我国珍珠岩生产技术与应用探讨

    一、资源分布

    珍珠岩是一种火山喷发时在一定条件下形成的酸性玻璃质熔岩，属非金属矿物质，主要成份是SO₂、AI₂O₃、CaO和一定含量的化合结晶水，经过人工粉碎，分级加工形成一定粒径的矿砂颗粒，在瞬间高温下，矿砂内部结晶水汽化产生膨胀力，将熔溶状态下的珍珠岩矿砂颗粒瞬时膨胀，经冷却后形成多孔轻质白色颗粒，理化性能十分稳定，具有很好的绝热防火性能，是一种很好的无机轻质绝热材料 ，可广泛用于工业、农业、化工、建材、食品加工过滤等行业。矿产资源主要分布在我国河南、河北、内蒙、辽宁、山西、福建、广东、 淅江 、湖南等地，以河南信阳、河北承德、内蒙赤峰、 辽宁建平、山西灵丘为集  矿源地，品位较好，同时有的地区还伴生有黑耀岩、松脂岩、蛭石、沸石、膨润土等共生非金属矿，资源蕴藏量较为丰富，是我国地矿资源的宝贵财富。

    二、开采加工

    我国从60年代起对珍珠岩矿产资源就已经进行了开发利用，几十年来矿产资源开采一直还处于较为原始落后的阶段，大多数都是采用劳力密集型开采，矿产资源利用率极低，加工后矿砂品位质量较差（而不是原矿品位低），造成大量不可再生资源浪费，后期产品及应用，几十年来也一直处于单一状态（包括标准要求），且附加值很低。随着科学的发展和市场经济的需求，近年来有所提高，特别是从矿山源头管理和矿山的综合开采，机械化程度和矿砂分级都有很大改善，目前国内有的地方已经实行了统一规范开采，并充分利用废料进行综合开发。特别是外资企业进入，将先进的技术及装备投入开采加工，大大提高了矿资源的利用率，同时又提高了矿砂品位，为后期加工提供了优质的原材料，如外资企业艾斯比公司，经过烘干精选细分，矿砂品位十分高，有利于后期产品深加工。将矿砂精选分级成成品矿砂，必将成为我国今后珍珠岩矿资科学合理开采利用和市场需求的发展趋势，目前有几个新开矿点已经在做精选细分，包括微粉的利用，以前一直作为废料处理，现在已在膨胀膨胀玻化微珠、磨料、助滤剂、球形闭孔珍珠岩等细径粒中开发利用，有效地提高资源利用率和后期产品的附加值，降低综合成本，利国利民。

    三、生产工艺技术

    珍珠岩的膨化技术，在我国几十年来一直受困于能耗高，污染大两大问题，传统生产过程中，预热脱水工序一般都是采用外预热或内预热两种形式，其炉型均为卧式预热。外预热采用在预热筒外部用块煤燃烧预热，人工控制，内预热则采用在预热筒内部用机械输送煤粉燃烧预热，两者均有利弊，主要是不能十分稳定地控制矿砂内部结晶水的含量，影响后期膨化，也是我们膨胀珍珠岩行业最忽视的一个重要工艺技术，应该引起重视。膨胀炉在国内主要分为卧式炉和立式炉两大类，加热形式分别有燃气、燃油、块煤、煤粉、煤气和电能作为加热形式，各种能耗与炉体结构有着密切的关系，同时对产品的质量和成本也有直接影响，目前我国的双曲线膨胀炉节能性比较好，从炉体内部分析，一般炉经600～800mm，年产量可达10万立方米以上，其他炉型也有年产3－6万立方米不等，不同炉型跟能源利用也有一定关系，不完全燃烧和充分完全燃烧是能耗的关键，我们现在有很多炉型设计是不太科学的，能耗浪费太大，工艺温度不易控制，劳动强度大，环境差，同时造成生产成本增大，产品质量不稳定。余热利用方面目前我国还比较落后，个别厂家用了一部分，利用余热给补氧供风加热和矿砂预热，可提高燃料燃烧的充分性，不妨生产厂家可试验一下，国外燃油、燃气和供氧风都充分利用了余热加温，节能效果十分好。

    目前我国膨胀珍珠岩在生产过程中都遇到三大难题，一是结炉，二是粉尘污染，三是膨化倍数低，实质上这是一个系统工艺技术问题，由于很多生产厂家对珍珠岩的理化性能和生产工艺要点并不十分清楚，对工艺平衡换算也更无知晓，只凭着一般操作经验，维持传统生产工艺，对生产过程中质量控制点不重视，包括计量给料，普遍认为结炉、粉尘污染是正常的，膨化倍数是矿砂决定的，其实不然，结炉、粉尘多、膨化倍数低，虽然跟矿砂和炉型结构、膨胀温度有关，但同样的炉型，同样的温度，同样的矿砂，有的结炉现象和粉尘就少，厂家往往把希望全寄托在燃炉工身上，从预热到膨化炉的温区点，全凭肉眼观看，直观感觉，实际温度不确切，这是不全面的，大家可想一想，珍珠岩矿砂为什么会膨胀？根据不同粒径它的膨胀力、膨胀时间、膨胀温度是多少？按照我国珍珠岩的理化性能，一般矿砂预热脱水温度为380－470℃，膨化温度是1050－1150℃，熔溶温度是1200－1300℃，那么在此温度区脱水、膨胀、熔溶均有一具时间要求，这就需要一个工艺平衡参数，结晶水的膨胀力直接关系到产品的膨化质量，所以目前我们许多厂家只重视膨胀炉，忽视预热炉，这是极为不正确的。同时矿砂的粒径的均匀性也有很大影响，在同一炉生产过程中结炉、粉尘大、膨化不好，关键因素在矿砂的粒径的均匀性和预热脱水量的均衡性，所以提倡矿砂分级使用，尽量减少矿砂的粉尘，提高矿砂粒径均匀性，重视预热脱水的均衡性是十分必要的，可提高产品的成品率,降低生产成本，同时提高资源利用率。膨化倍数是一个参数换算，参照对象可分为原矿和矿砂，很多人认为国外可以膨化40多倍，而国内最多也只能膨化20多倍，实际是一样的，国外膨化掊数参照对象是原矿，而原矿的密度比重一般是2.2～2.4，矿砂的容重一般是1.2～1.4，以膨化后的珍珠岩容重为60kg/m³计算，体积变化为2400÷60=40（倍），1200÷60=20（倍），如果比照物一样，即比值就一样，通常我们认为生产过程中能达到16～18倍（对矿砂体积而言），就是膨胀粉容重为50－60 kg/m³，就已经充分膨化了，我国各地矿砂基本上可达到。若1吨矿砂膨化后容重为60kg/m³，只有15－16立方米，这就说明在生产过程中产生了大量的粉尘和矿砂杂质较多，相应减少了膨化后物料的体积，这就是说为什么我们要提高矿砂品位和预热脱水均衡性原因所在，也是生产过程中我们降低综合成本，提高产品性能的内在因素之一在生产过程中解决微粉的主要途径是通过提高矿砂的均匀性和预热脱水的均衡性，减少微粉产生的源头，同时对收集工艺在旋风收集排放过程中，通过减压仓收集，降低风压流量和温度，排空时适当水淋和布袋过滤收集即可解决，随着我国环保要求，这也是厂家应该重视和对社会环保负责的义务，同时也是现代工厂化生产必备要求。

    四、应用探讨

    由于我国长期来，膨胀珍珠岩一直都是执行JC/T209－92 标准，主要是以容重这一指标衡量产品性能质量﹙包括矿砂标准﹚，这与当今科学进步、社会发展、市场需求有一定的质量标准差距，从单一的保温隔热性能要求，扩延到轻质骨科的填充应用以及工业、农业、建材、化工等领域应用的延伸，不论从容重、粒径都有不同的质量标准要求，同时对颗粒强度、吸水率也提出了更高要求，轻容重已不再成为唯一产品质量优劣的衡量标准，无机轻质绝热材料新技术的研制开发与生产装备工艺技术的创新是我们科研的重要科题。北京华伟佳科技有限公司自行研制开发的膨胀玻化微珠，是一种无机玻璃质矿物材料，经过特殊生产工艺技术加工而成，呈不规则球状体颗粒，内部多孔空腔结构，表面玻化封闭，光泽平滑，理化性能稳定，具有质轻、绝热、防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优异特性，可替代粉煤灰漂珠、玻璃微珠、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等诸多传统轻质骨料在不同制品中的应用。是一种环保型高性能新型无机轻质绝热材料。可广泛用于工业、农业、化工、冶金、建材等诸多领域，从以下产品主要性能对照，我们就可以根据不同理化性能分别加以应用。

    根据表中所述指标，针对当前我国新型节能建筑材料这一主要应用市场进行分析，采用普通膨胀珍珠岩作为新型节能建材的轻质填充骨料，有很多必然的缺陷，吸水率大，颗粒易粉化，导致后期产品收缩值大，强度低，易吸潮返潮，如轻质墙板、装饰板和保温砂浆，特别是在保温砂浆中应用极易造成空鼓开裂，降低综合性能，就民用、工业保温用而言，都普遍存在这一问题。而利用WH－Ⅲ型多级碳化硅电加热管式玻化炉生产的膨胀膨胀玻化微珠在板材制品中应用有很好的改性作用，目前市场上轻质耐火砖（板）、防火阻燃板、保温砂浆都应用得很好，但对导热系数要求较低，综合性能全面的制品还不能满足要求，配比量大，达到热工性能要求，同时强度指标就不能满足要求，综合性能就会失去平衡，所以轻质骨科的添加量，是有一个极限添加量方能满足产品综合性能的要求，质轻和强度是相矛盾的，我们通过科学的工艺设计和设备上创新，有效地解决了轻容重、吸水率小且其他性能的技术难关，生产出50—80 kg/m³容重的轻质膨胀玻化微珠，填补了国内空白，同时在粒径3—5mm大颗粒膨胀玻化微珠生产中，在技术上已得到突破。我们利用膨胀玻化微珠其优异性能，现已开发了满足我国建筑节能要求的保温型干粉预拌砂浆，用膨胀玻化微珠作为干混砂浆的轻质骨料，预拌在干粉改性剂之中，形成单组份无机干粉料保温砂浆。产品具有优良的保温隔热性能、抗老化耐候性,不空鼓开裂，强度高，粘结、抗流挂性能好，防虫蚁噬蚀,燃烧性能为A级。施工方便，现场施工加水搅拌即可使用，可直接施工于干状墙体上。

    膨胀玻化微珠保温砂浆具有优良的保温、隔热、防火和施工性能,弥补了用聚苯颗粒和普通膨胀珍珠岩作轻质骨料的其他传统保温砂浆中诸多缺陷和不足，克服了膨胀珍珠岩吸水性大﹑易粉化，在料浆搅拌中体积收失率大，易造成产品后期保温性能降低和空鼓开裂等现象，同时又弥补了聚苯颗粒有机材料防火性能差﹑高温产生有害气体和抗老化耐候性低﹑施工中反弹性大等缺陷。在膨胀玻化微珠保温层表面抹涂一层2mm厚的具有防水抗渗、抗裂性能的抗裂砂浆,与膨胀玻化微珠保温层复合,形成一个集保温、抗裂、防火、抗渗于一体的完整体系。干粉容重为230－260kg，导热系数在0.065左右，各项性能指标均优于国家相关行业标准和市场同类产品性能，膨胀玻化微珠保温砂浆是一种环保型高性能无机保温材料,特别适合各种砖混结构、框架结构和剪力墙结构的内外墙体复合保温及地下室、车库、楼梯走廊、消防通道等公共设施防火保温隔热建筑节能工程。膨胀玻化微珠及膨胀玻化微珠保温砂浆

    在我国建筑节能应用领域中有着极大的市场空间和发展前景 。根据应用研究，针对我现有产品性能要求，我们将不同性能的膨胀玻化微珠产品及应用大致分类如下：

    五、结束语

    二十一世纪是全球性环保节能材料应用发展的重要时期，节约能源保护环境是关系到全人类的生存问题，我国政府高度重视，各项强制性环保节能要求的政策和法规已相继出台，各大中城市和经济发达地区已率先实施建筑节能，无机轻质绝热材料作为环保节能主要轻质骨料之一，已在我国建筑节能领域中得到广泛推广应用，并由单一型逐步向复合型高性能综合开发应用，市场需求极大，对我们从事节能材料生产的厂家提供了很好的商机，我们必须抓住机遇，以科学创新精神，不断提高完善产品性能，提高资源的利用率和附加值，着重抓好在提高通用产品性能的基础上，开发高性能产品，并注重材料的复合改性技术和应用技术，充分发挥轻质非金属无机环保节能材料的特有性能，开创新的应用领域，取得更好社会和经济效益。