长白地区玄武岩拉丝可行性研究及尾矿制备轻质陶粒

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玄武岩连续纤维(Continuous Basalt Fiber,简称CBF)是利用玄武岩矿石熔融拉制而成的一种无机非金属纤维。其具有较高的力学性能还拥有一系列特殊性能,如绝缘性能好、耐温及耐腐蚀性优异、抗辐射强、吸波、使用温度范围广等。在吸湿性、耐碱性等方面也明显优于玻璃纤维。玄武岩连续纤维因其具有较大长径比,不宜被肺部吸入,被称之为21世纪绿色材料。吉林省已探明玄武岩储量约占全国的12%。吉林省长白地区玄武岩具有富含FeO及Na2O+K2O的特征,可将其归类于粗安玄武岩。本文针对长白粗安玄武岩,开展了拉丝可行性研究,通过复配原料,拉制出CBF,并利用玄武岩尾矿、油页岩等固废资源制备了轻质陶粒,实现资源综合利用。通过对玄武岩矿石进行XRF测试分析,筛选出适合的玄武岩矿料进行拉丝实验。实验发现:在11001480oC温度条件下对玄武岩矿石粉进行熔融,分别采取随炉冷却和淬冷的方式,通过X射线衍射分析(XRD)和偏光显微分析,结果表明只有1450oC后保温9 h后的淬冷样品能够满足拉丝要求。CBF直径、线密度和断裂强度都随着拉丝速率的增大而减小,所得CBF直径为11.516.2μm,当拉丝速率为7.2 m/s时,纤维直径为12.6μm,线密度为3.54 Tex,断裂强度为0.41N/Tex;当拉丝速率为8 m/s时,纤维直径为11.5μm,线密度为3.39 Tex,断裂强度为0.40 N/Tex。本文第二部分提出利用玄武岩尾矿和白泥为骨架,黑棉土作为助熔剂,油页岩作为发泡剂,制备出轻质陶粒,产品满足GB/T 17431-2010轻质陶粒的标准。实验发现:原料质量配比为玄武岩:白泥:黑棉土:油页岩=2:1:1:1,烧结方式为分阶段烧结方法,样品先在450oC进行预烧结,保温15 min后,在1180oC的温度下,烧结20 min,所制备的陶粒堆积密度为662 kg/m3,密度等级为700,吸水率为1.61%,孔隙率为41.43%,筒压强度为4.21 MPa。通过X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG)、电子探针(EMPA)和扫描电镜(SEM)等表征方法对陶粒的膨胀机理、物相转变和微观形貌进行了探究和分析。探讨了成功烧制陶粒的两个条件:(1)原料在适宜的温度下能够形成粘度合适的玻璃态物质,该物质用来封存原料释放的气体;(2)原料在形成玻璃态物质的同时要产生气体。修正后Riley相图可为今后发泡陶粒的制备提供了可靠的理论依据。所得CBF(直径为13μm)的成本约为9289¥/t,当前市场售价为1600025000¥/t;所得轻质陶粒的生产成本约为340.45¥/t,售价为400600¥/t,若用作陶粒滤料价格则高达2000¥/t左右。因此,利用该法开发长白地区玄武岩在技术经济层面具有可行性,对于地域经济的发展具有重要意义。
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