Zakład
przeróbki perlitu koncernu Silver & Baryt Ores Mining
Co. (Grecja, wyspa Minos).
Sufit
otynkowany tynkiem perlitowym.
Ziarno perlitu ekspandowanego w powiększeniu.
PERLIT EKSPANDOWANY - ARCYMISTRZ TERMOIZOLACJI.
Naturalny perlit jest szklistą skałą powulkaniczną, która powszechnie występuje
w regionie basenu Morza Śródziemnego. W starożytności mógł służyć jako budulec do niektórych konstrukcji murowych.
Bliższe naszej epoki odkrycie i upowszechnienie wynalazku betonu pozwalało wykorzystywać łupki perlitowe na kruszywo. Pod koniec
lat 30 ub.w. poznano znakomite cechy perlitu, które objawiły się po jego obróbce termicznej. Odtąd ten niepozorny
minerał znalazł szersze zastosowanie nie tylko w budownictwie.
W polskim piśmiennictwie fachowym
wzmianki o perlicie (perlitoporycie) pojawiły się już w
połowie lat 60. ub.w.
W niewielkich ilościach sprowadzano perlit do naszego kraju
z obszarów dawnego ZSRR, głównie do produkcji betonów izolacyjnych
narażonych na działanie wysokich temperatur (przemysł hutniczy).
Już wówczas na świecie był stosowany w wielu segmentach
budownictwa. W Polsce czas perlitu nastał dopiero w latach
90. ub.w. i chociaż popyt na ten materiał stale rośnie,
to w powszechnym odczuciu jest mało znany, głównie z powodu
słabej promocji na rynku. Wielkość zużycia perlitu w Polsce
trudno jest oszacować, bo nie prowadzi się odpowiednich
statystyk, ale z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć,
że mieści się między 4 a 6 tys. ton rocznie i utrzymuje
tendencję zwyżkową (stale zwiększa się zakres zastosowania
perlitu i pojawiają nowe możliwości technologiczne). Dla
porównania, światowe zużycie tego surowca sięga ponad 3
mln ton. Polska gospodarka "konsumuje" więc niewiele ponad
1,5% tej ilości.
CZYM JEST PERLIT?
Perlit
albo perlitoporyt jest minerałem, który stanowi przeobrażona
magmowa skała wylewna zbudowana ze
szkliwa wulkanicznego, utworzona w dawnych epokach geologicznych
(ryolitowe szkliwo wulkaniczne).
Przed setkami milionów lat, podczas erupcji podmorskich
wulkanów, wydobywająca
się lawa szybko zastygała w zetknięciu z wodą i zamykała
w sobie jej krople, które dziś - ukryte w zastygłej i zwietrzałej
lawie - stanowią od 2 do 5% jej objętości i decydują o
specyficznych właściwościach tego minerału. Jest to uwodniony
kwaśny glinokrzemian potasowo-sodowy, zawierający także
inne pierwiastki. Jego skład to głównie krzemionka SiO2 (65-75%),
tlenki glinu, sodu, potasu, magnezu, wapnia i żelaza [Al2O3 (10-18%),
K2O + Na2O (6-9%), MgO +CaO (2-6%)
oraz Fe2O3 (1-5%)].
ZASTOSOWANIE ROZPRĘŻANEGO PERLITU.
W budownictwie perlit w postaci luźnej może służyć jako
materiał izolacyjny bądź ciepłochłonny do ochrony cieplnej
rurociągów z gorącą wodą, jako sypkie wypełnienie (zasyp)
przestrzeni pomiędzy podwójnymi ścianami, ścian obiektów
naziemnych (z ekstremalnymi temperaturami wewnątrz i z
wilgocią), stropów nad pomieszczeniami chłodnymi lub bardzo
ciepłymi, konstrukcji dachowych, przestrzeni pod posadzkami
i stropami itp. Ponadto wykorzystywany jest m.in. jako
składnik do: 1) produkcji szlachetnych
zapraw i tynków, 2) lekkich betonów
perlitowych (tzw. perlitobetonów), 3) ceramicznych kształtek
izolacyjnych wytrzymujących ekstremalne warunki termiczne
(kominy, chłodnie, zabezpieczenia ogniochronne
konstrukcji budowlanych, przewody dymowe itp.). Formowany
w płyty tworzy przekładki dźwiękochłonne w podłogach między
kondygnacjami, podłoża pod tafle lodowe lodowisk krytych,
sufity i ściany akustyczne w budowanych halach koncertowych,
ekrany akustyczne przy arteriach komunikacyjnych itp.
Poza budownictwem perlit znalazł
zastosowanie w takich gałęziach przemysłu
jak: hutnictwo, odlewnictwo, energetyka, ciepłownictwo,
przemysł chemiczny (zasypki izolacyjne i izolacyjno-egzotermiczne,
materiały ogniotrwałe, kształtki termoizolacyjne, ochrona
rurociągów), drogownictwo (ekrany akustyczne), ekologia
(absorbent nafty, benzyny, olejów, tłuszczy, smarów, terpentyny
i innych cieczy tłustych), rolnictwo i ogrodnictwo (agroperlit
- materiał użyźniająco-spulchniający), przemysł spożywczy
(materiał filtracyjny do produkcji
piwa, wina, octu, napojów orzeźwiających, soków, oleju,
cukru, pektyn), farmacja (do filtrowania
antybiotyków), kosmetyka (komponent niektórych past do
zębów), higiena (posypki dla zwierz 1t). Służy też jako
wypełniacz przy produkcji gumy, farb i tworzyw sztucznych,
co znacznie rozszerza skalę zastosowań (chemia motoryzacyjna,
przemysł gumowy, farbiarski, artykuły AGD itp).
Perlit świetnie wiąże się z cementem,
wapnem i wodą. Można, używając go zamiast piasku, otrzymywać
mieszanki
tynkarskie o właściwościach wielokrotnie przewyższających
tradycyjne tynki, doskonale izolujące cieplnie i akustycznie,
lekkie, przepuszczalne dla par i gazów (co pozwala ścianie
"oddychać"), niepalne, przy odpowiedniej kombinacji z wodoodporną
powłoką odporne na działanie wody deszczowej (jego hydrofobizacja
skutecznie eliminuje kapilarne podciąganie wody). Tynki
perlitowe można stosować wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń.
Jednocentymetrowa warstwa pod względem izolacji cieplnej
zastępuje: 1/2 cm styropianu, 5 cm cegły lub 8 cm tradycyjnego
tynku na bazie piasku. Obustronne otynkowanie ściany podwaja
ten efekt. Otynkowanie takim tynkiem ściany na zewnątrz
warstwą 6 cm, a wewnątrz - 3 cm, zastępuje nałożenie styropianu
o grubości 4,5 cm, położenie 45 cm cegły lub obrzucenie
56 cm warstwy tradycyjnego tynku piaskowego. Kładzenie
warstw grubszych ni? 3 cm wymaga jednak użycia siatki tynkarskiej.
Tynki takie można malować lub pokrywać tynkami akrylowymi.
Współczynnik przewodnictwa cieplnego tynków perlitowych
może zawierać się (w zależności od składu) w przedziale
od 0,11 W/m•K (tynki lekkie) do 0,23 W/m•K
(tynki ciężkie). Odpowiednia warstwa takiego tynku zapewnia
ognioodporność
I stopnia (o grubości ponad 3,5 cm dla stropu - 90 minut,
ponad 6 cm dla filarów i słupów - 180 min). Dodatek perlitu
do klasycznych zapraw i tynków na bazie wapna, cementu
i gipsu obniża ich ciężar i poprawia wydajność.
Zamiana konwencjonalnego piasku na perlit ekspandowany
powoduje istotne zmiany parametrów fizycznych i cech użytkowych
zapraw, tym bardziej zauważalne, im więcej objętościowo
zamieniono piasku na perlit. Proporcjonalne zwiększanie
objętościowego udziału perlitu w zaprawie/ tynku kosztem
piasku obniża co prawda jej parametry wytrzymałościowe,
ale w zamian zmniejsza ciężar, a ponadto poprawia termoizolacyjność,
odporność ogniową i zdolnoość pochłaniania hałasu. Wzrasta
też odporność zaprawy/tynku na podciąganie kapilarne, poprawia
się przyczepność do podłoża i zwiększa zdolność tzw. pełzania.
Kleje i zaprawy ciepłochronne zawierające perlit, są przeznaczone
do łączenia betonu komórkowego, ceramiki poryzowanej i
silikatów, odznaczają się dobrą wydajnością i cechami użytkowymi,
dlatego coraz częściej zastępują produkty na bazie innych
ciepłochronnych wypełniaczy.
Lekkie betony perlitowe (perlitobetony)
to betony izolacyjne i izolacyjno-konstrukcyjne złożone
z kompozycji perlitu
i cementu o następujących właściwościach: masa objętościowa
250-1200 kg/m3, przewodnictwo cieplne µ = 0,08-0,25
W/(m•K),
ognioodporność do +900°C, wytrzymałość na ściskanie od
0,5 do 10 MPa. Charakteryzują się doskonałymi własnościami
izolacyjnymi. Są dźwiękochłonne, ognioodporne, lekkie,
trwałe i nieszkodliwe dla zdrowia. Można je przygotowywać
sposobem mokrym lub półsuchym z perlitu i cementu, bądź
produkować jako suche mieszanki gotowe do użycia na budowie
po wymieszaniu z wodą. Korzystne własności termiczne predestynują
je do stosowania w budownictwie mieszkaniowym, np. w przypadku
posadzek, podłóg, stropów, wypełnień ścian, sufitów, dachów
itp., a w budownictwie przemysłowym do produkcji kształtek
i osłon termoizolacyjnych produkowanych monolitycznie lub
jako prefabrykaty, do odlewania fundamentów pod urządzenia
pracujące w warunkach ekstremalnych temperatur (od -200
do +800°C), produkcji okładzin konstrukcji betonowych,
kominów dymnych, przewodów energetycznych i chłodniczych,
produkcji jednowarstwowych paneli do budowy ścian zewnętrznych
typu sandwich, posadzek łazienkowych, sanitarnych, szatni,
izolacji basenów itp. Odpowiednio mieszając składniki,
można uzyskać różne rodzaje perlitobetonów. Na przykład
perlitobeton izolacyjny o masie 400 kg/m3 osiąga
minimalną wytrzymałość 0,96 MPa przy współczynniku przewodnictwa
cieplnego µ = 0,140 W/m•K, a o masie 600 kg/m3
- 1,92 MPa przy µ = 0,180 W/m•K. Cięższe, izolacyjno-konstrukcyjne
perlitobetony (900-1200kg/m3) otrzymuje się
przez dodanie do podstawowych składników materiałów usztywniających
(zbrojenia),
takich jak np. włókna stalowe, tworzywowe, bazaltowe, szklane
itp., dzięki czemu minimalna wytrzymałość wzrasta do kilku
MPa, a µ spada do 0,250 W/m•K. Łatwość wiązania
hydraulicznego perlitu ekspandowanego przy użyciu najprostszych
pras lub
przez zwykłe odlewanie perlitobetonów w formach pozwala
produkować z niego dowolne kształtki ognioodporne i termoodporne,
które są stosowane do zabezpieczenia kanałów ogniowych,
izolacji termicznej praktycznie wszystkich pieców, kotłów
i wysokotemperaturowych reaktorów chemicznych. Można też
z niego formować rozmaite fantazyjne kształtki do kominków
mieszkalnych, a także barwić pigmentami mineralnymi. Łatwo
łączy się z surowcami do produkcji ceramiki budowlanej.
Po zmieszaniu na mokro z glinami plastycznymi, iłami bentonitowymi
(a ogólnie z materiałami bogatymi w montmoryllonit, haloizyt,
lub kaolinit) daje masę, z której formuje się na prasach
kształtki, po wysuszeniu wypalane w piecach ceramicznych.
Otrzymany produkt - ceramicznoperlitowa kształtka ciepłochłonna
- może mieć masę objętościową 250-350 kg/m3,
wytrzymywać nacisk rzędu 0,5-1,5 MPa i odznaczać się wyjątkowo
niskim
współczynnikiem przewodzenia ciepła (0,070-0,093 W/m•K).
Inną jego cenną zaletą jest możliwość obróbki mechanicznej,
takiej samej jak przy betonie komórkowym, oraz możliwość
wielokrotnego użycia (profile kształtkowe rzadko ulegają
uszkodzeniu).
Interesującym wyrobem jest prostka
perlitowa - cegła izolacyjna, w której perlit jest wiązany
hydraulicznie.
Jej gęstość pozorna wynosi 43-50 kg/m3, przewodnictwo
cieplne przy +800°C sięga 0,21 W/m•K, a wytrzymałość
na ściskanie nie mniej ni? 0,7 MPa. Wyrób może być stosowany
w temperaturze
do +800°C, jest więc doskonałym materiałem do izolacji
termicznej pieców grzewczych i urządzeń cieplnych eksploatowanych
w hutach, odlewniach, cegielniach, elektrowniach i elektrociepłowniach,
w urządzeniach grzewczych przemysłu maszynowego i metali
nieżelaznych, w przemyśle chemicznym, ceramicznym i in.
Perlit ma dobre własności pełzania (rozpływowe), daje się
wdmuchiwać pneumatycznie, wsypywać, rozsypany po powierzchni
praktycznie całkowicie "rozlewa się" po niej i dlatego
można go aplikować w różnorakie szczeliny i przegrody w
budowlach i "rozlewać" po poziomych powierzchniach. Ten
sypki materiał izolacyjny jest wytrzymały na obciążenia,
więc można go stosować pod wylewki i mokre jastrychy. Może
tworzyć tak?e samodzielną warstwę izolacyjną pod wylewki
suche. Nadaje się do izolowania stropów drewnianych dachów
i poddaszy (na sucho i na mokro). W podobny sposób wykorzystuje
się go jako materia3 izolacyjny do nowo wznoszonych i remontowanych
przewodów kominowych. Nadaje się do wypełniania przestrzeni
między podwójnymi ścianami i różnego rodzaju pustaków -
gipsowych, betonowych, trocinobetonowych, keramzytobetonowych
itp. W celu uzyskania warstw termoizolacyjnych, dźwiękochłonnych
i ogniotrwałych do zasypów luźnym granulatem wykorzystuje
się ziarna perlitu o wielkości 2-5 mm (termoizolacyjność
warstwy perlitu o grubości 8 cm równoważy 80 cm muru ceglanego).
Oprócz metody wdmuchiwania stosuje się także wylewki cementowe,
anhydrytowe lub gipsowe. Ich współczynnik przewodzenia
ciepła waha się od 0,08 do 0,21 W/m•K, a wytrzymałość
na ściskanie - od 0,08 Mpa do 6,5 MPa. Dodanie do zapraw
niewielkich
ilości piasku poprawia ich parametry wytrzymałościowe.
Perlit powlekany asfaltem lub substancjami hydrofobizującymi
umożliwia jego zastosowanie w budownictwie (zwłaszcza przemysłowym)
wszędzie tam, gdzie istnieje realne oddzialywanie agresywnych
substancji chemicznych. Powierzchnia perlitu hydrofobizowanego
dobrze absorbuje naftę, benzynę, oleje, tłuszcze, smary,
rozpuszczalniki niepolarne i wszystkie inne "tłuste" ciecze
ropopochodne rozlane na gruncie, na wodzie (także w niej
rozpuszczone). Coraz częściej perlit wchodzi w skład wyrobów
budowlanych spod znaku chemii organicznej. Jego obecność
w produktach zmniejsza ich gramaturę a jednocześnie zwiększa
wytrzymałość mechaniczną, statyczną i dynamiczną, poprawia
izolacyjność cieplną i ogniotrwałość. Dzięki tym własnościom
- zachowując objętość wyrobu - można użyć od kilku do kilkudziesięciu
procent wagowo mniej znacznie droższych innych komponentów
(np. żywic, kredy, talku, szkła, krzemionki itp.) Nieregularna,
lekko porowata powierzchnia perlitu umożliwia tworzenie
bardzo dobrych mieszanin z żywicami. Perlit ekspandowany
z żywicami i innymi wypełniaczami stosuje się przy produkcji:
farb i tynków, elementów konstrukcji dachowych, elementów
mebli i artykułów AGD, armatury łazienkowej i instalacyjnej,
płyt warstwowych, pianek syntaktycznych, sztucznych marmurów,
gumy, szpachlówek, szczeliw i klejów używanych w chemii
budowlanej, meblarskiej, samochodowej, środków ściernych,
szorujących i polerujących w chemii gospodarczej. Własności
dźwiękochłonne perlitu ekspandowanego w połączeniu z betonem
lub tworzywami sztucznymi wykorzystywane są do konstruowania
ekranów dźwiękochłonnych przy autostradach i arteriach
szybkiego
ruchu w miastach.
Jacek Sawicki
(Opracowanie na podstawie materiałów firm ZGM Zębiec
SA, Perlipol SC, PPUH Bogusław J. Pelar
oraz Schundler
Company,
Azalia, materiał fotograficzny:
Silver & Baryt Ores Mining CO.)