Базальтовые технологии

Базальтовые породы и технологии их использования

Базальтовые породы

Исходным сырьем для производства базальтовых волокон являются базальтовые породы вулканического происхождения. Они имеют высокую природную химическую и термическую стойкость. Базальтовые породы - однокомпонентное сырье, обогащение, плавление и гомогенизация которых произведены в результате древней вулканической деятельности. При этом основные энергозатраты по первичному плавлению базальтов выполнены природой. В отличие от сырья для производства стекла, базальт - это уже готовое природное сырье для производства волокон. Стоимость добычи базальтового сырья очень низкая.

Разработки компании по выбору базальтовых пород

Компанией «Basaltcomposite Ltd.» разработана методика выбора базальтового сырья. Имеется большой практический опыт выбора базальтовых пород для производства БНВ и БСТВ (Россия, Туркменистан, Украина, Польша, Китай, Иран). Изучены и известны оптимальные химические составы базальтовых пород, из которых производятся базальтовые волокна в течение многих лет.

Исследования и выбор базальтовых пород

К настоящему времени проведена большая работа по исследованию и подбору базальтовых пород, пригодных для производства волокон. Для производства базальтовых волокон с заданными характеристиками по прочности, химической и термической стойкости, определенными электроизолирующими свойствами, необходимо использовать базальтовые породы с требуемыми характеристиками по химическому составу и выработочным свойствам. К сожалению, до настоящего времени в мире не уделяли должного внимания исследованию базальтовых пород как исходного сырья для производства базальтовых волокон. Базальты рассматривали как щебень для дорожного строительства - отсыпка железнодорожных насыпей, подсыпка полотна автомобильных дорог, наполнитель для бетонов. Стоимость добычи базальтового сырья низкая, как и цена щебня.
Анализ имеющихся данных по химическим составам базальтов показал, что во многих регионах мира имеются залежи базальтовых пород, пригодных для производства БНВ. Запасы базальтов в каждом из карьеров составляют десятки миллионов тонн.

Актуальность использования базальтовых материалов

Базальтовые волокна производятся из базальтовых пород. Волокна из базальтовых пород обладают высокой природной исходной прочностью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, долговечностью, электроизоляционными свойствами, производятся из природного, экологически чистого сырья. Поэтому базальтовые волокна имеют необычайную перспективу применения в промышленности, строительстве, энергетике. Базальты являются исходным сырьем для производства непрерывных базальтовых волокон (БНВ), диаметром элементарных волокон 6-21 микрон, длиной 10 и более км; штапельных тонких базальтовых волокон (БТВ), диаметром элементарных волокон 6-12 микрон и длиной 30-60 мм; супертонких базальтовых волокон (БСТВ), диаметром элементарных волокон 1-3 микрона и длиной 50-60 мм; базальтовой чешуи (БЧ), пластинок толщиной 2-5 микрон и площадью 0.5-4 мм². На основе базальтовых волокон производятся материалы (ткани, сетки, холсты, маты), композиционныe материалы и изделия.

Базальтовые технологии

Технологии производства базальтовых волокон, особенно непрерывных волокон, достаточно новы, имеют ряд принципиальных особенностей, связанных с исходным сырьем - базальтами. Базальтовые породы - однокомпонентное сырье, обогащение, плавление и гомогенизация которых произведены в результате древней вулканической деятельности. Особенностями базальтов является то, что основные энергозатраты по их подготовке к производству волокон выполнены природой.

Для каждого типа базальтов необходимы свои особые технологические режимы и параметры производства волокон. При всем многообразии таких технологических режимов можно выделить основные технологические процессы:

1. плавление базальтов, переход базальтов при плавлении из кристаллического состояния в аморфное;
2. гомогенизация расплава по химическому составу и степени аморфности;
3. подготовка расплава к выработке для достижения однородности расплава и необходимых параметров по вязкости и выработочным характеристикам;
4. выработка расплава через фильерный питатель;
5. вытяжка непрерывных волокон.

Процессы плавления, гомогенизации и подготовки расплава проходят при высоких температурах 1400-1600 °С и связаны с определенными энергозатратами. Далее технологии переработки базальтовых волокон в материалы и изделия не связаны с высоко температурными процессами и производятсяс применением «холодных технологий». Поэтому технологии производства БВ являются по сути энергосберегающими и экологически чистыми.

Производство базальтового супертонкого волокна

Базальтовые супертонкие волокна (БСТВ) - это слой штапельных волокон диаметром 1-3 микрона, перепутанных и скрепленных между собой в виде холста. Это холст базальтовой ваты. На основе холста БСТВ производятся тепло- и звукоизоляционные материалы: маты, прошивные маты, иглопробивные холсты, картон, мягкие и жесткие плиты. Технологии производства БСТВ достаточно отработаны в течение более 30 лет их промышленного применения и хорошо себя зарекомендовали в промышленности. Кратко традиционная технология производства БСТВ состоит из следующих процессов:

1. загрузка базальтовой измельченной породы в печь;
2. плавление базальта и гомогенизация расплава в печи;
3. выработка расплава базальта из фидера печи через фильерный питатель в виде первичных волокон;
4. раздув первичных волокон горелкой раздува в штапельные супертонкие волокна;
5. формирование холста БСТВ на приемном конвейере.

В технологическом процессе производства БСТВ имеются два относительно энергоемких процесса - плавление базальта и раздув первичных волокон высокотемпературным потоком.

Последние разработки специалистов компании позволили усовершенствовать технологический процесс производства БСТВ, разработать установки нового поколения с низким энергопотреблением.

Производство базальтовой чешуи

Базальтовая чешуя (БЧ) - представляет собой тонкий пластинчатый материал толщиной 2-6 микрон и площадью поверхности 0.5-4.5 мм². БЧ производится из расплавов базальтовых пород. Благодаря своим защитным свойствам БЧ приобрела название по аналогии с рыбьей чешуей. БЧ является уникальным материалом для производства защитных износостойких, антикоррозионных и химически стойких покрытий, армированных композиционных материалов, армированных пластмасс, наполнителей для фрикционных материалов (тормозных колодок, дисков сцепления). Характеристики БЧ зависят от химического состава базальтовых пород, из которых ее производят. Для получения требуемых характеристик материалов из БЧ, например, более термостойких или химически стойких, необходимо произвести выбор базальтовых пород и подбор требуемых видов связующего для производства соответствующих материалов. Кратко технология производства базальтовой чешуи (БЧ) состоит из следующих процессов:

1. загрузка измельченной базальтовой породы в камнеплавильную печь;
2. плавление и получение расплава базальта в плавильной печи;
3. выработка расплава через фидер печи и фильерный питатель;
4. получение чешуи на формующем устройстве;
5. сепарирование фракций базальтовой чешуи;
6. дозирование и упаковка БЧ.

Данная технология позволяет при относительно низких энергозатратах производить ценный материал для покрытий, производства композиционных материалов - БЧ.

Представляют интерес технологии применения БЧ для производства износостойких, химически стойких защитных покрытий и композиционных материалов - методом напыления, обеспечивающие высокую производительность и качество.

Схема переделов и технологий по использованию базальта в технике и промышленности

[ открыть схему в новом окне ]

Основные характеристики и преимущества базальтовых волокон

В настоящее время в мире наблюдается огромный интерес к непрерывным волокнам из базальтовых пород. Этот интерес связан с рядом факторов:

1. базальтовые волокна обладают характеристиками по многим показателям превышающими стеклянные волокна и не намного уступающие углеродным волокнам;
2. сырьевая база для производства базальтовых волокон доступна и практически не ограничена;
3. технологические достижения последних лет позволили существенно снизить себестоимость производства БНВ до уровня производства стеклянных волокон.

Стекловолокно имеет определенные ограпрочности, температуре применения, химической стойкости, особенно, в щелочных средах. При производстве стекловолокна используются химически чистые компоненты и особо дефицитный компонент - окись бора (В2О3). Углеродные волокна достаточно дороги для массового применения в промышленности и строительстве. БНВ по своим показателям занимают промежуточную позицию между этими типами волокон.

Базальтовые волокна являются наиболее оптимальными по показателю соотношения цены и качества. В некоторых областях применению базальтовых волокон нет альтернативы.

 Преимущества базальтовых волокон:

Высокая прочность
Удельная прочность базальтового волокна в 2.5 раза превышает прочность легированных сталей и в 1.5 раза прочность стекловолокна

Высокая химическая стойкость
По сравнению с металлом БНВ не поддается коррозии. По сравнению со стекловолокном БНВ является щелочестойким материалом. БНВ обладают высокой коррозионной и химической стойкостью к воздействию агрессивных сред: растворов солей, кислот и особенно щелочей.

Высокая термостойкость
Диапазон температур длительного применения БНВ от -200°С до +600°С. Кратковременное воздействие температур до 700 °С. Разовое воздействие температур до 1000 °С.

Совместимость с другими материалами
БНВ обладают высокой совместимостью с пластиками, пластмассами, клеями, стеклянными и углеродными волокнами. Возможность производства материалов и изделий на основе БНВ с применением различных технологий формовки, намотки, пультрузии, напыления и других «холодных технологий».

Производство базальтового непрерывного волокна

Технология производства базальтового непрерывного волокна (БНВ) при всей своей внешней кажущейся простоте представляют собой довольно сложные процессы. Ранее широкое применение БНВ сдерживалось сложностью промышленного оборудования и технологиями их производства.

Себестоимость производства БНВ была относительно высока и существенно превышала стоимость стекловолокна.

Технологии производства базальтовых волокон при всем внешнем подобии значительно отличаются от производства стеклянных волокон, что связано с рядом факторов:

1. химический состав базальтов существенно отличается от стекла;
2. расплавы базальтов непрозрачны для теплового излучения;
3. базальты - это уже готовое природное сырье, гомогенизированное по химическому составу;
4. в процессе плавления базальтов нет операций, присущих при варке стекла, осветления, остужения и др.

Эти особенности базальтов определяют специфику технологии производства и соответственно технологического оборудования для производства БНВ.

 Преимущества технологий БНВ:

• Для производства БНВ используется однокомпонентное, приготовленное природой, экологически чистое сырье - базальт.
• Стоимость базальтового сырья очень низкая и в себестоимости производства БНВ составляет менее 5%.
• Технология одностадийная - первичное обогащение, плавление и гомогенизацию базальта выполнила природа. Базальт нагревается только один раз, что позволяет получать требуемый продукт - БНВ.
• Дальнейшая переработка БНВ в материалы не связана с энергозатратами и производится с применением «холодных технологий».

Базальтовые и базальтопластиковые материалы и изделия

Ровинг базальтовый

Базальтовые ткани

Базальтовые ткани способны заменить морально устаревшие асбестовые, кремнеземные ткани во многих областях их применения. Базальтовая ткань - отличный изоляционный, армирующий и фильтрующий материал.   Применение такой ткани позволяет добиться экономии за счет долговечности материала и усиливает безопасность эксплуатации промышленных объектов. Базальтовые ткани производятся из ровинга путем переплетения, ткачества. Типы переплетения: сатин, полотно, атлас и саржа.

Преимущества: Ткани из базальта, производимые из однокомпонентного сырья, обладают рядом уникальных свойств, среди которых: ■ экологическая чистота материала, имеет природную формулу камня - базальта; ■ не канцероген, в отличие от асбестовых тканей; ■ один из лучших теплоизоляторов; ■ высокая термостойкость, негорючесть, температура постоянного применения - 700°С; ■ высокая долговечность, срок службы - 50 лет; ■ высокая химическая стойкость к щелочным и кислотным средам; ■ материал виброустойчив, может использоваться для изоляции турбин; ■ не поддается воздействию плесени и других микроорганизмов. ■ возможно применение базальтовых тканей для защиты конструкций морских платформ, портовых сооружений, причалов, корпусов судов.

Базальтопластиковая арматура

Применяется в качестве армирующего материала в строительных несущих и ограждающих конструкциях.

Преимущества:

■ 100% адгезия с бетоном;

■ равный с бетоном коэффициент линейного расширения;

■ превосходит стальную арматуру по модулю упругости, разрушающему напряжению;

■ устойчива к агрессивным средам;

■ в несколько раз долговечнее арматуры из металла;

■ применение 1 кг базальтопластиковой арматуры заменяет 9,6 кг металла. Экономия стали на 1 м³ изделия составляет 230 кг.

Конструкционные профили

(ограждающие конструкции, балки, лестницы, площадки, и пр.)

Такие профили в перспективе могут заменить все конструкции, как стальные, так и из прочих строительных материалов (алюминий, дерево, пластмассы) работающие в агрессивных и морских средах.

Преимущества:

■ легкий вес и легкая укладка (вес конструкции из базальтопластика в 4-8 раз меньше такой же стальной, может быть легко установлена с помощью небольшого подъемного оборудования и бригады из трех-шести человек);

■ снижение затрат на техническое обслуживание, поскольку конструкции абсолютно не подвержены коррозии и зарастаниям, не требуется проведение защитных мероприятий, в т.ч. нанесение антикоррозионных покрытий и мероприятий по электрохимической защите от коррозии;

■ высокая химическая стойкость к агрессивным средам (в т.ч. сероводород, кислоты и щелочи);

■ отсутствие влагопоглощения позволяет отказаться от применения гидроизолирующих материалов;

■ низкая теплопроводность, которая препятствует отложениям микроорганизмов;

■ неподверженность электрохимической коррозии, в т.ч. стресс-коррозии;

■ легкость в монтаже, не требуется сварочное оборудование;

■ повышенный гарантийный срок эксплуатации (до 80 лет);

■ атмосферостойкость обеспечивает продолжительную эксплуатацию в любых климатических условиях.

Трубы, ёмкости

Преимущества:

■ высокая прочность, достигающая уровня прочности легированных сталей;

■ высокая стойкость к динамическим нагрузкам, гидравлическим ударам;

■ легкий вес и легкая укладка (труба из базальтопластика, весит в 4-8 раз меньше стальной трубы, может быть легко установлена с помощью небольшого подъемного оборудования и бригады из трех-шести человек);

■ снижение затрат на техническое обслуживание, поскольку труба абсолютно не подвержена коррозии и зарастаниям, не требуется проведение защитных мероприятий, в т.ч. нанесение антикоррозионных покрытий и мероприятий по электрохимической защите от коррозии;

■ снижение расхода теплоизоляционного материала в связи с низкой теплопроводностью базальтопластика;

■ высокая химическая стойкость к агрессивным средам (в т.ч. сероводород, кислоты и щелочи);

■ отсутствие влагопоглощения позволяет отказаться от применения гидроизолирующих материалов;

■ возможность отказа от антикоррозийной и химической изоляции;

■ низкая теплопроводность, которая препятствует отложениям солей и парафинов;

■ неподверженность электрохимической коррозии, в т.ч. стресс-коррозии;

■ легкость в монтаже, не требуется сварочное оборудование;

■ повышенный гарантийный срок эксплуатации (до 80 лет);

■ атмосферостойкость обеспечивает продолжительную эксплуатацию в любых климатических условиях;

■ теплостойкость определяется достаточно высоким значением удельной теплоемкости;

■ краткие сроки монтажа и сокращенные затраты на восстановительные работы вследствие конструкционных особенностей труб и соединительных деталей, при этом ремонтно-восстановительные работы не требуют специального оборудования;

■ уменьшение коэффициента гидравлического сопротивления в 3-4 раза, гладкая внутренняя поверхность, малое гидравлическое сопротивление не дают возможности «зарастанию» внутреннего сечения;

■ большая пропускная способность по сравнению со стальной трубой аналогичного диаметра.

Асфальтобетоны и бетоны, армированные базальтовыми волокнами

Структура бетона с применением базальтовых волокон (базальтоцемента) близка к структуре армоцемента с арматурой из стальных сеток. Однако базальтоцемент обладает более высокой прочностью и деформативностью, т.к. армирующий его базальт обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования камня и сам базальт обладает более высокой прочностью 18000-25000 кг/см², чем стальная сетка. Кроме того, базальтоцемент может переносить большие упругие деформации потому, что базальтовое волокно при растяжении пластических деформаций не имеет, а по упругости превосходит сталь. При твердении цементного камня образуется агрессивная среда, которая разрушает поверхность волокна, образуя при этом раковины. Прочность волокна уменьшается на 10%, но за счет образовавшихся раковин прочность сцепления камня и волокна увеличивается, таким образом, прочность самого изделия возрастает. При использовании толстых волокон (более 100 мкм) их прочность не изменяется.

Главными особенностями базальтоцемента являются его высокая прочность при всех видах напряженных состояний и способность переносить большие деформации в упругом состоянии. При этом относительная деформация цементного камня без образования трещин достигает 0,7-0,9%.

Такая деформация в 35-45 раз превосходит предельное удлинение неармированного цементного камня, значительное увеличение деформативности и прочности цементного камня происходит за счет устранения базальтовыми волокном влияния концентрации напряжений в местах, ослабленных структурными дефектами цементного камня (раковинами, микротрещинами и т.п.).

Базальт - это минерал, образовавшийся в результате вулканической деятельности. Земная кора состоит на 80% из базальтовых пород. Экологически чистый материал, пролежавший в земле миллионы лет. Будучи химически инертным, базальтовое волокно не вступает в реакцию с солями или красителями. Поэтому бетонные растворы с добавкой базальтовых волокон применяются при строительстве морских сооружений, в архитектурном и декоративном бетонах. В дорожных покрытиях волокно предохраняет бетон и арматуру от проникновения антиобледеняющих солей и агрессивных веществ, а также повышает остаточную прочность и устойчивость к замораживанию-оттаиванию, повышает шероховатость поверхности.

Использование качественного бетона со специальными добавками, включая моноволоконное армирование, обеспечивает:

■ стойкость к перепадам температур, защищая от разломов, трещин и отслаивания

поверхности;

■ исключает пластические и усадочные трещины;

■ увеличивает долговечность поверхности, края и шва;

■ увеличивает устойчивость к истиранию и ударам;

■ обеспечивает раннюю прочность на сжатие, то есть прочность, которую обычный бетон приобретает только через 28 дней с момента укладки.

Область применения:

■ бетонные полы;

■ взлетные полосы аэропортов;

■ скоростные автодороги;

■ промышленные полы в цехах, где установлено тяжелое оборудование;

■ внутреннее армирование тоннелей и каналов;

■ укрепление склонов;

■ ремонт и реконструкция сооружений;

■ покрытия металлических поверхностей стальных сооружений;

■ бетонные водные каналы;

■ огнезащитные конструкции;

■ военные сооружения;

■ сейсмостойкие здания и сооружения.

Преимущества:

■ вы можете забыть о трудностях, связанных с установкой проволочной сетки;

■ снижает общую стоимость строительства;

■ толщина бетонного слоя может быть уменьшена до половины слоя из обычного

бетона;

■ сроки строительства снижаются в связи с отсутствием необходимости устанавливать проволочную сетку;

■ волокна могут легко смешиваться в передвижных бетоносмесителях или предварительно перемешиваться с бетонной смесью на бетонных заводах;

■ необходимость в армировании бетонных полов отпадает благодаря применению волокна и в этом случае сроки строительства снижаются в два раза;

■ стоимость ремонта и обслуживания существенно снижается благодаря долговечности бетона армированного волокном;

■ увеличивается усталостная прочность бетона, армированного базальтовым волокном;

■ снижается ширина трещин, особенно важная в конструкциях, находящихся в морской воде и доках;

■ при армировании бетона 0,5-2% от его объема, ударная прочность увеличивается

приблизительно в 20 раз.

Базальтовая тепло- и звукоизоляция

Холсты БСТВ

Холсты представляют собой слой перепутанных штапельных супертонких волокон, скрепленных между собой силами естественного сцепления.

Применение:

■ для изготовления тепло и звукоизоляционных материалов и изделий;

■ фильтров очистки газовоздушных и жидких сред;

■ в качестве теплоизолирующего материала в строительстве, других отраслях промышленности;

■ при производстве листовых и рулонных пластиков, гидроизоляционных материалов.

Иглопробивные холсты

Холсты иглопробивные изготавливаются на основе БСТВ с применением иглопробивных установок (новый материал). Благодаря более прочному скреплению волокон холста иглопробивной машиной, материал получается достаточно прочным, обладающим тепло и звукоизоляционными свойствами.

Применение:

■ автомобилестроение, судостроение, вагоностроение, энергетика.

Полосы прошивные

Полосы изготавливаются на основе БСТВ в оболочках с двух сторон из базальтовой ткани и прошиваются базальтонитью.

Применение:

Маты используются в качестве теплоизоляции, звукоизоляции при высоких и низких температурах для промышленного оборудования, аппаратуры, в изделиях авиации, судостроения и других видах транспортных средств, а также в строительстве.

Маты звукопоглощающие

Маты изготавливаются на основе БСТВ с акустически прозрачной оболочкой - стеклотканью. Используются в качестве звукопоглощающего наполнителя в конструкциях звукоизолирующих шум оборудования (авиационных и судовых двигателей) и других объектов.

Картон теплоизоляционный

Картон изготавливается из холстов БСТВ на основе неорганического связующего. Используется для тепловой и звуковой изоляции в промышленном и судовом оборудовании, для теплоизоляции трубопроводов, а также в качестве закрытой изоляции в многослойных конструкциях различных отраслей промышленности, в бытовой технике (газовые и электрические плиты, духовки). Является эффективным экологически безопасным заменителем асбестового картона.

Холст тонкий с пропиткой

Изготавливаются на основе БСТВ с применением технологической линии производства тонких холстов.

Применение:

■ фильтры тонкой очистки для жидких и газовых сред;

■ армирующий материал для производства листовых и рулонных композиционных материалов.

Маты прошивные

Маты изготавливаются на основе супертонкого базальтового волокна в оболочке из стеклоткани, или без нее и прошиты стеклоровингом.

Применение

Маты используются в качестве теплоизоляции при высоких и низких температурах для промышленного оборудования трубопроводов, в судостроении и других транспортных средствах, а также в строительстве для изоляции стен, перегородок, перекрытий полов.

Маты теплозвукоизоляционные

Маты изготавливаются на основе ультра- и супертонкого волокна в оболочке с двух сторон из стеклоткани или кремнеземной ткани и прошиваются стеклонитью или кремнеземной нитью.

Плиты теплоизоляционные

Плиты изготавливаются из супертонкого (тонкого базальтового волокна на основе неорганического связующего).

Применение:

Плиты используются для тепловой, звуковой изоляции кораблей, промышленного оборудования в интервале температур от -260°С до +700°С, длительно выдерживают тепловые и огневые нагрузки до 1100°С.

Преимущества:

■ не разрушается при повышении температуры и при циклическом действии температуры, сохраняет свои характеристики и геометрические формы;

■ отличная звукоизоляция - самый высокий коэффициент звукопоглощения, один из утеплителей, который применяется в ракетах и подводных лодках;

■ не боится вибрации, в отличие от изделий из минеральной ваты и стекловолокна, которые при вибрации разрушаются;

■ высокая термостойкость, негорючесть;

■ высокая химическая стойкость к щелочным и кислотным средам, воде;

■ не содержит органического связующего, канцерогенных и токсических веществ, волокна имеют большую длину и связаны между собой силами естественного сцепления;

■ высокая долговечность, срок службы - 50 лет;

Тормозные колодки и диски сцепления

Разработан новый фрикционный материал на основе композитов с наполнением (60%) базальтовым рубленым волокном, а именно: тормозные колодки и диски сцепления нового поколения с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Ожидаемый срок службы деталей из нового фрикционного материала в 1,5-2 раза выше по сравнению с существующими аналогами.

Особенностью их является то, что накладки изготовлены из материала на основе базальта, способного выдерживать высокие температурные нагрузки и при этом практически не разрушаются от механических повреждений. Благодаря свойствам этого материала накладки могут сохранять до 80% от своей номинальной работоспособности даже при температуре +800 градусов. После испытаний, когда все ныне существующие колодки начинали трескаться и расслаиваться, базальтовая накладка сохраняла все свои рабочие свойства.

Исследования показали, что базальтовые колодки практически не скрипят при торможении. Кроме того, базальтовая накладка совершенно не реагирует на наличие или отсутствие воды между тормозным диском и колодкой. А это значит, что можно больше не бояться, что после проезда водной преграды или попадания воды в иные тормозные системы - тормоза откажут.

Но все же главное достоинство базальтовых колодок заключается в их долговечности. Пока еще неизвестно, как новые колодки проявят себя в реальной эксплуатации, но проведенные испытания говорят, что на автомобилях колодки смогут «ходить» по 100 тысяч километров или 3-4 года! К этому необходимо добавить и то, что базальтовые колодки в 5-7 раз уменьшают износ тормозных дисков и барабанов.

Применение:

■ нефте- и газодобыча (тормозные колодки буровых установок и подъемных механизмов);

■ транспорт (тормозные накладки);

■ общее машиностроение (тормозные колодки).

Преимущества:

■ более высокий коэффициент трения;

■ повышенная износостойкость;

■ повышенное сопротивление заеданию в широком диапазоне рабочих давлений;

■ не содержит асбеста.

Схемы производства

Технология поточного производства базальтового супертонкого волокна, мягких теплоизоляционных плит и матов прошивных

Установка для производства базальтовых волокнистых материалов с использованием электродуговой руднотермической печи мощностью 250 кВА в составе комплекса компании «Emerol Ltd» в Туркменистане.

Патенты:

• Россия, №№ 40316, 2255910;
• Казахстан, № 17086;
• Туркменистан, № 550.

Технология представляет собой одностадийное безфильерное поточное производство базальтового супертонкого волокна (БСТВ), рулонированного базальтового войлока и матов прошивных.

Плавка	Струя расплава

Нашим партнером, компанией "Emerol Limited", совместно с Восточным институтом огнеупоров разработана технология получения базальтовых штапельных волокон, основанная на электродуговом способе плавления. Спроектирована и построена установка для производства базальтовых волокнистых материалов с использованием электродуговой печи мощностью 250 кВА в составе комплекса компании «Emerol Ltd» в Туркменистане.

Использованная в качестве плавильного агрегата в данной установке открытая однофазная двухэлектродная электропечь РПО-0,25 малой емкости разработана и изготовлена НПО «Элотерм» по техническим требованиям "Emerol Limited" и ОАО «ВОСТИО».

В настоящее время организовано производство и освоен промышленный выпуск базальтовых штапельных тонких и супертонких волокон и теплоизоляционных материалов из них.

Установка представляет собой непрерывную поточную технологическую линию, включающую: плавильную электодуговую печь; узел выпуска и раздува расплава; горизонтально расположенную камеру волокноосаждения с сетчатым конвейером; прошивную машину, встроенную на сетчатом конвейере за камерой волокноосаждения и узел резки и рулонирования.

В качестве сырья применяют горные породы Красноводского месторождения, представленные различными минералогическими разновидностями: диабаз; базальтовый порфирит; диабазовый и андезитовый порфириты; диорит; габбро-диорит (далее по тексту - базальтовое сырье). Усредненный химический состав базальтового сырья, масс. доля, %:

SiO₂ 48-52; Al₂O₃ 16-18; Fe₂O₃ 7-11; TiO₂ 1-2; CaO 7-10; MgO 4-8; Na₂O+K₂O 3-5; п.п.п. 3-6.

Красноводское базальтовое сырье с модулем кислотности 4,8-5,8 образует достаточно вязкие расплавы, что обусловливает выпуск расплава при относительно высоких температурах: 1600-1650° С. Применение такого сырья в однокомпонентном варианте нецелесообразно. В целях минимизации энергозатрат производства данное сырье корректировали СаО - содержащим материалом. Подшихтовка сырья известняком в количестве 10±2 % снижает вязкость с 5-9 Па·с до 2-4 Па·с в интервале температур 1450-1550° С, что обеспечивает достаточную текучесть расплава и формирование стабильной струи выпускаемого расплава при сравнительно низких температурах. Базальтовое сырье и корректирующую добавку известняка поставляют для подготовки шихты в виде дробленого кускового материала фракции 3-15 мм.

Конструкция плавильной ванны печи вытянутой формы, графитовая футеровка плавильного пространства и расположение электродов с противоположных сторон по длине ванны создают условия повышения интенсивности процессов плавления сырья и гомогенизации расплава, что способствует более быстрому достижению однородности расплава и его получению с высокими выработочными свойствами.

Приготовление рабочих расплавов ведут в следующих режимах:

• ток 800-1200 А; напряжение на электродах 180-220 В;
• температура в зоне плавления печи 1500-1650° С.

Параметры получаемого расплава:

модуль кислотности Мк 3,0-3,3; модуль вязкости Мв 1,82-2,17; поверхностное натяжение 570-580 кДж/м²; плотность 2,84-2,94 г/см3; энергия активации вязкого течения 142-165 кДж/моль.

Образующиеся за счет восстановления оксидов железа железистые осадки, представленные, в основном, металлическим железом и ферросилицием с примесью расплава, периодически удаляют из печи.

Выпуск готового рабочего расплава с вязкостью 2-4 Па·с осуществляют через выпускную летку из графитированного материала в виде непрерывной струи диаметром 8-10 мм. Оптимальная температура выпускаемой струи расплава, подаваемой на раздув, находится в пределах 1450-1520° С. Изменение температуры расплава при его раздуве ниже или выше указанных пределов приводит к снижению выработочных свойств расплава и, соответственно, качества получаемого волокнистого материала, в первую очередь, за счет повышения содержания «корольков», а также уменьшения длины и прочности волокон.

Раздув расплава в волокна осуществляют с помощью волокнообразующего устройства (дутьевой головки), расположенного по вертикальной оси соосно с диффузором. В качестве энергоносителя используется сжатый воздух давлением 4-6 атм. Между диффузором и камерой волокноосаждения расположена шахта для отделения неволокнистых частиц от вертикального потока волокон. Для более эффективного их разделения и уменьшения содержания неволокнистых частиц в готовой продукции предусмотрен дополнительный отдув волокон посредством вентилятора с боковой стороны шахты.

Для улучшения процесса волокнообразования при раздуве расплава вводят органические вещества типа эмульсолов или индустриальных масел, а также кремнийорганические жидкости, обеспечивающие достаточное поверхностное натяжение расплава, что способствует более эффективному расщеплению расплава на тонкие и супертонкие волокна. Количество подаваемых на раздув веществ определяется по его содержанию в готовом продукте от 0,6 до 2,0 %. Уменьшение подачи вводимых добавок снижает эффективность раздува и увеличивает содержание «корольков» в волокне.

Применение кремнийорганической жидкости, например, полиорганосилоксанов, при раздуве расплава, кроме того, способствует формированию ковра достаточной связности и получению волокнистого материала повышенной прочности без дополнительной сушки.

Выпускаемые базальтоволокнистые материалы характеризуются достаточно высокими показателями свойств, а именно:

Выход продукции

Коэффициент теплопроводности получаемых волокнистых материалов различной плотности при нагревании в интервале температур от 300 до     700° С на горячей стороне изменяется следующим образом:

Как видно из приведенных выше данных, разработанные базальтовые волокнистые материалы обладают целым рядом положительных свойств: малой объемной плотностью, низким водопоглощением, достаточной температурной устойчивостью, низким коэффициентом теплопроводности, обеспечивающим высокую теплоизолирующую способность материала. Высокие теплоизоляционные свойства базальтовых волокнистых материалов позволяют эффективно применять их для изоляции как различных тепловых агрегатов при высоких температурах (700° С), так и криогенных устройств, работающих при температурах от -80° С.

Достаточно высокие показатели свойств выпускаемых базальтовых волокон дают предпосылки их широкого применения в самых различных областях техники и промышленности, а также промышленного и гражданского строительства.

Основой технологии является одностадийный, бесфильерный, высокопроизводительный способ, направленный на создание  технологического процесса, при  котором  достигается   высокая   степень однородности расплава, что значительно снижает энергозатраты производства. Не менее важно, что разработанная технология позволяет плавить относительно тугоплавкое сырье, что дает возможность расширить сырьевую базу для получения штапельных базальтовых волокон.

Организованное производство базальтового волокна, рулонного материала и прошивных матов является экологически безопасным.

Выпускаемая продукция:

• относится к группе негорючих (несгораемых) материалов;
• является радиационно и токсически безопасным продуктом;
• соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.

Выпуск базальтоволокнистых материалов осуществляют по ТУ 5762-001-59284560-2006.

Технические показатели

Состав установки по поточному производству рулонированного войлока и прошивных матов:

• печь электродуговая руднотермическая открытая;
• дутьевая головка;
• диффузор;
• камера волокноосаждения;
• сетчатый конвейер;
• прошивная машина;
• рулонировщик с ножами продольной и поперечной резки.

Удельные расходы сырья и энергоресурсов (на 1 тонну готовой продукции в одном ассортименте)

Основное сырье:

• Диабаз 756 кг/т
• Известняк пористый 84 кг/т

Вспомогательные материалы: