玄武岩纤维讲课讲稿

精品文档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。化学组份Sio2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2Na2O其它杂质最低%45125430.92.52.0最高%6019151272.06.03.5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。在中国的精品文档精品文档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。精品文档精品文档二、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500t/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 1200t/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1000t/a，目前有4家公司采用该技术。同年奥地利 AsamerCBF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7000t/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孔的铂铑合金漏精品文档精品文档板拉丝。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，多数企业是全部用电做为唯一能源，生产一吨玄武岩纤维耗电约一万度，可称为高能耗产品。能用价格相对便宜的天然气、煤气、加热矿石是降低生产成本的有效途径。提高单台炉的产量肯定是降低能源的办法，一台玄武岩熔融炉由每天 100多公斤增加至每台炉加热熔融 10吨。一台10吨炉的产量相当于现有技术产量80倍，一台炉散热面和 70—80台炉的散热面相比肯定可以省 50%以上的能源。进炉前在螺旋加料机中用煤气、天然气将矿石加热到 1200℃以上，去除矿石中的水份、杂质、结晶水后加入炉中，炉中用电将矿石加热成 1460℃。2/3的能源用天然气或煤气预热，1/3的电加热，用价格便宜的天然气或煤气不仅仅是节省成本50%以上，熔融液流量大，熔融液导流与分配、液面控制容易自动控制，而且由于无杂质，少气泡拉出丝的质量好，将产品提高几个档次。增大玄武岩熔融炉的容积与流量现有技术熔融炉炉容小，加热到温度后在炉中停留时间太长原因是一个 200孔漏板拉出的熔融液太少，致使能源浪费，好比蒸馒头在锅里蒸了12个小时。为提高产量就必须加大溶融液流量必须设置多个1600—2000孔的拉丝孔的拉丝漏板，每小时可熔融400kg玄武岩，将加热好的熔融液用拉丝机拉成玄武岩纤维。一台大型池窑年可产玻璃纤维10万吨，拉丝漏板数量多，孔数多。玻纤行业坩锅溶化、波歇炉溶化、池窑熔化的生产经验十分丰富，是可以借鉴，是可以转接至玄武岩纤维的生产。高密度漏孔的拉丝漏板玄武岩纤维生产产量的瓶颈是拉丝漏板，200孔的漏板的产量每日100kg玄武岩纤维。1600孔的漏板的产量为800kg。一台熔融炉如果用8个漏板的日产量是6400kg产量是现有技术产量的64倍。一台每小时熔融400kg的玄武岩加热炉精品文档精品文档可代替现有技术的 64台熔融炉，其效益是明显的。玻纤漏板2000孔—20000孔已普遍使用，可做为玄武岩纤维参照，考虑玄武岩熔融液粘度大拉丝成型度区间窄的特点， 合理设计漏板结构，力求最大限度保证漏板区域的温度均匀性，保证拉丝生产稳定。①.铂铑合金拉丝漏板铂铑合金拉丝漏板已在玻纤和玄武岩纤维生产广泛采用。提高漏孔的密度，增加漏孔的数量是生产大孔数拉丝漏板的办法， 研究具有恒温控制的漏板的电热控制器，提高漏板温度的调控精度。②.非金属拉丝漏板铂铑合金拉丝漏板具有易调温、浸润角小等优点，拉丝过程中的铂铑合金的消耗增加产品的生产成本，铂铑合金拉丝漏板使用周期四个月。选用非金属材料生产玄武岩纤维拉丝漏板的条件是：该材料应能耐高温、在高温的条件下要有高的强度和韧性、高温下耐腐蚀、使用周期长、材料的浸润角小，更重要的选择好加热方式以控制拉丝区的温度浮动小。选择金属化陶瓷制造玄武岩纤维拉丝漏板是可行的方案之一。金属化陶瓷由有耐高温2200℃、高温下的强度高、韧性好、耐腐蚀，使用周期可达18个月以上。省去铂铑合金拉丝损耗，可降低玄武岩纤维的生产成本。须解决金属化陶瓷浸润角大造成漏咀粘连和拉丝区域熔融液的加热及恒温控制。五、玄武岩纤维产量截止到2010年上半年，国内已经实现生产的玄武岩纤维企业主要有浙江石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奥特、阜新矿业、营口洪源等几家，2009年全行业粗略统计年产量在 2000吨左右，其中浙江石金、航天拓鑫和阜新矿业的规模稍大。销售方面各企业的产品销售率普遍不高，库存积压较多。表 我国现有玄武岩纤维生产企业及其基本情况企业进入行业时间工艺路线生产规模浙江石金2003.12全电熔炉600吨四川航天拓鑫2003.7气电结合炉550吨精品文档精品文档阜新矿业2009.1全电熔炉、气电结合炉500吨牡丹江金石2007.4全电熔炉200吨山西巴塞奥特2008.8全电熔炉100吨营口宏源2008.3全电熔炉50吨目前国内企业所能生产的玄武岩连续纤维直径最细在 6微米左右，各厂家大都以9-13微米纤维为主打产品。原丝强度 0.50-0.55N/Tex，比无碱玻纤略高，但波动性比较大。根据国外的研究资料来看，玄武岩纤维的强度可达 3300Mpa以上，折算过来单丝强度应该在1.179N/Tex，由此可见，在现有的生产工艺条件下，原纱的单丝强力利用率还比较低。因此需要通过进一步的技术改进和规范管理，来稳定和提高纤维的质量。另外玄武岩纤维也被尝试用作功能性材料，通过近几年应用实践发现，玄武岩纤维的耐化学性能较为稳定，但热学性能表现与之前实验室研究得出的结论出入较大，需要重新进行研究分析。目前国内玄武岩纤维生产工艺主要有全电熔炉和气电结合炉两种。其中由四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司自主研制的气电结合炉玄武岩纤维生产成套设备，被西方人称为新型模块式玄武岩纤维生产设备，并被认为是符合低能耗发展方向，其经验对于玄武岩纤维技术的发展产生了新的促进作用。目前各企业已经在完善200孔漏板拉丝工艺的基础上，逐步尝试400孔漏板和多漏板熔炉技术。另外漏板温度控制和热换漏板技术都已经比较成熟，漏板使用寿命也正逐步延长，200孔漏板寿命已经基本能达到 3个月以上。目前的玄武岩纤维还谈不上制品深加工，只能依靠各纤维生产厂家根据市场需求，参照玻璃纤维制品的生产工艺进行制品开发，并以委托代加工的方式进行样品生产实践，有的企业甚至没有自己专门的产品研发团队。因此研发周期往往不能自主控制，研发结果与研发预期相差较远，效果大打折扣。山西省经济建设投资公司与中国航天科技集团所属的四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司经过广泛接触与调研，于 2011年6月签订了战略合作协议，共同出资在大同市注册成立“山西晋投玄武岩开发有限公司”，兴建以玄武岩为原料的玄武岩连续纤维及后制品项目。项目厂址选在大同市装备制造产业园区，规划用地1800亩，“十二五”期间拟投入约25亿元，形成5万吨玄武岩连续纤维及后制品加工能力，年实现销售收入30亿元。项目一期投入5亿多元，年产量可达1万吨。精品文档精品文档六.玄武岩纤维及其制品的销售连续玄武岩纤维材料是生产许多种不同类型材料和下游产品的基本原料。玄武岩纤维能够很好地和其他材料或纤维互相结合，能够组成许多不同的复合材料。特别注意值得提到的是连续玄武岩纤维的复合材料和碳纤维，同样玄武岩纤维可以增强水泥，沥青混凝土等建筑构件。连续玄武岩的复合材料和碳纤维同样具有很高的特性，与碳纤维相比较玄武岩纤维更廉价的材料，可以打开玄武岩宽广的应用市场和在许多领域大批量的应用。目前玄武岩纤维涉及到的应用领域主要是建筑结构补强、 道路交通和玻璃钢三大领域。近年来，一些与玄武岩纤维相关的标准陆续颁布实施，如《GB/T23265-2009水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》、《JT/T776-2010公路工程玄武岩纤维及其制品》等，另外在《JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范》、GB/T6719-2009袋式除尘器技术要求》等标准中也有所提及，这为玄武岩纤维的普及推广奠定了基础。玄武岩纤维的高强力、高模量、耐高温、耐低温、耐腐蚀等特性使玄武岩纤维是普遍碳纤维的低价代用品，是高级玻纤的升级换代产品。市场广阔，