四川省盐源县纤维用玄武岩开发利用前景

张明胜，许家斌，费光春，曾 鑫，胡 毅

（1.四川省地质矿产勘查开发局一○六地质队，四川 温江 611130；2.成都理工大学地球科学学院自然资源部构造成矿成藏重点实验室，成都 610059）

连续玄武岩纤维（Continuous Basalt Fiber，简称CBF），是以玄武岩类岩石（包括玄武岩、辉绿岩和辉长岩等）为原料，在超高温条件下（1 450～1 500℃）熔融，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制成丝[1-2]。CBF是一种新型环保材料，具有非人工合成的纯天然性，加之生产过程无害，且产品寿命长，是一种成本低、性能高、洁净程度理想的新型绿色环保材料。CBF广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、车船制造、工程塑料、建筑材料等军工和民用领域，CBF被誉为21世纪的新材料[3-4]。

四川省攀西地区（指攀枝花市和西昌市）虽拥有丰富的玄武岩资源，但目前能够满足企业用于玄武岩纤维生产的玄武岩资源量极少。2017年，四川省实施了《四川省纤维用玄武岩矿调查与评价》地质勘查基金项目，在四川峨眉山玄武岩中发现了4条连续纤维用玄武岩矿体[5]。四川省凉山彝族自治州盐源县玄武岩分布广泛，尚未开展纤维用玄武岩的评价工作。开展纤维用优质玄武岩开发利用前景评价，可以为攀西地区纤维用玄武岩找矿勘查提供理论依据，并对攀西地区玄武岩纤维产业集群和攀西战略资源创新开发试验区建设工作提供参考。

1 盐源峨眉山玄武岩地质背景

盐源县的玄武岩呈弧形，发育在峨眉山玄武岩组（P3e）中。它在骡马铺岩层的厚度约为2 000 m；骡马铺西侧的平川附近断层发育，玄武岩被错断。白灵山以及公母山附近厚度最大，达到3 200 m。玄武岩组（P3e）分为两段。一段（P3e1）岩性主要为灰绿色块状微晶玄武岩、斑状玄武岩夹少量凝灰质玄武岩；二段（P3e2）岩性主要为灰绿色块状微晶玄武岩、柱状玄武岩、气孔杏仁状玄武岩、斑状玄武岩夹凝灰质砂岩。前人将峨眉山玄武岩分为西岩区（盐源-丽江岩区）、中岩区（攀西岩区）和东岩区（贵州高原岩区）三部分[6]。盐源县的峨眉山玄武岩位于西岩区，如图1所示。

图1 四川省盐源县玄武岩分布

2 盐源县玄武岩的化学成分

本次研究的玄武岩样品采集自盐源县骡马铺（HX1）、平川（HX2）、青天堡（HX3）和百灵山（冒水潭（HX4）和香房乡（HX5））等地。岩石类型包括灰绿色微晶玄武岩、斑状玄武岩和气孔杏仁状玄武岩等三种类型。西南冶金测试研究院用PHILLIPSPW-2404型X荧光光谱仪对样品主量元素进行化学分析，分析精度优于2%，分析流程参考了费光春等人的研究成果[7]。

玄武岩化学分析结果如表1所示。其中，SiO2含量为43.9%～71.26%，平均值为50.88%；A12O3含量为9.56%～15.99%，平均值为13.77%；FeO含量为1.36%～10.61%，平均值为6%；Fe2O3含量为1.49%～9.26%，平均值为4.06%；（FeO+Fe2O3）含量为2.85%～19.87%，平均值为10.05%；K2O含量为0.05%～2.08%，平均值为0.88%；Na2O含量为0.55%～5.38%，平均值为2.86%；CaO含量为0.19%～14.12%，平均值为8.9%；MgO含量为0.34%～13.48%，平均值为5.98%；TiO2含量为0.86%～3.07%，平均值为1.74%。

表1 盐源县玄武岩样品主量元素分析及相关参数分析结果（ω（B）/10-2）

3 纤维用玄武岩评价及开发利用前景

前人的研究表明，微晶玄武岩、斑状玄武岩和辉绿岩等都可以作为玄武岩拉丝的岩石类型[2]。要求样品新鲜，颜色均匀，外观呈细密紧致，风化蚀变弱，结晶程度较低（隐晶质或者微晶质），裂隙少。选料时，选取层厚且成分稳定的玄武岩层[8]。因此，柱状节理发育的玄武岩以及气孔杏仁状玄武岩不太适合拉丝。另外，玄武岩要成功拉丝，需要满足一定的化学成分要求。评价连续用拉丝玄武原材料成分时主要考虑7个参数。

一是酸度系数（Ma），它是最重要的参数，计算公式为：

如果Ma＜1.2，纤维称之为渣棉，很脆，表现出很差的耐化学性。如果Ma=1.2～1.5，称为矿物棉，易碎，但具有可接受的绝缘性能。如果Ma＞1.5，称为岩棉或玄武岩纤维。连续玄武岩纤维生产的最佳酸度系数Ma保持在3～6[9]。

二为黏度系数（Mv），它是描述玄武岩熔体黏度的重要参数，对筛选合适的玄武岩纤维原材料有重要的意义。计算公式为：

式中，X表示氧化物的摩尔分数。连续玄武岩纤维生产的最佳黏度系数Mv保持在2～3[10]。

三是SiO2含量。SiO2在玄武岩熔体中起到增加聚合度、提高熔点和析晶温度、增加黏度的作用。如果原岩中的SiO2含量为50%～58%，其较为适宜作为玄武岩纤维原材料[11]。

四是ω（Fe2O3+TiO2）值，根据成都拓鑫、上海俄金等公司提供的参考值，得出最适合制作玄武岩纤维的原岩中Fe2O3+TiO2的含量应小于或等于11.5%[8]。

五是ω（FeO）/ω（Fe2O3）值。Fe2+/Fe3+的比值对于玄武岩纤维生产有着重要的意义，其适用参数为ω（FeO）/ω（Fe2O3）≥ 0.5[12]。

六是CaO含量，不同CaO的含量会使得玄武岩熔体的黏度产生变化，从而影响纤维的成型。一般情况下，玄武岩原材料中CaO的含量不得大于12%[11]。

七为SiO2+Al2O3的含量，玄武岩纤维的抗拉强度随SiO2+Al2O3含量的增加而增加，热膨胀系数减小，热稳定性提高。SiO2+Al2O3含量一般不应超过78%[13]。

统计以上参数后发现，有HX1-11、HX2-13、HX2-5三件样品分析结果，计算后符合所有7个参数，样品全部位于盐源县的骡马铺和平川地区。进一步统计20件样品，共有17件符合酸度系数标准，4件符合黏度系数标准，6件符合SiO2含量标准，17件符合ω（FeO）/ω（Fe2O3）比值标准，19件符合Fe2O3+TiO2含量标准，19件符合SiO2+Al2O3含量标准，15件符合CaO含量标准。比对发现，盐源县玄武岩各元素含量与国内外推荐值或成功拉丝数据区间基本吻合。但是，青天堡玄武岩CaO含量全部超过12%，酸度系数整体较低。理想的拉丝玄武岩酸度系数Ma主要介于3～6，盐源县的玄武岩Ma主要集中于3～7，平均值为4.18，与推荐值及成功值很相近。综合分析表明，青天堡玄武岩拉丝前景较差；骡马铺和平川玄武岩最适合拉丝，其次是百灵山香房乡和冒水潭玄武岩，具有较好的拉丝玄武岩制备潜力，应安排部署下一步采样分析及拉丝试验工作。

4 结论

根据盐源县玄武岩的分布特征、岩石类型和化学成分，本文得出以下结论。岩石类型方面，盐源县的斑状玄武岩和隐晶玄武岩满足连续拉丝要求，气孔状玄武岩和柱状玄武岩不满足。原材料化学成分方面，从化学成分氧化物含量、酸度系数、黏度系数等参数的分析对比来看，盐源县骡马铺和平川玄武岩最适合连续拉丝，其次是百灵山香房乡和冒水潭玄武岩。