バーミキュライト

背景

バーミキュライトという用語は、加熱されると長い虫のようなストランドに膨張する能力を特徴とする鉱物のグループに適用されます。この拡張プロセスは、剥離と呼ばれます。バーミキュライトという名前は、ラテン語の vermiculare の組み合わせに由来しています。「ワームを繁殖させる」という意味で、英語の接尾辞-iteは鉱物または岩を意味します。膨張した形のバーミキュライトは、密度と熱伝導率が非常に低いため、土壌改良剤、軽量構造骨材、および断熱フィラーとしての使用に魅力的です。膨張したバーミキュライトはまた、化学的に活性な表面積が非常に大きいため、一部の化学プロセスで吸収剤として有用です。バーミキュライトを微粉末に粉砕すると、インク、塗料、プラスチックなどの材料の充填剤として使用されます。

歴史

バーミキュライトとその独特の特性は、マサチューセッツ州ウースターでトーマスH.ウェッブが実験した1824年に知られていました。長い糸が小さな虫の塊のように見えると思ったので、鉱物にその空想的な名前を付けたのはウェッブでした。バーミキュライトは、より実用的な用途が求められる1900年代初頭まで、科学的な好奇心に過ぎないと見なされていました。最初の商業採掘の取り組みは、1915年にコロラドで行われました。材料は桐灰として販売されましたが、十分な購入者が見つからず、ベンチャーは失敗しました。最初に成功したバーミキュライト鉱山は、1923年にモンタナ州リビーのZonoliteCompanyによって開始されました。鉱山は1990年まで操業を続けました。

世界最大のバーミキュライト採掘事業は、南アフリカ共和国のファラボルワ（パラボラと呼ばれることもあります）地区にあります。大量のバーミキュライトを生産している他の国には、米国、中国、ロシア、ブラジル、日本、ジンバブエ、オーストラリアが含まれます。

1999年には、米国で3つの活発なバーミキュライト採掘事業がありました。2つはサウスカロライナ州、1つはバージニア州で、濃縮バーミキュライト鉱石を全国の剥離プラントに出荷しました。これらのプラントは、国内の採掘事業からの濃縮バーミキュライトを使用することに加えて、外国の供給源、主に南アフリカから約77,000トン（70,000メートルトン）の濃縮バーミキュライトも輸入しました。

原材料

技術的には、バーミキュライトは、雲母に似た、水和した層状のマグネシウム-アルミニウム-鉄のケイ酸塩の大きなグループを含みます。バーミキュライトのユニークな特性には2つの鍵があります。 1つ目は、層状（または層状）の結晶構造であり、アコーディオンのように材料を直線的に拡張または展開させるヒンジ付きプレートを提供します。 2つ目は、閉じ込められた水が含まれているという事実です。この水は、加熱されると蒸気にフラッシュして、層を強制的に開きます。自然界に存在するバーミキュライトの鉱物や土壌は非常に多く、それらを特定するには高度な科学的分析が必要になることがよくあります。

バーミキュライトの最も一般的な形態の1つは、一般に市販のバーミキュライトとして知られています。これは、さまざまな最終用途のためにマイニングおよび処理されるフォームです。黒雲母と鉄含有金雲母の鉱物の大きな結晶を含む岩石に由来します。これらの岩石は天候にさらされると分解し始め、水が入り、存在するさまざまな化学物質と反応します。分解と化学反応が進むと、バーミキュライトが形成されます。

市販のバーミキュライトの典型的な化学分析では、38〜46％の酸化ケイ素（SiO ₂ ）、16〜35％の酸化マグネシウム（MgO）、10〜16％の酸化アルミニウム（Al ₂ O ₃ ）、8〜16％の水、および少量の他の化学物質。

市販のバーミキュライトフレークを加熱して膨張させると、存在する化学物質と炉の温度に応じて色が変化します。得られた発泡バーミキュライト顆粒は、通常、顆粒のサイズに応じて、かさ密度が約4〜10 lb / cu ft（64〜160 kg / cu m）の金褐色になります。

製造プロセス

市販の発泡バーミキュライトを製造するために使用される製造プロセスは、2つの別々の操作で構成されています。生のバーミキュライトフレークを生成する採掘および濃縮作業は、1か所で行われます。他の製品で使用するためにさまざまなサイズの軽量で膨張したバーミキュライト顆粒を生成する剥離および分類操作は、別の場所で実行されます。これらの2つの場所は、世界の半分離れている場合があります。

これらの操作の両方で使用される多くの異なる方法があります。正確な方法は、鉱山ごと、植物ごとに異なります。これは、市販の発泡バーミキュライトを製造するために使用される典型的な製造プロセスです。

マイニング

lバーミキュライトを含む岩石は、地面の巨大な露天掘りから掘り出されます。表土と呼ばれる岩の上の土は、パワーショベルまたはアーススクレーパーで除去されます。次に、露出した岩層を大型の空気圧ドリルまたは油圧ドリルで掘削し、穴を爆薬で埋めます。すべての人員と装備がエリア外に移動すると、爆発物が爆発します。
2できあがった緩い岩の山は、パワーショベルですくい上げられ、トラックや電車の車に捨てられ、近くの加工工場に運ばれます。

集中

3岩は、サイズを小さくするために一連の破砕機とスクリーンを介して供給されます。バーミキュライトは、特定の採掘作業や地域の環境規制に応じて、さまざまな湿式または乾式技術を使用して周囲の岩や土から分離されます。これらの技術には、泡浮選、重力分離、ふるい分け、または静電分離が含まれる場合があります。これらの技術のそれぞれにおいて、バーミキュライト自体または他の材料のいずれかがトラップされ、結果として生じるバーミキュライトフレークが重量で約90％純粋になるまで互いに分離されます。
4鉱山のさまざまなセクションから抽出されたバーミキュライトフレークは、製品の均一性を確保するために、さらに処理する前にブレンドすることができます。

グレーディング

5分離されたバーミキュライトフレークはサイズでソートされています。これは、一連のスクリーンを使用して実行することも、長い密閉された風のトンネルで実行することもできます。。風洞では、フレークはトンネルの上流端に供給され、空気の流れによってトンネルの長さに沿って運ばれます。重いフレークは最初に気流から落ち、トンネルの底にあるホッパーに捕らえられます。この重量による分離は、すべてのフレークがホッパーに引っ掛かるまでトンネルの長さにわたって続きます。各ホッパー開口部の長さと空気の速度を制御することにより、フレークは、直径が約0.63インチ（16 mm）から約0.02インチ（0.8 mm）までのさまざまなサイズまたはグレードに分類できます。採掘されている特定のバーミキュライトが大きなフレークを高い割合で形成する傾向がある場合、フレークをわずかに粉砕して層間剥離させ、サイズを小さくすることができます。このプロセスはデブッキングと呼ばれ、剥離プロセス中にフレークをすばやく加熱することができます。
6段階的なバーミキュライトフレークは、さまざまな角質除去に輸送するために、大きなビニール袋またはその他の容器に捨てられます。バーミキュライトの処理を示す図。植物。フレークを海外の工場に輸送する場合は、輸送のために船倉に大量に積み込まれます。

角質除去

7バーミキュライトフレークは、トラックまたは電車で港または鉱山から剥離プラントに輸送され、汚染物質や天候から保護するために荷降ろしされ、覆われた場所に保管されます。フレークが水分を吸収しないようにすることが重要です。そうしないと、フレークを膨張させるのに必要な温度にフレークを加熱するのにエネルギーがかかりすぎます。
8フレークはコンベヤーベルトに積み込まれ、セラミックレンガで裏打ちされた高さ20〜25フィート（6.1〜7.6 m）の垂直炉の上部に持ち上げられます。フレークが炉の長さ方向に落下すると、フレークは天然ガスによって燃焼される1つまたは複数のバーナーを通過します。。炉内の温度は約1,000〜1,500°F（540〜810°C）に達します。これは、フレークに閉じ込められた水をフラッシュして蒸気にし、フレークをワームのような粒子に膨張させるのに十分です。炉の底で、粒子は傾斜面を滑り落ちます。これにより、粒子が炉から出るのが遅れ、バーミキュライトをさらに加熱して完全に膨張させることができます。他の剥離プラントは異なる炉構成を使用する場合がありますが、操作の一般的な順序は似ています。

健康面

バーミキュライト鉱床には、雲母、石英、長石などの他のさまざまな物質も含まれている可能性があります。これらの鉱床は、採掘場所によって異なります。製造工程中に、これらの材料のいくつかは労働者に潜在的な健康被害をもたらす可能性があります。米国および他の多くの国では、これらの危険性は製品安全データシート（MSDS）で定義されており、危険性を特定し、材料の安全な取り扱いと廃棄に関する情報を提供します。

バーミキュライトの処理における最も一般的な健康被害の1つは、結晶性シリカである石英に起因します。通常、大きな粒子としてのみ存在しますが、細かい粒子に粉砕されると、ほこりが吸い込まれ、珪肺症と呼ばれる肺疾患を引き起こす可能性があります。その結果、厳格な粉塵管理と個人保護対策が、材料が粉砕され、ふるいにかけられ、袋詰めされるバーミキュライト処理作業の領域に組み込まれています。消費者レベルでは、シリカ粉塵への曝露はごくわずかであり、健康に害を及ぼすことはありません。

一部のバーミキュライト鉱床では、一定量のさまざまな形態のアスベストが存在する場合もあります。主要なバーミキュライト生産者が現在使用している鉱体はいずれも、該当するMSDSに従って材料を処理する場合、労働者にアスベストの健康リスクをもたらすことはありません。 2000年8月、米国環境保護庁（EPA）は、土壌改良剤として販売されたバーミキュライトに関するレポートを発行しました。報告書では、アスベストによる消費者へのリスクはほとんどまたはまったくないと結論付けました。

未来

バーミキュライトの代わりに使用できる材料は他にもいくつかありますが、バーミキュライトの密度と熱伝導率が非常に低いため、多くの用途で魅力的です。 1999年には、世界に約5,500万トン（5,000万メートルトン）のバーミキュライト埋蔵量があると推定されました。

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