国内外玄武岩熔体研究状况

玄武岩熔体性能对纤维生产工艺有着重要意义，它主要由粘度和析晶温度来表征。其中，玄武岩的粘度—温度关系和析晶温度区间是选择原料及其配料、确定熔制工艺、调节漏板温度、决定工艺制度的依据，是对玄武岩熔化、成型过程中传热和流动过程进行数值模拟不可缺少的物性参数。 在拉丝过程中，玄武岩熔体有不同程度的析晶倾向，析晶将导致纤维断裂，强度降低。为避免拉丝时产生析晶现象，成型温度必须要高于玄武岩的析晶温度，即拉丝作业中漏板温度至少大于析晶上限温度4050℃。因此，测定析晶上限温度是决定成型温度的关键所在。 玄武岩熔体化学成分对熔体粘度有很大影响：熔体粘度随SiO2、Al2O3含量的增大而增大，相应提高了熔体的熔制和纤维成型温度；粘度随碱金属和碱土金属氧化物含量的增大而降低，降低熔体的熔制和纤维成型温度，而FeO和Fe2O3对熔体粘度和析晶性能影响较复杂，部分学者研究发现：Fe3+含量越高，则熔体的粘度越高，熔体的析晶性能越强，而一些学者则得出相反的结论。在铁的价态对粘度影响上存在很大争议。CaO作为一种稳定剂，能降低玻璃的粘度，促进玻璃的熔化和澄清，会使成型温度降低，但含量过高会造成析晶上限温度显著上升，甚至超过成型温度，拉丝时会产生严重析晶现象，引起成型过程恶化，很难生产高质量的纤维。而SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分则能大大降低玄武岩熔体的析晶倾向。 1.国内玄武岩熔体研究状况 河北工业大学胡琳娜以及哈尔滨工业大学闫全英等人是国内较早一批从事玄武岩熔体基础性能的学者，主要研究玄武岩熔体及添加料下的粘度-温度关系和析晶性能。这些研究可概括为：熔体粘度随温度降低而增大；熔体化学成分中的SiO2、Al2O3、CaO和MgO对熔体粘度影响较大，熔体粘度随SiO2或Al2O3含量的增加而增加，随CaO或MgO含量的增加而降低，进而引入纤维酸度系数概念，酸度系数是一个综合表达玄武岩熔体高温黏度、成纤性能、易熔性和化学稳定性的重要参数。根据矿物中SiO2、Al2O3、CaO和MgO质量分数可计算出酸度系数MK=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)，其值越高，表明熔体黏度越大，纤维拉丝成型工艺要求难度就越大。一般工艺要求成纤酸度系数为3.55.0时最佳。熔体结构对熔体粘度的影响体现在：[SiO4]和[AlO4]四面体的网络骨架起到增强聚合度的作用，使熔体的流动性减小而粘度增大。凡是能起到网络形成体作用的阳离子Si4+和Al3+，争夺氧的能力加强 ，在熔体中与桥氧呈四配位，形成[SiO4]和[AlO4]四面体，使熔体粘度增加；而Ca2+的引入会破坏网络四面体的结构，造成粘度的降低。在这些文献中发现，河北万全玄武岩矿石与其它地区相比熔点较低，有利于在较低温度下熔制、拉丝。CaO含量的增加会使析晶性能增强，对拉丝工艺是不利的，应避免CaO的含量。另外国内其他学者也对湖北京山玄武岩、陕西略阳玄武岩、黑龙江鸡西玄武岩等熔体性能进行研究。 2.国外玄武岩熔体研究状况 国外玄武岩纤维熔体性能研究主要集中在俄罗斯、法国等国。俄罗斯学者Tatarintseva研究了玄武岩矿石主要氧化物对其熔体粘度性能影响，该文章利用X射线荧光法(XRF)测得矿石氧化物含量，并将氧化物含量与测得粘度进行线性拟合进而得到相关表达式，该表达式能较为准确的推导出不同氧化物含量下的熔体粘度。法国Bouhifd研究熔体高温下的熔体性能时发现，熔体粘度和析晶倾向取决于样品中Fe元素的不同氧化还原价态的含量比，即Fe2+/Σ Fe的比r。r越小，即 Fe3+含量越高，则熔体的粘度越高，熔体的析晶性能越强；Fe2+含量越高，则熔体的粘度析晶能力越低。这与Neuville等人得到结论相似。