Fibra de bazalt este produsă din roci de bazalt prin topirea lor și transformarea topiturii în fibre.
Bazalții sunt roci de origine magmatică, materii prime naturale. Principalul consum de energie pentru prepararea materiilor prime bazaltice pentru producerea fibrelor este îmbogățirea și topirea inițială a materiilor prime bazaltice, care s-a format în condiții naturale, ceea ce, însă, nu garantează siguranța acestuia și lipsa carcinogenității.
Sunt produse și utilizate fibre continue de bazalt, fibre scurte discontinue și fibre superfine.
Scopul fibrelor de bazalt: fibre continue - producția de materiale și produse de armătură și compozite, țesături și materiale nețesute; fibre scurte discontinue - producția de materiale termoizolante, covorașe și plăci; fibre superfine - producție de materiale termoizolante și fonice de înaltă calitate (pânze, rogojini, plăci, carton), materiale pentru filtre.
Producția de fibre de bazalt se bazează pe selecția rocilor de bazalt potrivite pentru producerea de fibre (bazalt „lungi”) [1, 2], topirea materiilor prime bazaltice și producția de fibre din topitură prin alimentatoare filate sau fibre. dispozitive de formare [3].
Utilizarea materiilor prime bazaltice, a căror topire și preparare inițială se efectuează în condiții naturale, face posibilă producerea de fibre de bazalt cu un consum redus de energie.
Producția de fibre de bazalt continuă (BCF) se realizează pe cuptoare și instalații modulare și de alimentare [4]. Extragerea fibrelor continue de bazalt din topitură se realizează prin alimentatoare de filare de platină-rodiu cu mașini de bobinare cu fus. Prelucrarea ulterioară a BCF în armături, materiale compozite, țesături și materiale nețesute se realizează folosind „tehnologii la rece” cu consum redus de energie.
În prezent, au fost dezvoltate tehnologii și echipamente industriale pentru producerea BCF, au fost înființate fabrici BCF și producția de materiale BCF [4].
Producția de fibre super-subțiri se realizează conform unei tehnologii în două etape - topirea bazalților, extragerea fibrelor primare din topitură și suflarea fibrelor primare în cele super-subțiri cu un jet la temperatură înaltă de gaze fierbinți din camera de suflare.
Producția de fibre subțiri discontinue se realizează prin topirea rocilor de bazalt în cuptoare de topire de tip baie sau cupolă, alimentarea topiturii către dispozitive de formare a fibrelor - role sau capete de suflare.
Tehnologia de producție BCF este într-o singură etapă: topire, omogenizare de bazalt și trefilare a fibrelor. Bazaltul este încălzit o singură dată, ceea ce face posibilă obținerea produsului necesar - BCF. Prelucrarea ulterioară a BCF în materiale se realizează folosind „tehnologii la rece” cu un consum redus de energie.
Fibre continue de bazalt (BCF). Fibrele continue de bazalt sunt produse cu diametre de 8 - 11 microni (mk), 12 - 14 microni, 16 - 20 microni, lungimea fibrelor este de 25 - 50 de kilometri sau mai mult.
Capsați fibre scurte. Diametrele fibrelor elementare sunt de 6 - 12 microni, lungimea este de 5 - 12 mm.
Fibre supersubțiri de bazalt (BSTV). Diametrele elementare 0,5 - 3 microni, lungime 10 - 50 mm.
Fibrele de bazalt sunt produse din roci de bazalt magmatice. Aceasta determină rezistența chimică ridicată a fibrelor la efectele alcalinelor, acizilor și mediilor active chimic; posibilitatea de funcționare pe termen lung a fibrelor sub influența mediului, a umidității și a apei de mare; incombustibilitatea și rezistența termică ridicată a fibrelor.
În procesul de tragere, fibrele continue din topituri de bazalt capătă caracteristici de rezistență suficient de ridicate. Rezistența la tracțiune a fibrelor continue de bazalt variază de la 2800 la 4800 MPa.
Fibrele de bazalt scurte și, în special, super-subțiri au caracteristici bune de izolare termică și fonică. Intervalul de temperatură al utilizării pe termen lung a fibrelor de bazalt este de la -200 la +600 0 С. Fibrele de bazalt din roci bazalt acide au temperaturi de aplicare mai ridicate până la + 750, .... + 800 0 С.
Combinația de proprietăți și caracteristici ale fibrelor de bazalt oferă posibilitatea producerii unei game întregi de materiale și aplicarea lor largă în industria construcțiilor, construcții de drumuri, industrie și energie.
Fibrele de bazalt sunt foarte rezistente la medii active din punct de vedere chimic (acizi, alcaline, soluții de sare), temperaturi ridicate și flăcări deschise. Rezistența fibrelor de bazalt la apă și apa de mare este de 100%, la alcali 96% și la acid 94% [5, 6, 7]. Rezistența chimică a fibrelor de bazalt le permite să fie utilizate pentru armarea betonului și betonului asfaltic, pentru producția de țevi, containere pentru industria chimică și petrochimică și compozite pentru inginerie hidraulică, construcții de coastă și offshore.
Intervalul de temperatură de utilizare pe termen lung a fibrelor de bazalt este de la -200 0 C până la + 600 0 C. Fibrele de bazalt sunt incombustibile și rezistente la foc, rezistă la foc standard, atunci când sunt încălzite și expuse la flacără, nu emit fum. Higroscopicitatea fibrelor de bazalt este de 6 ori mai mică decât cea a fibrelor de sticlă. În industria aviației și a construcțiilor navale se folosesc numai materiale izolante termice și fonice pe bază de fibre de bazalt super-subțiri, deoarece nu acumulează exces de umiditate, nu ard, nu fumează în incendiu, sunt rezistente la temperaturi ridicate și la foc.
Fibrele de bazalt sunt dielectrice, transparente la radiațiile electromagnetice, razele radio și câmpurile magnetice, ele stau la baza producerii de materiale electrice izolante, precum și a radarelor și a antenei.
Aceste caracteristici determină avantajele fibrelor de bazalt în comparație cu fibrele minerale, de sticlă, de carbon și chimice în ceea ce privește durabilitatea funcționării sub influența mediului, a apei de mare și a mediului chimic activ.
Fibrele continue de bazalt (BCF) au caracteristici de rezistență și modul elastic suficient de ridicate, precum și un cost de producție potențial scăzut (deoarece bazaltul este o materie primă finită, principalele costuri energetice pentru prepararea căreia se realizează în condiții naturale).
Caracteristicile BCF sunt determinate în proporție de 65 - 70% de materiile prime bazaltice inițiale și, în consecință, de 35 - 30% de tehnologiile de producție, funcționarea echipamentelor de proces și lubrifianții utilizați (acoperiri pe suprafața fibrelor).
BNV este un tip relativ nou de fibră, a cărui primă producție industrială a fost creată în RSS Ucraineană în 1985. Pentru a îmbunătăți caracteristicile de rezistență ale BCF și a reduce costul producției acestora, se lucrează la selectarea rocilor bazaltice cele mai potrivite pentru producția de fibre [2], îmbunătățirea tehnologiilor și echipamentelor pentru producerea BCF. Până în prezent, au fost create patru generații de echipamente de proces produse de BCF [4]. Munca efectuată a făcut posibilă atingerea anumitor caracteristici și indicatori ai CCF, reducerea semnificativă a costurilor de producție. Tabelul arată caracteristicile BCF în comparație cu fibra de sticlă și fibrele de carbon.
| BNV | E-sticlă | S-sticlă | Fibra de carbon | |
| Rezistența la tracțiune, M Pa | 3000~4840 | 3100~3800 | 4020~4650 | 3500~6000 |
| Modulul de elasticitate, G Pa | 79,3~93,0 | 72,5~75,5 | 83~86 | 250~450 |
| Alungire la rupere, % | 1,5 - 2,1 | 4.7 | 5.3 | 1,5~2,0 |
| Diametrul fibrei primare, microni | 6 - 21 | 6 - 21 | 6 - 21 | 5 -15 |
| (greutate în grame de itinerar) | 60 - 4200 | 40 - 4200 | 40 - 4200 | 60 - 2400 |
| Temperatura de aplicare, °C | -260 +600 | -50 +350 | -50 +300 | -50 +400 |
| * Costul de producție industrial producție USD/kg | 0,9 - 1,2 | 1,1 - 1,5 | 2,5 - 3,0 | 15 – 25 |
| Valoarea vânzărilor, USD/kg | 2,6 - 3,0 | 1,5 - 2,0 | 3.5 | 25 - 50 |
*Costul producției industriale a BCF este determinat de costul scăzut al materiilor prime bazaltice și de utilizarea echipamentelor tehnologice de economisire a energiei din generația a treia și a patra.
Caracteristicile de rezistență ale BCF le depășesc pe cele ale fibrei de sticlă E, sunt apropiate de fibrele speciale și de carbon și, în același timp, au un cost de producție scăzut. În ceea ce privește caracteristicile sale de rezistență, BCF ocupă o poziție intermediară între fibra de sticlă și fibrele de carbon. Tinand cont de intreaga gama de caracteristici, BCF are o serie de avantaje in comparatie cu fibrele de sticla, carbon si chimice, precum si un raport performanta/cost mai bun.
Fibrele de bazalt create din roci de origine magmatică, spre deosebire de fibrele artificiale de sticlă, carbon, minerale, sunt singurele fibre care sunt produse din materii prime naturale de origine magmatică.
Bazele teoretice ale producției de BCF, experiența acumulată, echipamentele de laborator, echipamentele pilot BCF și metodele de realizare a cercetării asupra zăcămintelor de bazalt fac posibilă evaluarea gradului de adecvare a acestora pentru producția industrială de BCF și determinarea parametrilor tehnologici de topire și a caracteristicilor topiturii. , obțineți fibre continue primare și evaluați caracteristicile acestora .
Caracteristicile BCF sunt de mare interes din partea pieței de armături și materiale compozite.
Principalele avantaje.
• Fibrele de bazalt au rezistenta naturala crescuta la medii de mediu si agresive, flacara si temperaturi ridicate, rezistenta la vibratii. Fibrele sunt rezistente la mucegai și alte microorganisme. Aceasta determină durabilitatea utilizării fibrelor de bazalt și a materialelor bazate pe acestea în industria construcțiilor, în industria de automobile și aviație, construcții navale și energie.
• Caracteristici bune de izolare electrică și termică, durată lungă de viață. Această proprietate permite utilizarea fibrelor de bazalt pentru producerea de materiale rezistente la căldură, precum și a materialelor ignifuge și de stingere a incendiului.
• Rezistenta chimica crescuta in medii acide si alcaline, in apa de mare comparativ cu sticla E. Această proprietate a fibrelor de bazalt deschide perspective largi pentru aplicarea lor pentru structurile expuse la umiditate, soluții sărate, medii chimice și alcaline. Permite consumatorilor să înlocuiască structurile și piesele metalice care sunt supuse coroziunii sub influența mediului chimic activ cu materiale ușoare, puternice și rezistente la coroziune din fibră de bazalt. BNV poate fi folosit pentru armarea betonului, in constructia structurilor offshore. Pe suprafețele drumurilor, fibra de bazalt mărunțită mărește rezistența betonului și a betonului asfaltic, protejează betonul și armăturile de pătrunderea sărurilor antigivrare și a substanțelor agresive, crește rezistența reziduală și rezistența la îngheț-dezgheț.
Rezistența chimică a fibrei de bazalt este unul dintre avantajele competitive definitorii pentru producerea de filtre pentru industria chimică și metalurgică, pentru producția de containere și țevi pentru industria chimică și utilități.
• Puritatea ecologică a materialului. Conformitatea deplină cu programul REACH. Produsul finit nu conține substanțe nocive și respectă pe deplin protocolul REACH și toate standardele de igienă.
• Durabilitate ridicată. Durata de viață a materialelor este de 50 de ani. Utilizarea unor astfel de materiale permite economii datorită durabilității și sporește siguranța instalațiilor industriale.
• Preț scăzut în comparație cu costul fibrei de sticlă speciale [4,5].
Fibrele de bazalt sunt utilizate pe scară largă pentru izolarea termică și fonică, materiale rezistente la foc și sisteme de protecție împotriva incendiilor, filtre, producția de țesături tehnice și materiale nețesute, armături, materiale și produse compozite. Fibrele scurte discontinue de bazalt sunt utilizate pentru producerea de covorașe și plăci termoizolante, material pentru filtre de emisii gazoase cu temperatură ridicată și medii lichide active chimice, pentru hidroponie în agricultură.
Aplicarea fibrelor supersubțiri de bazalt (BSTV): producerea de materiale termoizolante și fonice de înaltă calitate - pânze, rogojini, plăci, carton pentru construcții navale și aviație; materiale pentru filtre subțiri; Materiale și sisteme rezistente la foc și de stingere a incendiului pentru instalațiile critice ale centralelor nucleare, rafinăriilor de petrol, stațiilor de pompare a gazelor, clădirilor publice și înalte.
Fibrele continue de bazalt (BCF) sunt folosite pentru producerea unei game largi de materiale și produse: materiale de armare - fibre tocate pentru armarea volumetrică dispersată a betonului și a betonului asfaltic, armături compozite, plase de armare, plase de construcții și drumuri și benzi de armare [7] ], țesături tehnice de diverse țesături și densități, materiale nețesute - hârtie bazaltică, pânze, fibre tocate și pânze perforate cu acul. Materiale și produse compozite - profile, țevi de diametre medii și mari, rezervoare, rezervoare, cilindri de înaltă presiune, suporturi și tavane de poduri, produse pentru inginerie mecanică, piese pentru automobile, nave și aeronave. Materiale și produse izolatoare electrice - miezuri portante ale cablurilor liniilor de transport a energiei electrice și cablurilor cu fibră optică, mantale izolatoare electrice și de protecție ale cablurilor de alimentare, suporturi, traverse și izolatoare ale liniilor de transport electric, materiale și produse pentru posturi de transformare.
Domenii de aplicare a fibrelor bazaltice: industria construcțiilor, construcții rezistente la cutremure, hidraulice și de coastă, construcții de drumuri de linii de automobile și căi ferate de mare viteză, utilități, inginerie mecanică, industria auto, aviație și construcții navale, energie, agricultură.
Biroul german de inginerie EDAG a dezvoltat un concept car, care a fost folosit în producția de fibre de bazalt. După cum sa raportat, „materialul se distinge prin ușurință, rezistență și compatibilitate cu mediul, în plus, în producție va costa mai puțin decât aluminiul sau fibra de carbon” [1]
Armarea structurilor din beton armat cu fibră de bazalt va costa mai puțin decât fibra de carbon, primele teste au fost efectuate de Institutul de Cercetare al Forțelor Armate INTER / TEK din Ekaterinburg pe baza Institutului UralNIAS.
Materialele pe bază de fibre de bazalt au următoarele proprietăți importante: porozitate, rezistență la temperatură, permeabilitate la vapori și rezistență chimică.
Datorită acestor proprietăți, fibra de bazalt și materialele bazate pe aceasta sunt din ce în ce mai folosite astăzi în scopuri precum:
SMU 19 din Mosmetrostroy a folosit beton pulverizat armat cu fibre de bazalt ca căptușeală de tunel.
Compania de cercetare și producție „Basalt fiber & composite materials technology development co., LTD” („BF&CM TD”), care este angajată în dezvoltarea și dezvoltarea tehnologiilor, fabricarea echipamentelor de proces și organizarea producției industriale de bazalt continuu fibre (BCF), a finalizat proiectarea și reconstrucția cuptoarelor de încălzire și a echipamentelor termice folosind rezultatele acestei lucrări.
Fibră de bazalt (din lat. fibra - fibră) - bucăți scurte de fibră de bazalt destinate armăturii dispersate a amestecurilor de lianți, cum ar fi betonul . Diametrul fibrei este de la 20 la 500 de microni. Lungimea fibrei - de la 1 la 150 mm. Fibra de bazalt este produsă din topirea rocilor, cum ar fi bazaltul, la temperaturi de peste 1400°C.
Armarea dispersată cu fibre de bazalt crește următorii indicatori de produs:
Fibra de bazalt crește rezistența la fisurare de 3 ori, împarte rezistența de 2 ori, rezistența la impact de 5 ori, ceea ce face posibilă utilizarea eficientă a acesteia în construcția de structuri rezistente la cutremur , instalații rezistente la explozie și fortificații militare . Caracteristicile fibrei de bazalt fac posibilă utilizarea acesteia pentru construcția de structuri radio- transparente de formă complexă. În industrie, turnarea de bazalt este folosită ca acoperire pentru a preveni uzura abrazivă . Mecanismul de acțiune al fibrei în podelele industriale este similar, fibra împiedicând uzura abrazivă. Rezistența la abraziune crește de cel puțin trei ori și, în consecință, durata de viață a pardoselilor este triplată. Un indicator foarte important pentru podele este sarcina de șoc. Fibra de bazalt vă permite să creșteți sarcina de impact de mai mult de 5 ori. Sunt îndeplinite toate cerințele pentru calitatea pardoselilor industriale: rezistență ridicată la diferite tipuri de sarcini (statice, șoc, dinamice, abrazive), rezistență bună la temperaturi extreme, rezistență foarte mare la atacul chimic. Avantajele pardoselilor realizate pe bază de fibre de bazalt includ consumul redus de oțel și beton, timpul scurt și intensitatea redusă a muncii de turnare, prevenirea fisurilor deja în stadiul de întărire a produselor, obținerea armăturii volumetrice, o structură tridimensională, o reducere semnificativă a grosimii podelei de beton, menținând în același timp caracteristicile de rezistență.
Principalele avantaje ale structurilor hidraulice realizate cu fibre de bazalt:
Diferența dintre fibra de bazalt și fibra de metal este că, în primul rând, fibra de bazalt nu are un efect catodic negativ în produse și, de asemenea, nu este supusă nicio coroziune . Cu aceeași masă, volumul fibrei metalice și al fibrei de bazalt se corelează ca 1:600, iar suprafața fibrei de bazalt este de 25 de ori mai mare decât cea a fibrei metalice. Greutatea specifică a fibrei metalice este de 7,8 t/m³, iar cea a fibrei de bazalt este de 2,8 t/m³. Aceasta înseamnă că este necesară de 2,7 ori mai puține fibre din greutate, iar produsul pe bază de fibre de bazalt este mai ușor. Produsele pe baza de fibra de bazalt sunt radiotransparente si nu au efectul unui transformator. Datorită aderenței slabe a metalului și a matricei de ciment , fibrele metalice sunt produse în diferite configurații pentru a crește ancorarea: ondulate, cu capete aplatizate și îndoite. Fibra de bazalt din produse are aderență ridicată cu piatra de ciment și nu necesită modificări suplimentare în configurația fibrei. Piatra de ciment și fibra de bazalt au același coeficient de dilatare termică , spre deosebire de fibra metalică. Armarea prin dispersie cu fibră de bazalt mărește plasticitatea masei de beton și reduce formarea fisurilor de contracție, iar spre deosebire de plasa de oțel, care este valoroasă numai după crăparea betonului, fibra previne apariția fisurilor în beton chiar și în stadiul în care aceasta este în stare plastică.
La data de 18 octombrie 2017, SP 297.1325800.2017 „Structuri din beton armat cu fibre cu fibra nemetalica. Reguli de proiectare”, care a eliminat vidul legal privind proiectarea betonului armat cu fibre de bazalt. Conform clauzei 1.1. Standardul se aplică tuturor tipurilor de fibre nemetalice (polimeri, polipropilenă, sticlă, bazalt și carbon). Când se compară diferite fibre, se poate observa că fibrele polimerice sunt inferioare fibrelor minerale în ceea ce privește rezistența, dar utilizarea lor îmbunătățește caracteristicile compozitelor de construcție.
1. Ablesimov N. E., Zemtsov A. N. Efecte de relaxare în sisteme condensate neechilibrate. Bazalt: de la erupție la fibre. Moscova, ITiG FEB RAN, 2010. 400 p.
2. Osnos S.P. Osnos M.S. Cercetare și selecție de roci bazaltice pentru producerea de fibre continue. Lumea compozită. 2018 nr. 1, p. 56-62.
3. Dzhigiris D.D., Makhova M.F. Fundamentele producției de fibre și produse bazaltice. Monografie. - M.: Teploenergetik, 2002. -416s.
4. Osnos M. S. Osnos S. P. Fibră continuă de bazalt - ieri, azi și mâine. Dezvoltarea de tehnologii și echipamente, producție industrială și marketing. Lumea compozită. 2015 nr. 2, p. 24-30.
5. Materiale ondulate din bazalți ucraineni. Rezumat de articole. Tehnică. Kiev. 1971 84 p.
6. Osnos S.P. Despre caracteristicile fibrelor de bazalt și aplicațiile acestora. „Lumea compozită” №3. 2010.
7. Negmatullaev S.Kh., Osnos S.P., Stepanova V.F. Caracteristicile armăturii bazalt-plastic, producție, aplicare. Tehnologii de beton Nr. 3-4. Cu. 50-57.
8. Osnos M.S., Osnos S.P. Investigarea proceselor de topire a rocilor bazaltice în producerea fibrelor continue. „Lumea compozită”. 2018 Nr. 2, str. 70 - 75.