Poprzednia strona–Petrografia ||Następna strona–zasoby popiołu wulkanicznego według Hrabstwa
zastosowania popiołu wulkanicznego–obecne i potencjalne
w przeszłości i do bardzo niedawna główne zastosowania popiołu wulkanicznego zostały oparte na jego właściwościach fizycznych o drobnym rozmiarze i kątowości cząstki, kruchość i jasny Kolor, Jak pokazano w jego zastosowaniu jako środek ścierny i jako nawierzchnia dla bitumicznych matowych dróg., W ciągu ostatnich kilku lat coraz więcej uwagi poświęcono chemicznym lub pirochemicznym właściwościom popiołu wulkanicznego jako alkalicznego topnika krzemianu glinu w ceramice oraz jako dodatku pozzolanowego do cementu w mieszankach betonowych. W Stanach Zjednoczonych w 1934 roku ilość zastosowana do stosowania w materiałach ściernych była osiem razy większa niż stosowana jako kruszywo cementowe i domieszka pozzolanowa. W 1945 roku ilości stosowane w tych dwóch głównych zastosowaniach były prawie równe. W 1947 r. ilość użytego cementu była cztery i pół razy większa niż ta używana do celów ściernych (Barr, 1949)., Najszersze zastosowanie pumycytu lub popiołu wulkanicznego w betonie miało miejsce na zachodnim wybrzeżu. W Kansas do tego celu wykorzystano jedynie niewielkie ilości, a tonaż nie pojawia się w statystykach dotyczących produkcji Kansas. Ponieważ produkcja komercyjna w Kansas jest w dużej mierze przeznaczona do zastosowań ściernych, ilość użyta do tych celów jest wyraźnie pokazana w publikowanych statystykach. Najwcześniejsze dane dotyczące produkcji Kansas pochodzą z 1916 roku, kiedy wyprodukowano 23 804 Tony. Szczyt produkcji osiągnął w 1923 roku, osiągając łącznie 51 907 ton, a w latach 1923-1940 był dość stabilny., Produkcja wynosiła od 35 385 ton w 1925 do 49 760 ton w 1929, a średnia produkcja w okresie 17 lat wynosiła 41 953 Tony. W 1941 roku produkcja spadła do 23 659 ton, ale do 1945 roku wzrosła do 47 484 ton, przekraczając poprzednią 17-letnią średnią. Od 1945 roku produkcja gwałtownie spadła. Jak już wcześniej wspomniano, te statystyki produkcji są dostępne tylko w odniesieniu do produkcji komercyjnej i jest prawdopodobne, że tonaż wykorzystywany przez State Highway Department znacznie przekracza tonaż wydobywany przez producentów komercyjnych., W jednym złożu szacujemy, że co najmniej 25 000 ton zostało usuniętych przez Departament autostrad do użytku na czarnych drogach.
Materiały ścierne
popiół wulkaniczny jest używany jako materiał ścierny w Stanach Zjednoczonych od około 50 lat. W 1903 roku cała produkcja 885 ton w tym kraju pochodziła z Nebraski. Do 1911 roku pył wulkaniczny został zgłoszony przez U. S. Geological Survey jako wydobywany w Kansas, ale dane dotyczące produkcji zostały ukryte pod nagłówkiem różnych przedmiotów. W 1916 roku dla Kansas podano 23 804 Tony. Bez wątpienia większość tego tonażu była używana w materiałach ściernych.,
jako ścierny popiół wulkaniczny jest przystosowany do stosowania jako środek polerujący, szorujący i oczyszczający ze względu na jego rozdrobnienie, kątowość i umiarkowaną Twardość (od 5,5 do 6,0 w skali Mohsa). Duża część popiołu wulkanicznego użytego jako materiał ścierny trafiła do związków czyszczących, takich jak Old Dutch Cleanser. Dawniej związki te składały się głównie z popiołu wulkanicznego zmieszanego z niewielkimi ilościami proszku mydlanego lub innych detergentów. Popiół wulkaniczny jest również używany jako materiał ścierny w mydle do pasty mechanicznej, ściernych mydłach ręcznych i gumowych gumkach., Bardzo drobny popiół jest używany w niektórych pastach do zębów i proszku, a popiół minus-200-mesh został użyty do polerowania szkła płyty. Popiół wulkaniczny może być stosowany zamiast sproszkowanego pumeksu, gdy ten ostatni materiał jest odpowiedni. Zastosowania te obejmują polerowanie metali, drewna i lakierowanych wykończeń drewna. Inne zastosowania ścierne obejmują proszki do polerowania kości, celuloidu i twardej gumy oraz taśmy dentystycznej.
przetwarzanie popiołu wulkanicznego do zastosowań ściernych obejmuje zwykle tylko suszenie i przesiewanie grubych cząstek, agregatów cząstek i przypadkowych zanieczyszczeń., Praktyka ta jest możliwa dzięki naturalnej czystości materiału. Analizy ekranów na 96 próbkach (Tabela 4) pokazują, że średnio 93,6 procent przechodzi ekran o oczkach 100, a średnio 76,3 procent przechodzi ekran o oczkach 200. Materiał Minus-200-mesh stanowi ponad 80 procent w 34 z 96 próbek. Analizy Subsieve na 12 próbkach (Tabela 3) wskazują, że średnia średnica cząstek wynosi 34 mikrony, co odpowiada mniejszej niż 400-mesh. Klasyfikacja powietrza jest stosowana w niektórych przypadkach, szczególnie tam, gdzie wymagane są gatunki o oczkach 200 lub drobniejszych., Chociaż popiół wulkaniczny rzadko jest poddawany szlifowaniu w celu zmniejszenia wielkości cząstek, jest łatwo podatny na szlifowanie na sucho w młynie kulowym lub żwirowym.
Ceramika
popiół wulkaniczny, czyli pumicyt, składa się z drobnych odłamków szkła wulkanicznego odpowiadających mniej więcej frytie złożonej ze skalenia i kwarcu. Zaskakujące jest to, że materiał o tym składzie otrzymał tak mało uwagi od pracowników w dziedzinie ceramiki., W latach 1937-1938 laboratorium ceramiczne Państwowego badania Geologicznego przeprowadziło szereg badań z wykorzystaniem popiołu wulkanicznego w szkliwach ceramicznych i ciałach, a prace zostały krótko podsumowane przez Plummera (1939). Do tego czasu jedyna praca wykonana na ceramicznych zastosowań popiołu wulkanicznego w Stanach Zjednoczonych została zgłoszona przez Prestona (1935) na temat wykorzystania popiołu wulkanicznego w partiach szkła. Po opublikowaniu raportu z 1939 roku przez Plummera zwrócono uwagę na fakt, że podobne prace zostały opublikowane w Journal of the Canadian Ceramic Society przez Worcester (1934)., Worcester użył kanadyjskiego popiołu wulkanicznego w ciałach ceramicznych i szkliwach z wynikami nieco podobnymi do wyników uzyskanych z popiołu Kansas w laboratorium badawczym. Dodatkowe eksperymenty z szkliwami popiołu wulkanicznego w Kansas zostały krótko opisane przez Carey (1948). W ciągu ostatnich trzech lat przeprowadzono szereg testów na szkliwach popiołu wulkanicznego i ciałach ceramicznych. Wyniki zostaną opublikowane w Biuletynie badań geologicznych w późniejszym terminie.
, Pirometryczny odpowiednik stożka feldspars waha się od stożka 4 do stożka 10, z ogólną średnią stożka 8 do 9 (2240° do 2280° F.). Badane próbki popiołu wulkanicznego z Kansas mają odpowiednik stożka pirometrycznego w zakresie od stożka 06 do stożka 4, z ogólną średnią w sąsiedztwie stożka 03 do 01 (1975° do 2030° F.). Ta różnica w temperaturze topnienia daje popiołowi wulkanicznemu wyraźną przewagę ekonomiczną, a w dziedzinie ceramiki pozwala na stosowanie niższych temperatur uważanych za pożądane.,
glazury Ceramiczne
skład chemiczny popiołu wulkanicznego z Kansas z różnych złóż jest niezwykle jednolity, co można zaobserwować na podstawie analiz 54 próbek podanych w tabeli 2. Jest prawdopodobne, że znalezione zmiany są spowodowane głównie zanieczyszczeniami, takimi jak kwarc, kalcyt i glina.
popiół wulkaniczny ze złoża w hrabstwie Lincoln (LV-1) był szeroko stosowany w badaniach glazury i ceramiki, ponieważ jest łatwo dostępny i ma skład chemiczny, który stanowi średnio średnio złoża popiołu z Kansas. Skład tego popiołu podano poniżej.,
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., Ze względu na fakt, że popiół wulkaniczny ma wyższy stosunek krzemionki do tlenku glinu i grupy RO, zastąpienie równej masy popiołu wulkanicznego skaleniem nie jest możliwe. Około 100 części wagowych popiołu wulkanicznego można zastąpić 70 częściami skaleń i 30 częściami krzemienia doniczkowego. Dokładniejszą metodę substytucji podano w tabeli 5. Tabela ta opiera się na proporcjach molekularnych tlenków w obu materiałach i wymaga usunięcia skalenia, krzemienia i witlinka oraz dodania popiołu wulkanicznego i gliny kulowej.
Tabela 5.,– Popiół wulkaniczny i glina wymagane do dokładnego zastąpienia skalenia, krzemienia i witlinka w szkle lub ceramicznych ciał. Części na sto w całkowitej partii glazury, wagowo.
obliczenia wykonano dla skaleń Keystone, popiołu wulkanicznego hrabstwa Lincoln (LV-1) i glinki kulowej Kansas (O-38-4) zawierającej 64,67 procent krzemionki, 22,38 procent tlenku glinu, 1,58 procent tlenku żelaza, 1,32 procent tlenku tytanu, 0,27 procent tlenku wapnia, 0,66 procent tlenku magnezu, 1,11 procent tlenku potasu i 0,55 procent tlenku sodu. Można zastosować dowolną podobną glinę kulkową., Należy zauważyć, że jeśli w sumie 100 procent skalenia, krzemienia i witlinka zostały wyjęte ze szkliwa lub Korpusu, w sumie 103.38 procent popiołu wulkanicznego i gliny zostaną dodane jako zamiennik. Wynika to z faktu, że popiół i glina zawierają wyższy procent nieaktywnych składników. Chociaż tak wysoki procent skalenia lub popiołu wulkanicznego nie jest stosowany w szkliwach i korpusach ceramicznych, przygotowaliśmy użyteczną glazurę zawierającą 95 procent popiołu wulkanicznego., Zwykle jednak procent popiołu zawartego w partii glazury nie przekroczy 75 procent, a w większości przypadków ceramiczne korpusy nie są ulepszone przez dodatki o więcej niż 25 procent popiołu wulkanicznego.
kilka szkliw popiołu wulkanicznego o sprawdzonej wartości podano poniżej jako ilustrację zakresu możliwych kompozycji. Następująca glazura dojrzewa w zakresie stożka 02-1.
powyższa glazura została użyta z 5-procentową żółtą plamą komercyjną, aby uzyskać dobry odcień żółci. Bez plamy powstaje nieprzezroczysta glazura.,
bardzo prosta glazura w zakresie stożka 04 do stożka 10 ma następujący skład.
| popiół wulkaniczny | 70 części według wagi |
| Colemanit | 30 części według wagi |
| bentonit | 5 części według wagi |
ta glazura ma raczej błotnisty kolor ze względu na zawartość tlenku żelaza w popiole wulkanicznym. Dodanie 5 procent witlinka poprawi przezroczystość szkliwa., Jeśli glazura ma być stosowana jako podstawa do kolorowych szkliw, dodatek 5 procent środka zmętniającego, takiego jak krzemian cyrkonu, wytworzy ciepłą Biel odpowiednią do tego celu.
surowa glazura ołowiowa, która została z powodzeniem zastosowana na wielu typach ciała w zakresie temperatur od stożka 07 do stożka 04 podano poniżej. Jest prawdopodobne, że glazura może być stosowana w znacznie większym zakresie.
| czerwony ołów | 35.2% |
| popiół wulkaniczny | 51.4 |
| witlinek | 8.,4 |
| tlenek cynku | 1.0 |
| Kaolin Floryda | 4.0 |
glazura wysokotemperaturowa, która dała doskonałe wyniki na krzemionkowym ciele, jest podana poniżej. Glazura ta była używana w stożku 7 i stożku 9, ale powinna być użyteczna od stożka 6 do 10. Kolorowe glazury można wykonać, dodając odpowiednie tlenki lub plamy.
| popiół wulkaniczny | 39.9 procent |
| witlinek | 8.4 |
| węglan magnezu | 7.3 |
| węglan baru | 4.,9 |
| Glinka kulkowa (O-38-4) | 28.5 |
| Krzemień | 10.0 |
glinki wulkaniczne są używane w co najmniej trzech zakładach garncarskich w stanie i w wielu szkołach. Główną zaletą stosowania pyłu wulkanicznego jest niski koszt, chociaż istnieją dodatkowe zalety niezwykle długiej strzelnicy i fakt, że kolory w szkliwach popiołu wulkanicznego są nieco bardziej miękkie niż te uzyskane z konwencjonalnych materiałów. Garncarze z Kansas uważają również, że reklama wykorzystania szkliwa popiołu wulkanicznego przyciąga klientów.,
korpusy Ceramiczne
zastąpienie popiołu wulkanicznego w szkliwach ceramicznych równoważnymi ilościami innych materiałów powoduje bardzo małą różnicę w końcowej glazurze, chociaż temperatura wypalania może być nieco niższa ze względu na zaskakująco niską temperaturę topnienia popiołu. W ceramicznych korpusach wyniki nie są jednak tak przewidywalne. Ogólnie wyniki są bardziej korzystne niż można by się spodziewać., Wiele organów testowych z różnymi rodzajami glin i łupków oraz z różnymi ilościami popiołu wulkanicznego wskazuje, że od 7 do 15 procent dodatków popiołu wulkanicznego do łupków lub gliny wypalanej na Czerwono obniża temperaturę witryfikacji, zwiększając zasięg wypalania dla dojrzałego ciała i wytwarzając większą sztywność w naczyniu w maksymalnej temperaturze., Te cechy wytwarzane przez dodatki popiołu wulkanicznego pozwalają na oszczędność w użyciu paliwa i zmniejszają straty w piecu ze względu na mniej krytyczne wymagania w zakresie temperatur i zdolność towaru do wstania pod własnym ciężarem w maksymalnych temperaturach osiągniętych w piecu. Nie wszystkie glinki i łupiny reagują z równie korzystnymi wynikami. Niektóre materiały są korzystne tylko w tym, że temperatura wypalania jest zmniejszona. Korzyści związane z dodaniem pyłu wulkanicznego do korpusów rur kanalizacyjnych zwróciły znaczną uwagę., Grupa operatorów instalacji glinianych sponsorowała projekt w Engineering Experiment Station na Ohio State University w celu przetestowania wartości dodatków popiołu wulkanicznego do korpusów rur kanalizacyjnych. J. O. Everhart, profesor badawczy odpowiedzialny za ten projekt, poinformował nas, że konkretne korzyści uzyskano dzięki użyciu pyłu wulkanicznego., W liście towarzyszącym raportowi Everhart podsumowuje skutki popiołu wulkanicznego w następujący sposób: „wydaje się, że ma on nieco stabilizujący wpływ na mieszankę, do której go dodaliśmy, i może mieć znaczną wartość do wykorzystania w lokalnych mieszankach gliny i łupków o krótkim zasięgu wypalania. Wpływ ten przypisujemy temu, że tworzy bardzo lepkie szkło, które pozostaje tak w długim zakresie temperatur.”F. K. Pence (personal communication) z University of Texas donosi, że bardzo korzystne wyniki są realizowane z wykorzystaniem popiołu wulkanicznego w korpusie rury kanalizacyjnej w zakładzie w Teksasie.,
nieco podobne wyniki uzyskuje się z dodatkiem popiołu wulkanicznego do ceramiki lub ciał białych, chociaż w tym przypadku barwa ciała jest lekko przyciemniona przez zawartość żelaza w popiole. Użycie pyłu wulkanicznego w ilościach od 10 do 25 procent obniża wymaganą temperaturę wypalania, lub spojrzeć na materię z innego kąta, umożliwia garncarzowi sztuki, którego maksymalna temperatura jest ograniczona do produkcji twardych wyrobów wypalanych, które nie przeciekają ani nie szaleją. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości odlewnicze korpusów ceramicznych są ulepszone z dodatkiem popiołu wulkanicznego., Wynika to w dużej mierze z wielkości i kształtu cząstek. Co najmniej jedna ceramika w Kansas używa popiołu wulkanicznego z gliną Kansas w korpusie odlewniczym i produkuje zeszklone wyroby w stożku 4.
szkło i emalie szkliste
popiół wulkaniczny pełni taką samą funkcję w szkle i emaliach szklistych, jak w szkle ceramicznym. Ze względu na zawartość tlenku żelaza wynoszącą około 1,5 procent, zastosowanie popiołu wulkanicznego w tych produktach jest ograniczone. Popiół wulkaniczny jest poważnie uważany za składnik w partiach z włókna szklanego i w szkle piankowym, gdzie niewielkie znaczenie ma lekkie ciemnienie koloru., Jeśli stosowane w produkcji włókna szklanego, problem zapobiegania rozpadowi matryc platynowych przez żelazo obecne w popiole musiałby zostać rozwiązany.
badania laboratoryjne z popiołem wulkanicznym jako składnikiem szkliwa szklistego zostały wykonane przez jednego z największych producentów wyrobów sanitarnych. Laboratorium poinformowało, że emalie w kolorze kremowym i w Kolorze Kości Słoniowej produkowane z dodatkami popiołu wulkanicznego były nieco lepsze niż te produkowane z feldspars, ale ze względu na odległość popiół musiałby być wysyłany do ich roślin, nie byłoby oszczędności w kosztach.,
lekkie kruszywa i bloki komórkowe
Oklahoma Geological Survey zbadała możliwość wytwarzania produktów komórkowych podobnych do Foamglas i niezwykle lekkiego kruszywa składającego się z nadętych pojedynczych cząstek popiołu wulkanicznego (Burwell, 1949). Produkt komórkowy został wytworzony przez ogrzewanie popiołu wulkanicznego do wysokiej temperatury w formach ogniotrwałych. Otrzymany produkt, który został nazwany „pumicell” przez Oklahoma Survey, to szkło zawierające małe odłączone komórki powietrza. Ma wysoką wartość izolacyjną i może być piłowany lub gwoździowany., Gęstość nasypowa produktu waha się od 45 do 90 funtów na stopę sześcienną w porównaniu do rzeczywistego ciężaru właściwego 2,34 do 2,48, co odpowiada gęstości 146 do 155 funtów na stopę sześcienną. Objętość zamkniętych komórek w produkcie wynosiła aż 56,8 procent całości.
eksperymentalne wzdęcia popiołu wulkanicznego Kansas w laboratorium State Geological Survey of Kansas wskazuje, że popiół Kansas ma takie same właściwości wzdęcia, jak materiał Oklahoma.,
lekkie kruszywo produkowane w laboratorium Oklahoma Geological Survey jest podobne do perlitu ekspandowanego, chociaż metoda zastosowana do „przebicia” popiołu wulkanicznego nie była taka sama, jak ta zastosowana do rozwinięcia perlitu. Pył wulkaniczny został rozszerzony poprzez wprowadzenie strumienia pyłu wulkanicznego do wlotu powietrza palnika gazowego typu inspirator. Produkt składa się z szklanych koralików zawierających jedną lub więcej pęcherzyków. Masa właściwa” pękniętego ” popiołu wulkanicznego waha się od 0,22 do 0,088, co odpowiada gęstości nasypowej w zakresie od 5,5 do 13,7 funtów na stopę sześcienną., Produkty wykonane z tego materiału izolują przed przenikaniem ciepła, dźwięku i elektryczności. Może być stosowany w tynkach akustycznych i izolacyjnych, płytach ściennych, lekkich blokach i płytach.
State Geological Survey of Kansas jest w stanie wyprodukować podobny rozszerzony lub „pęknięty” produkt z popiołu wulkanicznego Kansas z epoki plejstocenu. Próby wytworzenia podobnego produktu z popiołu pliocenu nie powiodły się. Planowane są dodatkowe badania, a wyniki zostaną opublikowane w Biuletynie ankietowym w 1952 roku.,
w Hutchinson w stanie Kansas produkowany jest produkt z popiołu wulkanicznego, podobny do perlitu, pod nazwą handlową Mira-Colite. Metoda zastosowana do produkcji tego materiału nie jest szczegółowo znana.
Beton
około 1800 lat temu Rzymianie wykonali cement składający się z dwóch części objętościowych popiołu wulkanicznego i jednej części wapna gaszonego. Do dziś eksploatowane są budowle morskie zbudowane z tego cementu pozzolanowego. Cement rzymski lub pozzolaniczny jest bardzo powolny, jeśli jest wykonany z wapna gaszonego. Aby uniknąć tej niepożądanej cechy nowoczesne cementy pozzolaniczne są wykonane z cementu portlandzkiego., Cementy tego typu są szczególnie interesujące, ponieważ są odporne na rozpad wody morskiej i w niektórych przypadkach minimalizują reakcję niektórych rodzajów kruszyw krzemionkowych z alkaliami obecnymi w cemencie portlandzkim. Popiół wulkaniczny, oprócz swoich naturalnych właściwości cementujących, służy jako drobny Kruszywo, które wypełnia pustki między drobnym kruszywem piaskowym a cementem. W betonie wykonanym z popiołu wulkanicznego aż 50 procent cementu może zostać zastąpione popiołem, chociaż zwykle stosuje się mniejszą część.
, 752) głównym zastosowaniem popiołu wulkanicznego (pumicyt) jest kruszywo betonowe, a jego zastosowanie jako domieszki w cemencie do betonu nabiera coraz większego znaczenia. W 1945 r. wyprodukowano prawie równe ilości popiołu wulkanicznego i pumeksu do stosowania w materiałach ściernych i w betonie. W 1947 R. 4,5 razy więcej tych samych materiałów było używanych w betonie niż do celów ściernych.,
różne zastosowania
popiół wulkaniczny jest stosowany jako główny składnik niektórych związków zamiatających, jako izolacja w rurociągach wodnych i parowych, kotłach lagujących oraz jako luźna izolacja wypełniająca w ścianach i sufitach. Jest również stosowany jako wypełniacz lub rozcieńczalnik w farbie i jako nośnik środków owadobójczych. Popiół wulkaniczny został użyty do oczyszczania i klarowania olejów przez filtrację. Jest prawdopodobne, że częściowo zmieniony popiół wulkaniczny jest używany do tego ostatniego celu.,
w ciągu ostatnich kilku lat State Highway Department wyprodukował duże ilości pyłu wulkanicznego z co najmniej ośmiu dołów w Kansas. Jest on używany głównie do top dressingu na” black top ” lub bitumicznych matowych drogach. Jest prawdopodobne, że w Kansas więcej popiołu jest używany do tego celu niż w jakimkolwiek innym stanie.