纖維用玄武巖礦特性對(duì)其可紡性及纖維性能的影響研究

徐小明，何曼如，張旭平，張玉法，查秉弘

(四川省煤田地質(zhì)局地測隊(duì)纖維用玄武巖研究所，四川成都 610072)

連續(xù)玄武巖纖維是以玄武巖為唯一原料，無需其他添加劑、經(jīng)高溫熔化后快速拉制而成的纖維。該纖維具有礦產(chǎn)資源豐富、生產(chǎn)過程環(huán)保、產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，其產(chǎn)品在國防軍工、交通建設(shè)、高鐵運(yùn)輸、防火隔熱、汽車制造、電力與新能源、海洋海事工程等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。

針對(duì)目前連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)中礦石原料在可紡性及纖維性能方面存在的問題，作者及其單位同仁對(duì)連續(xù)纖維用玄武巖礦石組構(gòu)、礦物組分與化學(xué)成分開展了多年研究，并取得了一定的成果。為了更進(jìn)一步了解連續(xù)玄武巖纖維礦石組構(gòu)、礦物與化學(xué)成分與纖維可紡性和力學(xué)性能之間的一般性規(guī)律，作者將不同礦點(diǎn)礦石在四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行拉絲試驗(yàn)，對(duì)所得的纖維進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比研究，取得了較滿意的結(jié)果，同時(shí)為建立纖維用玄武巖礦石的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)奠定了一定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

礦點(diǎn)礦石：重點(diǎn)靶區(qū)玄武巖礦石[2](編號(hào)為HGX-1、TX-1、LZS-1、GLH-1、MZC-I、TX-4)、非靶區(qū)輝綠巖礦石(編號(hào)為CJG-1、CJG-2)。采樣方式為采用挖掘機(jī)在各纖維用玄武巖礦靶區(qū)礦帶以及非靶區(qū)的輝綠巖出露帶上選擇風(fēng)化程度較弱的礦體或巖石露頭予以機(jī)械開挖并撿塊分選，單個(gè)試樣原石質(zhì)量為28～30 t，以確保加工后合格骨料單個(gè)試樣質(zhì)量大于5 t，滿足5 d以上的生產(chǎn)試驗(yàn)的周期要求。

1.2 設(shè)備與儀器

PE600×900顎式破碎機(jī)：世邦工業(yè)科技集團(tuán)股份有限公司制；HST160H圓錐破碎機(jī)：河南黎明重工科技股份有限公司制；PE400顎式細(xì)碎機(jī)：山東聯(lián)邦重工有限公司制；3KY3675 YK-振動(dòng)式分選篩：成都大宏立機(jī)器股份有限公司制； TX400-19#拉絲機(jī)：四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司制；300型標(biāo)準(zhǔn)篩：上海多陽機(jī)電設(shè)備有限公司制；CMT5105-100KW電子萬能試驗(yàn)機(jī)：深圳萬測試驗(yàn)設(shè)備有限公司制；RHEOTRONIⅡ型高溫黏度儀：上海智珀電子科技發(fā)展有限公司制；JY-DZ7693高溫差熱分析儀：上海菁儀化工材料有限公司制；Labsys Evo-DSC型高溫差式掃描量熱(DSC)儀：法國塞塔拉姆公司制；高溫顯微鏡、材料高溫物性測定儀：湘潭湘儀儀器有限公司制；徠卡(Leica)S3高端專業(yè)數(shù)碼單反照相機(jī)：德國Leica公司制。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料粉碎與加工

按照四川省《連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)原料技術(shù)規(guī)范》要求(見表1)對(duì)礦石試樣進(jìn)行加工。

表1 玄武巖纖維原料粒徑要求指標(biāo)Tab.1 Grain size index requirement of basalt fiber raw material

顆粒料粉碎加工程序?yàn)椋荷a(chǎn)線殘?jiān)謇怼a(chǎn)線高壓水槍清洗→加料粗破(鄂式破碎機(jī))→中破(圓錐式破碎機(jī))→細(xì)破(圓錐式破碎機(jī))→篩分(振動(dòng)篩)→裝袋→清洗→晾曬→粒徑檢測(合格后)→烘干→生產(chǎn)(試驗(yàn))備用。

1.3.2 拉絲工藝

玄武巖纖維是以優(yōu)質(zhì)的纖維用玄武巖石料經(jīng)1 450～1 500 ℃高溫熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的[3]。目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)還是以前蘇聯(lián)的玄武巖生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化熔融方式(電熔、燃?xì)?、電氣相結(jié)合)的坩堝爐生產(chǎn)玄武巖纖維。隨著技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，玄武巖纖維池窯生產(chǎn)技術(shù)也逐漸成型[4]。其工藝流程如圖1所示。

圖1 玄武巖纖維生產(chǎn)工藝流程示意Fig.1 Process flow chart of basalt fiber production1—料倉；2—給料器；3—提升輸送機(jī)；4—定量下料器；5—天然氣噴嘴；6—原料初級(jí)熔化帶；7—二級(jí)熔制帶(前爐)；8—拉絲漏板；9—施加浸潤劑；10—集束器；11—纖維張緊器；12—自動(dòng)卷取器

1.4 分析與測試

粒徑及粒徑分布：選用篩網(wǎng)孔徑4.75，13.2，16 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，篩孔從小到大重疊放置于篩底上，稱取2 kg左右礦石試樣粒料于最上層篩網(wǎng)，蓋上蓋子開啟振動(dòng)；至振動(dòng)篩網(wǎng)每層不再有顆粒下漏后關(guān)閉振動(dòng)；稱量每層篩網(wǎng)上余量及篩底顆粒質(zhì)量，分別除以總重，即得到篩余量及每個(gè)粒徑區(qū)間質(zhì)量分布。

熔融溫度(Tm)：在玄武巖拉絲過程中，玄武巖開始發(fā)生變化時(shí)的溫度為初始液相溫度，Tm則以半球點(diǎn)溫度進(jìn)行表征(這時(shí)玄武巖熔體雖然處于黏性流動(dòng)狀態(tài)，但不至于流淌)，依據(jù)連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)工藝[5]的相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)進(jìn)行測定。礦石試樣以20 ℃/min的速率從室溫升到1 050 ℃，然后以10 ℃/min的速率從1 050 ℃升高到1 500 ℃。通過高溫顯微鏡、材料高溫物性測定儀獲得礦石試樣在熔化過程中各階段的照片和相應(yīng)的溫度。

析晶上限溫度(TL)：采用DSC儀進(jìn)行測試。礦石試樣以10 ℃/min的升溫速率從室溫加熱到1 400 ℃，然后自然冷卻，得到DSC曲線，由DSC曲線根據(jù)試樣的吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)可判斷礦石在熔化過程中的晶體熔化、結(jié)晶等過程及其Tm和結(jié)晶溫度及TL。

纖維成絲率：玄武巖纖維成絲率是指礦石原料經(jīng)過熔融及拉絲工藝轉(zhuǎn)化成纖維原絲的比例，即在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)拉制形成的纖維干基比上消耗的原料。纖維成絲率能直觀反映玄武巖礦石原料成纖的穩(wěn)定性。

基本化學(xué)成分：按照GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法》中第3，4，5，6，7，8，11部分檢測方法進(jìn)行測定。

酸度系數(shù)(Mk)：根據(jù)GB/T 5480—2008《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》進(jìn)行測定。

纖維線密度：按照GB/T 7690.1—2013《增強(qiáng)材料 紗線試驗(yàn)方法第1部分：線密度的測定方法》進(jìn)行測定。

纖維斷裂強(qiáng)度：按照GB/T 7690.3—2013《增強(qiáng)材料紗線試驗(yàn)方法第3部分：玻璃纖維斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長的測定》進(jìn)行測定。

黏溫曲線：采用高溫黏度儀，在一定溫度下通過其浸入被測熔體中的轉(zhuǎn)子的持續(xù)旋轉(zhuǎn)形成的扭矩來測量黏度(η)值，得到黏溫曲線。

滿桶作業(yè)率：滿筒紗是指纖維生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的單筒紗達(dá)到設(shè)定的質(zhì)量(時(shí)間)的原絲筒；滿桶率是指統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)滿筒紗的個(gè)數(shù)除以總原絲餅的個(gè)數(shù)，滿桶率能直觀反映纖維生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

纖維外觀：使用徠卡(Leica)S3高端專業(yè)數(shù)碼單反照相機(jī)拍照留存。

燒失量(LOI)：按照GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析方法》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料加工后的粒徑

經(jīng)抽樣篩分，8個(gè)礦點(diǎn)礦石骨料試樣粒徑見表2。由表2可看出，8個(gè)礦石試樣的粒徑均滿足表1要求。

表2 礦石骨料抽樣篩分檢測結(jié)果Tab.2 Test results of ore aggregate sampling and screening

2.2 原料巖石學(xué)特征與黏溫特性

2.2.1 原料巖石學(xué)特征

8個(gè)礦點(diǎn)礦石試樣的巖石學(xué)特征如表3和表4所示。

表3 礦石試樣的巖性特征Tab.3 Lithologic characteristics of ore samples

表4 礦石試樣的化學(xué)成分Tab.4 Chemical composition of ore samples

由表3和表4可見，本試驗(yàn)的8個(gè)礦點(diǎn)試樣為6個(gè)玄武巖和2個(gè)輝綠巖。其中，玄武巖為致密或斜斑玄武巖，青灰或灰色，均具斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，礦物組分主要由斜長石與普通輝石組成，含少量的金屬、石英、杏仁體及綠泥石、綠簾石等蝕變礦物，晶質(zhì)類型為半晶質(zhì)或斑狀玄武巖；輝綠巖為灰綠色，變晶或柱粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，礦物組分主要由斜長石與普通角閃石組成，含少量金屬、石英、黑云母及榍石、綠簾石、鈉黝簾石等蝕變礦物，晶質(zhì)類型為全晶質(zhì)。8個(gè)礦點(diǎn)礦石原料的基本化學(xué)成分相對(duì)穩(wěn)定，SiO2骨架元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)除CJG-1較高外，其余7個(gè)試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為48%～52%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.64%～15.75%，總鐵(Fe2O3+FeO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于14%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.58%～6.93%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.48%～9.29%，Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.67%～4.27%，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11%～2.06%，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.82%～4.43%，LOI為2.33%～3.94%。除CJG-1 試樣 SiO2含量略有超標(biāo)，其余試樣的巖石學(xué)特征均滿足纖維用玄武巖礦石特征初步評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 黏溫特性

玄武巖熔體η是影響拉絲過程穩(wěn)定和纖維生產(chǎn)的重要工藝參數(shù)[6]，η對(duì)應(yīng)的溫度如表5所示。

表5 熔液的特征η所對(duì)應(yīng)的溫度Tab.5 Temperature corresponding to characteristic η of melt

連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)包括熔融液的熔制和澄清、纖維制品的成形和退火等，都與η有關(guān)。因此掌握η的變化規(guī)律對(duì)控制生產(chǎn)、提高產(chǎn)量和質(zhì)量是有利的。

(1)熔體的熔制

如表5所示，熔融液的熔制、均化和澄清溫度對(duì)應(yīng)的η值為102Pa·s。在玄武巖熔制過程中，難熔組分將最后進(jìn)入熔體，其熔解、擴(kuò)散關(guān)系到整個(gè)熔制過程的速度，之后的澄清、均化等過程也與熔體的η有關(guān)。此過程η對(duì)應(yīng)的溫度越高，玄武巖其熔制、均化和澄清的難度就會(huì)越大。

(2)纖維成形

纖維成形需要的η對(duì)應(yīng)的溫度(Tw)實(shí)際上是一個(gè)區(qū)域，其溫度范圍視拉絲工藝不同而不同。在對(duì)纖維成形時(shí)漏嘴下的絲根進(jìn)行強(qiáng)制冷卻時(shí)，溫度范圍對(duì)應(yīng)于η為102.5～103Pa·s；不采用強(qiáng)制冷卻時(shí)，對(duì)應(yīng)于η為103.2～103.6Pa·s。目前絕大部分纖維生產(chǎn)均對(duì)絲根采取強(qiáng)制冷卻。

連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)要求拉絲Tw較低，這樣能在較低的溫度下成形纖維，從而減少能耗，改善作業(yè)環(huán)境，降低鉑金漏板的使用溫度，延長鉑金漏板的使用壽命。理論上，拉絲Tw要比TL至少高40～50 ℃(即Tw與TL之差(Tw-TL)大于40～50 ℃)，否則，拉絲過程中有可能產(chǎn)生晶體而影響拉絲作業(yè)。若熔體特征難以滿足上述要求，則在拉絲工藝上需采用特別措施。

η還影響到從液態(tài)絲根變成玄武巖纖維的拉伸過程。玄武巖纖維成形過程要求熔融液的η隨著溫度變化的幅度值較大為好。

由圖2可看出，8個(gè)礦點(diǎn)試樣的Tm由低到高依次為CJG-2、CJG-1、 MZC-1、HGX-1、 TX-4、 GLH-1、 TX-1、 LZS-1。結(jié)合表3礦物的組分及含量可以發(fā)現(xiàn)：Tm與礦物的主要組分(斜長石與輝石)及含量有關(guān)；斜長石與輝石的總含量越高，熔體的均質(zhì)性越好，越適宜于纖維生產(chǎn)，進(jìn)一步說明了玄武巖所含的各類礦物的Tm越接近， 礦石的可紡性越好。

1—TX-1;2—LZS-1;3—MZC-1;4—HGX-1;5—TX-4;6—GLH-1

1—CJG-1;2—CJG-2

另外，根據(jù)玄武巖纖維的生產(chǎn)情況發(fā)現(xiàn)，熔融、均化溫度越高，熔體越難熔，越不易達(dá)到均化，對(duì)熔制和均化的要求即越高。

玄武巖纖維成形對(duì)熔體的作業(yè)黏度有嚴(yán)格要求，其作業(yè)黏度范圍對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間越窄，其硬化速度越快，越容易成形，而作業(yè)黏度范圍越窄，Tw越難控制。玄武巖熔體本身析晶性能較強(qiáng)，當(dāng)析晶區(qū)間和作業(yè)區(qū)間溫度差(Tw-TL)較小時(shí)，纖維將很難成形，如GLH-1。反之依然，如TX-4，析晶區(qū)間與作業(yè)區(qū)間溫度有重疊，但其Tw有部分高于TL，則可在高于TL的作業(yè)溫度區(qū)間進(jìn)行拉絲作業(yè)。

2.3 可紡性

玄武巖的可紡性反映玄武巖的成纖性能，玄武巖能夠形成纖維，并能穩(wěn)定生產(chǎn)，才能作為纖維原料。玄武巖的可紡性可通過Tm、TL、Tw、Tw-TL、Mk、成絲率、滿桶作業(yè)率等相關(guān)指標(biāo)予以體現(xiàn)。Tm越高說明該礦石越難熔，Tw-TL越大，析晶的可能性越小。

從表6可知：試樣HGX-1、TX-1、LZS-1和TX-4基本滿足條件，故這幾組玄武巖礦有一定的可紡性；MZC-1和GLH-1的Tw-TL為負(fù)，說明作業(yè)溫度與析晶區(qū)間溫度重疊，析晶可能性大，試驗(yàn)中通過加強(qiáng)絲根冷卻，增強(qiáng)絲根的冷卻速度，強(qiáng)制升高Tw，也可成纖，但穩(wěn)定性不高；CJG-2和CJG-1作業(yè)區(qū)間和析晶區(qū)間溫度重疊，且其初晶相在該區(qū)域生產(chǎn)速度很快，雖升高了Tw，加強(qiáng)了絲根冷卻，但仍難以成纖。

表6 礦石試樣的可紡性Tab.6 Spinnability of ore samples

2.4 纖維性能

CJG-1試樣由于骨架氧化物的含量過高，致使其Tm過大(Tm大于1 460 ℃)，在現(xiàn)有的工藝條件下該試樣難以加熱至完全熔融的狀態(tài)或者熔融后熔融液的η過大，因此不能進(jìn)行連續(xù)玄武巖纖維的拉絲生產(chǎn)；HGX-1、TX-1、LZS-1、GLH-1、MZC-I、TX-4、CJG-2試樣制得的纖維外觀如圖3所示，經(jīng)測試其斷裂強(qiáng)度分別為0.58，0.53，0.59，0.55，0.46，0.53，0.58 N/tex，均達(dá)到GB/T 25045—2010《玄武巖纖維無捻粗紗》的要求。

圖3 礦石試樣制得的玄武巖纖維產(chǎn)品外觀Fig.3 Appearance of basalt fiber products made from ore samples

2.5 原料對(duì)玄武巖纖維可紡性及纖維性能的影響

2.4.1 礦石組構(gòu)對(duì)可紡性的影響

按礦石組構(gòu)，玄武巖可分為致密狀、斜斑狀、杏仁狀、氣孔狀及凝灰質(zhì)玄武巖五類。從8個(gè)礦點(diǎn)礦石試樣拉絲生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，可紡性較好的玄武巖礦石組構(gòu)為：

(1)由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%～85%的顯晶質(zhì)(晶粒為斜長石與少量普通輝石)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～45%的隱晶質(zhì)及少量金屬礦物組成的細(xì)晶致密狀玄武巖，其可紡性較好。

(2)由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%～85%的顯晶質(zhì)(斑晶為斜長石、輝石)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～45%的隱晶質(zhì)(為輝石與斜長石)及少量金屬礦物組成的斜斑狀玄武巖(斑晶粒徑為0.5～13 mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～15%)，其可紡性較好。

(3)杏仁狀玄武巖或杏仁含量較多的玄武巖、氣孔狀玄武巖拉絲性能較差，不適宜利用目前的技術(shù)與工藝生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維[7]。

2.5.2 礦物組分對(duì)可紡性及纖維性能的影響

玄武巖主要礦物組分為輝石、長石、角閃石、石英、黑云母、橄欖石,以及少量的黏土類礦物、碳酸鹽礦物、金屬礦物(黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦等)，經(jīng)風(fēng)化與蝕變或變質(zhì)的玄武巖，可能還含有綠泥石、綠簾石、角閃石、鈉黝簾石、纖閃石、黑云母、榍石、綠鱗石及不透明礦物等。不同的玄武巖礦石，其主要的組成礦物大類基本相同，小類差異較大。同時(shí)次要組成礦物也會(huì)有一定差異[8]。

纖維用玄武巖礦主要礦物組分為含SiO2的硅酸鹽類礦物，如長石、輝石、角閃石(因含氫氧根離子，含量有所控制)類礦物，SiO2的含量決定了玄武巖纖維的強(qiáng)度[9]。偏酸性的火山巖可能會(huì)因SiO2過飽和而含有石英礦物，因石英類礦物最終轉(zhuǎn)化為α-方石英的Tm為1 720 ℃，普遍高于玄武巖礦石中所含的大部分礦物，同時(shí)也高于玄武巖纖維生產(chǎn)1 450 ℃左右的Tm，雖然在共融作用下石英礦物的Tm會(huì)有所下降，但含量過高會(huì)導(dǎo)致巖石的Tm增高，甚至在1 450 ℃左右難以熔化，并可能會(huì)導(dǎo)致熔融液η增大而難以進(jìn)行拉絲生產(chǎn)。因此，優(yōu)質(zhì)的纖維用玄武巖礦一般不含或少含石英類礦物。

堿性玄武巖最大的特點(diǎn)是富堿和SiO2不飽和。在堿性環(huán)境下所形成的巖石可能會(huì)含有橄欖石類礦物，特別是Tm較高的鎂質(zhì)橄欖石與鈣錳質(zhì)橄欖石，因其Tm高于玄武巖纖維的Tm甚多，同樣會(huì)對(duì)纖維的生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響。因而，纖維用玄武巖礦一般為SiO2含量趨近于飽和的拉斑玄武巖類。

風(fēng)化與蝕變或變質(zhì)后的玄武巖可能會(huì)含有綠泥石、綠簾石、角閃石、鈉黝簾石、纖閃石、黑云母、榍石及綠鱗石等變質(zhì)與蝕變礦物，因蝕變或變質(zhì)類礦物的分子結(jié)構(gòu)中均含有氫氧根離子，在高溫熔融的過程中于不同的溫度環(huán)境下易產(chǎn)生脫水，而微小的水氣泡在高η熔融液中難以逸出，致使玄武巖纖維在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生渣球、缺陷或斷絲，同樣為玄武巖纖維產(chǎn)生的有害礦物。

碳酸鹽類礦物在900 ℃左右會(huì)發(fā)生分解，形成CaO、MgO等金屬類氧化物，CaO的Tm為2 600 ℃，MgO的Tm為2 800 ℃，高出玄武巖纖維生產(chǎn)的Tm較多，不適宜于玄武巖纖維生產(chǎn)。

綜上，可紡性較好的玄武巖礦物組分及含量特征如表7所示。

表7 纖維用玄武巖礦物組分及含量特征Tab.7 Mineral composition and content characteristics of basalt ore for fiber

(1)可紡性較好的纖維用玄武巖礦，其巖性一般為青灰色致密玄武巖，其次為青灰色斜斑玄武巖，具有斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造；主要礦物組分為斜長石和普通輝石，風(fēng)化與蝕變或變質(zhì)類、石英類、橄欖石類、碳酸鹽類礦物含量較少。

(2)風(fēng)化與蝕變或變質(zhì)礦物的含量越高，礦石可紡性越差。

(3)玄武巖的礦物組分越復(fù)雜，其可紡性越差。隱晶質(zhì)含量可體現(xiàn)巖漿在冷凝成巖過程中的速率，隱晶質(zhì)的含量越高，說明冷凝速率越快，從而冷凝分選的作用則越弱，導(dǎo)致巖石的礦物成分相對(duì)復(fù)雜。故而，玄武巖原料隱晶質(zhì)含量越高，玄武巖的礦物組分越復(fù)雜，其可紡性越差。

(4)杏仁體含量越多，礦物組分則越復(fù)雜，可紡性越差。

(5)石英類礦物的Tm均較高，因而纖維用玄武巖礦石的石英類礦物含量以少為益。SiO2過飽和的玄武巖，其礦石中石英類礦物的含量越高，其可紡性則越差。

(6)普通輝石與角閃石類礦物經(jīng)常出現(xiàn)替代現(xiàn)象，礦石中輝石與角閃石的替代越強(qiáng)，其可紡性越差。

(7)輝綠巖雖可進(jìn)行連續(xù)玄武巖纖維拉絲，但因其未經(jīng)巖漿溢流和分異冷凝作用，其可紡性一般低于纖維用玄武巖礦石。

2.5.3 玄武巖化學(xué)成分對(duì)可紡性及纖維性能的影響

適宜于連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的玄武巖首先要在Tm范圍內(nèi)(1 450～1 500 ℃)實(shí)現(xiàn)熔融，并確保在成形溫度區(qū)間內(nèi)滿足成形η及相匹配的表面張力，即要求纖維用玄武巖原料其主要的基本化學(xué)成分必須在一定區(qū)間范圍內(nèi)，一般以玄武巖原料的SiO2、Al2O3、Fe2O3+FeO、MgO、CaO、K2O、Na2O、TiO2的含量及LOI予以確定[10]。

從8個(gè)礦點(diǎn)礦石試樣拉絲生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，適宜拉絲的玄武巖礦石一般具備以下特征：

(1)各項(xiàng)主要化學(xué)成分含量存在一個(gè)適宜拉絲生產(chǎn)的區(qū)間范圍，偏離評(píng)價(jià)體系較多的礦石，其拉絲適宜性不好，特別是(Fe2O3+FeO)含量及LOI對(duì)礦石拉絲的適宜性影響較大。評(píng)價(jià)指標(biāo)越靠近范圍中值其可紡性越好。

(2)以往我國大部分玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)TiO2的指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2%，而HGX-1的TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.71%、TX-1的TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.38%，2個(gè)礦點(diǎn)礦石的可紡性卻高于目前全國玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)主要原料供應(yīng)地河北蔚縣礦點(diǎn)[11]，說明以往玄武巖纖維企業(yè)所提供的評(píng)價(jià)體系指標(biāo)尚不完善，至少鈦含量的區(qū)間范圍可以擴(kuò)大。

(3)以往我國大部分玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1%，而TX-1、LZS-1、GLH-1、MZC-1均超過了以往指標(biāo)，然而，該幾個(gè)礦點(diǎn)的可紡性與K2O的含量并不呈趨勢(shì)關(guān)聯(lián)，說明以往生產(chǎn)企業(yè)的主要化學(xué)成分評(píng)價(jià)指標(biāo)中的K2O含量可適當(dāng)放寬，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，擴(kuò)大其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～3.5%為宜。

(4)玄武巖纖維的拉絲適宜性不僅與化學(xué)成分有關(guān)，且與礦物組成及其含量，以及蝕變程度有關(guān)。完全依賴于化學(xué)成分評(píng)價(jià)體系并不能精準(zhǔn)確定礦石是否適宜于玄武巖纖維的生產(chǎn)。

(5)玄武巖礦石中各主要化學(xué)成分含量發(fā)生變化會(huì)引起制纖效果和纖維質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

綜上，纖維用玄武巖礦主要化學(xué)成分初步評(píng)價(jià)指標(biāo)見表8。

表8 纖維用玄武巖礦主要化學(xué)成分初步評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.8 Preliminary evaluation index of main chemical composition of basalt ore for fiber

3 結(jié)論

a.礦石的Tm除了與主要礦物組分有關(guān)，還與其所占的比例含量有關(guān)；原料礦石中主要組成礦物的Tm越接近，熔體的均質(zhì)性越好，越適宜于纖維生產(chǎn)，反之亦然。

b.可紡性較好的纖維用玄武巖礦石，其巖性一般為青灰色致密玄武巖，其次為青灰色斜斑玄武巖，具有斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。

c.可紡性較好的纖維用玄武巖礦石主要礦物組分為斜長石和普通輝石，風(fēng)化與蝕變或變質(zhì)類、石英類、橄欖石類、碳酸鹽類礦物含量較少。

d.可紡性較好的纖維用玄武巖礦石基本化學(xué)成分一般為：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)47%～52%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%～18%，總鐵(Fe2O3+FeO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%～14%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～6%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%～9%，Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～4%，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～3.5%，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～5%，LOI小于等于4%。