长白地区玄武岩拉丝可行性研究及尾矿制备轻质陶粒

发布时间：2020-05-06 12:54

【摘要】：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Na_2O+K_2O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1100~1480oC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11.5~16.2μm,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/m~3,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16000~25000￥/t;所得轻质陶粒的生产成本约为340.45￥/t,售价为400~600￥/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。
【图文】：

吉林大学硕士学位论文玄武岩矿石全球储量巨大，广泛分布于全球各地，其在国外广泛分布在日本兵库县、俄罗斯乌拉尔山脉、美国西部、印度尼西亚、菲律宾、越南等地，我国玄武岩矿藏储量十分丰富，，主要分布在秦岭南麓、甘肃祁连山、黑龙江五大连池、河北蔚县、新疆准噶尔盆地、西藏喜马拉雅山、青海昆仑山、山西大同以及华南沿海一带，陕西略阳（秦岭南麓）[9]，其中吉林省的长白山地区也分布有较多的玄武岩矿产。我国部分玄武岩分布图如图 1.1 所示。

图 3.1 CBF 制作流程图Figure 3.1 Diagram of CBF production flow.2 不同温度和冷却方式对玄武岩熔体的影响本实验所用矿石选自吉林省长白柳河地区，随机取一批玄武岩矿石，将其放于鼓风干燥箱中干燥至恒重后，用鄂式盘磨机将玄武岩矿石磨成 300 目左右的末，分别称取 8 份重量分别为 5 g 的矿石粉，将它们分别放置于同一批次等大
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ343.4;TD926.4

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本文编号：2651293