玄武岩综合利用研究进展

岑继周，朱荣海，蒋朝阳，石文博，李 松

（六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州六盘水 553004）

岩浆由地表裂隙中溢出以及火山喷发后凝结成的火成岩称为玄武岩。由于成分、结构、组成矿物和凝结速度等不同，从而形成不同种类的玄武岩。其中按成分不同可分为碱性玄武岩、高铝玄武岩、拉斑玄武岩；根据结构不同可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩、玄武玻璃；根据充填矿物不同可分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等。而没有风化的玄武岩则是致密岩石，由于其凝结后产生六方晶体节理，被风化后形成六方柱状，严重风化而得到的为玄武土，同时被风化和雨水淋滤，将会由玄武土转变成铝土矿。有的玄武岩气孔中还充填有铜、钴、硫磺等矿物。正是由于各类玄武岩形成的机理不同，导致不同种类玄武岩所展现出不同的性能，因而对玄武岩的各项性能、复合加工所得到的各类纤维产品的运用和在各领域的利用前景广泛。

1 玄武岩纤维的应用

1.1 玄武岩纤维在汽车领域的利用

玄武岩纤维作为新型环保的高性能纤维，生产成本低，效率高，生产过程对人体没有危害。玄武岩纤维能替代玻璃纤维应用在汽车导流罩生产中。对玄武岩纤维进行加工处理，改善多种纤维和玄武岩纤维在RTM 成型导流罩上的应用，梁继才通过对不同纤维织物形式组成复合材料和不同玄武岩纤维种类不同性能的研究，探究铺设方式对产品性能的影响，以及不同厚度的复合材料所展现出不同力学性能探究，得出影响汽车摩擦材料性能的重要因素为增强玄武岩纤维种类和含量，在同源配方中分别采用玄武岩纤维和玻璃纤维，测试了摩擦材料的摩擦系数、冲击强度、洛氏硬度性能。结果表明，同等质量分数（质量分数为8%）的玄武岩纤维摩擦材料比玻璃纤维摩擦材料的洛氏硬度可以提高33.8%，冲击强度提高7.45%，而且摩擦性能也相对稳定，磨损率低，所以玄武岩纤维是制备高性能摩擦材料替代玻璃纤维的优选原料。

随着人们环境保护意识加强和节能减排的提出，轻量化也成为汽车未来发展的方向之一。加上玄武岩纤维拥有多种优异的特性，从而在汽车、轨道交通等多个领域得到广泛利用。玻纤增强同样是汽车内饰件常用的材料之一。然而很多玻纤存在着阻燃性差，易老化等缺点。长期使用会加大安全隐患，同时老化后也会影响产品的外在美观。在阻燃方面，玄武岩纤维同样展现出很好的效果，谷永强对玄武岩纤维在改善阻燃性能方面做相关的研究探讨。结果表明，在添加玄武岩纤维后，产品能够有效地改善车门内饰板的刚度，而且结果与有限元分析结果吻合良好。除此之外，由玄武岩纤维混合而成的材料还能提高汽车车门的内饰板的尺寸稳定性、韧性和力学性能。而在此方法的基础上，刘伯威通过采用热压法制备的玄武岩纤维增强摩擦材料，其中存在关系：伴随玄武岩纤维含量的增加，摩擦材料的气孔率、洛氏硬度和摩擦系数也随之增加，而密度和压缩变形量降低，内剪切强度先增后降；适量的玄武岩纤维能使磨损程度和制动噪声降到最小，随着玄武岩纤维含量不断增加，磨损程度和噪声发生概率是先降低而后增加；通过大量数据表明，玄武岩纤维含量在12%时最佳。

1.2 玄武岩纤维在航天航空的利用

1.2.1 航天航空发展趋势

目前，对于航空原材料的发展而言，依然是由钢质、玻璃纤维和混凝土为主，可航标建设程度和维护难度较大，使用周期短，研发成本高等综合问题。阻碍了航天航空领域技术的发展，迫使研究方向不得不向其他复合纤维材料考虑，高科技无机纤维（连续玄武岩纤维）就是其中之一，由天然纤维和玄武岩纤维混合制成的复合材料就是可持续的，易于回收利用，并且生产工艺难度远比玻璃纤维和碳纤维要低。所以高科技无机纤维（连续玄武岩纤维）在航天航空的利用引起了人们广泛关注，研究高科技无机纤维（连续玄武岩纤维）也成了当下的一热门话题。

1.2.2 玄武岩复合纤维在航空的作用

玄武岩纤维增强复合材料具有较高的耐腐蚀性能和较好的力学性能，被认为是解决当前钢筋锈蚀难题的有效途径之一，从而受到各航空公司的重视。由宏祥集团生产的玄武岩纤维机织布正是如此，采用玄武岩纤维无捻粗纱经机织工艺织而成，并通过化学处理后配制成的复合纤维材料。其中多种氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成得到玄武岩纤维机织布，由于该产品具有高强、高模、轻质、良好耐腐蚀性、高低温稳定性好等的优点，而被广泛应用在土木工程、建筑工程、航空航天以及汽车维护等领域。

1.3 玄武岩纤维在工程的利用

为研究不同生产工艺和规格的玄武岩纤维对沥青混合料路用性能的影响，从抗冻涨能力、水稳定性、低温抗裂性、胶浆高温性和抗压等性能综合考虑。贺玲玲通过优化混合料设计方法对玄武岩纤维进行路用性能研究得出：玄武岩纤维搭接效果跟长度和单丝直径有关，长度越长搭接越好，单丝直径越小，高温稳定性和低温抗裂性越高，抗冻涨能力越差，水稳定性差；王利通过掺和玄武岩纤维排水沥青混合料和未掺加玄武岩纤维排水沥青混合料的性能情况提出配比设计方案得出：在玄武岩纤维的作用下有助于改善沥青混凝土的性能，使其在高温稳定性、水稳定性等方面的表现更为良好；谭岩斌通过重复蠕变实验、动态剪切流变实验两者之间的联系来研究玄武岩纤维和沥青胶浆高温性能，结果表明：当玄武岩纤维掺量为2.5%时，对沥青胶浆高温性能的改善效果最显著；此时玄武岩纤维沥青胶浆的高温性能与加载温度、加载频率存在良好的线性关系。

为预防沥青路面病害的形成，将纤维添加到沥青混合料中。纤维的掺入能够增强沥青胶浆的抗剪切能力及高温稳定性；当纤维掺入量为0.4%时，混合料路用性能最优。此外，李志刚为研究旧沥青混合料（RAP）的回收利用，减少建筑垃圾的生产量和对土地及环境的污染，利用玄武岩纤维较好的力学性能及与沥青相容性好的特点来改善玄武岩纤维混合料的路用性能，通过对再生混合料进行高温抗车辙实验、低温抗裂实验、抗水毁能力实验等方法。从而可改善温拌再生混合料的高温抗车辙、抗水毁及抗渗水能力、低温抗开裂能力等性能。

2 玄武岩砖及土质利用

玄武岩拥有诸多良好性能，其中抗压性能、耐磨性能和低吸水率性能尤为显著，因此是建筑装饰优选材料，所以被广泛利用在室内外装饰，它能很好地和周边景观协调，花色自然，较大程度满足了人们的观赏需求，是地铺石材的最佳选择。由于玄武岩拥有以上特点，所以玄武岩被加工制成砖也是玄武岩综合利用的产品之一。

杨越以海南玄武岩砖红壤为例，使用主成分分析法结合实测数据，根据不同敏感程度的土壤指标之间筛选出的土壤中各种有机化学成分及生物标本（如：pH、有机质、有机物、细菌种类、香蕉枯萎等）多项指标，对不同土壤标本下的香蕉园质量进行研究。得到的结果是：土壤质量可有效地反映香蕉的产量及发病状况，是较为理想的土壤评价指标。此外，由于老挝特殊的气候而形成了砖红壤风化壳，厚度在25m 以上，符合大部分微量元素的活动规律[14]。还可以通过运用活化剂来处理不同性质的磷肥，结合玄武岩砖红壤中的生物效应及作用机理，从而利用玄武岩砖红壤活化剂来提高蔬菜生产质量和数量。通过利用上述的科研技术，可大大提高玄武岩在农作物的利用率。

3 玄武岩在其他领域的利用

基于玄武岩的特殊优势，具有高强度、抗氧化、耐酸碱、电磁透过性好、防火阻燃等优异性能。所以被运用于上述各领域外，同时还在国防军工领域（如导弹、战斗机、核潜艇和军舰等武器装备的运用）、医学领域（具备良好的耐温性和化学稳定，有利于抗生素生产过程中空气净化和消毒）、电子工业领域、交通运输领域、石油化工领域、体育休闲领域、消防防弹领域等多个方向的综合利用。

4 结束语

随着我国的综合国力不断增强，发展模式发生一定变化，加大了对环境的治理，导致部分资源禁止开发等。与玄武岩相关的各类玄武岩集多种特殊优异功能于一体，从而成了当代对高科技发展研究的热点，因此加快玄武岩资源的开发研究与综合利用具有重要的意义。