贵州省玄武岩资源及其开发利用
冉启洋;李士彬;崔荣国;宋生琼;刘胜召
【摘 要】贵州省玄武岩资源丰富,分布比较集中,勘查程度低,目前主要用于低附加值的建筑石材,但以玄武岩为原料生产的纤维材料等高附加值产品已经出现,如贵州石鑫玄武岩科技有限公司等两家企业投产的玄武岩纤维生产线,且产能在1.5万t以上.同时,已完成的\"贵州省玄武岩分布特征及开发利用方向研究\"初步圈定了47个面积合计330 km2的纤维用玄武岩开发区,为玄武岩的开发奠定了良好的基础.为更好地开发利用玄武岩资源,将资源优势转化为经济优势,在前期工作的基础上提出了贵州省打造玄武岩纤维产业的相关建议.
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2019(028)006
贵州省内旅游
【总页数】6页(P7-12)
【关键词】玄武岩资源;玄武岩纤维;产业发展;贵州省
【作 者】冉启洋;李士彬;崔荣国;宋生琼;刘胜召
【作者单位】贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州 贵阳 550004;贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州 贵阳 550004;自然资源部信息中心,北京 100812;贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州 贵阳 550004;浙江省核工业二六二大队,浙江 湖州 313000
【正文语种】中 文
【中图分类】F407.1
玄武岩是一种基性喷出岩，来自地幔，具有其他岩石不可比拟的优异性能，如耐高低温、绝缘、吸音、耐磨、抗压等。我国自2002年起已开始研究以玄武岩为原料生产玄武岩纤维，先后成立了30余家玄武岩纤维生产企业。贵州省通过省级地勘基金项目，对省内玄武岩的岩石特征进行了系统评价，得出了玄武岩资源具备高效利用的条件，可以打造玄武岩纤维产业的结论。本文建议对于发展壮大区域非金属矿业经济，促进乌蒙山扶贫山区的扶贫开发具有一定的现实意义。
1 玄武岩的性质、用途与研究现状
1.1 玄武岩性质
玄武岩是一种基性喷出岩，灰黑，细粒，主要由辉石和斜长石组成。其传统用途有铸石、岩棉(又称矿棉)、饰面石材、墓碑等，其碎石可作集料；石粉、废渣可作水泥混合材料；高端用途是生产连续玄武岩纤维。玄武岩具有不透水、较高的抗压强度、较好的耐磨性、致密结构等特征，主要用于建筑石材中的铺路石和用作水利工程、桥墩、堤坝的石料。目前，玄武岩的开发主要作建筑用，部分作岩棉原料，少量用于制造铸石。
1.2 玄武岩纤维
玄武岩纤维是指用天然玄武岩作为唯一原料生产的连续纤维材料。连续玄武岩纤维是将玄武岩矿石原料在窑炉中加热到1 450～1 500 ℃熔融后通过铂铑合金漏板拉制而成的一种连续纤维[1-2]。
玄武岩纤维作为玄武岩的高端产品，具有资源节约型、环境友好型、性能综合型等特点，在强度、耐高低温、耐腐蚀、隔热、隔音、阻燃及化学、电绝缘等方面具有优异的性能[3]，无毒可降解，在国内外广泛应用于消防、环保、航空航天、汽车、船舶制造、工程塑料、建筑等领域。
玄武岩纤维及其制品的生产是绿环保和无污染的，符合国家产业政策。全国仅在山西、上海、四川、贵州等少数地区实现了工业化生产。
玄武岩纤维的生产工艺为：矿石开采→原料破碎→清洗干燥→原料运转→熔炉熔化→拉丝→纤维原丝，流程相对简单，但技术含量高。玄武岩纤维性能优异，主要包括突出的耐温性能(-269～700 ℃)、显著的热稳定性、优异的隔热隔音特征、良好的防辐射功能、优良的透波性和吸波性、天然的硅酸盐相容性、良好的介电性能、很好的拉伸强度(大于大丝束碳纤维)、断裂延伸率好于小丝束遄纤维、较高的抗压强度和剪切强度、抗紫外线、耐恶劣环境、耐酸、耐碱等，能够广泛应用于各行各业[4-6]。
玄武岩纤维是一种高科技战略材料，代表着世界绿材料的发展方向。我国在2016年将“连续玄武岩纤维”列入国家《战略性新兴产业重点产品服务指导目录》和“十三五”关键战略材料。
目前，碳纤维在石油、化工、汽车等领域的用量150万～200万t/a，而每吨碳纤维价格高达20万～30万元，因此具有优异性能但成本较低的玄武岩纤维具有较大的发展潜力，同时还可以节约能源矿产，确保资源保障国家安全。此外，因玄武岩纤维在人体内半年即可消化吸收，
对健康无危害，也可应用于食品管道、医疗设备、地下硐室等领域。
2002年以前，俄罗斯年产500 t连续玄武岩纤维产品，主要用于军工行业。2008年，全世界有玄武岩纤维生产厂十多家，美国、加拿大、澳大利亚、德国、比利时、奥地利、日本等国的许多工程，都采用纤维做外掺剂铺筑沥青路面。2015年，世界连续玄武岩纤维的价值超过6 841万美元。
我国玄武岩纤维及制品的销售总量在2015年达6 000 t以上；2016年销售量约8 000 t，销售收入约1.14亿元。据统计，目前生产玄武岩纤维的能耗为3.5 kW·h/kg；今后实现池窑化生产后，能耗可降低为2.55 kW·h/kg。
1.3 国内外玄武岩的研究现状
1922年，法国人PAUL提出玄武岩纤维制造技术；1953～1954年苏联莫斯科玻璃和塑料研究院开发出玄武岩纤维；1972年，乌克兰研制出20多种玄武岩纤维制品的生产工艺，1985年实现了工业化生产，产品全部用于苏联国防军工和航天﹑航空领域，1991年公开并用于民用项目；美国“”号宇宙飞船早在1975年7月就应用了苏联的玄武岩纤维材料。目前连续
玄武岩纤维的主要研发和生产基地在俄罗斯和乌克兰，以俄罗斯应用较普遍，且玄武岩纤维生产的技术及市场竞争力较强。此外，格鲁吉亚、美国、中国、德国、加拿大等国都在对玄武岩纤维进行研究，日本通过参股投资也在研发玄武岩纤维。
我国自20世纪70年代起开展对玄武岩纤维进行研究，以哈尔滨工业大学、中国科学院、东南大学等为代表。2002年，正式将“玄武岩纤维及复合材料”列入国家863计划。2003年12月成立的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司经过近两年的技术开发，取得了以纯天然玄武岩(不添加任何辅料)为原料生产连续玄武岩纤维的研发成果，实现了工业化生产。由此我国完全掌握了玄武岩纤维的自主研发和生产。2018年9月，郑州登电玄武石纤有限公司的1 200 t单台炉窑投产。
玄武岩纤维是我国具有自主知识产权的高技术纤维产业，尚处于初级发展阶段和探索阶段，但生产技术已达到世界先进水平，生产厂家30余家，纤维总产能达10万t以上，成为拥有世界最领先的玄武岩纤维生产技术的国家之一。目前已颁布多项国家或行业标准，4个交通运输部《公路工程玄武岩纤维及制品》产品标准颁布并实施，并在多地成功应用。2017年9月，中国化学纤维工业协会玄武岩纤维分会编制了《玄武岩纤维产业“十三五”发展规划》，对全国的发展作了布局安排。
2 贵州玄武岩的地质矿产特征与资源基础
2.1 分布范围
贵州玄武岩以峨眉山玄武岩组为主，分布在贵州西北部及南部[7]，分布面积3 773 km2，玄武岩资源丰富。峨眉山玄武岩组厚0～1 249 m，总体西厚东薄(图1)：西部威宁舍居乐最厚达1 249 m；中部六枝-安顺一带0～200 m；东部瓮安0～36 m。贵州划分有11个喷发中心，在威宁舍居乐的喷发多达23次。一般分为上、中、下三个喷发旋回。
图1 贵州省玄武岩等厚线图Fig.1 Basalt isopachous map of Guizhou province
2.2 特征
贵州峨眉山玄武岩组以大陆溢流拉斑玄武岩为主，伴有爆发相火山碎屑岩和浅成侵位的辉绿岩、火山碎屑沉积岩-凝灰岩。时代属二叠纪阳新世冷坞期至乐平世吴家坪早期。适宜纤维用的主要是中上部的玄武质熔岩，即裂隙式宁静式溢流相。玄武岩呈暗灰绿、灰黑，柱状节理发育。主要矿物为斜长石、辉石，次为磁铁矿和钛铁矿。玄武岩化学成分平均值：SiO2 47.74%～47.92%、Al2O3 13.07%～13.43%、Fe2O3 5.09%～11.13%、FeO 7.71%～8.85
%、CaO 7.55%～8.05%、MgO 4.31%～4.55%、Na2O 2.65%～2.66%、K2O 0.96%～1.24%、TiO2 3.95%～4.12%；P2O5 0.47%;MnO 0.26%;烧失量2.86。总体属于石英拉斑玄武岩。实验证明，省内玄武岩基本适宜用作玄武岩纤维、铸石及岩棉的原料[7]。
与国际国内对比，贵州玄武岩成分特征：SiO2居中；Al2O3相对偏低；Fe2O3+FeO略偏高；CaO、MgO相对偏低；钾钠含量居中。
2.3 资源情况
勘查及开发利用程度均较低，总体上未开展过系统的玄武岩勘查工作，仅局部地区做过矿产勘查工作及研究工作，六盘水市做过玄武岩总体勘查。据初步统计，贵州省玄武岩资源量39.14亿m3。其中，矿山占用资源量16 255万m3，约占全国102 488.29万m3的16%；六盘水市资源量31.3亿m3，预测资源量129.7亿m3。按亚矿种计，纤维用玄武岩375 141万m3；建筑用玄武岩11 123.52万m3；饰面用玄武岩828万m3；水泥混合材玄武岩279万m3；建筑用凝灰岩2 006.62万m3；保温材料用黏土18万m3；建筑用辉绿岩1 957.82万m3；饰面用辉绿岩455.96万m3。此外，与玄武岩相关的矿产还有铌矿、钛矿、稀土矿、铁矿、锂矿、铜矿、金矿等,值得进一步探索及研究。