本發(fā)明涉及一種通過(guò)礦物組分優(yōu)化連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)工藝的方法，屬于新型材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：連續(xù)玄武巖纖維(ContinuousBasaltFiber，簡(jiǎn)稱CBF)是以玄武巖為原料，高溫熔融后，通過(guò)漏板拉制而成的連續(xù)纖維。盡管玄武巖在世界上分布廣泛，但并不是所有的玄武巖都可以用來(lái)生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維，用于生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的礦石，有著嚴(yán)格的化學(xué)成分和礦物組成。玄武巖是由硅酸鹽礦物組分和少量不定形態(tài)(玻璃態(tài))組成的，其化學(xué)組成主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2等，礦物組分主要為石英、長(zhǎng)石、輝石、橄欖石、磁鐵礦、鈦鐵礦等。玄武巖的礦物組分決定了玄武巖玻璃熔體的均質(zhì)性、有無(wú)難熔礦物和均化難易，熔體的析晶性能。在玄武巖玻璃足夠均質(zhì)和均化的情況下，礦物熔體的物理化學(xué)性能取決于形成熔體的主要氧化物的濃度和比例。以前的研究公開(kāi)了基于玄武巖的化學(xué)成分種類和含量，選擇制造連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖礦石標(biāo)準(zhǔn)，如專利97199852.3公開(kāi)了一種制造玄武巖纖維的方法，玄武巖熔化后，得到具有以下各基本組分關(guān)系的玻璃組成：專利03147337.7公開(kāi)了用玄武巖礦石制造連續(xù)纖維的方法，提出了選擇適于制造連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖礦石標(biāo)準(zhǔn)(以重量百分比計(jì))：SiO2：45-60、Al2O3：12-19、Fe2O3+FeO：7-18、MgO:3-7、CaO:6-15、TiO2：0.9-2、Na2O+K2O：2.5-6、用PP表示的其他混合物：2-3.5，規(guī)定玄武巖礦石的熔化過(guò)程應(yīng)在比其結(jié)晶溫度上限高150-320℃的溫度下進(jìn)行。專利200410101966.0提出，連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)中礦石化學(xué)組成(以重量百分比計(jì))為：SiO2：45-55、Al2O3：12-18、Fe2O3+FeO：5.5-14、MgO+MnO:3-8.5、CaO:5-12、Na2O：2.0-4.5、K2O：1.5-3.5、TiO2：2-3；礦石的熔化溫度為1350-1500℃。上述現(xiàn)有技術(shù)的不足在于：把玄武巖礦石的化學(xué)成分作為選擇適于制造連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖礦石的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不夠全面；沒(méi)有考慮礦物組分對(duì)生產(chǎn)工藝的決定性作用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠大大提高玄武巖熔體的均質(zhì)性，保證連續(xù)玄武巖纖維穩(wěn)定生產(chǎn)的一種連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟：1)、選料：基于化學(xué)成分和礦物組分來(lái)綜合確定用于生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖原料，具體方法是：11)、分析玄武巖化學(xué)成分中SiO2的含量，選取SiO2含量在48-63％，且SiO2飽和或過(guò)飽和的玄武巖；12)、分析玄武巖的礦物組分，去除含有橄欖石的玄武巖；13)、當(dāng)玄武巖的主要礦物組分為石英、正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石時(shí)，選擇滿足以下重量百分比的玄武巖：石英15-27％、正長(zhǎng)石10-18％、斜長(zhǎng)石30-50％；當(dāng)玄武巖的主要礦物組分為斜長(zhǎng)石和輝石時(shí)，選擇滿足以下重量百分比的玄武巖：斜長(zhǎng)石45-60％、輝石15-30％；2)選出來(lái)的玄武巖原料經(jīng)熔融工藝和纖維成型工藝，得到連續(xù)玄武巖纖維。玄武巖為亞堿性火山巖。亞堿性火山巖包括拉斑玄武巖、安山玄武巖、安山巖、粗安玄武巖、玄武粗安巖、粗安巖、粗面巖以及粗面英安巖。熔融工藝的玄武巖的熔融溫度范圍為1200℃-1500℃，玄武巖的均化溫度范圍1500-1800℃；玄武巖在1450℃纖維成型工藝的拉絲溫度為1200-1350℃，纖維成型溫度范圍為1300-1400℃，析晶上限溫度1250-1300℃，漏板溫度高于析晶上限溫度60-100℃。本發(fā)明連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)方法，通過(guò)化學(xué)組成和礦物組分相結(jié)合的方法確定生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的礦石，提高玄武巖選料的準(zhǔn)確性及快速有效性。本發(fā)明玄武巖連續(xù)纖維生成方法，選用的玄武巖礦石的主要礦物是指重量百分比大于10％的礦物，是相對(duì)于礦物組分含量少的磁鐵礦、鈦鐵礦、剛玉等礦物來(lái)說(shuō)的。礦石中不含橄欖石。根據(jù)鮑文反應(yīng)系列，橄欖石是高溫高壓下產(chǎn)物，含橄欖石的火山巖礦石，因熔融溫度高，熔融均化較難，且在火山巖玻璃熔體降溫過(guò)程中，又最先析出，使得拉絲過(guò)程易斷絲，不利于生產(chǎn)。玄武巖玻璃的熔化過(guò)程主要與其礦物組份有關(guān)，其熔化過(guò)程為：0-120℃，排除水分；350-400℃，磁鐵礦、鈦鐵礦表面發(fā)生氧化反應(yīng)；575℃左右，石英多晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)：α-SiO2≒β-SiO2，550-680℃，極少量碳酸鹽類的分解；980-1200℃，磁鐵礦、鈦鐵礦發(fā)生氧化反應(yīng)；1140-1220℃，正長(zhǎng)石分解，硫酸鹽的晶型轉(zhuǎn)變或分解；1200-1300℃，斜長(zhǎng)石、透輝石或共熔組分熔融，開(kāi)始產(chǎn)生液相；1400-1500℃，其他礦物組分逐漸熔化，形成玄武巖玻璃熔體。1500℃以上，玄武巖玻璃熔體澄清、均化。玄武巖的熔制過(guò)程實(shí)質(zhì)是其礦物組分(晶體)熔化，形成均一的無(wú)定型態(tài)的過(guò)程。熔制機(jī)理是玄武巖礦物組分(晶體)的晶格結(jié)構(gòu)被破壞，形成三維空間發(fā)展的無(wú)規(guī)則玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明正是基于玄武巖玻璃的熔化、均質(zhì)化以及析晶都與礦物組分有關(guān)這一特質(zhì)，在選取玄武巖時(shí)，分析玄武巖的礦物組分和含量，從而大大提高了玄武巖在熔融工藝過(guò)程中熔體的均質(zhì)性。有益效果：(1)通過(guò)化學(xué)成分和礦物組分相結(jié)合來(lái)確定適宜生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖類礦石，比用單一的化學(xué)成分法更準(zhǔn)確。(2)根據(jù)玄武巖類礦石的礦物組分，選擇不含難熔礦物的玄武巖，可以優(yōu)化玄武巖的熔制特性；并根據(jù)礦物組分種類及含量進(jìn)行熔制工藝，可以大大提高玄武巖熔體的均質(zhì)性。(3)SiO2不飽和的玄武巖礦石通常都含有難溶礦物，如橄欖石，因此本發(fā)明中明確規(guī)定SiO2飽和或過(guò)飽和。(4)生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的玄武巖的主要礦物組分為石英、長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石或者是斜長(zhǎng)石、輝石。石英、長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石為架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，它們能提高熔體粘度和熔化溫度，降低析晶傾向。輝石為單鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，它降低熔體粘度和熔化溫度，增加析晶傾向。本發(fā)明中的石英、長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石以及輝石滿足其重量百分比范圍內(nèi)，制得的連續(xù)玄武巖纖維滿足生產(chǎn)工藝和物化性能要求。(5)本發(fā)明通過(guò)選料優(yōu)化了玄武巖的熔制工藝和纖維成型工藝，在此范圍，玄武巖熔體容易均化，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)玄武巖纖維的穩(wěn)定生產(chǎn)，并且為生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的窯爐設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝提供依據(jù)。具體實(shí)施方式本發(fā)明采集國(guó)內(nèi)4個(gè)不同地區(qū)的安山巖、玄武安山巖、拉斑玄武巖和堿性玄武巖。首先確定各玄武巖礦石CBF1、CBF2、CBF3以及CBF4的化學(xué)成分和礦物組分，然后制備玄武巖玻璃和單絲。最后確定熔融工藝參數(shù)、纖維成型工藝參數(shù)和拉伸強(qiáng)度。玄武巖的成分、熔融工藝參數(shù)和纖維成型工藝參數(shù)見(jiàn)表1和表2。表1玄武巖的化學(xué)成分(wt％)化學(xué)成分CBF1CBF2CBF3CBF4SiO257.554.1251.7946.45Al2O316.8513.9816.5416.39TiO21.160.91.631.91Fe2O33.866.814.479.13FeO3.223.194.40.76MgO2.644.885.257.16CaO3.7568.378.99Na2O3.273.242.296.6K2O2.582.850.92.2其他5.174.124.360.41表2玄武巖的礦物組分(wt％)在四組玄武巖礦石中，SiO2的含量分別是(wt％)：57.5、54.12、51.79和46.45。第四組玄武巖礦石的SiO2的含量不在48-63％內(nèi)。同時(shí)，第四組玄武巖礦石的組分中含有橄欖石，而其他三組不含。為了說(shuō)明本發(fā)明選料的合理性，申請(qǐng)人對(duì)上述四組礦石分別溶質(zhì)和拉絲成型，然后對(duì)得到的產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試。在制備樣品的過(guò)程中，CBF1玄武巖礦石在1600℃下保溫6小時(shí)，制得玄武巖玻璃；玄武巖玻璃在1500℃下保溫4小時(shí)，制得連續(xù)玄武巖纖維單絲。CBF2、CBF3和CBF4玄武巖礦石在1500℃下保溫6小時(shí)，制得玄武巖玻璃；玄武巖玻璃在1500℃下保溫4小時(shí)，制得連續(xù)玄武巖纖維單絲。表3中，纖維成型溫度為拉絲溫度與析晶上限溫度的差值。產(chǎn)過(guò)程中，要求拉絲作業(yè)溫度要高于析晶上限溫度，否則，拉絲過(guò)程中就有可能產(chǎn)生析晶而影響拉絲作業(yè)。如果拉絲溫度低于析晶上限溫度，按照通常方法在拉絲溫度下拉絲，該玄武巖玻璃就要析晶，無(wú)法正常作業(yè)，只有采取特殊的工藝方法才能拉絲制成連續(xù)纖維。表3玄武巖的熔融工藝參數(shù)、纖維成型工藝參數(shù)和拉伸強(qiáng)度CBF1CBF2CBF3CBF4初始液相溫度/℃1275124912601220半球點(diǎn)溫度/℃14701418139313401450℃粘度/dPa·s--52.75-1400℃粘度/dPa·s959.13178.5387.51139.691300℃粘度/dPa·s3191.34557.92269.75405.32拉絲溫度/℃1397.51259.501203.401232.5析晶上限溫度/℃12501255.001269.001307纖維成型溫度/℃144.54.50-65.60-74.5拉伸強(qiáng)度/MPa2835.673063.352949.082138.06結(jié)合表3，CBF1的析晶上限溫度最低，纖維成型溫度范圍寬，但拉伸強(qiáng)度稍低于CBF2和CBF3，主要是因?yàn)镃BF1的熔化和均化溫度高，熔體均質(zhì)化不充分，影響拉伸強(qiáng)度；不是成分影響拉伸強(qiáng)度。CBF1在提高熔融溫度和延長(zhǎng)熔融時(shí)間的情況下，能夠得到均質(zhì)的玄武巖玻璃液，提高纖維的拉伸強(qiáng)度。CBF2和CBF3的，析晶上限溫度低，玄武巖熔體均質(zhì)化程度高，拉伸強(qiáng)度高，適宜生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維。CBF4的析晶上限溫度最高，析晶上限溫度遠(yuǎn)高于拉絲溫度；且SiO2的含量少，成分對(duì)拉伸強(qiáng)度有不利影響，不適宜生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3