玄武岩纤维

玄武岩纤维调研资料

一、玄武岩化学成分

众所周知，地壳由火成岩、沉积岩和变质岩组成。玄武岩属于火成岩中的一种。火成岩是地下岩浆喷出在地表冷凝后形成的岩石。火成岩中含SiO2大于65%的为酸性岩，如花岗石，含SiO2小于52%的称为基性岩，如玄武岩。在两者之间的为中性岩，如安山岩。玄武岩成分中SiO2含量在44%-52%之间者居多，Al2O3含量在12%-18%之间，FeO和Fe2O3含量在9%-14%之间。

玄武岩属于难熔矿物原料，熔化温度在1500℃之上。含铁量高，使纤维呈古铜色，其中含有K2O, MgO和TiO2等成分，对提高纤维防水，耐腐蚀性能起了重要的作用。

玄武岩矿石属火山岩浆矿石，它具有天然的化学稳定性，玄武岩矿石是富集的、熔融的和质量均匀的单组元原料。与玻璃纤维生产不同，玄武岩纤维的生产原料是天然且现成的。

近年来，为筛选适宜于生产连续玄武岩纤维的原料矿石进行过大量的研究工作，尤其是为了生产设定特性（如机械强度、化学和热稳定性、电绝缘性等）的玄武岩纤维，必须采用特定要求的矿石的化学组成和纤维成形性能。例如：生产连续玄武岩纤维所采用矿石的化学组成范围如表1所示。

大自然已经提供了构成玄武岩矿石的主要能耗，在自然条件下，玄武岩矿石经过富集、化学组份均质化并在地球深部进行熔化等过程。甚至大自然都考虑到将玄武岩矿石以山岭的形式推列地球表面供人类利用，按统计数据约有1/3的山脉是由玄武岩构成。

根据已掌握的玄武岩矿石化学组成分析数据说明，玄武岩原料几乎遍布全国，价格为20元/吨，原料在玄武岩纤维的生产成本中可以不计成本。在中国的很多省份都有适合于连续玄武岩纤维生产的矿址，例如：四川、云南、黑龙江、浙江、湖北、海南岛、台湾等省，其中某些省的矿石已经在工业试验装置上生

产出连续玄武岩纤维。中国的玄武岩矿石与欧洲矿石不同，从地质角度考虑，中国的玄武岩矿石比较“年青”，它们不具备很鲜明的特征表现，即所谓的原化矿石的疤痕，通过对中国各省的如四川、黑龙江、云南、浙江、湖北，长江中下游、海南等地区玄武岩矿石的研究说明，在这些玄武岩矿石中不存在原化岩石，在表面上仅有一些典型的黄色的铁的氧化物薄层。这对连续玄武岩纤维生产是非常有利的，原料价格和加工成本低。

玄武岩是一种无机硅酸盐，它在火山和熔炉里经过千锤百炼，从坚硬的岩石变成柔软的纤维、轻盈的鳞片、坚韧的板筋，其材料具有耐高温（> 880 ℃）、耐低温（<-200 ℃）、热传导系数低（隔热）、隔音、阻燃、绝缘、吸湿性低、抗腐蚀、抗辐射、断裂强度高、伸长率低、弹性模量高、重量轻等优异性能和优良的加工性能，完全属于全新的材料；且在正常生产加工过程中不产生有毒物质，无废气、废水、废渣排放，因而被称为21世纪无污染的“绿色工业材料和新材料”。

与目前广泛应用于建筑、化工等行业的玻璃纤维相比，很显然，玄武岩纤维及其复合材料具有力学强度高，物理和化学性能好，可以用来制作高端产品等优势；就是与价格昂贵的碳纤维相比，二者的综合性能也不相上下，玄武岩纤维有些性能还好于碳纤维，而其成本按现在的市场价还不及碳纤维的十分之一。因此，玄武岩纤维是继碳纤维、芳纶、聚乙烯纤维等之后的一种低成本、高性能、洁净程度理想的新纤维。美国德州的玄武岩连续纤维工业联盟指出：“玄武岩连续纤维是碳纤维的低价替代品，具有一系列优异性能，尤为重要的是，由于它取自天然矿石而无任何添加剂，是迄今为止唯一无环境污染、不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品，具有广阔的市场需求和应用前景”。

玄武岩矿石在地球表面上已存放了数百万年，经受着多种气候因素的作用，玄武岩矿石是最坚固的硅酸盐矿石之一，由玄武岩制造的纤维具有天然的强度和对腐蚀性介质作用的稳定性、耐用性、电绝缘性，玄武岩矿石是一种天然的环保型的洁净原料。

二、玄武岩纤维生产工艺历史沿革

1959-1961年间，首个连续玄武岩纤维（CBF)样品诞生于前苏联的乌克兰科学研究院，1963年在实验室装置上取得了质量较满意的样品。但直到1985年才

兴建产能350和500 t/a的生产厂，其特点是玄武岩的熔融炉装有两个供料系统和铂合金套简，可生产高质量的产品，但设备能耗高，生产效率低。1997年设计了一套新一代的工艺和设备，降低了能耗和装置费，并使套简轻量化。

1999年日本汽车制造业代表团访问基辅BF厂，找到了适用于丰川车消音器的更耐热材料，于2000年成立合资企业，到2007年的产能发展至1 200 t/a 。2006年乌克兰玄武岩纤维与复合材料技术开发公司发明了崭新系列的CBF生产装置，可使其生产成本低于E-玻纤，现产能为1 000 t/a，目前有4家公司采用该技术。同年奥地利Asamer CBF公司收购了位于基辅的CBF生产厂，并与维也纳技术大学合作改进其生产工艺，还于2009年在奥新建CBF厂。从此，CBF 开始步入快速发展的轨道。目前国外研发和生产BF的单位有近20家，我国的CBF研制工作始于1990年代，但真正产业化是在迈入21世纪之后，特别是成都拓鑫玄武岩纤维实业有限公司开发了低能耗生产CBF粗纱和织物的新型生产装置后，为CBF技术的发展增添了新的动力。2005年浙江石金玄武岩纤维有限公司开发出世界首例用电熔炉生产CBF的新技术后，便开辟了我国廉价生产高性能CBF的途径，提升了国际竞争力。我国现有生产厂约15家。总产能约7 000 t/a，另有一家在筹建中，到2012年总产能可望达到2-3万t/a 。三、现有玄武岩纤维生产技术

玄武岩矿石是大自然给您配合好的单一原料，加热成1460℃，通过漏板就可以拉成玄武岩纤维，无任何其它材料，无任何化学反应，就能制成高附加值的玄武岩连续纤维。

生产玄武岩纤维的工厂全都用俄罗斯，乌克兰的技术设计：一台炉供一个铂铑合金漏板日产100多公斤。我国的正在生产玄武岩纤维的工厂：浙江得邦、上海俄金、营口百盛、四川拓鑫、牡丹江电力都是用一台炉200孔的铂铑合金漏板拉丝。产品质量好，可拉7um、9um、11um、13um—17um的玄武岩纤维，而国外只能拉13um—17um的玄武岩纤维，故我国的玄武岩纤维的生产水平居世界领先，但有产量低、能耗高的不足。

四、玄武岩纤维生产技术创新

1.降低能量消耗

现有生产玄武岩纤维技术是用电和天然气、煤气加热矿石，多数企业是全部