Page Précédente Page pétrographie ||Page suivanteolcanic Ash Resources by County
Uses of Volcanic Ash Present Present and Potential
dans le passé et jusqu’à très récemment, les principales utilisations des cendres volcaniques ont été basées particules, friabilité et couleur claire, comme illustré dans son utilisation comme abrasif et comme garniture pour les routes bitumineuses mates., Au cours des dernières années, une attention croissante a été accordée aux propriétés chimiques ou pyrochimiques des cendres volcaniques en tant que flux alcalin de silicate d’aluminium dans les céramiques et en tant qu’additif pouzzolanique au ciment dans les mélanges de béton. Aux États-Unis, en 1934, la quantité utilisée pour les abrasifs était huit fois supérieure à celle utilisée comme agrégat de ciment et adjuvant pouzzolanique. En 1945, les quantités utilisées pour ces deux utilisations principales étaient presque égales. En 1947, la quantité utilisée avec le ciment était quatre fois et demie plus grande que celle utilisée à des fins abrasives (Barr, 1949)., C’est sur la côte ouest que l’on a utilisé le plus largement la poncite ou la cendre volcanique dans le béton. Seules de petites quantités ont été utilisées au Kansas à cette fin, et le tonnage n’apparaît pas dans les statistiques sur la production du Kansas. Dans la mesure où la production commerciale au Kansas est principalement destinée à des utilisations abrasives, la quantité utilisée à ces fins est clairement indiquée dans les statistiques publiées. Les premiers chiffres disponibles sur la production du Kansas sont pour l’année 1916 où 23 804 tonnes ont été produites. La production maximale a été atteinte en 1923 avec un total de 51 907 tonnes et de 1923 à 1940 a été assez stable., La production déclarée variait de 35 385 tonnes en 1925 à 49 760 tonnes en 1929, et la production moyenne pour la période de 17 ans était de 41 953 tonnes. Après une année presque moyenne de 39 215 tonnes en 1940, la production de 1941 a diminué à 23 659 tonnes, mais en 1945, elle était revenue à 47 484 tonnes, dépassant la moyenne des 17 années précédentes. Depuis 1945, la production a fortement diminué. Comme indiqué précédemment, ces statistiques de production ne sont disponibles que sur la production commerciale et il est probable que le tonnage utilisé par le Département des routes de l’État dépasse considérablement celui extrait par les producteurs commerciaux., Dans un seul gisement, nous estimons qu’au moins 25 000 tonnes ont été enlevées par le Département de la route pour être utilisées sur les routes à toit noir.
abrasifs
la cendre volcanique est utilisée comme abrasif aux États-Unis depuis environ 50 ans. En 1903, la production totale de 885 tonnes dans ce pays provenait du Nebraska. En 1911, l’U. S. Geological Survey a signalé que des cendres volcaniques étaient extraites au Kansas, mais les chiffres de production étaient dissimulés sous la rubrique divers articles. En 1916, Un chiffre de 23 804 tonnes a été donné pour le Kansas. La plus grande partie de ce tonnage a sans doute été utilisée dans les abrasifs.,
en tant qu’abrasif, la cendre volcanique est adaptée pour être utilisée comme agent de polissage, de récurage et de nettoyage en raison de sa finesse, de son angularité et de sa dureté modérée (5,5 à 6,0 sur l’échelle de Mohs). Une grande proportion de cendres volcaniques utilisées comme abrasif est entrée dans des composés de récurage tels que Old Dutch Cleanser. Autrefois, ces composés étaient composés en grande partie de cendres volcaniques mélangées à de petites quantités de poudre de savon ou d’autres détergents. La cendre volcanique est également utilisée comme abrasif dans le savon à pâte mécanique, les savons abrasifs pour les mains et les gommes à effacer en caoutchouc., La cendre très fine est utilisée dans certains dentifrices et poudres, et la cendre de moins-200 mailles a été utilisée pour polir le verre de plaque. Les cendres volcaniques pourraient être utilisées à la place de la pierre ponce en poudre chaque fois que ce dernier matériau convient. Ces utilisations incluent le polissage des métaux, du bois et des finitions en bois verni. D’autres utilisations abrasives incluent des poudres de polissage pour l’os, le celluloïd, et le caoutchouc dur, et dans la bande de dentistes.
le traitement des cendres volcaniques à des fins abrasives ne comprend généralement que le séchage et le criblage des particules grossières, des agrégats de particules et des contaminants accidentels., Cette pratique est possible en raison de la finesse naturelle du matériau. Les analyses d’écran sur 96 échantillons (Tableau 4) montrent qu’une moyenne de 93,6 pour cent passe un écran de 100 mailles et qu’une moyenne de 76,3 pour cent passe un écran de 200 mailles. Le matériel de moins-200 mailles constitue plus de 80 pour cent dans 34 des 96 échantillons. Les analyses Subsieve sur 12 échantillons (Tableau 3) indiquent que le diamètre médian des particules est en moyenne de 34 microns, ce qui équivaut à moins de 400 mailles. La classification de l’Air est utilisée dans certains cas, en particulier lorsque des qualités de 200 mailles ou plus fines sont requises., Bien que les cendres volcaniques soient rarement soumises à un broyage afin de réduire la taille des particules, elles sont facilement sensibles au broyage à sec dans un broyeur à billes ou à galets.
céramique
la cendre volcanique, ou pumicite, est composée de minuscules éclats de verre volcanique correspondant à peu près à une fritte composée de feldspath et de quartz. Il est surprenant qu’un matériau avec cette composition ait reçu si peu d’attention de la part des travailleurs dans le domaine de la céramique., Le ceramics laboratory du State Geological Survey a effectué un certain nombre d’essais en 1937 et 1938 en utilisant des cendres volcaniques dans des émaux et des corps en céramique, et le travail a été résumé brièvement par Plummer (1939). Avant cette époque, le seul travail effectué sur les utilisations céramiques des cendres volcaniques aux États-Unis a été rapporté par Preston (1935) sur l’utilisation des cendres volcaniques dans les lots de verre. Après la publication du rapport de Plummer en 1939, nous avons attiré notre attention sur le fait que des travaux similaires avaient été publiés dans le Journal of the Canadian Ceramic Society par Worcester (1934)., Worcester a utilisé des cendres volcaniques canadiennes dans des corps et des glaçures en céramique avec des résultats quelque peu similaires à ceux obtenus avec des cendres du Kansas dans le laboratoire D’enquête. D’autres expériences avec des glaçures de cendres volcaniques du Kansas ont été rapportées brièvement par Carey (1948). Au cours des trois dernières années, un certain nombre de tests ont été effectués sur des émaux de cendres volcaniques et des corps en céramique. Les résultats seront publiés dans un bulletin de la commission Géologique à une date ultérieure.
Les cendres volcaniques du Kansas fusionnent à une température inférieure à celle du feldspath., L’équivalent en cône pyrométrique des feldspaths varie du cône 4 au cône 10, avec une moyenne générale de cône 8 à 9 (2240° à 2280° F.). Les échantillons de cendres volcaniques du Kansas testés ont un équivalent de cône pyrométrique allant du cône 06 au cône 4, avec une moyenne générale au voisinage du cône 03 à 01 (1975° à 2030° F.). Cette différence de température de fusion donne aux cendres volcaniques un avantage économique distinct, et dans le domaine de l’Art Céramique permet l’utilisation des températures plus basses considérées comme souhaitables.,
glaçures Céramiques
la composition chimique des cendres volcaniques du Kansas provenant des différents dépôts est remarquablement uniforme, comme on peut le constater à partir des analyses de 54 échantillons donnés dans le tableau 2. Il est probable que les variations trouvées sont dues en grande partie à des contaminants tels que le quartz, la calcite et l’argile.
Les cendres volcaniques provenant d’un gisement dans le comté de Lincoln (Lv-1) ont été largement utilisées dans les tests de glaçure et de corps en céramique car elles sont facilement disponibles et ont une composition chimique qui correspond approximativement à la moyenne des dépôts de cendres du Kansas. La composition de cette cendre est donnée ci-dessous.,
The molecular formula, or ratio of the molecular weights of the various groups of oxides in this volcanic ash, is as follows.
| K2O | 0.6608 |  |
Al2O3 | 0.8999 | |
SiO2 | 9.5894 |
| Na2O | 0.2296 | |
Fe2O3 | 0.0604 | |
TiO2 | 0.0540 |
| CaO | 0.,0961 | |
|
||||
| MgO | 0.0135 | |
|
The formula weight of the above is 794.30. Feldspar from Keystone, South Dakota, has the following molecular formula.
| K2O | 0.751 | |
Al2O3 | 1.,1300 | |
SiO2 | 6.230 |
| Na2O | 0.231 | |
Fe2O3 | 0.0015 | |
||
| CaO | 0.018 | |
|
The formula weight of this feldspar is 577.72., En raison du fait que les cendres volcaniques ont un rapport plus élevé entre la silice et l’alumine et le groupe RO, une substitution d’un poids égal de cendres volcaniques pour le feldspath n’est pas possible. Environ 100 parties en poids de cendres volcaniques peuvent être substituées à 70 parties de feldspath et 30 parties de silex potiers. Une méthode de substitution plus précise est donnée dans le tableau 5. Ce tableau est basé sur les rapports moléculaires des oxydes dans les deux matériaux, et nécessite de retirer le feldspath, le silex et le merlan, et d’ajouter des cendres volcaniques et de l’argile à billes.
le Tableau 5.,– Cendres volcaniques et argile nécessaires pour un remplacement exact du feldspath, du silex et du merlan dans les émaux ou les corps en céramique. Pièces par cent dans le lot total de glaçure, en poids.
Les calculs ont été effectués pour le feldspath Keystone, les cendres volcaniques du comté de Lincoln (Lv-1) et une argile à billes du Kansas (O-38-4) contenant 64,67% de silice, 22,38% d’alumine, 1,58% d’oxyde de fer, 1,32% d’oxyde de titane, 0,27% d’oxyde de calcium, 0,66% d’oxyde de magnésium, 1,11% d’oxyde de potassium et 0,55% d’oxyde de sodium. N’importe quelle argile semblable de boule pourrait être employée., On notera que si un total de 100 pour cent de feldspath, de silex et de merlan était retiré d’Une glaçure ou d’un corps, un total de 103,38 pour cent de cendres volcaniques et d’argile serait ajouté en remplacement. Cela est dû au fait que les cendres et l’argile contiennent un pourcentage plus élevé d’ingrédients inactifs. Bien que de tels pourcentages élevés de feldspath ou de cendres volcaniques ne soient pas utilisés dans les glaçures et les corps céramiques, nous avons préparé une glaçure utilisable contenant 95% de cendres volcaniques., Habituellement, cependant, le pourcentage de cendres inclus dans un lot de glaçure ne dépassera pas 75 pour cent, et dans la plupart des cas, les corps céramiques ne sont pas améliorés par des ajouts de plus de 25 pour cent de cendres volcaniques.
quelques émaux de cendres volcaniques de valeur prouvée sont donnés ci-dessous comme une illustration de la gamme de compositions possibles. La glaçure suivante mûrit dans la plage du cône 02-1.
la glaçure ci-dessus a été utilisée avec 5% de teinture jaune commerciale pour produire une bonne nuance de jaune. Sans la tache, Une glaçure opaque est produite.,
Une glaçure très simple dans la plage du cône 04 au cône 10 a la composition suivante.
| cendres Volcaniques | 70 parties en poids |
| Colemanite | 30 parties en poids |
| Bentonite | 5 parties en poids |
Ce glaçage est plutôt boueux couleur due à l’oxyde de fer contenu de la cendre volcanique. L’ajout de 5% de merlan améliorera la transparence de la glaçure., Si la glaçure doit être utilisée comme base pour les glaçures colorées, l’ajout de 5% d’un opacifiant tel que le silicate de zirconium produira un blanc chaud approprié à cet effet.
un glaçage au plomb brut qui a été utilisé avec beaucoup de succès sur un certain nombre de types de corps dans la plage de température du cône 07 au cône 04 est donné ci-dessous. Il est probable que la glaçure pourrait être utilisée sur une plage beaucoup plus longue.
| fil Rouge | 35,2% |
| cendres Volcaniques | 51.4 |
| Merlan | 8.,4 |
| oxyde de Zinc | 1.0 |
| Floride kaolin | 4.0 |
Une haute température de glaçage qui a produit d’excellents résultats sur une siliceux corps est donné ci-dessous. Cette glaçure a été utilisée au cône 7 et au cône 9, mais devrait être utilisable du cône 6 au cône 10. Les glaçures colorées peuvent être faites en ajoutant les oxydes ou les taches corrects.
| cendres Volcaniques | 39,9% |
| Merlan | 8.4 |
| carbonate de Magnésium | 7.3 |
| carbonate de Baryum | 4.,9 |
| Boule d’argile (O-38-4) | 28.5 |
| Silex | 10.0 |
cendres Volcaniques, les émaux sont utilisés dans au moins trois poteries dans l’État et par un certain nombre d’écoles. Le principal avantage dans l’utilisation de cendres volcaniques est le faible coût, bien qu’il y ait les avantages supplémentaires d’une portée de tir inhabituellement longue et le fait que les couleurs dans les glaçures de cendres volcaniques sont un peu plus douces que celles obtenues avec les matériaux conventionnels. Les poteries du Kansas constatent également que la publicité pour l’utilisation de glaçures de cendres volcaniques attire les clients.,
corps Céramiques
la substitution de cendres volcaniques dans les glaçures céramiques par des quantités équivalentes d’autres matériaux produit très peu de différence dans la glaçure finale, bien que la température de cuisson puisse être légèrement inférieure en raison de la température de fusion étonnamment basse des cendres. Dans les corps en céramique, cependant, les résultats ne sont pas si prévisibles. En général, les résultats sont plus bénéfiques que prévu., Un certain nombre de corps d « essai avec différents types d » argiles et de schistes et avec des quantités variables de cendres volcaniques indiquent que de 7 à 15 pour cent des ajouts de cendres volcaniques à un corps de schiste ou d » argile à cuisson rouge abaisse la température de vitrification, augmentant la portée de tir pour un corps mûri, et produisant une plus grande rigidité, Ces qualités produites par les ajouts de cendres volcaniques permettent une économie d’utilisation du combustible et réduisent les pertes dans le four en raison des exigences de température moins critiques et de la capacité de la vaisselle à résister sous son propre poids aux températures maximales atteintes dans le four. Toutes les argiles et les schistes ne réagissent pas avec des résultats tout aussi favorables. Certains matériaux ne bénéficient que de la réduction de la température de cuisson. Les avantages des ajouts de cendres volcaniques aux corps de tuyaux d’égout ont reçu une attention considérable., Un groupe d’exploitants d’usines d’argile a parrainé un projet à la Engineering Experiment Station de L’Ohio State University pour tester la valeur des ajouts de cendres volcaniques aux corps de tuyaux d’égout. J. O. Everhart, professeur de recherche en charge de ce projet, nous a rapporté que l’utilisation de cendres volcaniques procurait des avantages certains., Dans une lettre accompagnant le rapport, Everhart résume les effets des cendres volcaniques comme suit: « il semble avoir une influence quelque peu stabilisatrice sur le mélange auquel nous l’avons ajouté, et pourrait être d’une valeur considérable pour une utilisation dans des mélanges locaux d’argile et de schiste ayant une courte portée de tir. Nous attribuons cette influence au fait qu’il forme un verre très visqueux qui le reste sur une longue plage de températures. »F. K. Pence (communication personnelle) de l’Université du Texas rapporte que des résultats très bénéfiques sont obtenus grâce à l’utilisation de cendres volcaniques dans un corps de tuyau d’égout dans une usine du Texas.,
des résultats quelque peu similaires sont obtenus avec des ajouts de cendres volcaniques aux corps de poterie ou de whiteware, bien que dans ce cas, la couleur cuite du corps soit légèrement assombrie par la teneur en fer des cendres. L’utilisation de cendres volcaniques en quantités allant de 10 à 25 pour cent abaisse la température de cuisson requise, ou pour regarder la matière sous un autre angle, il permet au potier d’art dont la température maximale est limitée de produire des articles durs qui ne fuient pas ou engouement. En général, les propriétés de coulée des corps de poterie sont améliorées avec l’ajout de cendres volcaniques., Cela est dû en grande partie à la taille et la forme des particules. Au moins une poterie au Kansas utilise des cendres volcaniques avec de l’argile du Kansas dans le corps de coulée et produit une vaisselle vitrifiée à cone 4.
verre et émaux vitreux
la cendre volcanique remplit la même fonction dans le verre et dans les émaux vitreux que dans les émaux Céramiques. En raison de l’oxyde de fer d’environ 1,5 pour cent de l’utilisation de cendres volcaniques dans ces produits est limitée. Les cendres volcaniques ont été sérieusement considérées comme un ingrédient dans les lots de fibres de verre et dans le verre mousse où le léger assombrissement de la couleur est d’une importance mineure., Si utilisé dans la production de fibre de verre, le problème de la prévention de la désintégration des matrices de platine par le fer présent dans les cendres devrait être résolu.
des essais en laboratoire avec de la cendre volcanique comme ingrédient dans l’émail vitreux ont été réalisés par l’un des principaux fabricants d’appareils sanitaires. Le laboratoire a signalé que les émaux de couleur crème et de couleur ivoire produits avec des ajouts de cendres volcaniques étaient légèrement supérieurs à ceux produits avec des feldspaths, mais qu’en raison de la distance, les cendres devraient être expédiées à leurs usines, aucune économie de coût ne serait réalisée.,
agrégats légers et blocs cellulaires
L’Oklahoma Geological Survey a étudié la possibilité de produire des produits cellulaires similaires aux Foamglas et un agrégat extrêmement léger composé de particules individuelles gonflées de cendres volcaniques (Burwell, 1949). Le produit cellulaire a été produit en chauffant des cendres volcaniques à haute température dans des moules réfractaires. Le produit résultant, qui a été nommé « pumicell » par L’Oklahoma Survey, est un verre contenant de petites cellules d’air déconnectées. Il a une valeur isolante élevée et peut être scié ou cloué., La densité apparente du produit varie de 45 à 90 livres par pied cube par rapport à un vrai gravité spécifique de 2,34 à 2,48, correspondant à une densité de 146 à 155 livres par pied cube. Le volume de cellules fermées dans le produit représentait jusqu’à 56, 8% du total.
des ballonnements expérimentaux de cendres volcaniques du Kansas dans le laboratoire de la State Geological Survey of Kansas indiquent que les cendres du Kansas ont les mêmes caractéristiques de ballonnement que le matériau de L’Oklahoma.,
l’agrégat léger produit dans le laboratoire de L’Oklahoma Geological Survey est similaire à la perlite expansée, bien que la méthode utilisée pour « pop » les cendres volcaniques n’était pas la même que celle utilisée pour dilater la perlite. Les cendres volcaniques ont été dilatées en introduisant un flux de cendres volcaniques dans la prise d’air d’un brûleur à gaz de type inspirateur. Le produit est constitué de perles vitreuses contenant une ou plusieurs bulles. La densité apparente des cendres volcaniques « éclatées » varie de 0,22 à 0,088, ce qui correspond à une densité apparente allant de 5,5 à 13,7 livres par pied cube., Les produits fabriqués à partir de ce matériau isolent contre la transmission de la chaleur, du son et de l’électricité. Il peut être utilisé dans les enduits acoustiques et isolants, les panneaux muraux, les blocs légers et les dalles.
Le State Geological Survey du Kansas a été en mesure de produire un produit similaire élargi ou « éclaté » à partir de cendres volcaniques du Kansas d’âge Pléistocène. Les tentatives visant à produire un produit similaire à partir de cendres pliocènes n’ont pas abouti. Des tests supplémentaires sont prévus et les résultats seront publiés dans un bulletin D’enquête en 1952.,
un produit de cendres volcaniques expansées semblable à la perlite est produit à Hutchinson, au Kansas, sous le nom commercial Mira-Colite. La méthode utilisée pour la production de ce matériau n’est pas connue en détail.
Béton
Il y a environ 1800 ans, les Romains fabriquaient un ciment composé de deux parties en volume de cendres volcaniques et d’une partie de chaux éteinte. Les ouvrages construits avec ce ciment pouzzolanique sont utilisés aujourd’hui. Le ciment romain ou pouzzolanique est extrêmement lent s’il est fait avec de la chaux éteinte. Pour éviter cette caractéristique répréhensible, les ciments pouzzolaniques modernes sont fabriqués avec du ciment Portland., Les ciments de ce type présentent un intérêt particulier car ils résistent à la désintégration par l’eau de mer et minimisent dans certains cas la réaction de certains types d’agrégats siliceux avec les alcalins présents dans le ciment Portland. Les cendres volcaniques, en plus de leurs propriétés de cimentation naturelles, servent à former un granulat fin qui comble les vides entre le granulat de sable fin et le ciment. Dans le béton fabriqué avec des cendres volcaniques, jusqu’à 50% du ciment peut être remplacé par les cendres, bien qu’une plus petite proportion soit couramment utilisée.
selon Barr (1949,p., 752) la cendre volcanique (pumicite) est principalement utilisée pour les granulats de béton et son utilisation comme adjuvant dans le ciment pour le béton prend de plus en plus d’importance. En 1945, des quantités presque égales de cendres volcaniques et de pierre ponce ont été produites pour être utilisées dans les abrasifs et dans le béton. En 1947, 4,5 fois plus de ces mêmes matériaux étaient utilisés dans le béton qu’à des fins abrasives.,
utilisations diverses
Les cendres volcaniques sont utilisées comme ingrédient principal dans certains composés de balayage, comme isolant dans les tuyaux d’eau et de vapeur d’emballage, les chaudières à retardement et comme isolant de remplissage lâche dans les murs et les plafonds. Il est également utilisé comme charge ou diluant dans la peinture et comme support pour les insecticides. Les cendres volcaniques ont été utilisées pour la purification et la clarification des huiles par filtration. Il est probable que des cendres volcaniques partiellement altérées soient utilisées à cette fin.,
au cours des dernières années, le Département de la route de l’État a produit de grandes quantités de cendres volcaniques à partir d’au moins huit fosses au Kansas. Ceci est utilisé en grande partie pour le top dressing sur les routes » black top » ou bitumeuses mates. Il est probable que dans le Kansas plus de cendres est utilisé à cette fin que dans tout autre État.