CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU CÓ
4.1. BÔNG KHOÁNG
4.1.2. Nguyên vật liệu để chế tạo bơng khống
Ngun vật liệu để chế tạo bơng khống rất đa dạng và phổ biến, đó là các loại đá trầm tích, đá mác ma phún xuất, đá biến chất và các phế thải cơng nghiệp như xỉ lị cao, xỉ luyện kim, tro bay, gạch đỏ, gạch silicát vỡ, v. v…
Yêu cầu cơ bản đối với nguyên liệu dùng để sản xuất bơng khống là:
- Thành phần hóa học thích hợp cho phép chế tạo chất nung chảy ở nhiệt độ không quá cao (là nhiệt độ có thể tạo ra trong các thiết bị nung chất nung chảy hiện có).
- Cho phép chế tạo chất nung chảy với các đặc trưng lưu biến cần thiết và tạo ra bơng khống bền trong môi trường sử dụng;
- Ngun vật liệu dễ kiếm và khơng địi hỏi quá trình sơ chế phức tạp.
Trong thực tế thường sử dụng hai hoặc ba cấu tử để chế tạo chất nung chảy có thành phần hóa học yêu cầu.
a) Các loại đá thiên nhiên
Các loại đá sử dụng sản xuất bơng khống phải kể đến các loại đất đá phún xuất kiềm tính thuộc nhóm gabrơ – bazan và một vài loại đá biến chất có thành phần hóa học tương tự.
Thành phần hóa học của các loại nguyên liệu dao động trong khoảng sau: SiO2 = 45 – 65%; Al2O3 = 10 – 20%; Fe2O3 + FeO = 10 – 15%; CaO = 5 – 15%; Na2O + K2O = 1 - 3%.
Các loại đất đá như: gabrơ, điabaz, bazan và biến chất có thành phần hóa học tương đương cho phép tạo bơng khống chất lượng cao, với mơ đun axít μa = 1,5 – 2,5, trong các lị cao cải tiến có thiết bị thổi khơng khí nóng.
Các loại đất đá axít như granít, gradiorit, peclit làm tăng độ nhớt của chất nung chảy so với ngun liệu từ đất đá thuộc nhóm gabrơ – bazan, do đó làm giảm năng suất của thiết bị nung. Nguyên liệu granit, peclit có thể sử dụng để làm tăng độ trắng của sợi bơng khống dùng cho mục đích cách âm.
b) Xỉ lị cao
Trong sản xuất bơng khống, xỉ lị cao được sử dụng khá rộng rãi. Xỉ lò cao là chất nung chảy từ các silicát và alumơsilicát có thành phần hóa học như sau: SiO2 = 35 – 40%; Al2O3 = 10 – 15%; Fe2O3 + FeO = 0,5%; CaO = 35 – 45%; MgO = 5 – 10%.
Xỉ lò cao là chất nung chảy được sử dụng rộng rãi để chế tạo bơng khống trong các lị cao với thiết bị thổi khơng khí lạnh. Trong trường hợp khơng dùng phụ gia thì chỉ có thể chế tạo được sợi silicát kém bền nước. Nguyên nhân là do bông này chứa một
lượng lớn CaO làm tăng khả năng thủy hóa của sợi, giảm cường độ và khả năng tự lèn chặt của sợi. Sợi silicát thường được chế tạo từ hỗn hợp xỉ lò cao với các chất giảm kiềm tính từ phế thải cơng nghiệp có chứa lượng lớn SiO2 và Al2O3, do đó làm tăng độ ổn định chống thủy phân của sợi bơng khống.
c) Xỉ luyện thép
Xỉ luyện thép thuộc loại ngun liệu dễ nóng chảy, nó khơng chỉ sử dụng để giảm kiềm tính cho xỉ lò cao mà còn sử dụng để chế tạo bơng khống.
d) Xỉ lị máctanh
Trong xỉ lị máctanh có chứa ơxít sắt và ơxít mangan, được sử dụng chế tạo bơng khống làm giảm độ nhớt của chất nung chảy. Loại xỉ này khó điều chỉnh thành phần phối liệu nên ít được sử dụng.
Các loại xỉ nhiên liệu, tro rất khó sử dụng vì thành phần hóa của chúng khơng ổn định và nguyên liệu có độ mịn lớn nên công nghệ chế tạo rất phức tạp.
Phế liệu gạch đỏ và gạch silicát thường được tận dụng làm xỉ, kết hợp với thành phần có tính axít thấp hơn hay các nguyên liệu kiềm tính như xỉ, đơlơmit, đá vơi, v.v…
• Phương pháp xác định thành phần phối liệu của bơng khống
Để xác định thành phần phối liệu của bơng khống thường cho trước thành phần hóa học của nguyên liệu chủ yếu, tức hàm lượng các ôxit axit như Al2O3, SiO2 và các ôxit bazơ CaO, MgO. Phối liệu cần bảo đảm độ nhớt cần thiết cho chất nung chảy và tính bền vững của sợi. Trong thực tế thành phần hóa của phối liệu được khống chế một cách tương đối thông qua giá trị môđun axit:
SiO2 + Al2O3 μa = ------------------- CaO + MgO
Tùy thuộc vào chất lượng cần có của bơng khống mà lựa chọn giá trị mơđun axít, thường mơđun axít μa ≥ 1,2 đối với bơng khống loại 1 và μa ≥ 1,5 đối với bơng khống có chất lượng cao.
Trong thực tế, phối liệu để chế tạo chất nung chảy thường được hợp thành từ 2 loại nguyên liệu ban đầu là A và B.
Gọi x là tỷ lệ phần trăm của vật liệu A trong hỗn hợp. Gọi y là tỷ lệ % của vật liệu B trong hỗn hợp.
Ta có hệ phương trình sau: x + y = 1
(SiO2 + Al2O3)A + (SiO2 + Al2O3)B
------------------------------------------ ≥ 1,23 (CaO + MgO)A + (CaO + MgO)B
Khi μa tăng thì độ bền của bơng khống tăng đồng thời tính bền hóa học, tính bền nước tăng. Độ bền nước phụ thuộc vào độ pH. Nếu pH < 5 bơng khống có tính bền nước rất cao, 5 < pH < 7 bơng khống có độ bền nước cao.
Khi μa tăng tức (SiO2 + Al2O3) tăng, độ nhớt của chất nung chảy tăng làm cho q trình tạo sợi khó hơn. Do đó khi lựa chọn thành phần phối liệu cần chọn thành phần hợp lí nhất sao cho khơng làm tăng độ nhớt, ảnh hưởng xấu đến công nghệ, đồng thời không giảm q thấp hàm lượng ơxít axít, làm ảnh hưởng xấu đến độ bền của bơng khống.