我国叶蜡石在玻璃纤维行业中的应用现状及发展趋势

舒 锋

（中国非金属矿工业有限公司，北京 100035）

0 前言

叶蜡石属结晶结构为2∶1型的层状含水铝硅酸盐黏土矿物。化学结构式为Al2［Si4O10］（OH）2，理论化学组成为Al2O328.3%，SiO266.7%，H2O5.0%。

叶蜡石由酸性火山玻璃水解改造或区域变质或低温热液蚀变而成。质地细腻，常呈淡黄、乳灰白、灰绿等颜色，蜡状光泽，有滑感，硬度低（1～2），密度2.65～2.90 g/cm3，耐火度大于1 700℃，在水中无膨胀性和可塑性，吸水性差，结构稳定，具有化学惰性、绝缘性和绝热性［1］。常与石英、高岭石、蒙脱石、地开石、绢云母以及蓝晶石、红柱石、刚玉等矿物共生，主要用于建筑陶瓷、耐火材料、玻璃纤维、造纸、塑料等十几个领域。

1 我国叶蜡石资源概况

我国是世界上叶蜡石矿储量最丰富的国家之一，其已探明储量仅次于日本和韩国。截至2020年，我国叶蜡石矿区数量达到78个，基础储量2 952.17万t，储量332.75万t，资源量达到7 048.93万t，查明资源储量1 0001.10万t（表1）。从储量上看，浙江省的叶蜡石矿产储量占全国第一，浙、闽两省是我国叶蜡石矿产最多的省份，分别占探明储量的48.85%和28.68%；其次是江西、北京、内蒙古、新疆等省（区）；在黑龙江、广东、广西等省（区）也有分布。

表1 我国叶蜡石储量［2］

2 我国玻纤产业发展分析

我国玻璃纤维产业近年来处于高速发展的阶段。2011~2020年，我国玻纤产量年均复合增长率达到6.85%。特别是近两年随着玻璃纤维产品供求关系好转，下游应用领域不断扩展，市场景气度快速回升。2020年我国玻纤产量541万t，约占全球总产量的65%，中国已成为世界规模最大的玻纤生产国［3］。

我国玻纤生产企业分布相对集中，主要集中在浙江、山东、四川、江西、重庆等地，具有较强的集群效应。在此竞争格局下，大型玻纤企业具有较大的竞争优势，新兴企业进入该市场非常困难。随着环保要求的日趋严格以及较高的技术、资金等要求，我国从政策上也提高了准入门槛，大型玻纤企业的优势将更加明显。不仅新兴企业进入市场更困难，竞争力较弱的企业也很可能被逐渐挤出市场。预期行业集中度将进一步提高，寡头垄断格局会长期维持［4］。

图1 2011~2020年玻纤总量及增速变化情况

近年来，随着玻纤行业的高速发展，我国也培育了一批大型优质玻纤生产企业，如中国巨石、泰山玻纤和重庆国际等玻纤企业在生产规模、产品质量、技术、资金、品牌及成本控制等多方面均具有较强的国际竞争力。中国巨石、泰山玻纤和重庆国际是国内玻纤行业的三大巨头，约占到国内玻纤产能的70%左右。以中国巨石、泰山玻纤为代表的中国玻纤企业的迅速崛起，正不断改变着世界玻纤格局［5］。

3 叶蜡石在玻纤行业中的应用

叶蜡石并不是唯一能用来生产玻璃纤维的含Al2O3矿物原料，欧美国家的玻璃纤维企业，采用精选或质地好的高岭土而不是叶蜡石作玻纤原料。

玻璃纤维主要成分为SiO2、Al2O3、CaO和MgO等，约占玻纤组分的90%，这些组分主要由石英砂、叶蜡石、高岭土、白云石、硼钙石等天然矿物原料引入。玻纤中使用叶蜡石的主要目的是引入Al2O3，代替铝粉降低成本，提高玻纤机械强度，其中Al2O3质量分数以16%～22%的中铝叶蜡石为佳，Al2O3质量分数过高或过低都对生产工艺有很大影响。由于叶蜡石产地和成因不同，叶蜡石中Al2O3质量分数略有偏差，均要求产品批次内均匀度≥97%，批次间均匀度≥95%。Fe2O3质量分数是玻纤用叶蜡石质量控制的一个重要指标，它不仅影响玻纤的着色问题，对池窑中玻璃液的传热性能也有重要影响。另外含K2O、Na2O高的伊利石型叶蜡石也不适合无碱玻璃纤维的生产；含有的石英型水铝石，在窑炉中不易熔化，拉丝时易产生断头。

玻纤用叶蜡石技术指标为：叶蜡石原矿中Al2O3≥16%，且Fe2O3≤0.5%（表2）。

表2 玻纤用叶蜡石技术指标

按玻纤的成分和原料配方，叶蜡石原料占玻纤产品重量的60%，2020年我国玻纤行业大约需要325万t叶蜡石。目前叶蜡石开采矿山有67个，其中大型矿山约占9%（年产10万t以上），小型矿山约占64%，可直接用于玻纤原料的矿山约占总数的1/5，大部分矿山叶蜡石资源品质稍差，部分指标（多为Fe2O3）不能满足玻纤要求，并且选矿难度大，主要用于陶瓷、耐火材料等其他行业。

我国玻纤叶蜡石供应主要分为两种类型，一种为玻纤企业建有粉料加工生产线，通过市场外购叶蜡石块矿，自行生产叶蜡石微粉。如中国建材集团旗下的大型玻纤公司中国巨石和泰山玻纤均有自己的原料粉磨生产线。另一种是独立的玻纤原料供应商，根据玻纤企业需要，提供叶蜡石、高岭土及其不同搭配的多种粉料产品。如福建远嘉、浙江磊纳是国内叶蜡石微粉的大型加工企业［6］。

4 叶蜡石在玻纤行业的发展趋势

（1）多矿点配矿才能满足玻纤企业质量要求。随着叶蜡石资源的不断开发，资源品质逐渐下降，单一矿点的矿石难以单独进行玻纤生产，需要多矿点进行配矿才能满足质量需求。根据配矿原则，一般选择2种叶蜡石按照一定的比例进行搭配使用。有必要时，由3种或4种叶蜡石进行搭配。配矿的关键环节是均化，要确保原料的质量稳定性、化学成分的均匀性。

（2）叶蜡石选矿除铁工艺研究亟需加强。我国叶蜡石中Fe2O3质量分数普遍较高，而且与Al2O3相比，Fe2O3质量分数高才是限制我国玻纤用叶蜡石资源的主要问题。我国叶蜡石Fe2O3质量分数分布在0.25%～1.5%区间的占82%以上。统计推算，经过选矿除铁后，假如Fe2O3质量分数降低0.1%，那么玻纤叶蜡石的可供给量可增加8%。在现有叶蜡石资源基础上，单纯利用选矿除铁技术就能提高我国玻纤叶蜡石资源可供量，除铁是提高资源保障的可行方法之一。

（3）建立专业化、标准化玻纤原料生产基地是趋势。从发达国家玻纤工业的发展经验来看，玻纤原料生产越来越趋向专业化。通过专业化、标准化的玻纤原料基地，为玻纤企业提供质量稳定、满足加工要求的标准化原料，不仅可以避免因原料不稳定，造成拉丝作业严重断头飞丝现象，而且可以大大提升玻纤产品的质量；建立完善的标准化原料检验检测、均化及物流系统，保障玻纤企业稳定生产，推动我国玻纤行业的转型升级，建立专业化标准化玻纤原料基地是保障玻纤质量稳定的重要手段。