玄武巖纖維的生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備

玄武巖纖維的生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備

1玄武巖纖維的生產(chǎn)及其技術(shù)的局限性目前，世界各國對連續(xù)玄武巖纖維的產(chǎn)生了巨大的興趣?？偟膩碚f，有以下原因。(1)與玻璃纖維比較,玄武巖纖維具有絕對優(yōu)異的特性指標(biāo);(2)玄武巖纖維的生產(chǎn)原料是無限的;(3)近年來,玄武巖纖維生產(chǎn)新技術(shù)成功應(yīng)用,使之基本上與玻璃纖維的生產(chǎn)成本相近。從特性指標(biāo)角度來看,玻璃纖維有一定的局限性,例如:強度、使用溫度、化學(xué)穩(wěn)定性等,尤其是對堿性介質(zhì)而言。除此之外,生產(chǎn)玻璃纖維必須使用化學(xué)純的各種組份,尤其是比較短缺組份氧化硼(B2O3)。因此近年來連續(xù)玄武巖纖維先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)取得較大進(jìn)展,相繼組建并投產(chǎn)了一批連續(xù)玄武巖纖維及其制品的生產(chǎn)企業(yè)。2連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)原料玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)工作始于前蘇聯(lián)時期,自60年代初生產(chǎn)出一批連續(xù)玄武巖纖維樣品后,前蘇聯(lián)進(jìn)行了多年的玄武巖纖維及其制品特性的研發(fā)工作;到80年代中期連續(xù)玄武巖纖維的工業(yè)生產(chǎn)裝置投入生產(chǎn);90年代中期已建成兩個連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)廠;到90年代末格魯亞和哈薩克斯坦分別建成兩個連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)工廠。但是這些工廠采用的工藝技術(shù)能耗高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品成本高,因為當(dāng)時產(chǎn)品基本上是用于國防工業(yè),所以對產(chǎn)品成本基本上不予考慮。90年代末,開發(fā)成功了連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的新工藝和新設(shè)備。由于采用新工藝和新設(shè)備使能耗降低了2.5倍,生產(chǎn)成本隨之減少,甚至低于玻璃纖維的生產(chǎn)成本。這些研發(fā)成果為玄武巖纖維生產(chǎn)的發(fā)展給予極大的推動,且大大擴展了玄武巖纖維應(yīng)用的潛在市場。前蘇聯(lián)2000年依靠連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的新工藝技術(shù)和設(shè)備建成了世界最大規(guī)模的生產(chǎn)廠,該廠的全部產(chǎn)品用于日本“本田”汽車公司的零部件生產(chǎn),目前,正在建設(shè)和將要建設(shè)數(shù)座連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)廠。中國在前蘇聯(lián)專家的幫助下建設(shè)一臺連續(xù)玄武巖纖維工業(yè)試驗裝置,投產(chǎn)后,該套裝置用中國的玄武巖礦石進(jìn)行運轉(zhuǎn)并取得較好的結(jié)果。玄武巖礦石屬火山巖漿礦石,它具有天然的化學(xué)穩(wěn)定性,玄武巖礦石是富集的、熔融的和質(zhì)量均勻的單組元原料。上述各過程(熔融、質(zhì)最均勻化等)皆是遠(yuǎn)古火山作用的結(jié)果。與玻璃纖維生產(chǎn)不同,玄武巖纖維的生產(chǎn)原料是天然且現(xiàn)成的。近年來,為篩選適宜于生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的原料礦石,我們進(jìn)行過大量的研究工作,尤其是為了生產(chǎn)設(shè)定特性(如機械強度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性、電絕緣性等)的玄武巖纖維,必須采用特定要求的礦石的化學(xué)組成和纖維成形性能。非常遺憾的是,目前在中國對玄武巖礦石作為玄武巖纖維生產(chǎn)原料的研究工作尚未引起足夠的重視。根據(jù)已掌握的玄武巖礦石化學(xué)組成分析數(shù)據(jù)說明,在中國的很多省份都有適合于連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的礦址,如:四川、云南、黑龍江、浙江、湖北、海南島、臺灣等地區(qū),其中某些省的礦石已經(jīng)在工業(yè)試驗裝置上生產(chǎn)出連續(xù)玄武巖纖維。玄武巖礦石在地球表面上已存放了數(shù)百萬年,經(jīng)受著多種氣候因素的作用,是最堅固的硅酸鹽礦石之一,由玄武巖制造的纖維具有天然的強度和對腐蝕性介質(zhì)作用的穩(wěn)定性、耐用性、電絕緣性,玄武巖礦石是一種天然的環(huán)保型潔凈原料。過去多年來,玄武巖纖維未能被廣泛應(yīng)用,主要原因是其生產(chǎn)工藝太復(fù)雜,工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)尚未完全掌握。玄武巖纖維生產(chǎn)的工藝技術(shù)與玻璃纖維是不同的,具體表現(xiàn)在:(1)玄武巖礦石的化學(xué)組份與玻璃體完全不同;(2)玄武巖礦石含有大量的鐵的氧化物(FeO、Fe2O3),對熱輻射而言它是不透明的;(3)玄武巖礦石是已存在的天然熔融體,亦即是說,按化學(xué)組份而論質(zhì)量是均勻化的。(4)玄武巖礦石的熔化過程與玻璃的熔化不同,不需經(jīng)過澄清工序。上述這些玄武巖礦石的特殊性決定了連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備的特點。最初建設(shè)的玄武巖礦石熔化爐力求與玻璃纖維生產(chǎn)相類似的爐型,取得一定的效果,但其生產(chǎn)成本大大高于玻璃纖維。評價連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)成本應(yīng)考慮下列因素:(1)玻璃纖維生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)展了70多年,而玄武巖纖維的工藝技術(shù)僅在最近幾年才取得一些進(jìn)展;(2)就拉絲漏板的孔眼數(shù)而言,玻璃纖維生產(chǎn)所用的拉絲漏板已達(dá)2000孔甚至更多,而玄武巖纖維工業(yè)生產(chǎn)的拉絲漏板目前僅為200孔。雖然研究機構(gòu)也在進(jìn)行生產(chǎn)能力更高的多孔數(shù)的漏板的開發(fā)工作,但目前使用200孔拉絲漏板條件下連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)成本相當(dāng)于玻璃纖維的生產(chǎn)成本。玄武巖礦石原料是廉價的而且隨地可取,價格等同于鋪路石料價。而玄武巖礦石價格僅占玄武巖纖維生產(chǎn)成本的3%～5%。生產(chǎn)玄武巖纖維只需將礦石在熔化爐中進(jìn)行熔化,再進(jìn)入拉絲漏板形成纖維,這就是連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的全部工藝過程。當(dāng)然此過程中應(yīng)考慮將能耗降到最低值。因此玄武巖礦石熔化爐結(jié)構(gòu)應(yīng)該更緊湊,這樣纖維生產(chǎn)的能耗會更低些。在自然條件下,玄武巖礦石經(jīng)過富集、化學(xué)組份均質(zhì)化并在地球深部進(jìn)行熔化等過程。甚至大自然都考慮到將玄武巖礦石以山嶺的形式推到地球表面供人類利用,按統(tǒng)計數(shù)據(jù)約有1/3的山脈是由玄武巖構(gòu)成。我們在享受恩賜的同時應(yīng)記住,大自然不是簡單地賜給我們財富,生產(chǎn)玄武巖纖維必須有先進(jìn)的工藝技術(shù)和現(xiàn)代化的設(shè)備。3玄武巖的特性3.1隧道、改革的建筑構(gòu)件材料從表4所列數(shù)據(jù)可以看出,玄武巖纖維在堿性溶液中有獨特的化學(xué)穩(wěn)定性,該特性可以增強橋梁、隧道、堤壩、樓板等類混凝土結(jié)構(gòu)、瀝青混凝土路面、機場跑道和其他易受潮濕、鹽類與堿性混凝土介質(zhì)腐蝕而導(dǎo)致金屬鋼筋腐蝕的建筑構(gòu)件。玄武巖纖維可以與無機粘合劑相容,用于制造新型耐燃復(fù)合材料。此外,玄武巖纖維是制造凈化工業(yè)廢氣和城市廢物處理裝置的過濾器不可替代的材料。3.2在其他方面的用途從上表所列數(shù)據(jù)看出,由玄武巖纖維制造的各種材料可以在600℃條件下使用。用無機粘合劑制造的玄武巖纖維隔熱材料可以在7000℃條件下使用。除此之外,用某些高熱穩(wěn)定性玄武巖礦石制造的纖維可以在800℃條件下使用,且該纖維已成功地制造成過濾器,并應(yīng)用于選礦石、冶金工業(yè)、化工廠、建材廠和電站排放氣中粉塵的過濾,用玄武巖纖維制成的過濾器可以凈化300～650℃工作條件下的空氣。在抗生素過程中產(chǎn)生的氣體也可以用玄武巖纖維進(jìn)行凈化和殺菌,用玄武巖纖維制成的過濾器在生產(chǎn)中能夠長期使用,顯示出它可以承受強刺激性蒸汽的殺菌作用。3.3多次交錯變換負(fù)載作用后或多次本末事件用連續(xù)玄武巖纖維制造的型材(玄武巖鋼)如條、棒等,多年(9年以上)使用后,經(jīng)多次交錯變換負(fù)載作用下未發(fā)現(xiàn)任何疲勞破壞的痕跡--如裂縫和其他征兆。3.4波透過性能應(yīng)用連續(xù)玄武巖纖維具有較高的電絕緣性和較高的電磁波透過性,因而可以用于制造高壓(25萬V)和低壓(500V)設(shè)備的電絕緣材料,如安裝高壓輸電線、天線整流罩、雷達(dá)及其他無線電設(shè)備等。3.5玄武巖纖維制作的隔膜材料在低溫技術(shù)中玄武巖纖維可用作高效隔熱保溫材料。用單位直徑為1～3μm的超細(xì)玄武巖纖維(密度為140kg/m3)制造的隔熱保溫材料在-196℃條件下導(dǎo)熱系數(shù)為0.030W/(m·k),而且在該條件液態(tài)氮介質(zhì)中浸泡后纖維強度無降低現(xiàn)象。因此,在冶金工廠中的液態(tài)氧生產(chǎn)部門長期使用玄武巖纖維制造的隔熱保溫材料。玄武巖纖維制造的吸音材料除了廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)、造船工業(yè)和機械工業(yè),還可用該纖維制造與隔熱吸音相結(jié)合的結(jié)構(gòu)材料。該類材料是絕對不可燃的,且在加熱情況下沒有有害的物質(zhì)或氣體排出,其使用溫度達(dá)600～700℃,若與其他材料相結(jié)合使用溫度可達(dá)1000℃,如制造防火材料--防火墻、安全防火門、防火結(jié)構(gòu)件、電纜掛吊線以及其他工業(yè)用或民用高層建筑的一些產(chǎn)品。3.6玄武巖纖維在航空工業(yè)、難以生產(chǎn)的航空工業(yè)上的應(yīng)用與玻璃纖維比較,玄武巖纖維吸濕率低于6～8倍,因此在航空工業(yè)、導(dǎo)彈生產(chǎn)和船舶工業(yè)中利用玄武巖纖維制造的隔熱吸音材料屬傳統(tǒng)產(chǎn)品。因為就上述行業(yè)而言,重量輕、吸濕率低是至關(guān)重要的指標(biāo)。3.7與金屬、塑料和塑料具有良好的兼容性基于上述性能,玄武巖纖維即可用于開發(fā)新特性復(fù)合材料的廣闊前景。3.8玄武巖纖維應(yīng)用的范圍在周圍環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)作用下具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性。技術(shù)-經(jīng)濟分析結(jié)果說明,與玻璃相比玄武巖纖維及其產(chǎn)品具有最佳的性價比。從本文所述的內(nèi)容可知,玄武巖纖維有其自己的應(yīng)用領(lǐng)域,而這些領(lǐng)域玻纖是無法滿足的(從材料特性的要求角度),在某些特定的工業(yè)領(lǐng)域中玄武巖纖維有其獨特的應(yīng)用前景。因此,我們認(rèn)為不應(yīng)該將連續(xù)玄武巖纖維視為玻纖的競爭對手。4玄武巖纖維及其產(chǎn)品的分類和應(yīng)用4.1玄武巖纖維制品的分類4.2材料有4個方面的應(yīng)用(1)機械制造業(yè):熱處理設(shè)備的保溫,熱管道的保溫。(2)航空工業(yè):隔熱、吸音薄板;釘板的防火編織物用于發(fā)動機系統(tǒng)的保溫吸音。氣體動力裝置排氣通道吸音材料。(3)船舶工業(yè):設(shè)備的隔熱吸音,船體和甲板上部裝置的結(jié)構(gòu)材料。(4)車廂制造業(yè):車廂的隔熱吸音,結(jié)構(gòu)薄板的增強,不可燃材料及復(fù)合材料。(5)汽車工業(yè):制造汽車消音器的隔熱吸音材料,隔熱墊圈,保溫隔離罩,隔熱薄板,離合器盤,剎車閘瓦,結(jié)構(gòu)塑料部件的增強,不可燃復(fù)合材料,汽車頂蓋窗簾及其他材料。(6)動力能源工業(yè):蒸汽鍋爐,蒸汽透平等熱設(shè)備的保溫,電絕緣材料,高壓輸電線路懸掛心線,核電能源用材料--不可燃的保溫和結(jié)構(gòu)材料,玄武巖還是一種抗輻射保護(hù)材料。(7)化學(xué)與石化工業(yè):各種耐腐蝕管材,保護(hù)金屬,不可燃復(fù)合材料。用連續(xù)玄武巖纖維制造的過濾器可凈化排放氣中的粉塵和污染物。(8)電子工業(yè):線路板的生產(chǎn),電子儀表殼體的增強。(9)市政工程:污水處理凈化設(shè)備的過濾器。(10)冶金工業(yè):加熱設(shè)備,熱交換設(shè)備,管道與管線的保溫材料。選礦和煉鋼車間排放氣粉塵脫除過濾器,污水凈化過濾器。(11)冷凍工程和設(shè)備:生產(chǎn)壓縮天然氣和液態(tài)氧及其他產(chǎn)品的隔熱材料。(12)建材工業(yè):建筑結(jié)構(gòu)板材和飾面材料,增強網(wǎng)格,玄武巖鋼筋用于橋梁、隧道、鐵路、地鐵枕木。增強材料:用于建設(shè)瀝青混凝土公路表面覆蓋物,建筑用預(yù)制板,泡沫混凝土的增強材料。(13)水利工程:建設(shè)堤壩和灌溉工程用增強材料以及港口碼頭建設(shè)的增強材料。在此需要再次強調(diào),玄武巖纖維與玻纖不同,它可以利用無機粘合劑制造復(fù)合材料,也就是說,該復(fù)合材料是難燃甚至不可燃材料,它是一種新型復(fù)合材料,可以用在具有高火災(zāi)危險的工業(yè)建設(shè)項目,如核電站、化學(xué)工業(yè)與石化工業(yè)、高層建筑群、造船工業(yè)、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域。5連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)(1)中國的玄武巖礦石與歐洲礦石不同,從地質(zhì)角度考慮,中國的玄武巖礦石比較“年輕”,它們不具備很鮮明的特征表現(xiàn),即所謂的原化礦石的疤痕,通過對中國各省的四川、黑龍江、云南、浙江、湖北,長江中下游、海南等地區(qū)玄武巖礦石的研究說明,在這些玄武巖礦石中不存在原化巖石,在表面上僅有一些典型的黃色的鐵的氧化物薄層。這對連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)是非常有利的,原料價格和加工成本低。(2)在中國的玄武巖礦石中含有大量的鐵的氧化物,FeO、Fe2O3達(dá)15%～16%,因此必須對連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的工藝技術(shù)和操作規(guī)程進(jìn)行調(diào)整和修正。(3)在中國能源價格(天然氣、電力)大大高于俄羅斯、烏克蘭,甚至還高于歐洲和美國等世界價格