Tepelná izolace na bázi lehkých porézních plniv – vermikulit a perlit | Inženýrské a technické centrum LLC

Racionální využívání paliv a energetických zdrojů je jedním z prioritních úkolů rozvoje ruské energetiky a vysoce účinná průmyslová tepelná izolace hraje důležitou roli při řešení problému energetických úspor.

Účinná tepelná izolace zajišťuje nejen možnost provádění technologických procesů ve stanovených parametrech, ale umožňuje také vytvoření bezpečných pracovních podmínek.

V energetice jsou objekty tepelné izolace kotle, turbíny, výměníky tepla, zásobníky teplé vody, komíny a potrubí.

Nejpoužívanějšími vláknitými tepelněizolačními materiály jsou tradičně používané rohože z minerální vlny, prošívané bez lícování nebo obložené deskami a výrobky z minerální vlny.

Jedním z perspektivních typů tepelné izolace jsou materiály a výrobky na bázi lehkých porézních plniv – vermikulitu a perlitu. V rámci úkolu implementace nových účinných tepelně izolačních materiálů a návrh technických řešení snižujících tepelné ztráty byl v roce 2019 realizován projekt výstavby závodu na výrobu tepelně izolačních materiálů a tvarových výrobků na bázi expandovaného vermikulitu ve městě Stupino v Moskevské oblasti.

V současné době firma vyrábí suché omítkové tepelněizolační směsi a desky na bázi expandovaného vermikulitu. Vlastnosti expandovaného vermikulitu umožňují použití materiálů a výrobků vyrobených na jeho bázi při teplotách do 1100 °C včetně.

Při návrhu bylo stanoveno, že tepelněizolační směsi budou použity jako stříkaná tepelná izolace pro turboagregáty a kotlová tělesa, jako omítkový nátěr v tepelně izolačních konstrukcích na vibračních zařízeních (čerpadla, odsavače kouře, mlýny, ventilátory, stany kotlů, plynovody a vzduchovody) a také jako krycí vrstva na základní vrstvu, jako alternativní náhrada směsí s obsahem azbestu.

Tepelněizolační desky na bázi vermikulitu měly zcela nahradit perlit-cementové, perlit-keramické a perlit-fosfogelové výrobky.

Více o vermikulitu

Až do poloviny 30. let 400. století neměl termín „vermikulit“ jasnou mineralogickou definici. Ty zahrnovaly všechny minerály podobné slídě, které při vypalování nabobtnaly. Všechny tzv. „technické“ vermikulity jsou produkty alterace (hydratace) flogopitu a biotitu. Při zahřátí v rozmezí teplot 1000-XNUMX °C dochází k jejich dehydrataci a bobtnání, přičemž objem několikrát zvětší.

Poměrně vzácný výskyt velkých ložisek vermikulitu v zemské kůře, na jejichž základě lze vytvořit vysoce ziskovou produkci, vedl k tomu, že rozvinutý průmysl vermikulitu mají pouze dvě země na světě – USA a Jižní Afrika. Reálné vyhlídky na vznik vermikulitové industrie u nás se naskytly v polovině 60. let minulého století v souvislosti s objevením největšího naleziště vermikulitu v Evropě Kovdoru na poloostrově Kola. V současné době zaujímají země SNS první místo na světě z hlediska prokázaných zásob vermikulitu a odhadované zásoby pro 30 objevených ložisek se odhadují na více než 200 milionů tun. Rozdělení zásob vermikulitu podle hlavních ekonomických regionů Ruské federace je uvedeno v tabulce 1. Sdružení nezávislých odborníků v oblasti nerostných surovin, hutnictví a chemického průmyslu. Přehled trhu vermikulitu a výrobků na něm založených v SNS / Asociace nezávislých odborníků v oblasti nerostných surovin, hutnictví a chemického průmyslu. Moskva: INFOMINE Research Group, 2011. 215 s.

Západní a východní Sibiř

Problémy se surovinovou základnou

Při projektování závodu bylo uvažováno s několika ložisky vermikulitu. Navzdory rozsáhlé „teoreticky“ surovinové základně je počet provozních ložisek na území Ruska omezený. Ložisko Kovdor, hlavní z hlediska zásob vermikulitu, se v současné době nerozvíjí, což je do značné míry způsobeno odlišným mineralogickým složením rudy v jeho různých oblastech a značným obsahem hlušiny při absenci nákladově efektivních metod obohacování. Také ložiska Dálného východu Koksharovskoye a Tatyanovskoye se v současné době nerozvíjejí.

Jako hlavní surovina pro návrh závodu byl zvolen vermikulit z tatarského ložiska v Krasnojarském kraji, který tvoří 3-4 % zásob vermikulitu v Rusku. Jako alternativa byl zvažován vermikulit z ložiska Potaninsky (Ural). Vzhledem k vysokým přepravním nákladům a logistickým potížím se použití dovážených surovin (z Číny a Jižní Afriky) nezdálo proveditelné. Je nutné upřesnit, že podíl nákladů na přepravu koncentrátu z Krasnojarska je 38 % z konečných nákladů na suroviny, dále je nutné počítat se sezónností dodávek, a tedy i s nutností vyhradit skladové prostory pro skladování.

Četné studie, údaje z laboratorních testů a výrobní údaje ukázaly, že „technický vermikulit“ z různých ložisek poskytuje významné rozdíly v koeficientu objemové roztažnosti (K_vsp). Například v případě „pravých vermikulitů“ K_vsp = 5-10; „vermikulit-hydroflogopit“ a „vermikulit-hydrobiotit“ – hydromiky s vysokým stupněm hydratace mají K_vsp = 3,5-5,0 a konečně pro nízko hydratované hydroflogopity a hydrobiopity je charakteristické K_vsp = 2,0-3,5.

Při sériové výrobě bylo zjištěno, že koeficient bobtnání koncentrátu z tatarského ložiska je 4,5-5,5 a tento ukazatel je výrazně ovlivněn vlhkostí suroviny, která se mění v závislosti na ročním období. Pro vermikulit z Potaninského ložiska je koeficient bobtnání do 6.

Jedním z problémů, kterým jsme museli čelit, byla přítomnost částic v koncentrátu, které nebobtnají, tzv. „gang rock“, a také malých a prašných částic. Bylo zjištěno, že se zvýšením obsahu odpadních hornin v surovině klesá produktivita závodu z 1,8 na 0,9 m3/hod, což vede ke zvýšení nákladů na výpal. Se zvýšením obsahu odpadních hornin na 30 % se náklady na expandovaný vermikulit zvyšují o 35 % ve srovnání s výrobou vermikulitu z koncentrátu obsahujícího asi 10 % odpadní horniny. Výše ztrát, ke kterým nevyhnutelně dochází při bobtnání koncentrátu z tatarského ložiska, je více než 25 %. U koncentrátu z ložiska Potaninskoje je tento ukazatel nižší, ale objemová hmotnost konečného produktu je o 30-40 jednotek vyšší, což je dáno tvarem částic expandovaného vermikulitu – dalším důležitým a problematickým parametrem.

Expandované vermikulity mají v závislosti na původní surovině nejen různé barvy, ale i různé tvary granulí. Bylo zjištěno, že optimální formou pro výrobu omítkových tepelněizolačních směsí je krychlový nebo kulový tvar zrna, který zajišťuje potřebnou hustotu balení, jednotnost struktury a konečnou pevnost výrobku. Produkci zrn tohoto tvaru a hustotu expandovaného vermikulitu v rozmezí od 100 do 150 kg/m3 zajišťuje tatarský koncentrát, ale vysoký obsah drobných a prašných částic v expandovaném vermikulitu zvyšuje hustotu finálních výrobků a předmětů.

Potaninský koncentrát, který patří do skupiny biotitů, tvoří při expanzi částice deskovitého, šupinovitého tvaru (obr. 1). Hustota expandovaného vermikulitu je 120-180 kg/m3.

Rýže. 1. Tvar expandovaných zrn vermikulitu

Použití Potaninského vermikulitu v omítkových směsích zajišťuje dosažení stanovených ukazatelů tepelné vodivosti, hustoty a pevnosti směsí, ale vrstvená struktura zabraňuje tvorbě výlisků. Desky se delaminují, jejich struktura je nerovnoměrná a není zajištěno rovnoměrné rozložení pojiva. Také tepelná vodivost částic deskového tvaru je poněkud nižší než tepelná vodivost krychlových částic. Míchání vermikulitu z různých koncentrátů také nepřineslo pozitivní výsledky.

Všechny výše uvedené problémy nám umožňují uvažovat o částečném nahrazení vermikulitu jiným porézním plnivem – perlitem.

Více o perlitu

Perlity jsou vulkanická silikátová skla. Perlit je vlastně hornina skládající se ze sklovité hmoty ve formě kuliček. Amorfní struktura perlitu souvisí s ochlazováním magmatu – lávy – produktu sopečné činnosti. Za jeden z hlavních klasifikačních znaků vulkanických skel je považován obsah vody v rozmezí 3,5-6,3% a také schopnost bobtnat při teplotách 900-1200 °C. Koeficient bobtnání perlitových hornin se pohybuje od 5 do 13,7. Stupeň bobtnání je určen jejich mikrostrukturními vlastnostmi, obsahem vody, pórovitostí a dalšími faktory. Perlity se vyznačují poměrně vysokou stálostí složení surovin, kolísání chemického složení perlitových surovin z různých ložisek je nevýznamné.

Největšími producenty perlitu na světě jsou USA, Řecko a Maďarsko. Ukrajina vyváží perlit. V současné době je hlavním exportérem perlitových surovin do Ruska Arménie, na jejímž území se nachází několik velkých ložisek zajišťujících výrobu expandovaného perlitového písku o hustotě 50-150 kg/m3.

Nejdůležitější výhodou tohoto materiálu, kromě konzistence jeho složení, je jeho cena. Náklady na perlitové suroviny z ložiska Aragatskoye (Arménie) jsou tedy 2,5–3krát nižší než náklady na koncentrát vermikulitu z ložiska Tatarskoye (poskytnuté údaje s přihlédnutím k dodání do závodu ITC LLC).

Zrna expandovaného perlitu mají tvar blízký kulovému. Stejně jako vermikulit mají perlitová zrna vysokou poréznost, ale perlit má nižší míru absorpce vody než vermikulit. Za výhodu částic vermikulitu lze přitom považovat jejich vysokou elastickou deformaci.

Charakteristickým znakem zrnitostního složení perlitu je větší stabilita ukazatelů objemové hmotnosti u frakcí oproti vermikulitu (obr. 2).

Rýže. 2. Kulovitý tvar zrn expandovaného perlitu

Hlavním ukazatelem účinnosti tepelně izolačních materiálů je jejich tepelná vodivost. Podle GOST 12865 je tepelná vodivost expandovaného vermikulitu 0,05-0,09 W/m K při objemové hmotnosti 105-200 kg/m 3 . Pro expandovaný perlit je toto číslo 0,046-0,07 W/m K s objemovou hmotností 50-150 kg/m3.

Jediným ukazatelem, kterým je perlit výrazně horší než vermikulit, je aplikační teplota, která nepřesahuje 700 °C, což předurčilo výhodu vermikulitu při návrhu zařízení.

Nové funkce

Jak ukazují zkušenosti s používáním materiálů na bázi expandovaného vermikulitu z produkce ITC LLC na provozovnách, teplota, při které se tyto materiály používají, nepřesahuje 600 °C, proto je zvažování možnosti nahrazení vermikulitových surovin perlitem nejen možné, ale na základě výše uvedeného i vhodné. Použití expandovaného perlitu sníží náklady na hotové materiály a výrobky a také zlepší řadu charakteristik, včetně objemové hmotnosti a tepelné vodivosti, a zjednoduší instalaci.

Od konce roku 2020 ITC LLC provádí experimentální práce na částečném nahrazení expandovaného vermikulitu expandovaným perlitem.

Laboratorní testy prokázaly, že náhrada 20% vermikulitu v omítkové směsi umožňuje 6-10% snížení objemové hmotnosti vytvrzeného nátěru a snížení tepelné vodivosti na 0,085 W/mK. Přidávání dalšího perlitu do směsi zhoršuje její zpracovatelnost a ztěžuje aplikaci. V současné době se upřesňuje možnost zavedení perlitu do omítkových směsí pomocí stávajících zařízení.

Dobrých výsledků bylo dosaženo při výrobě desek z expandovaného perlitu a anorganického pojiva. Získané vzorky desek mají hustotu 250-260 kg/m3 a tepelnou vodivost při teplotě 25 °C podle GOST 7076 – 0,075 W/M K.

Probíhají práce na výrobě zkušebních vzorků dvouvrstvých desek, které používají perlit i vermikulit.

V současné době se předpokládá dodávka perlitových surovin z ložiska Aragatskoje pro posouzení možnosti rozšíření perlitu na stávající technologické lince.

Jak bylo uvedeno výše, nahrazení vermikulitu perlitem pomáhá řešit řadu problémů: snížení nákladů na hotové materiály a výrobky a také zvýšení účinnosti tepelné izolace snížením objemové hmotnosti a tepelné vodivosti. Zkušební šarže materiálů a produktů budou distribuovány potenciálním spotřebitelům. V případě pozitivních výsledků zaměří ITC LLC své úsilí na spolupráci se zainteresovanými organizacemi za účelem monitorování zařízení z hlediska jejich tepelné izolace. neboť organizace terénních pozorování je nezbytná a povinná shromažďování, analýza a zobecňování informací o provozních vlastnostech nových tepelně izolačních materiálů používaných v průmyslových tepelně izolačních konstrukcích.

Informace o dodacích podmínkách a cenách produktů Vermitek naleznete v obchodním oddělení:

Telefonicky: +7 (496) 649-16-30

Emailem: [email protected]