Prev Page–Petrography ||Next Page–Volcanic Ash Resources by County
Uses of Volcanic Ash–Present and Potential
tidigare och fram till nyligen har de främsta användningarna av vulkanisk aska baserats på dess fysikaliska egenskaper av fin storlek och vinkling av partiklar, sprödhet och ljus färg, som illustreras i dess användning som ett slipmedel och som toppning för bituminösa matt vägar., Under de senaste åren har ökad uppmärksamhet ägnats åt de kemiska eller pyrokemiska egenskaperna hos vulkanisk aska som ett alkaliskt aluminiumsilikatflöde i keramik och som en pozzolanisk tillsats till cement i betongblandningar. I USA 1934 var den mängd som användes för användning i slipmedel åtta gånger så stor som den som användes som cementaggregat och pozzolanisk blandning. År 1945 var de kvantiteter som användes för dessa två stora användningsområden nästan lika stora. År 1947 var den mängd som användes med cement fyra och en halv gånger så stor som den som användes för slipmedel (Barr, 1949)., Den mest omfattande användningen av pumicit eller vulkanisk aska i betong har varit på västkusten. Endast små mängder har använts i Kansas för detta ändamål, och tonnaget finns inte med i statistiken över Kansas-produktionen. Eftersom kommersiell produktion i Kansas till stor del är avsedd för slipmedel, visas den mängd som används för dessa ändamål tydligt i publicerad statistik. De tidigaste siffrorna som finns tillgängliga på Kansas produktion är för år 1916 när 23,804 ton producerades. Toppproduktionen uppnåddes 1923 med totalt 51 907 ton och från 1923 till 1940 var ganska stadig., Rapporterade produktionen varierade från 35,385 ton 1925 till 49,760 ton 1929, och den genomsnittliga produktionen under 17 år var 41,953 ton. Efter ett nästan genomsnittligt år på 39,215 ton 1940 minskade 1941-produktionen till 23,659 ton, men 1945 hade återhämtat sig till 47,484 ton-över det föregående 17-åriga genomsnittet. Sedan 1945 har produktionen minskat kraftigt. Som tidigare nämnts är denna produktionsstatistik endast tillgänglig för kommersiell produktion och det är sannolikt att det tonnage som används av statens Motorvägsavdelning överstiger det tonnage som används av kommersiella producenter., I en insättning ensam uppskattar vi att minst 25 000 ton har tagits bort av Motorvägsavdelningen för användning på svarta vägar.
slipmedel
vulkanisk aska har använts som slipmedel i USA i cirka 50 år. År 1903 var hela produktionen av 885 ton i detta land från Nebraska. Av 1911 vulkanisk aska rapporterades av US Geological Survey som bryts i Kansas, men produktionssiffror doldes under rubriken diverse objekt. 1916 gavs en siffra på 23 804 ton för Kansas. Utan tvekan användes det mesta av detta tonnage i slipmedel.,
som en slipande vulkanisk aska är anpassad för användning som polering, skurning och rengöringsmedel på grund av dess finhet, vinkel och måttlig hårdhet (5.5 till 6.0 på Mohs-skala). En stor del av vulkanisk aska som används som slipmedel har gått in i skurföreningar som gamla Holländska rengöringsmedel. Tidigare bestod dessa föreningar i stor utsträckning av vulkanisk aska blandad med små mängder tvålpulver eller andra tvättmedel. Vulkanisk aska används också som ett slipmedel i mekanik klistra tvål, slipande hand tvålar och gummi suddgummi., Mycket fin aska används i vissa tandkräm och pulver, och minus-200-mesh aska har använts för poleringsplatta glas. Vulkanisk aska kan användas istället för pulveriserad pimpsten när det senare materialet är lämpligt. Dessa användningsområden inkluderar polering metaller, trä, och lackerade trä finish. Andra slipmedel inkluderar polerpulver för ben, celluloid och hårdgummi och i tandläkarband.
bearbetning av vulkanisk aska för slipmedel omfattar vanligen endast torkning och screening av grova partiklar, aggregat av partiklar och oavsiktliga föroreningar., Denna praxis är möjlig på grund av materialets naturliga finhet. Screen analyser på 96 prover (Tabell 4) visar att i genomsnitt 93.6 procent passerar en 100-mesh skärm och att i genomsnitt 76.3 procent passerar en 200-mesh skärm. Minus-200-mesh material utgör mer än 80 procent i 34 av 96 prover. Subsieve analyser på 12 prover (tabell 3) indikerar att partiklarnas mediandiameter är i genomsnitt 34 mikron, vilket motsvarar mindre än 400-mesh. Luftklassificering används i vissa fall, särskilt när kvaliteter av 200 mesh eller finare krävs., Även om vulkanisk aska sällan utsätts för slipning för att minska partikelstorleken, är den lätt mottaglig för torr slipning i en boll eller stenkvarn.
keramik
vulkanisk aska, eller pumicit, består av små skärvor av vulkaniskt glas som ungefär motsvarar en filt bestående av fältspat och kvarts. Det är förvånande att ett material med denna komposition har fått så lite uppmärksamhet från arbetare inom keramikområdet., Laboratoriet för den statliga geologiska undersökningen av keramik genomförde ett antal tester under 1937 och 1938 med hjälp av vulkanisk aska i keramiska glasyrer och kroppar, och arbetet sammanfattades kortfattat av Plummer (1939). Före denna tid rapporterades det enda arbete som utförts på keramiska användningsområden av vulkanisk aska i USA av Preston (1935) om användningen av vulkanisk aska i glaspartier. Efter publiceringen av 1939 rapport från Plummer vår uppmärksamhet var kallade till det faktum att liknande arbete hade publicerats i Journal of Kanadensiska Ceramic Society av Worcester (1934)., Worcester använde Kanadensisk vulkanisk aska i keramiska kroppar och glasyrer med resultat som liknar dem som erhållits med Kansas aska i Undersökningslaboratoriet. Ytterligare experiment med Kansas vulkaniska aska glasyrer rapporterades kortfattat av Carey (1948). Under de senaste tre åren har ett antal tester genomförts på vulkaniska askglasyr och keramiska kroppar. Resultaten kommer att publiceras i en geologisk undersökning bulletin vid ett senare tillfälle.
Kansas vulkanisk aska säkringar vid en lägre temperatur än fältspat., Den pyrometriska konekvivalenten för fältspat varierar från kon 4 till kon 10, med ett allmänt genomsnitt av kon 8 till 9 (2240° till 2280° F.). Kansas vulkaniska askprover testade har en pyrometrisk konekvivalent som sträcker sig från kon 06 till kon 4, med ett allmänt genomsnitt i närheten av kon 03 till 01 (1975° till 2030° F.). Denna skillnad i fusionstemperatur ger vulkanisk aska en tydlig ekonomisk fördel, och inom keramikkonst tillåter användningen av de lägre temperaturerna som anses önskvärda.,
keramiska glasyrer
den kemiska sammansättningen av vulkanaska Från Kansas från de olika avlagringarna är anmärkningsvärt likformig, vilket kan observeras från analyserna av 54 prover som ges i Tabell 2. Det är troligt att de variationer som finns beror till stor del på föroreningar som kvarts, kalcit och lera.
vulkanisk aska från en insättning i Lincoln County (LV-1) har använts i stor utsträckning i glasyr-och keramikkroppstester eftersom den är lätt tillgänglig och har en kemisk sammansättning som är ungefär ett genomsnitt av Kansas aska insättningar. Sammansättningen av denna aska ges nedan.,
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., På grund av det faktum att den vulkaniska askan har ett högre förhållande kiseldioxid till aluminiumoxid och RO-Gruppen är det inte möjligt att ersätta en lika stor vikt vulkanisk aska för fältspat. Ungefär 100 viktdelar av vulkanisk aska kan ersättas med 70 delar fältspat och 30 delar potters flint. En mer exakt metod för substitution ges i Tabell 5. Denna tabell är baserad på molekylära förhållanden av oxider i båda materialen, och kräver att man tar ut fältspat, flint och vitling och lägger till vulkanisk aska och bolllera.
tabell 5.,– Vulkanisk aska och lera som krävs för en exakt ersättning av fältspat, flint och vitling i glasyrer eller keramiska kroppar. Delar per hundra i total glasyr sats, efter vikt.
De beräkningar som gjorts för Keystone-fältspat, Lincoln County vulkanisk aska (LV-1), och en Kansas bollen lera (O-38-4) som innehåller 64.67 procent silica, 22.38 procent aluminiumoxid, 1.58 procent järnoxid, 1.32 procent titanoxid, till 0,27 procent kalciumoxid, 0.66% magnesium oxid, 1.11 procent kaliumoxid, och ett 0,55 procent natriumoxid. Någon liknande bolllera kan användas., Det kommer att noteras att om totalt 100 procent fältspat, flint och vitling togs ut ur en glasyr eller kropp skulle totalt 103.38 procent vulkanisk aska och lera läggas till som ersättning. Detta beror på det faktum att askan och leran innehåller en högre andel inaktiva ingredienser. Även om sådana höga procentandelar av fältspat eller vulkanisk aska inte används i glasyrer och keramiska kroppar, har vi förberett en användbar glasyr innehållande 95 procent vulkanisk aska., Vanligtvis kommer emellertid andelen aska som ingår i en glasyrparti inte att överstiga 75 procent, och i de flesta fall förbättras inte keramiska kroppar genom tillägg av mer än 25 procent vulkanisk aska.
några vulkaniska askglasyrer av bevisat värde ges nedan som en illustration av det möjliga kompositionsområdet. Följande glasyr mognar inom intervallet av kon 02-1.
glasyren ovan användes med 5 procent kommersiell gul fläck för att producera en bra nyans av gul. Utan fläcken produceras en ogenomskinlig glasyr.,
en mycket enkel glasyr inom intervallet cone 04 till cone 10 har följande sammansättning.
| vulkanisk aska | 70 viktdelar |
| colemanit | 30 viktdelar |
| bentonit | 5 viktdelar |
denna glasyr har en ganska lerig färg på grund av järnoxidinnehållet i den vulkaniska askan. Tillsatsen av 5 procent vitling kommer att förbättra glasyrens genomskinlighet., Om glasyren ska användas som bas för färgade glasyrer kommer tillsatsen av 5 procent av en opacifier som zirkoniumsilikat att producera en varm vit lämplig för detta ändamål.
en rå bly glasyr som har använts mycket framgångsrikt på ett antal typer av kropp inom temperaturområdet av kon 07 till kon 04 ges nedan. Det är troligt att glasyren kan användas över ett mycket längre intervall.
| röd ledning | 35,2 procent |
| vulkanisk aska | 51,4 |
| vitling | 8.,4 |
| zinkoxid | 1.0 |
| Florida kaolin | 4.0 |
en hög temperatur glasyr som har gett utmärkta resultat på en kiselhaltig kropp ges nedan. Denna glasyr användes vid kon 7 och kon 9, men bör användas från kon 6 till 10. Färgade glasyrer kan göras genom att lägga till rätt oxider eller fläckar.
| vulkanisk aska | 39,9 procent |
| vitling | 8.4 |
| magnesiumkarbonat | 7.3 |
| bariumkarbonat | 4.,9 |
| Ball clay (O-38-4) | 28.5 |
| Flint | 10.0 |
vulkaniska askglasyrer används i minst tre grytor i staten och av ett antal skolor. Den främsta fördelen med användningen av vulkanisk aska är den låga kostnaden, även om det finns de extra fördelarna med ett ovanligt långt skjutområde och det faktum att färgerna i vulkaniska askglasyrer är något mjukare än de som erhålls med konventionella material. Kansas potterier tycker också att reklam för användningen av vulkaniska askglasyrer lockar kunder.,
keramiska kroppar
byte av vulkanisk aska i keramiska glasyrer för motsvarande mängder av andra material ger mycket liten skillnad i den slutliga glasyren, även om bränningstemperaturen kan vara något lägre på grund av askens överraskande låga fusionstemperatur. I keramiska kroppar är resultaten dock inte så förutsägbara. Generellt är resultaten mer fördelaktiga än väntat., Ett antal testkroppar med olika typer av leror och skiffer och med varierande mängder vulkanisk aska indikerar att från 7 till 15 procent vulkanisk aska tillägg till en skiffer eller röd bränning lera kropp sänker förglasningstemperaturen, öka bränningsområdet för en mognat kropp, och producera en större styvhet i disken vid den maximala temperaturen., Dessa egenskaper som produceras av vulkanisk aska tillägg tillåter ekonomi i användning av bränsle, och minska förluster i ugnen på grund av de mindre kritiska temperaturintervall krav och förmågan hos disken att stå upp under sin egen vikt vid de maximala temperaturer som uppnås i ugnen. Inte alla leror och skiffer reagerar med lika gynnsamma resultat. Vissa material gynnas endast genom att bränningstemperaturen reduceras. Fördelarna med vulkanisk aska tillägg till avloppsrör kroppar har fått stor uppmärksamhet., En grupp av lera anläggningsoperatörer sponsrade ett projekt vid Engineering Experiment Station vid Ohio State University för att testa värdet av tillägg av vulkanisk aska till avloppsrör organ. J. O. Everhart, forskningsprofessor som ansvarar för detta projekt, rapporterade till oss att bestämda fördelar erhölls genom användning av vulkanisk aska., I ett brev som åtföljer rapporten sammanfattar Everhart effekterna av vulkanisk aska enligt följande: ”Det verkar ha en något stabiliserande inverkan på blandningen som vi lagt till den, och kan vara av stort värde för användning i lokala lera och skifferblandningar med en kort skjutbana. Vi tillskriver detta inflytande till det faktum att det bildar ett mycket visköst glas som förblir så över ett långt temperaturområde.”F. K. Pence (personlig kommunikation) vid University of Texas rapporterar att mycket fördelaktiga resultat realiseras från användningen av vulkanisk aska i en avloppsrörskropp i en Texas-anläggning.,
något liknande resultat erhålls med tillägg av vulkanisk aska till keramik eller vitvaror, men i detta fall mörkas kroppens avfyrade färg något av askens järninnehåll. Användningen av vulkanisk aska i mängder som sträcker sig från 10 till 25 procent sänker den bränningstemperatur som krävs, eller för att titta på frågan från en annan vinkel, gör det möjligt för art potter vars maximala temperatur är begränsad för att producera hårdeldade ware som inte läcker eller vurm. I allmänhet förbättras gjutningsegenskaperna hos keramikkroppar med tillsats av vulkanisk aska., Detta beror till stor del på partiklarnas storlek och form. Minst en keramik i Kansas använder vulkanisk aska med Kansas lera i gjutkroppen och producerar en förglasad ware vid cone 4.
Glas och Glasamaljer
vulkanisk aska har samma funktion i glas och i glasamaljer som i keramiska glasyrer. På grund av järnoxiden på cirka 1,5 procent är användningen av vulkanisk aska i dessa produkter begränsad. Vulkanisk aska har allvarligt ansetts vara en ingrediens i fiberglaspartier och i skumglas där den lilla mörkningen av färg är av mindre betydelse., Om det används vid framställning av fiberglas måste problemet med att förhindra sönderdelning av platina dör av det järn som finns i askan lösas.
laboratorieförsök med vulkanisk aska som ingrediens i glaskroppen emalj gjordes av en av de största tillverkarna av sanitetsartiklar. Laboratoriet rapporterade att de krämfärgade och elfenbenfärgade emaljerna som producerades med tillägg av vulkanisk aska var något överlägsen de som producerades med fältspat, men att på grund av avståndet skulle askan behöva skickas till sina växter skulle ingen besparing i kostnad realiseras.,
lätta aggregat och cellblock
Oklahoma Geological Survey har undersökt möjligheten att producera cellprodukter som liknar Foamglas och ett extremt lätt aggregat bestående av uppblåsta enskilda partiklar av vulkanisk aska (Burwell, 1949). Den cellulära produkten producerades genom uppvärmning av vulkanisk aska till hög temperatur i eldfasta formar. Den resulterande produkten, som namngavs” pumicell ” av Oklahoma-undersökningen, är ett glas som innehåller små bortkopplade celler av luft. Den har högt isolerande värde och kan sågas eller spikas., Bulkdensiteten hos produkten varierar från 45 till 90 pounds per kubikfot jämfört med en sann specifik vikt av 2.34 till 2.48, vilket motsvarar en densitet av 146 till 155 pounds per kubikfot. Volymen av slutna celler i produkten var så mycket som 56,8 procent av den totala.
experimentell uppblåsthet av Kansas vulkanisk aska i laboratoriet för State Geological Survey of Kansas indikerar att Kansas ash har samma uppblåsthet egenskaper som Oklahoma-materialet.,
det lättviktsaggregat som produceras i laboratoriet för Oklahoma Geological Survey liknar expanderad perlit, även om metoden som används för att ” pop ” den vulkaniska askan inte var densamma som den som användes för att expandera perlit. Den vulkaniska askan utvidgades genom att införa en ström av vulkanisk aska i luftintaget av en gasbrännare av inspiratortyp. Produkten består av glasartade pärlor som innehåller en eller flera bubblor. Bulk specifik vikt av” poppade ” vulkanisk aska varierar från 0,22 till 0,088, vilket motsvarar en bulkdensitet som sträcker sig från 5,5 till 13,7 pounds per kubikfot., Produkter gjorda av detta material isoleras mot överföring av värme, ljud och El. Den kan användas i akustiska och isolerande plåster, väggbräda, lätta block och plattor.
State Geological Survey of Kansas har kunnat producera en liknande expanderad eller ”popped” produkt från Kansas vulkanisk aska av pleistocen ålder. Försök att producera en liknande produkt från Pliocenaska lyckades inte. Ytterligare tester planeras, och resultaten kommer att publiceras i en Undersökningsbulletin 1952.,
en expanderad vulkanisk aska produkt som liknar perlit produceras på Hutchinson, Kansas, under handelsnamnet Mira-Colite. Den metod som används för framställning av detta material är inte känd i detalj.
betong
för cirka 1800 år sedan gjorde romarna en cement bestående av två volymprodelar vulkanisk aska och en del släckt kalk. Seaworks konstruerade med denna pozzolancement används idag. Den romerska eller pozzolanska cementen är extremt långsam inställning om den är gjord med släckt kalk. För att undvika denna stötande funktion är moderna pozzolaniska cement gjorda med Portlandcement., Cement av denna typ är av särskilt intresse eftersom de motstår sönderdelning av havsvatten och i vissa fall minimerar reaktionen hos vissa typer av kiselhaltiga aggregat med de alkalier som finns i Portlandcement. Vulkanisk aska, förutom dess naturliga cementegenskaper, tjänar syftet med ett fint aggregat som fyller tomrummen mellan det fina sandaggregatet och cementet. I betong gjord med vulkanisk aska så mycket som 50 procent av cementet kan ersättas av askan, även om en mindre andel vanligen används.
Enligt Barr (1949, s., 752) den huvudsakliga användningen av vulkanisk aska (pumicit) är för betongaggregat och dess användning som blandning i cement för betong uppnår ökande betydelse. År 1945 producerades nästan lika stora mängder vulkanisk aska och pimpsten för användning i slipmedel och i betong. År 1947 användes 4,5 gånger så mycket av samma material i betong som användes för slipmedel.,
Diverse användningsområden
vulkanisk aska används som huvudingrediens i vissa svepande föreningar, som isolering i förpackningsvatten och ångrör, släpande pannor och som en lös fyllningsisolering i väggar och tak. Det används också som fyllmedel eller utspädningsmedel i färg och som bärare för insekticider. Vulkanisk aska har använts för rening och förtydligande av oljor genom filtrering. Det är troligt att delvis förändrad vulkanaska används för det senare ändamålet.,
under de senaste åren har state Highway Department producerat stora mängder vulkanisk aska från minst åtta gropar i Kansas. Detta används till stor del för topp dressing på” black top ” eller bituminösa matt vägar. Det är troligt att i Kansas används mer aska för detta ändamål än i något annat tillstånd.