Surowce stosowane do produkcji materiałów ogniotrwałych

Materiały wysokotemperaturowe są niezastąpione w przemyśle. Do ich wytworzenia stosuje się szereg różnych surowców, dzięki którym zyskują one swoje specjalne właściwości. Skąd się je pozyskuje oraz w jaki sposób obrabia?

Nadrzędnym podziałem surowców stosowanych do wytwarzania materiałów wysokotemperaturowych jest klasyfikacja ze względu na ich strukturę. Można wyróżnić te o  budowie włóknistej lub ziarnistej.

Surowce włókniste

Jednym z podstawowych surowców wykorzystywanych do produkcji materiałów ogniotrwałych dla przemysłu jest wełna szklana. Wytwarza się ją przez stopienie w temperaturze 1000°C piasku kwarcowego i stłuczki szklanej, dodatkowo z domieszką skał, jak na przykład dolomit, wapień czy gabro. Tak otrzymany surowiec przechodzi następnie proces rozwłókniania. Do gotowych włókien dodaje się specjalne lepiszcze. Z otrzymanego materiału wytwarza się szereg produktów, które mogą pracować w temperaturach dochodzących do 550°C. Są to na przykład sznury (miękkie, twarde, kwadratowe, izolacyjne), taśmy (plecione, drabinkowe, uszczelniające), koszulki, filc, nici i tkaniny. Gęstość takich materiałów waha się od 20 kg/m3 do 150 kg/m3.. Materiały na bazie włókien szklanych wykorzystuje się między innymi do izolacji termicznej i akustycznej. 

Innym popularnym tworzywem są włókna ceramiczne. Są to bezpostaciowe lub krystaliczne syntetyczne włókna mineralne, które wyróżniają się odpornością na wysokie temperatury, odpornością chemiczną, niską przewodnością cieplną, akustyczną i elektryczną. Wytwarza się z nich między innymi włókna wysokotemperaturowe o długości od 40 do 250 mm i średnicy od 2,2 do 5 μm. W zależności od ich składu chemicznego (decydująca jest tutaj proporcja zawartości tlenków metali: glinu, krzemu, chromu i cyrkonu) temperatura stosowania może sięgać nawet 1600°C.

 –  Produktami wytwarzanymi z włókien ceramicznych są maty, płyty, moduły i papier. Papier ceramiczny jest bardzo lekki i wyjątkowo elastyczny, dzięki czemu można go łatwo ciąć, zawijać oraz formować – mówi ekspert z działu technicznego firmy VITCAS POLSKA, producenta materiałów wysokotemperaturowych.

Surowce o strukturze ziarnistej

Do grupy surowców o strukturze ziarnistej należy perlit ekspandowany, inaczej zwany szkłem wulkanicznym. Dodaje się go betonów ogniotrwałych, tynków, zapraw i wylewek. Perlit wydobywa się przede wszystkim w okolicach Morza Śródziemnego. Poddaje się go obróbce za pomocą wysokiej temperatury - od 850 do 1000°C . Dzięki temu skała mięknie, uchodzi z niej woda (materiał zawiera jej znikome ilości), co powoduje rozszerzenie się tworzywa i zmniejszenie jego gęstości (z 1000-1200 kg/m3 do 30-180 kg/m3). Gotowy materiał jest porowaty, sztywny, a także ma niski współczynnik ciepła zależny od temperatury, średnicy włókien oraz gęstości (od 0,050,032 W/mK).

 

Kolejnym surowcem jest wermikulit eksfoliowany, który wydobywa się w Ameryce Północnej, Południowej, w RPA, Kenii, w Zimbabwe i w Rosji. Ten trójwarstwowy minerał powstaje w wyniku wietrzenia flogopitu oraz biotytu. Zawiera związki żelaza, glinu, wodoru, tlenu, magnezu i glinu. Poddaje się go działaniu wysokiej temperatury, dzięki czemu oddaje zgromadzoną wewnątrz wilgoć i zwiększa swoją objętość nawet trzydziestokrotnie. Powstały materiał jest lekki, czysty, odznacza się niską przewodnością cieplną, niepalnością, a także zdolnością magazynowania wilgoci. Wytwarza się z niego płyty stosowane przy tworzeniu izolacji, barier ogniowych czy do ochrony elementów stalowych dużych pieców przemysłowych.

Innym materiałem ziarnistym jest diatomit, czyli odmiana ziemi okrzemkowej. Podstawą dla produktów wykonanych z tego surowca (produkuje się je metodą wytłaczania) są bardzo małe muszelki pozyskane z diatomitów. Skała ma bardzo wysokie właściwości izolacyjne, dzięki mikroskopijnym porom w swojej strukturze.

Dużą grupę surowców o strukturze ziarnistej stanowią tworzywa ceramiczne. Jednym z najpopularniejszych jest szamot, który otrzymuje się przez zmielenie uprzednio wypalonych łupków lub gliny. Materiały wykonane z tego proszku - cegły, kręgi i płyty - charakteryzują się wysoką odpornością na szybkie zmiany temperatury. Innym materiałem jest cyrkon, czyli pierwiastek z grupy metali przejściowych. Występuje w dwóch stanach skupienia: amorficznym i krystalicznym. Produkty z jego domieszką są odporne na temperaturę sięgającą 1750oC i wyróżniają się trwałością, odprnością na alkalia oraz pomagają w tworzeniu się korundu. Tworzywa zawierające cyrkon wyróżnia również ponadprzeciętna odporność korozyjna.