SiO2对玄武岩玻璃析晶性能的影响研究

2021-03-03舒凤娇安倩马跃国李双慧周悦杨光祥葛源

安徽化工 2021年1期

关键词：长石六盘水二氧化硅

舒凤娇，安倩，马跃国，李双慧，周悦，杨光祥，葛源

（六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州六盘水553004）

玄武岩纤维作为绿色环保、高强度纤维，能够应用于军工、建筑、环保等领域。玄武岩纤维的制备受到很多因素的影响，如熔融特性、粘度特性、析晶特性等，其中析晶特性决定了纤维的成丝率、强度等，是十分关键的因素。

本文以贵州六盘水地区玄武岩为研究对象，通过添加二氧化硅研究其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参考。

1 原料及分析

原料玄武岩来自于贵州省六盘水某玄武岩矿，经破碎、磨矿、干燥获得实验样品。利用X 射线荧光光谱分析其化学组成，如表1。

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，分别添加0 g、0.82 g、1.71 g、2.68 g、3.76 g分析纯二氧化硅，以研究二氧化硅对玄武岩析晶特性的影响。对不同二氧化硅添加量的玄武岩进行化学组成换算，如表2所示。

利用Factsage 热力学软件中的Equilb 模块，选择氧化物数据库，压力为1.01×10Pa，温度800℃～1 600℃，计算玄武岩的高温物相变化过程。

称取5份不同二氧化硅添加量的玄武岩粉末各5 g进行高温实验，具体为：将盛放玄武岩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，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检测。

表2 玄武岩化学组成（%）

收稿日期：2020-08-20

基金项目：贵州省级大学生创新创业训练计划项目（编号：20195201492，20195201521）；六盘水科技计划项目（编号：52020-2019-05-07）

作者简介：舒凤娇（1998-），女，本科生，研究方向：矿物加工，1601082534@qq.com；通讯联系人：葛源（1989-），女，毕业于东北大学，讲师，化学工程与工艺专业，747462375@qq.com。

图1 玄武岩高温物相变化图

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。随着二氧化硅含量的增加，长石相析出温度有一定降低，但石英相的析出温度有一定的提高，析出量也提高，而且二氧化硅的加入会促进液相的分化，不利于整个系统的稳定。在1 200℃下，玄武岩主要包含液相、少量长石相，在二氧化硅添加量为3.76 g时，液相的分化十分明显。

为了进一步分析玄武岩结构的差异，利用红外光谱仪对玄武岩进行分析，结果如图2所示。

图2 玄武岩红外光谱图

一般硅酸盐矿物在400～500 cm和1 200～850 cm会出现明显的特征吸收带。从图2可以看出，由于二氧化硅的加入，1 200～850 cm吸收带向高频偏移至1 300～1 600cm。随着二氧化硅添加量的增加，波长450 cm吸收峰明显增强，其代表了Si-O、Al-O 键的弯曲振动，该处吸收峰的增强可能是由于加入的二氧化硅的Si-Ot 键中的O 属于末端氧，其振动频率高于Si-Ob（桥氧）。1 300～1 600 cm代表Si-O、Al-O伸缩振动，随着二氧化硅添加量的增加，1 300～1 600 cm的吸收峰强度提高，吸收峰变窄，结构聚合度提高。