

石棉保温板是用石棉纤维、黏结剂和填料制成。所用配料主要是陶土、聚乙烯醇、桃胶液等。其生产工艺有抄取法和压制法两种。压制法是将原材料和配料，加三倍左右的水，在拌合机内搅拌均匀，然后定量浇坯，加压成型。抄取法生产的主要工序与绝热石棉纸相同。

石棉保温板按加工工艺不同分为抄取板（厚度1～20mm）和压制板（厚度5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm）。这两种绝热板的配方如下。

抄取板（％）：五级石棉38.0；六级石棉24.2；回料35；聚乙烯醇（PVA）0.15；桃胶液2.65。

压制板（％）：五级石棉17.0；六级石棉25.0；回料36；陶土20；桃胶液2.0。

57.什么是泡沫石棉？

泡沫石棉是将石棉纤维在阴离子表面活性剂的作用下充分松解制浆、发泡、成型、干燥制成的网状结构的多孔毡状保温材料，使用温度为-50～500℃。

58.泡沫石棉的特点和主要应用领域是什么？

泡沫石棉具有保温性能好、容重小、隔热、防冻、防震、吸声、耐老化、柔软、挠度大等特点，而且施工简便、成本低，可任意裁剪，无粉尘飞扬，不刺激皮肤，手感好，拆卸后可重复使用，广泛应用于民用建筑及冶金、电力、化工、石油、船舶等工业部门，作为建筑和各种锅炉、热力管道、罐塔、车船、冷冻设备等的保温、隔热、绝冷、吸声材料。

59.泡沫石棉的生产工艺流程是什么？

泡沫石棉的生产工艺流程如图3-3所示。该生产工艺的关键是松解、鼓泡、成型干燥和后处理。

60.多孔型保温隔热材料有哪些？

常见的多孔型保温隔热材料有膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、微孔硅酸钙及其制品。

61.什么是膨胀珍珠岩？

膨胀珍珠岩是由珍珠岩烧胀而成的一种散粒状、轻质和吸声性能好的绝热材料。外观呈白色，微孔结构，散粒状构造。微孔尺寸为100nm～10μm，颗粒尺寸为0.15～2.50mm，常温热导率为0.042～0.076W/（m·K），安全使用温度-200～1000℃，化学性质稳定，是一种优质绝热材料。

62.什么是膨胀珍珠岩绝热制品？

膨胀珍珠岩绝热制品是以膨胀珍珠岩为主要原材料，用水泥、石膏、石灰、水玻璃、沥青、合成高分子树脂将其胶结成整体而成的具有规则形状的材料，广泛应用于建筑、冶金、石油、化工、电力等领域的各种绝热工程。

63.珍珠岩的化学成分是什么？

珍珠岩是酸性含水火山玻璃质岩石的总称，主要包括珍珠岩、黑曜岩、松脂岩三种岩石。其化学成分为：SiO273.41％，Al2O312.34％，Fe2O31.33％，Na2O 2.95％，K2O5.33％，H2O6.48％。将珍珠岩原料破碎至一定粒度，在骤然加温至1000～1300℃，其体积迅速膨胀4～30倍，成为膨胀珍珠岩。

64.膨胀珍珠岩产品的生产工艺流程是什么？

膨胀珍珠岩的生产工艺流程为：原料→破碎→筛分→贮料仓→预热→焙烧→产品。

（1）粉碎　一般将原料粉碎至小于1mm。

（2）预热　主要除去吸附水和部分岩浆喷出地表后遇冷来不及逸散仍包裹在玻璃质中的结合水，后者是珍珠岩膨胀的原动力，应使之保持在一个合理的有效含水量数值上，由预热工艺来实现这个目的。一级预热温度控制在400～500℃，此时残存含水量大约为2％。

（3）焙烧　生产膨胀珍珠岩的关键工序，目前主要采用回转窑。

65.什么是蛭石？

蛭石是一种层状结构的硅酸盐矿物，颜色呈金黄、黄褐、绿色到褐绿、暗绿、黑色不等，外观多呈片状、鳞片状或单斜假晶，片状解理完全。受热时迅速膨胀、扭曲，形似水蛭。

蛭石属含水铝（镁）硅酸盐矿物，化学式可写为（Mg，Fe，Al）3［（Si，Al）4O10（OH）］·4H2O。结构由两层Si（Al）O四面体夹一层Al（Mg）O八面体组成结构单元层，层间可交换阳离子Mg、Ca、Na、K和H2O，当受热时，层间水蒸发产生蒸汽压力，使各结构单元层迅速撑开，体积发生膨胀，层间形成细小的空气间隔层而降低对热流的传导。

66.什么是膨胀蛭石？

膨胀蛭石是一种以蛭石为原料，以烘干、破碎、焙烧或化学方法在短时间内急剧膨胀成约8～15倍、由许多薄片组成的层状结构的松散颗粒。膨胀蛭石具有保湿、隔热、吸声、耐冻、抗菌、防火、吸水等特性，而且无味、无毒、不腐烂变质、抗菌等特性，但不耐酸，介电特性也较差。

由于良好的保温隔热和吸声等特性，膨胀蛭石是一种优质的保温、绝热和隔声材料，广泛地用于建筑、冶金、化工、轻工、机械、电力、石油、环保及交通运输等领域。

67.膨胀蛭石的生产方法和加工工艺有哪些？

膨胀蛭石的生产方法有焙烧法和化学法两种。目前工业生产中多采用焙烧法。加工工艺大致可分为预热（烘干）、煅烧、冷却三个步骤。其生产工艺过程包括选矿、破碎、筛分、烘干、焙烧和速冷等工序。

（1）选矿与破碎、筛分　在对蛭石原矿进行破碎之前，一般需先进行选矿，目的是分离焙烧时不膨胀或膨胀性很小的矿物及其他杂质，分为人工拣选、干法选矿和湿法选矿三种。为了适应焙烧工艺的要求，满足不同用途对粒度的需要，要对蛭石原料进行破碎，一般采用颚式破碎机或锤式破碎机。破碎后的蛭石，需按要求的粒度进行筛分。筛分一般采用振动筛，也可采用圆筒筛。

（2）预热或干燥　目的是减少蛭石原料的含湿（水）量，因为原料含湿量过大会影响膨胀蛭石产品的质量。一般采用烘干的方式进行预热。

（3）煅烧　煅烧是生产膨胀蛭石的关键工序。经过预热后的蛭石原料在煅烧窑内急剧煅烧时的温度一般为850～1000℃。在该温度下，蛭石骤然受热（0.5～1min），失去层间水，使体积膨胀8～15倍，最高可达30倍。常用的煅烧设备主要是立窑、管式窑和回转窑。国内目前主要采用立窑。

（4）冷却　为保证膨胀蛭石的最终强度，使其不脆化，煅烧后应立即进行冷却，冷却方式以自然冷却为主，冷却速度视原料性质而定。

煅烧（热物理）法是目前广泛采用的方法。除此之外，还有化学膨胀或剥分法，即利用蛭石的阳离子交换性能，用含一定阳离子的溶液处理，使其膨胀。这种方法可使蛭石的原体积膨胀30～40倍。

68.什么是微孔硅酸钙？

微孔硅酸钙是一种新型微孔状绝热材料，具有容重轻、热导率低、强度高等特点，广泛用作绝热保温材料。纤维增强硅钙板还广泛用作建筑、船舶的隔热防火材料。

69.微孔硅酸钙的组成是什么？

微孔硅酸钙的主要原料是硅藻土或其他硅质原料（石英砂、膨润土、沸石等）、增强纤维（石棉、针状硅灰石和纤维海泡石等天然矿物纤维或人造纤维）、石灰、硅酸钠（水玻璃）等。它的主体材料是活性高的硅藻土和石灰，在其中加入作为增强剂的石棉或其他天然或人造纤维。由于所用的原料及生产工艺和处理条件不同，得到的产品也不同。在CaO-SiO2-H2O系中，目前已知的矿物达20余种，但在工业上广泛应用的保温材料仅有两种结晶构造：一种是托贝莫来石型或雪钙硅石（tobermorite），其分子式是以5CaO·6SiO2·5H2O为主；另一种是硬硅钙石型（xontlite）其分子式是以6CaO·6SiO2·H2O为主。

由于原料及反应条件不同，耐热温度有较大的差距，后者的耐热性能比前者好。在国家标准中，后者称为Ⅰ号，耐热1000℃；前者称为Ⅱ号，耐热650℃。

雪钙硅石型微孔硅酸钙的硅质原料主要采用硅藻土，要求细度不小于80μm，SiO2含量大于65％；硬硅钙石型微孔硅酸钙的硅质原料一般采用高纯的石英粉，要求细度不小于80μm，SiO2含量大于98％，其他原材料则与雪钙硅石型微孔硅酸钙相同。

70.微孔硅酸钙的生产方法有哪些？

目前生产微孔硅酸钙的方法，按水化硅酸钙形成原理可分为静态法、动态法和动态-静态联合法。按其成型方法又有浇注成型、压滤成型和抄取成型之分。

静态法是将硅质原料和钙质原料在大气压静止状态下凝胶，用压制法或抄取法成型，然后送入高压釜内，在蒸压条件下形成水化硅酸钙，烘干后即得成品。用静态法生产的微孔硅酸钙，为托贝莫来石型。

动态法工艺与静态法工艺的主要区别在于：水热反应是在带有搅拌装置的高温高压反应釜中进行，凝胶与结晶反应在同一釜中一次完成。用动态法生产的硅酸钙制品，可以是托贝莫来石型，也可以是硬硅钙石型或混合型。

动态-静态联合法工艺流程是在上述两种工艺流程的基础上发展起来的，也称为二次反应法。

动态法与静态法的主要区别在于料浆胶化是在175～220℃的饱和蒸汽中进行的。在胶化过程中，边加热边搅拌，大约经过8～10h。初期形成的水化硅酸钙溶胶发生结晶，逐渐形成具有针刺状晶型的托贝莫来石或硬硅钙石晶体。倒出后直接进行压滤成型、烘干即得产品。料浆胶化设备一般采用带搅拌装置的立式蒸压釜。用动态法可制取表观密度小于100kg/m3的产品，而且生产周期短，不需要大量的蒸压釜。因此该方法已成为微孔硅酸钙的主要生产方法。