四川省鹽源縣纖維用玄武巖開發利用前景

張明勝，許家斌，費光春，曾 鑫，胡 毅

（1.四川省地質礦產勘查開發局一○六地質隊，四川 溫江 611130；2.成都理工大學地球科學學院自然資源部構造成礦成藏重點實驗室，成都 610059）

連續玄武巖纖維（Continuous Basalt Fiber，簡稱CBF），是以玄武巖類巖石（包括玄武巖、輝綠巖和輝長巖等）為原料，在超高溫條件下（1 450～1 500℃）熔融，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制成絲[1-2]。CBF是一種新型環保材料，具有非人工合成的純天然性，加之生產過程無害，且產品壽命長，是一種成本低、性能高、潔凈程度理想的新型綠色環保材料。CBF廣泛應用于消防、環保、航空航天、軍工、車船制造、工程塑料、建筑材料等軍工和民用領域，CBF被譽為21世紀的新材料[3-4]。

四川省攀西地區（指攀枝花市和西昌市）雖擁有豐富的玄武巖資源，但目前能夠滿足企業用于玄武巖纖維生產的玄武巖資源量極少。2017年，四川省實施了《四川省纖維用玄武巖礦調查與評價》地質勘查基金項目，在四川峨眉山玄武巖中發現了4條連續纖維用玄武巖礦體[5]。四川省涼山彝族自治州鹽源縣玄武巖分布廣泛，尚未開展纖維用玄武巖的評價工作。開展纖維用優質玄武巖開發利用前景評價，可以為攀西地區纖維用玄武巖找礦勘查提供理論依據，并對攀西地區玄武巖纖維產業集群和攀西戰略資源創新開發試驗區建設工作提供參考。

1 鹽源峨眉山玄武巖地質背景

鹽源縣的玄武巖呈弧形，發育在峨眉山玄武巖組（P3e）中。它在騾馬鋪巖層的厚度約為2 000 m；騾馬鋪西側的平川附近斷層發育，玄武巖被錯斷。白靈山以及公母山附近厚度最大，達到3 200 m。玄武巖組（P3e）分為兩段。一段（P3e1）巖性主要為灰綠色塊狀微晶玄武巖、斑狀玄武巖夾少量凝灰質玄武巖；二段（P3e2）巖性主要為灰綠色塊狀微晶玄武巖、柱狀玄武巖、氣孔杏仁狀玄武巖、斑狀玄武巖夾凝灰質砂巖。前人將峨眉山玄武巖分為西巖區（鹽源-麗江巖區）、中巖區（攀西巖區）和東巖區（貴州高原巖區）三部分[6]。鹽源縣的峨眉山玄武巖位于西巖區，如圖1所示。

圖1 四川省鹽源縣玄武巖分布

2 鹽源縣玄武巖的化學成分

本次研究的玄武巖樣品采集自鹽源縣騾馬鋪（HX1）、平川（HX2）、青天堡（HX3）和百靈山（冒水潭（HX4）和香房鄉（HX5））等地。巖石類型包括灰綠色微晶玄武巖、斑狀玄武巖和氣孔杏仁狀玄武巖等三種類型。西南冶金測試研究院用PHILLIPSPW-2404型X熒光光譜儀對樣品主量元素進行化學分析，分析精度優于2%，分析流程參考了費光春等人的研究成果[7]。

玄武巖化學分析結果如表1所示。其中，SiO2含量為43.9%～71.26%，平均值為50.88%；A12O3含量為9.56%～15.99%，平均值為13.77%；FeO含量為1.36%～10.61%，平均值為6%；Fe2O3含量為1.49%～9.26%，平均值為4.06%；（FeO+Fe2O3）含量為2.85%～19.87%，平均值為10.05%；K2O含量為0.05%～2.08%，平均值為0.88%；Na2O含量為0.55%～5.38%，平均值為2.86%；CaO含量為0.19%～14.12%，平均值為8.9%；MgO含量為0.34%～13.48%，平均值為5.98%；TiO2含量為0.86%～3.07%，平均值為1.74%。

表1 鹽源縣玄武巖樣品主量元素分析及相關參數分析結果（ω（B）/10-2）

3 纖維用玄武巖評價及開發利用前景

前人的研究表明，微晶玄武巖、斑狀玄武巖和輝綠巖等都可以作為玄武巖拉絲的巖石類型[2]。要求樣品新鮮，顏色均勻，外觀呈細密緊致，風化蝕變弱，結晶程度較低（隱晶質或者微晶質），裂隙少。選料時，選取層厚且成分穩定的玄武巖層[8]。因此，柱狀節理發育的玄武巖以及氣孔杏仁狀玄武巖不太適合拉絲。另外，玄武巖要成功拉絲，需要滿足一定的化學成分要求。評價連續用拉絲玄武原材料成分時主要考慮7個參數。

一是酸度系數（Ma），它是最重要的參數，計算公式為：

如果Ma＜1.2，纖維稱之為渣棉，很脆，表現出很差的耐化學性。如果Ma=1.2～1.5，稱為礦物棉，易碎，但具有可接受的絕緣性能。如果Ma＞1.5，稱為巖棉或玄武巖纖維。連續玄武巖纖維生產的最佳酸度系數Ma保持在3～6[9]。

二為黏度系數（Mv），它是描述玄武巖熔體黏度的重要參數，對篩選合適的玄武巖纖維原材料有重要的意義。計算公式為：

式中，X表示氧化物的摩爾分數。連續玄武巖纖維生產的最佳黏度系數Mv保持在2～3[10]。

三是SiO2含量。SiO2在玄武巖熔體中起到增加聚合度、提高熔點和析晶溫度、增加黏度的作用。如果原巖中的SiO2含量為50%～58%，其較為適宜作為玄武巖纖維原材料[11]。

四是ω（Fe2O3+TiO2）值，根據成都拓鑫、上海俄金等公司提供的參考值，得出最適合制作玄武巖纖維的原巖中Fe2O3+TiO2的含量應小于或等于11.5%[8]。

五是ω（FeO）/ω（Fe2O3）值。Fe2+/Fe3+的比值對于玄武巖纖維生產有著重要的意義，其適用參數為ω（FeO）/ω（Fe2O3）≥ 0.5[12]。

六是CaO含量，不同CaO的含量會使得玄武巖熔體的黏度產生變化，從而影響纖維的成型。一般情況下，玄武巖原材料中CaO的含量不得大于12%[11]。

七為SiO2+Al2O3的含量，玄武巖纖維的抗拉強度隨SiO2+Al2O3含量的增加而增加，熱膨脹系數減小，熱穩定性提高。SiO2+Al2O3含量一般不應超過78%[13]。

統計以上參數后發現，有HX1-11、HX2-13、HX2-5三件樣品分析結果，計算后符合所有7個參數，樣品全部位于鹽源縣的騾馬鋪和平川地區。進一步統計20件樣品，共有17件符合酸度系數標準，4件符合黏度系數標準，6件符合SiO2含量標準，17件符合ω（FeO）/ω（Fe2O3）比值標準，19件符合Fe2O3+TiO2含量標準，19件符合SiO2+Al2O3含量標準，15件符合CaO含量標準。比對發現，鹽源縣玄武巖各元素含量與國內外推薦值或成功拉絲數據區間基本吻合。但是，青天堡玄武巖CaO含量全部超過12%，酸度系數整體較低。理想的拉絲玄武巖酸度系數Ma主要介于3～6，鹽源縣的玄武巖Ma主要集中于3～7，平均值為4.18，與推薦值及成功值很相近。綜合分析表明，青天堡玄武巖拉絲前景較差；騾馬鋪和平川玄武巖最適合拉絲，其次是百靈山香房鄉和冒水潭玄武巖，具有較好的拉絲玄武巖制備潛力，應安排部署下一步采樣分析及拉絲試驗工作。

4 結論

根據鹽源縣玄武巖的分布特征、巖石類型和化學成分，本文得出以下結論。巖石類型方面，鹽源縣的斑狀玄武巖和隱晶玄武巖滿足連續拉絲要求，氣孔狀玄武巖和柱狀玄武巖不滿足。原材料化學成分方面，從化學成分氧化物含量、酸度系數、黏度系數等參數的分析對比來看，鹽源縣騾馬鋪和平川玄武巖最適合連續拉絲，其次是百靈山香房鄉和冒水潭玄武巖。