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(cè)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(wú)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(guò)程環(huán)保、產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，其產(chǎn)品在國(guó)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(wèn)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(yáng)機(jī)電設(shè)備有限公司制；CMT5105-100KW電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：深圳萬(wàn)測(cè)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(guó)塞塔拉姆公司制；高溫顯微鏡、材料高溫物性測(cè)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(guó)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(cè)(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(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的[3]。目前國(guó)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(guò)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(cāng)；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(rùn)劑；10—集束器；11—纖維張緊器；12—自動(dòng)卷取器

1.4 分析與測(cè)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(guò)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)進(jìn)行測(cè)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(guò)高溫顯微鏡、材料高溫物性測(cè)定儀獲得礦石試樣在熔化過(guò)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(cè)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(guò)程中的晶體熔化、結(jié)晶等過(guò)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(guò)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(cè)方法進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

黏溫曲線：采用高溫黏度儀，在一定溫度下通過(guò)其浸入被測(cè)熔體中的轉(zhuǎn)子的持續(xù)旋轉(zhuǎn)形成的扭矩來(lái)測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)程的速度，之后的澄清、均化等過(guò)程也與熔體的η有關(guān)。此過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(guò)程。玄武巖纖維成形過(guò)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(zhǎng)石與輝石)及含量有關(guān)；斜長(zhǎng)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(shuō)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(guò)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)高，致使其Tm過(guò)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(guò)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(cè)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(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)石、輝石)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～45%的隱晶質(zhì)(為輝石與斜長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)程中的速率，隱晶質(zhì)的含量越高，說(shuō)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(guò)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(guó)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(guó)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(shuō)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(guó)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(guò)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(shuō)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(zhǎng)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%。