Минеральная вата

Запасы доменного шлака  – отхода Темиртауского комбината, исчисляются миллионами тонн и пока будет производиться металл, всегда будет и доменный шлак. Поэтому  можно считать, что сырье для  производства обычной минеральной  ваты и, соответственно, минераловатных изделий (полужестких и жестких  плит) имеется в достаточном количестве.

Из горных пород лучшими  видами сырьевых материалов являются изверженные основные горные породы габбро-базальтовой группы (диабазы, базальты, габбро) и подобные им по химическому  составу метаморфические горные породы и мергели.

По укрупненным данным, по регионам Казахстана разведаны следующие  виды сырьевых материалов.

В Актюбинской области  Мугалжарского района имеется месторождение  диабаза с общим запасом в 227 млн тонн. В Карагандинской области  Жанааркинского района разведано месторождение  диабаза с общим запасом в 15,3 млн тонн. Общие запасы сырья для  минваты в Жамбылском районе составляют 46,9 млн тонн; месторождения Уш-Кызыл, Дорменсай располагаются в Шуйском  районе. В Кзылординской области  Казалинскогорайона сосредоточены 3 месторождения мергеля с общим запасом в 27 млн тонн. В Костанайской области имеются 3 месторождения диабаза и базальта с общим запасом в 50,87 млн тонн. В Североказахстанской области Тайыншинского и Габита Мусрепова районов расположены месторождения Алексеевское и Ставропольское с общим запасом сырья в 25,14 млн.тонн.

Ниже представлены более  подробно геологические характеристики месторождений горных пород, пригодных  для использования в качестве сырья при изготовлении минеральной  ваты и изделий на ее основе.

На территории Западного  Казахстана выявлено три месторождения - Мамытское, Никельтауское и Мугоджарское. Мамытское слабо изучено, а Мугоджарское эксплуатируется.

МесторождениеМугоджарское - расположено в Мугоджарском районе Актюбиенской области, в 30 км от п. Эмба и 210 км от Актюбинска. Район экономически развит. Изучалось в 1961 г.

Месторождение приурочено к  зеленокаменной полосе вулканитов верхнего силура в юго-западной части Мугоджар. Оно вытянуто в северо-северо-западном направлении на 3800 м при ширине от 500 до 1350 м. В рельефе представлено серией куполообразных сопок, разделенных глубокими балками. Продуктивная толща представлена вулканитами верхнего силура (диабазы, диабазовые порфириты, спилиты). С поверхности породы выветрены,  трещиноваты и покрыты элювиальноделювиальными осадками по склонам сопок, мощность их от 0 до 4 м (ср. 0,51). Средняя мощность продуктивной толщи 31 м.

МесторождениеНикельтауское - расположено в Хромтауском районе Актюьинской области, в 9 км на запад от ж.-д. ст. Никельтау. Изучали в 1981-85 гг.

Приурочено к Кокпектинскому массиву габброидов, сложенному зеленовато-серыми массивными среднезернистыми, реже крупнозернистыми и мелкозернистыми габбро. В массиве, подвергшемся процессам метаморфизма, амфобилизации и выветривания, выявлена сильная трещиноватость, местами  породы осложнены тектоническими подвижками и интенсивно перемяты.

МесторождениеМамытское - расположено  в Хромтауском районе Актюбинской  области, в 40 км к западу от ж.-д. ст. Кимперсай. Открыто в 1952 году, изучалось в 1985 году.

Приурочено к прибортовой  зоне Орской депрессии и представлено диабазами вулканогенно-спилитовой серии верхнесилурийско-нижнедевон-ского  возраста. Сверху диабазы перекрыты  маломощным слоем глинистого элювия с обломками диабаза.

Северный Казахстан  богат месторождениями петрургического  сырья (Алексеевское, Черная Мазарка, Валерьяновское, Козыревское, участок Ставропольский). Все месторождения, кроме Ставропольского, находятся на территории Костанайской области. Вблизи месторождений развита  мощная горнодобывающая промышленность. Запасы петрургического сырья промышленных категорий составляют более 35 млн. м³, что позволяет создать в этом регионе перерабатывающую промышленность по производству каменного литья и минеральной ваты.

Месторождение Козыревское- расположено в Тарановском районе Костанайской области, в 1 км от поселка Валерьяновский, в 12 км юго-западнее ж.-д. станции Тобол, на правом берегу р. Тобол. Открыто в 1955 году Ю. Д. Пивенштейном. Изучалось в 1962 году В. С. Кусковым.

Месторождение приурочено к Ушсорско-Валерьяновской антиклинали. Андезитовые порфириты и туфы выделяются в рельефе в виде гряды  сопок различных размеров северо-восточного простирания. Продуктивная толща, представленная андезитовыми порфиритами и туфами визе-намюра, перекрыта глинистой  корой выветривания по туфам и  порфиритам триас-мелового возраста и  бурыми современными суглинками, супесями и песками. Средняя мощность вскрыши  2,5 м.

Месторождение Валерьяновское - расположено в Тарановском районе Костанайской области, на левом берегу р. Тобол, у поселка Валерьяновка, в 12 км южнее ж.-д. станции Тобол. Открыто в 1955 году И. В. Сарканбиксе. Изучалось в 1956 году И. В. Сарканбиксе, в 1957 году П. А. Литвиным, в 1961 году В. С. Фурманчук, в 1962 году В. Н. Агафоновым.

Месторождение приурочено к Валерьяновскомусинклинорию и  представлено базальтовыми порфиритами  раннего триаса. Залежь имеет пластообразную форму, простирание северо-западное, по мощности не выдержана, залегает горизонтально. С поверхности перекрыто корой  выветривания триас-мелового возраста и современными суглинками. Средняя  мощность вскрышных пород 3,1 м. В подошве залегают порфириты и туфопорфириты визе. Длина залежи 1450 м, ширина 25-40 м, мощность 23,8-30,7 м, глубина залегания 0,09-9,7 м. До глубины 9 м порфириты выветрелые, до глубины 22 мсильно трещиноваты.

Месторождение Алексеевское - расположено в Красноармейском  районе Северо-Казахстанской области, на правом берегу р. Чаглинки, в 4 км юго-западнее ж.-д. станции Азат, в 0,2 км севернее поселка Алексеевка. Асфальтированное шоссе Кокшетау-Петропавловск находится в 2 км. Район преимущественно сельскохозяйственный, экономически освоен. Открыто в 1964 году, изучалось в том же году М. Д. Денисовым.

Месторождение приурочено к Кокшетаускомуантиклинорию и  представлено базальтовыми порфиритами  среднего-позднегоордовика. Порфириты  сильно трещиноваты, до глубины 12м выветрелы  и ожелезнены. Залежь перекрыта триас-меловой  глинистой корой выветривания. Средняя  мощность 4,27 м. Горизонтальная залежь имеет пластовую форму и простирание восток-юго-восточное. Длина ее 940 м, ширина 310 м, мощность 6-33,9 м (средняя 22,41 м), глубина залегания кровли - 0,1-11,9 м.

Месторождение ЧернаяМазарка - расположено в Семиозерном районе Костанайской области, в 10 км к юго-востоку от ж.-д. станции Кушмурун, в районе с разведанными и частично отрабатываемыми месторождениями бурого угля. Район сельскохозяйственный, экономически освоен. Открыто в 1951 г. А. К. Мазур. Изучалось в 1952 г. А. К. Мазуром, в 1959 г. К. П. Удрисом, в 1962 г. В. С. Кусковым.

Месторождение приурочено к Кушмурунской синклинали. Оно представлено базальтом раннего-среднего триаса (валерьяновская свита). С поверхности  перекрыто глиной с базальтовой  дресвой (кора выветривания триас-мелового возраста). Средняя мощность вскрыши  10,12 м. Залежь выдержана по простиранию, мощности и качеству сырья, сильно трещиновата, имеет пластообразную форму, залегает горизонтально. Простирание ее меридиональное. Длина 400 м, ширина 200-280 м, мощность 24,5-44,1 м (средняя 33,46 м). Глубина залегания кровли 0-15 м.

Основными сырьевыми материалами  для производства стеклянных волокон  являются кварцевый песок, полевой  шпат, известняк, мел, доломит. Месторождения  полевых шпатов, известняков, доломитов  имеются практически во всех регионах Казахстана. Кварцевые пески имеются  в Актюбинской области (201,3 млн. тонн), в Павлодарской области(месторождения  расположены в Актогайском,  Экибастузском, Баянаульском районах с общим  запасом 12,35 млн тонн), в Акмолинской области (3 месторождения с общим запасом 10 млн. тонн), в Карагандинской области (17 месторождений кварцитов, сосредоточенных в Шетском, Жанааркинском, Бухар-Жырауском, Осакаровском  районах с общим запасом 253,2 млн.тонн.), в Костанайской области (находятся в Тарановском и Мендыкаринском районах,общие запасы 20,83 млн.тонн), в Североказахстанской области (месторождение – Айсарлинское, находится в Акжарском районе,общие запасы 14,6 млн.тонн) и Южно-Казахстанской области.

В Западном Казахстане имеются  крупные месторождения мела (13) с  суммарными запасами, учтенными госбалансом  по промышленным категориям 136,14 млн. т. Кроме применения его в качестве одного из сырьевых компонентов при  получении минеральной ваты, мел  пригоден для производства цемента, строительной извести, в сельском хозяйстве  для нейтрализации кислых почв, минеральной  подкормки животным, в качестве наполнителя  в целлюлозно-бумажной и резиновой  промышленности. При дальнейшем развитии добычи мела могут осуществляться экспортные поставки его в ближнее и дальнее  зарубежье.         

Промышленные месторождения  базальтов имеются в Алматинской, Восточно-Казахстанской, Актюбинской  областях.

Таким образом можно констатировать о том, что в Казахстане практически  в каждом регионе можно и нужно  организовать завод по выпуску минеральной  ваты и изделий на ее основе. Необходимо принять во внимание, что перевозка  минераловатных энергосберегающих  изделий экономически крайне невыгодна. Считается, что перевозка минераловатных изделий это то же самое, что перевозить воздух. Действительно, железнодорожный  вагон грузоподъемностью 60 т вмещает  минераловатные плиты, например марки  по плотности П35, всего по массе  не более 3 т. Поэтому в каждом регионе  должен функционировать собственный  завод по выпуску энергосберегающих  теплоизоляционных минерало- и стекловолокнистых  материалов и изделий. При отсутствии сырьевой базы экономически выгоднее привозить сырье и выпускать  энергосберегающие материалы, чем  импортировать эти материалы. Это  же правило относится и к любым  другим видам теплоизоляционных  материалов. В частности для теплоизоляционных  пенопластов правило изготовления материалов на месте потребления  хорошо «работает». Например, в Алматы имеется несколько заводов по изготовлению пенопластов, работающих как по прессовой, так и по экструдированной технологии, и все они работают на привозном сырье. Причем если раньше полиэтиленовый бисер привозили  из России, то теперь из Китая.

Цель работы: выполнить проект цеха по производству минеральной ваты.

ГЛАВА 1 НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ

Множество способов волокнообразования, а также разнообразие исходного сырья предопределяют различия качественных показателей ваты.

В зависимости  от температуры применения искусственные минеральные волокна делятся на:

• стеклянные с температурой применения до 400°С;
• рядовые с температурой применения до 600°С;
• высокотемпературные
• огнеупорные с температурой применения до 1000°С и выше соответственно.

Минеральная вата – продукт специальной переработки  силикатного расплава с помощью  различных технологических приемов. Это рыхлый материал, состоящий из тонких волокон стекловидной структуры.

Основным показателем  минеральной ваты является диаметр  волокон, колеблющийся в пределах 1…10 мкм. В соответствии с требованиями ГОСТ4640–84 толщина волокон ваты, применяемой для изготовления теплоизоляционных изделий, не должна превышать 8 мкм, так как увеличение ее влечет за собой увеличение теплопроводности. Длина волокон определяется химическим составом расплава и способом получения и составляет 2…300 мм. Более длинные волокна сообщают изделиям большую прочность и эластичность.

Частицы расплава, не вытянувшиеся в волокна и имеющие, как правило, сферическую форму, получили название корольков. Эти включения ухудшают теплоизоляционные свойства материала. Согласно ГОСТ 4640–94, предусмотрен выпуск минеральной ваты марок 75, 100 и 125 с содержанием корольков размером свыше 0,25 мм не более 12, 20 и 25% соответственно. Марка минеральной ваты соответствует ее средней плотности при нагрузке 0,002 МПа.

Пористость минеральной ваты достигает 96%, что обусловливает ее высокие теплоизолирующие свойства. Характер пор открытый, поэтому минеральную вату следует оберегать от увлажнения, так как при этом резко увеличивается ее теплопроводность. Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду высокое – до 600%, гигроскопичность 0,2…2%.

Ввиду того, что  волокна представлены веществом  в стекловидном состоянии, высокая температура эксплуатации способствует кристаллизации (расстекловыванию), которая в зависимости от состава волокон может происходить уже при 500°С. С развитием этого процесса ухудшаются теплофизические свойства минеральной ваты. Ее теплопроводность не должна превышать 0,045 Вт/(м°С) при температуре (25+5)°С; 0,064 Вт/(м°С) – при (125+5)°С; 0.105 Вт/(м°С) – при (300±5)°С.

Сырьём для  производства минеральной ваты являются горные вулканические породы, поэтому она удовлетворяет самым жёстким требованиям пожарной безопасности. Температура спекания волокон составляет 1000°С. Не все виды продукции, классифицированные как негорящие, могут похвастаться такими свойствами.

Изоляционные материалы  из минераловатного утеплителя отличаются высокой химической стойкостью. Более  того, минераловатный утеплитель является химически пассивной средой и  не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов.

Современное производство минеральной  ваты позволяет создавать экологически чистую и безопасную строительную изоляцию.