玄武岩纤维.docx
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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一种。
火成岩是地下岩浆喷出在地表冷凝后形成岩石。
火成岩中含SiO2大于65%为酸性岩，如花岗石，含SiO2小于52%称为基性岩，如玄武岩。
在两者之间为中性岩，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作用。
玄武岩矿石属火山岩浆矿石，它具有天然化学稳定性，玄武岩矿石是富集、熔融和质量均匀单组元原料。
及玻璃纤维生产不同，玄武岩纤维生产原料是天然且现成。
近年来，为筛选适宜于生产连续玄武岩纤维原料矿石进行过大量研究工作，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）玄武岩纤维，必须采用特定要求矿石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化学组成范围如表1所示。
化学组份
Sio2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
TiO2
Na2O
其它杂质
最低%
45
12
5
4
3
0.9
2.5
2.0
最高%
60
19
15
12
7
2.0
6.0
3.5
大自然已经提供了构成玄武岩矿石主要能耗，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形式推列地球表面供人类利用，按统计数据约有1/3山脉是由玄武岩构成。
根据已掌握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，原料在玄武岩纤维生产成本中可以不计成本。
在中国很多省份都有适合于连续玄武岩纤维生产矿址，例如：
四川、云南、黑龙江、浙江、湖北、海南岛、台湾等省，其中某些省矿石已经在工业试验装置上生产出连续玄武岩纤维。
中国玄武岩矿石及欧洲矿石不同，从地质角度考虑，中国玄武岩矿石比较“年青”，它们不具备很鲜明特征表现，即所谓原化矿石疤痕，通过对中国各省如四川、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黄色铁氧化物薄层。
这对连续玄武岩纤维生产是非常有利，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，从坚硬岩石变成柔软纤维、轻盈鳞片、坚韧板筋，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加工性能，完全属于全新材料；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“绿色工业材料和新材料”。
及目前广泛应用于建筑、化工等行业玻璃纤维相比，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；就是及价格昂贵碳纤维相比，二者综合性能也不相上下，玄武岩纤维有些性能还好于碳纤维，而其成本按现在市场价还不及碳纤维十分之一。
因此，玄武岩纤维是继碳纤维、芳纶、聚乙烯纤维等之后一种低成本、高性能、洁净程度理想新纤维。
美国德州玄武岩连续纤维工业联盟指出：
“玄武岩连续纤维是碳纤维低价替代品，具有一系列优异性能，尤为重要是，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、不致癌绿色健康玻璃质纤维产品，具有广阔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作用，玄武岩矿石是最坚固硅酸盐矿石之一，由玄武岩制造纤维具有天然强度和对腐蚀性介质作用稳定性、耐用性、电绝缘性，玄武岩矿石是一种天然环保型洁净原料。
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样品。
但直到1985年才兴建产能350和500t/a生产厂，其特点是玄武岩熔融炉装有两个供料系统和铂合金套简，可生产高质量产品，但设备能耗高，生产效率低。
1997年设计了一套新一代工艺和设备，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更耐热材料，于2000年成立合资企业，到2007年产能发展至1200t/a。
2006年乌克兰玄武岩纤维及复合材料技术开发公司发明了崭新系列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CBF生产厂，并及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开始步入快速发展轨道。
目前国外研发和生产BF单位有近20家，
我国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粗纱和织物新型生产装置后，为CBF技术发展增添了新动力。
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新技术后，便开辟了我国廉价生产高性能CBF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，就能制成高附加值玄武岩连续纤维。
生产玄武岩纤维工厂全都用俄罗斯，乌克兰技术设计：
一台炉供一个铂铑合金漏板日产100多公斤。
我国正在生产玄武岩纤维工厂：
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孔铂铑合金漏板拉丝。
产品质量好，可拉7um、9um、11um、13um—17um玄武岩纤维，而国外只能拉13um—17um玄武岩纤维，故我国玄武岩纤维生产水平居世界领先，但有产量低、能耗高不足。
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。
能用价格相对便宜天然气、煤气、加热矿石是降低生产成本有效途径。
提高单台炉产量肯定是降低能源办法，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吨炉产量相当于现有技术产量80倍，一台炉散热面和70—80台炉散热面相比肯定可以省50%以上能源。
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能源用天然气或煤气预热，1/3电加热，用价格便宜天然气或煤气不仅仅是节省成本50%以上，熔融液流量大，熔融液导流及分配、液面控制容易自动控制，而且由于无杂质，少气泡拉出丝质量好，将产品提高几个档次。
2.增大玄武岩熔融炉容积及流量
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孔拉丝孔拉丝漏板，每小时可熔融400kg玄武岩，将加热好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、池窑熔化生产经验十分丰富，是可以借鉴，是可以转接至玄武岩纤维生产。
3.高密度漏孔拉丝漏板
玄武岩纤维生产产量瓶颈是拉丝漏板，200孔漏板产量每日100kg玄武岩纤维。
1600孔漏板产量为800kg。
一台熔融炉如果用8个漏板日产量是6400kg产量是现有技术产量64倍。
一台每小时熔融400kg玄武岩加热炉可代替现有技术64台熔融炉，其效益是明显。
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特点，合理设计漏板结构，力求最大限度保证漏板区域温度均匀性，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。
提高漏孔密度，增加漏孔数量是生产大孔数拉丝漏板办法，研究具有恒温控制漏板电热控制器，提高漏板温度调控精度。
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，拉丝过程中铂铑合金消耗增加产品生产成本，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条件是：
该材料应能耐高温、在高温条件下要有高强度和韧性、高温下耐腐蚀、使用周期长、材料浸润角小，更重要选择好加热方式以控制拉丝区温度浮动小。
选择金属化陶瓷制造玄武岩纤维拉丝漏板是可行方案之一。
金属化陶瓷由有耐高温2200℃、高温下强度高、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规模稍大。
销售方面各企业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
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。
根据国外研究资料来看，玄武岩纤维强度可达3300Mpa以上，折算过来单丝强度应该在1.179N/Tex，由此可见，在现有生产工艺条件下，原纱单丝强力利用率还比较低。
因此需要通过进一步技术改进和规范管理，来稳定和提高纤维质量。
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，玄武岩纤维耐化学性能较为稳定，但热学性能表现及之前实验室研究得出结论出入较大，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发展产生了新促进作用。
目前各企业已经在完善200孔漏板拉丝工艺基础上，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，参照玻璃纤维制品生产工艺进行制品开发，并以委托代加工方式进行样品生产实践，有企业甚至没有自己专门产品研发团队。
因此研发周期往往不能自主控制，研发结果及研发预期相差较远，效果大打折扣。
山西省经济建设投资公司及中国航天科技集团所属四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司经过广泛接触及调研，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。
六.玄武岩纤维及其制品销售
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，能够组成许多不同复合材料。
特别注意值得提到是连续玄武岩纤维复合材料和碳纤维，同样玄武岩纤维可以增强水泥，沥青混凝土等建筑构件。
连续玄武岩复合材料和碳纤维同样具有很高特性，及碳纤维相比较玄武岩纤维更廉价材料，可以打开玄武岩宽广应用市场和在许多领域大批量应用。
目前玄武岩纤维涉及到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，一些及玄武岩纤维相关标准陆续颁布实施，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，这为玄武岩纤维普及推广奠定了基础。
玄武岩纤维高强力、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低价代用品，是高级玻纤升级换代产品。
市场广阔，应用面大。
碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维是复合材料工业不可少主要原料。
复合材料在基础设施、桥梁、建筑、管道、石油、风能、火车、轻轨、地铁、汽车等等行业都有广泛使用。
玄武岩纤维是复合材料原材料只有和树脂配合制成产品才是市场需求产品。
玄武岩纤维性能和性价比，去替代碳纤维和玻璃纤维去生产产品。
这些产品生产技术、设备、人员、配套材料都是现成，无须再去研究。
你提供材料现有生产企业就能给您生产出质量比现有产品性能更好产品。
广阔市场大门已被玻纤行业打开了，玄武岩纤维产品往前走就进去了。
玄武岩纤维后续产品可是提高附加值300%。
玄武岩纤维生产企业应以制造后续产品为主，余者再去销售，一个玄武岩纤维生产厂可以带动当地建起十余个玄武岩纤维制品企业，为当地经济发展做出贡献。
2009年12月中科院地质及地球物理研究所矿产资源研究重点实验室上报中办和国办《中科院专家关于发展新资源经济拉动新一轮经济增长建议》，受到国家领导人关注，短短一周时间陆续得到李克强副总理和刘延东国务委员批示。
该《建议》将玄武岩纤维生产技术列为新资源技术，以玄武岩为原料生产玄武岩连续纤维被认为是重要紧缺矿产替代资源，可用于代替钢材、铝合金。
另外今年5月27日，工信部下达中国工业淘汰落后产能任务，及以往相比有大幅提高。
其中及玄武岩纤维行业相关钢铁、玻璃、化纤等行业均有涉及。
因此，玄武岩纤维作为一种新型高性能纤维和一种新资源材料，将会得到越来越多关注。
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