Vermiculiet: Eigenschappen, Productie en Toepassingen

Achtergrond

Vermiculiet is een groep gehydrateerde gelaagde magnesium-aluminium-ijzer silicaten die uitdijen tot lange, wormachtige strengen wanneer verwarmd. Deze uitdijning, bekend als exfoliatie, produceert een materiaal met uitzonderlijk lage dichtheid en thermische geleiding. Deze eigenschappen maken geëxpandeerd vermiculiet waardevol als licht bouwagregaat, thermische isolatievuller, grondverbeterder en chemisch absorptiemiddel. Wanneer gemalen tot fijn poeder, dient het als vulstof in inkt, verf, kunststoffen en andere producten.

Geschiedenis

Thomas H. Webb documenteerde vermiculiet's unieke eigenschappen eerst in 1824, noterend het wormachtige uiterlijk bij verwarmen. Het mineraal bleef een wetenschappelijke curiositeit tot de vroege 20e eeuw, toen praktische toepassingen commerciële interesse wekten. De eerste mijnbouwonderneming begon in 1915 in Colorado, maar sloot kort daarna. Succes kwam in 1923 toen de Zonolite Company een mijn in Libby, Montana opende, opererend tot 1990. Vandaag is de grootste vermiculiet-activiteit ter wereld in het Phalaborwa-district van Zuid-Afrika. Andere grote producenten zijn de Verenigde Staten, China, Rusland, Brazilië, Japan, Zimbabwe en Australië.

In 1999 exploiteerde de Verenigde Staten drie actieve mijnen – twee in Zuid-Carolina en één in Virginia – die geconcentreerde ert naar exfoliatie-installaties landelijk verzonden. Deze faciliteiten importeerden ook ongeveer 77.000 ton (70.000 ton) geconcentreerd vermiculiet uit Zuid-Afrika.

Grondstoffen

Vermiculiet's kenmerkende eigenschappen voortvloeien uit de gelaagde kristalstructuur en interne waterinhoud. De lagen scharnieren als een accordeon; wanneer verwarmd, verdampt het opgesloten water tot stoom, wat de lagen uiteen dwingt. Commerciële vermiculiet wordt typisch ontdoken uit rotsen rijk aan biotiet en ijzerhoudende flogopiet. Verwittering van deze rotsen stelt waterinfiltratie en chemische reacties toe die vermiculiet produceren.

Een typische commerciële vermiculiet samenstelling is 38-46% siliciumdioxide (SiO₂), 16-35% magnesiumoxide (MgO), 10-16% aluminiumoxide (Al₂O₃), en 8-16% water, met kleinere hoeveelheden andere oxiden. Wanneer geëxpandeerd, zijn de granullen goudbruin en hebben een bulkdichtheid van 64-160 kg/m³, afhankelijk van deeltjesgrootte.

Het Productieproces

Mijnbouw

• Rotsen worden uitgegraven uit open-groef mijnen. Overburden wordt verwijderd met schoppen of schrapers, en rotslagen worden geboord en ontplofte met explosieven.
• De resulterende ert wordt per vrachtwagon of per trein naar een verwerkingsfaciliteit getransporteerd.

Concentreren

• Ert wordt gekneusd en gezeefd om de grootte te reduceren, daarna gescheiden van omringend materiaal via schuimflotatie, zwaartekrachtscheiding, winnowing, of elektrostatische methoden, wat ongeveer 90% zuivere vermiculietvlokken oplevert.
• Vlokken uit verschillende secties kunnen gemengd worden om uniforme kwaliteit te garanderen.

Klassificeren

• Vlokken worden op grootte gesorteerd met zeven of een gesloten lucht-tunnel. Zwaardere, grotere vlokken vallen eerst uit; het proces kan graden produceren van 16 mm tot 0,8 mm.
• Grote vlokken kunnen licht gekneusd worden (debooking) om exfoliatie te versnellen.
• Gesorteerde vlokken worden in bulkcontainers verpakt voor transport naar exfoliatie-installaties.

Exfoliëren

• Vlokken worden opgeslagen in gedekte faciliteiten om ze droog te houden. Vochtabsorptie zou de benodigde energie voor expansie verhogen.
• Ze worden op transportbanden geladen en in een 6-7,6 meter verticale oven met keramische stenen gedropt. Aardgasbrander verhogen de temperatuur tot 540-810°C, wat het interne water doet verdampen en de vlokken uitdijen tot wormachtige deeltjes.
• Deeltjes glijden een hellende tol af, wat verdere verwarming toestaat voor volledige expansie.

Classificeren

• Heet geëxpandeerd vermiculiet wordt omhoog getrokken door vacuüm. Zwaardere verontreinigingen vallen uit, terwijl fijn deeltjes door de luchtstroom gekoeld worden.
• Als een specifieke deeltjesgrootte vereist is, kan het vermiculiet gemalen en gezeefd worden.
• Geclassificeerde granullen worden in hoppers opgeslagen en vervolgens verpakt in 0,10-0,15 m³ papier of plastic zakken voor detailhandel, of 1,3 m³ zakken voor commercieel gebruik. Zakken worden geseald, gelabeld, en vanuit magazijnen verzonden.

Gezondheidsaspecten

Vermiculiet-ert kan mica, kwarts, veldspaat, en in sommige afzettingen, sporen asbest bevatten. Deze constituenten worden gereguleerd onder Material Safety Data Sheets (MSDS). Het meest significante beroepsrisico is kristallijne silica (kwarts). Fijn kwartsstof kan silicose veroorzaken, dus stofcontrole en persoonlijke beschermingsmiddelen zijn verplicht tijdens malen en zeefoperaties. Consumentenblootstelling aan silica-stof van afgeronde vermiculiet-producten is verwaarloosbaar en vormt geen gezondheidsrisico.

Grote producenten certifiëren dat ertlichamen gebruikt in hun operaties geen asbestrisico vormen wanneer verwerkt volgens MSDS-richtlijnen. Een EPA-rapport in 2000 concludeerde dat vermiculiet verkocht als grondverbeterder weinig of geen asbestrisico aan consumenten vormt.

De Toekomst

Ondanks de beschikbaarheid van alternatieve materialen, houdt vermiculiet's ultra-lage dichtheid en thermische geleiding het competitief in vele markten. Mondiale reserves worden geschat op ruwweg 50 miljoen ton. Voortdurende innovatie in verwerking en toepassing zal de relevantie behouden.