李双慧，黄 沁 ，舒凤娇，马跃国 ，周永发 ，陈 波 ，葛 源

(六盘水师范学院 化学与材料工程学院 ，贵州 六盘水 553004)

玄武岩纤维因其绿色环保、性能优越，被广泛应用于军工、建筑、环保等领域[1]。玄武岩的熔融特性、黏度特性、析晶特性等对玄武岩纤维的生产及性能有极大影响，其中析晶特性对纤维成丝、纤维强度影响显著[2-5]。本文以贵州六盘水地区玄武岩为研究对象，通过添加三氧化二铝研究其含量对玄武岩玻璃析晶性能的影响，为玄武岩纤维生产中析晶性能的调控提供一定的依据。

1 原料及分析

样品取自贵州省六盘水地区的玄武岩矿，经过破碎、磨矿、干燥等处理工艺获得玄武岩粉末。利用X射线荧光光谱分析玄武岩的化学组成，结果见如表1所示。

表1 玄武岩化学组成 %

2 实验方案

称取5份玄武岩矿粉各20 g，分别向其中添加0、0.39、0.82、1.26、1.72 g分析纯三氧化二铝，以便研究三氧化二铝含量对玄武岩析晶特性的影响，并对不同三氧化二铝添加量的玄武岩进行化学组成换算，结果如表2所示。

表2 玄武岩化学组成 %

采用Fact Sage热力学软件中的Equilb模块计算玄武岩的高温物相变化过程，选择氧化物数据库，压力为1.01×105Pa，温度800～1 600 ℃。称取5份不同三氧化二铝添加量的玄武岩粉末各5 g进行高温实验，将盛放玄武岩粉末的刚玉坩埚置于高温电阻炉中，升温速率10 ℃/min，室温升至1 450 ℃，保温2 h；再以降温速率10 ℃/min降至1 200 ℃，保温0.5 h；取出水冷，80 ℃真空干燥4 h，粉碎、研磨获得玄武岩玻璃粉末，利用红外分析仪器，对玄武岩玻璃的官能团结构进行测定。

3 结果与讨论

从图1可以看出，玄武岩高温过程中，随着温度降低，液相含量不断降低，并析出固溶相，如长石固溶相、刚玉、辉石以及石英相。随着三氧化二铝含量的增加，长石相析出温度有一定提高，但石英相的析出温度有一定的降低，析出量也降低。三氧化二铝的加入不会促进液相的分化，在适宜的添加量下有利于整个系统的稳定性。在1 200 ℃下，玄武岩主要包含液相、少量长石相、Cord相，在三氧化二铝添加量为1.72 g时已经没有石英相析出。

图1 玄武岩高温物相变化

为了了解不同三氧化二铝含量玄武岩结构的差异，利用红外分析仪对玄武岩进行测定，结果如图2所示。

图2 玄武岩红外光谱

一般硅酸盐矿物在400～500 cm-1和850～1 200 cm-1出现明显的特征吸收带。从图2可以看出，由于三氧化二铝的加入，850～1 200 cm-1吸收带向高频偏移至1 300～1 600 cm-1。随着三氧化二铝添加量增加，450 cm-1处吸收峰增强并不明显，其代表了Si—O、Al—O键的弯曲振动，因为加入的三氧化二铝，提供的铝原子可进入硅氧结构，替代硅形成铝硅酸盐结构，为了电价中和需要吸收K、Na等一价正离子，促使系统更加稳定。1 300～1 600 cm-1代表Si—O、Al—O伸缩振动，随着三氧化二铝添加量增加，1 300～1 600 cm-1吸收峰强度基本不变。

4 结论

结合热力学软件和红外光谱分析方法，研究了三氧化二铝对玄武岩析晶特性的影响，发现添加三氧化二铝，能够调节玄武岩玻璃的析晶特性，如提高长石析晶温度、降低石英析晶温度和析晶量、但对玄武岩熔体结构聚合度影响不明显。