本發明涉及一種通過礦物組分優化連續玄武巖纖維生產工藝的方法，屬于新型材料
技術領域：
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背景技術：
：連續玄武巖纖維(ContinuousBasaltFiber，簡稱CBF)是以玄武巖為原料，高溫熔融后，通過漏板拉制而成的連續纖維。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生產連續玄武巖纖維，用于生產連續玄武巖纖維的礦石，有著嚴格的化學成分和礦物組成。玄武巖是由硅酸鹽礦物組分和少量不定形態(玻璃態)組成的，其化學組成主要為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性、有無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和均化的情況下，礦物熔體的物理化學性能取決于形成熔體的主要氧化物的濃度和比例。以前的研究公開了基于玄武巖的化學成分種類和含量，選擇制造連續玄武巖纖維的玄武巖礦石標準，如專利97199852.3公開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系的玻璃組成：專利03147337.7公開了用玄武巖礦石制造連續纖維的方法，提出了選擇適于制造連續玄武巖纖維的玄武巖礦石標準(以重量百分比計)：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，規定玄武巖礦石的熔化過程應在比其結晶溫度上限高150-320℃的溫度下進行。專利200410101966.0提出，連續玄武巖纖維生產中礦石化學組成(以重量百分比計)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℃。上述現有技術的不足在于：把玄武巖礦石的化學成分作為選擇適于制造連續玄武巖纖維的玄武巖礦石的唯一標準，不夠全面；沒有考慮礦物組分對生產工藝的決定性作用。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種能夠大大提高玄武巖熔體的均質性，保證連續玄武巖纖維穩定生產的一種連續玄武巖纖維的生產方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種連續玄武巖纖維的生產方法，其特征在于，包括以下步驟：1)、選料：基于化學成分和礦物組分來綜合確定用于生產連續玄武巖纖維的玄武巖原料，具體方法是：11)、分析玄武巖化學成分中SiO2的含量，選取SiO2含量在48-63％，且SiO2飽和或過飽和的玄武巖；12)、分析玄武巖的礦物組分，去除含有橄欖石的玄武巖；13)、當玄武巖的主要礦物組分為石英、正長石和斜長石時，選擇滿足以下重量百分比的玄武巖：石英15-27％、正長石10-18％、斜長石30-50％；當玄武巖的主要礦物組分為斜長石和輝石時，選擇滿足以下重量百分比的玄武巖：斜長石45-60％、輝石15-30％；2)選出來的玄武巖原料經熔融工藝和纖維成型工藝，得到連續玄武巖纖維。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℃。本發明連續玄武巖纖維生產方法，通過化學組成和礦物組分相結合的方法確定生產連續玄武巖纖維的礦石，提高玄武巖選料的準確性及快速有效性。本發明玄武巖連續纖維生成方法，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，是相對于礦物組分含量少的磁鐵礦、鈦鐵礦、剛玉等礦物來說的。礦石中不含橄欖石。根據鮑文反應系列，橄欖石是高溫高壓下產物，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程中，又最先析出，使得拉絲過程易斷絲，不利于生產。玄武巖玻璃的熔化過程主要與其礦物組份有關，其熔化過程為：0-120℃，排除水分；350-400℃，磁鐵礦、鈦鐵礦表面發生氧化反應；575℃左右，石英多晶轉變反應：α-SiO2≒β-SiO2，550-680℃，極少量碳酸鹽類的分解；980-1200℃，磁鐵礦、鈦鐵礦發生氧化反應；1140-1220℃，正長石分解，硫酸鹽的晶型轉變或分解；1200-1300℃，斜長石、透輝石或共熔組分熔融，開始產生液相；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。玄武巖的熔制過程實質是其礦物組分(晶體)熔化，形成均一的無定型態的過程。熔制機理是玄武巖礦物組分(晶體)的晶格結構被破壞，形成三維空間發展的無規則玻璃網絡結構。因此，本發明正是基于玄武巖玻璃的熔化、均質化以及析晶都與礦物組分有關這一特質，在選取玄武巖時，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程中熔體的均質性。有益效果：(1)通過化學成分和礦物組分相結合來確定適宜生產連續玄武巖纖維的玄武巖類礦石，比用單一的化學成分法更準確。(2)根據玄武巖類礦石的礦物組分，選擇不含難熔礦物的玄武巖，可以優化玄武巖的熔制特性；并根據礦物組分種類及含量進行熔制工藝，可以大大提高玄武巖熔體的均質性。(3)SiO2不飽和的玄武巖礦石通常都含有難溶礦物，如橄欖石，因此本發明中明確規定SiO2飽和或過飽和。(4)生產連續玄武巖纖維的玄武巖的主要礦物組分為石英、長石、斜長石或者是斜長石、輝石。石英、長石、斜長石為架狀結構的硅酸鹽礦物，它們能提高熔體粘度和熔化溫度，降低析晶傾向。輝石為單鏈狀結構的硅酸鹽，它降低熔體粘度和熔化溫度，增加析晶傾向。本發明中的石英、長石、斜長石以及輝石滿足其重量百分比范圍內，制得的連續玄武巖纖維滿足生產工藝和物化性能要求。(5)本發明通過選料優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，能夠實現連續玄武巖纖維的穩定生產，并且為生產連續玄武巖纖維的窯爐設計和生產工藝提供依據。具體實施方式本發明采集國內4個不同地區的安山巖、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、纖維成型工藝參數和拉伸強度。玄武巖的成分、熔融工藝參數和纖維成型工藝參數見表1和表2。表1玄武巖的化學成分(wt％)化學成分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。同時，第四組玄武巖礦石的組分中含有橄欖石，而其他三組不含。為了說明本發明選料的合理性，申請人對上述四組礦石分別溶質和拉絲成型，然后對得到的產品性能進行測試。在制備樣品的過程中，CBF1玄武巖礦石在1600℃下保溫6小時，制得玄武巖玻璃；玄武巖玻璃在1500℃下保溫4小時，制得連續玄武巖纖維單絲。CBF2、CBF3和CBF4玄武巖礦石在1500℃下保溫6小時，制得玄武巖玻璃；玄武巖玻璃在1500℃下保溫4小時，制得連續玄武巖纖維單絲。表3中，纖維成型溫度為拉絲溫度與析晶上限溫度的差值。產過程中，要求拉絲作業溫度要高于析晶上限溫度，否則，拉絲過程中就有可能產生析晶而影響拉絲作業。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，無法正常作業，只有采取特殊的工藝方法才能拉絲制成連續纖維。表3玄武巖的熔融工藝參數、纖維成型工藝參數和拉伸強度CBF1CBF2CBF3CBF4初始液相溫度/℃1275124912601220半球點溫度/℃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拉伸強度/MPa2835.673063.352949.082138.06結合表3，CBF1的析晶上限溫度最低，纖維成型溫度范圍寬，但拉伸強度稍低于CBF2和CBF3，主要是因為CBF1的熔化和均化溫度高，熔體均質化不充分，影響拉伸強度；不是成分影響拉伸強度。CBF1在提高熔融溫度和延長熔融時間的情況下，能夠得到均質的玄武巖玻璃液，提高纖維的拉伸強度。CBF2和CBF3的，析晶上限溫度低，玄武巖熔體均質化程度高，拉伸強度高，適宜生產連續玄武巖纖維。CBF4的析晶上限溫度最高，析晶上限溫度遠高于拉絲溫度；且SiO2的含量少，成分對拉伸強度有不利影響，不適宜生產連續玄武巖纖維。當前第1頁1 2 3