玄武巖屬于什么巖石類型(玄武巖屬于什么種類的巖石)

圖為玄武巖纖維成品。（資料圖片）

圖為四川省玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)的工作人員正在查看產(chǎn)品。（資料圖片）

玄武巖本是我國常見的一種普通鋪路石料，但經(jīng)過特殊手段處理后，它卻能改變形態(tài)，變成一種泛著金屬光澤的高性能纖維材料——玄武巖纖維。這種纖維的強(qiáng)韌度是鋼材的5到10倍，重量卻是同體積鋼材的三分之一左右，相比之前，應(yīng)用價值大大提升。因此，有人形象地把它的制造技術(shù)稱為“點石成金術(shù)”。

高質(zhì)量發(fā)展的實現(xiàn)離不開強(qiáng)大的新材料支撐。“十三五”期間，國家將玄武巖纖維列為重點發(fā)展的四大纖維材料之一，今年年初施行的《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2019年版）》也再次將玄武巖纖維列入關(guān)鍵戰(zhàn)略材料。

近年來，我國玄武巖纖維制造技術(shù)加速發(fā)展，取得許多新成果，為新基建、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大支持。

從普通鋪路石到高新纖維材料

常看武俠劇的人，一定會對劇中的一種神奇盔甲印象深刻：它們由“金絲”制成，穿在身上不僅輕便，還能刀槍不入，是頗具神秘色彩的寶物。而現(xiàn)如今，科研人員真的制造出了這種神秘盔甲，它們不僅堅韌輕便，還被賦予了更多強(qiáng)大功能。

比如，消防隊員們在火海中沖鋒，他們的“盔甲”能夠隔熱、耐高溫；宇航員們在太空遨游，他們的“盔甲”能阻擋輻射；船舶在海中航行，它們的“盔甲”既有韌性，還能防腐；大橋架通南北，它們的“盔甲”堅固耐磨，還不沉重……

制作這樣的“盔甲”，常見的金屬材料已然無法滿足上述使用要求。但一種高新纖維材料——玄武巖纖維卻能做到。

將玄武巖礦石粉碎磨粉后倒入熔爐，在超過1200攝氏度的高溫加熱下，粉料變成了液體狀態(tài)。這些溶液經(jīng)過澄清冷卻和均質(zhì)化后，通過漏板，在拉絲機(jī)的高速牽引下，像棉花糖一樣被拉成一根根7至20微米的細(xì)絲，這就是玄武巖纖維。

雖然一根玄武巖纖維絲的直徑只有頭發(fā)絲的三分之一，但其強(qiáng)度卻是同等直徑鋼纖維的兩倍，比合金耐腐蝕，能耐受500攝氏度的高溫。加捻的玄武巖纖維像棉線，織成布可以用來做防護(hù)服。將玄武巖纖維和高分子基體采用特定的工藝成型后制得的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料則具有高強(qiáng)度比，可以用來制造坦克、艦船、飛機(jī)的外殼。更可貴的是，玄武巖是一種天然礦石，制造玄武巖纖維的過程中基本沒有有害物質(zhì)排出，對環(huán)境污染很小。

玄武巖纖維的應(yīng)用范圍十分廣泛，在航空、航天、建筑建材、道路橋梁建設(shè)、艦艇船舶制造、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域都能大展身手。

中國公路學(xué)會專家委員會副主任侯金龍介紹：“路用玄武巖纖維可以有效降低路面的裂縫和車轍的病害，大大延長路面使用壽命，在改善和提升路面結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等方面均有顯著效果?！?/p>

2018年年底，著名的南京長江大橋經(jīng)過封閉維修，再次通車。升級版的南京長江大橋就在關(guān)鍵部位使用了玄武巖纖維。玄武巖纖維有優(yōu)異的抗拉增強(qiáng)性能，大橋施工人員將玄武巖纖維與混凝土構(gòu)件粘結(jié)，對大橋進(jìn)行加固，讓橋梁更輕盈、更長壽。此外，我國在杭金衡高速公路、鄭萬高速鐵路以及南海島礁等工程的建設(shè)中也用到了玄武巖纖維。

“玄武巖纖維技術(shù)出現(xiàn)僅30年，世界各國對該技術(shù)的應(yīng)用都處于初級階段。”中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員劉嘉麒介紹，現(xiàn)在全世界生產(chǎn)的玄武巖纖維甚至不能滿足需求的百分之一。同時，我國玄武巖資源十分豐富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均有大量的玄武巖礦產(chǎn)資源分布。如果這些大部分被用來鋪路的石頭得到充分利用，變成纖維材料，將會對新材料產(chǎn)業(yè)有很大促進(jìn)作用。

想讓礦石“聽話”需要攻克數(shù)十個難關(guān)

把堅硬的石頭熔化拉絲變成纖維，并非易事，尤其是當(dāng)你面對的還是一種不那么“聽話”的石頭。

中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員馬鵬程多年致力于玄武巖纖維研究，他告訴記者：“首先，玄武巖礦石屬于天然產(chǎn)物，化學(xué)成分波動性較大，因此，在制備中玄武巖纖維的性能本身就不穩(wěn)定。其次，從玄武巖礦石到玄武巖纖維需要經(jīng)過熔制和纖維成型兩個過程。在玄武巖熔制過程中，礦石中的多種礦物逐步熔化，一旦有未完全熔化的晶相存在，便很容易形成二次結(jié)晶的晶核；在玄武巖纖維成型過程中，玄武巖熔融體也有不同程度的析晶傾向。這種析晶是需要盡量避免的，否則將影響纖維的特性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量?！?/p>

令人自豪的是，中國是目前全世界少數(shù)幾個掌握了玄武巖纖維拉絲生產(chǎn)技術(shù)的國家。馬鵬程表示，我國對玄武巖纖維的研究雖然起步較晚，但經(jīng)過不斷的艱難探索，科研人員和相關(guān)企業(yè)攻克了不少制造技術(shù)的難關(guān)，實現(xiàn)了玄武巖纖維的批量生產(chǎn)并形成一定市場規(guī)模。

玄武巖熔融拉絲全電熔池窯技術(shù)是我國的自主創(chuàng)新技術(shù)。6月22日，我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首套玄武巖連續(xù)纖維萬噸級池窯生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。7月1日，玄武巖纖維2400孔漏板拉絲智能化池窯生產(chǎn)線也點火投產(chǎn)。

萬噸級池窯生產(chǎn)線所在的四川省玻纖集團(tuán)有限公司技術(shù)部經(jīng)理李軍介紹，與傳統(tǒng)工藝相比，池窯法工藝作業(yè)穩(wěn)定、自動化程度高，可以讓巖石的熔化率更高，能夠同比降低生產(chǎn)成本40%以上，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

“完全自主設(shè)計的熔化窯爐是整條生產(chǎn)線最核心的裝備?！崩钴姳硎荆八^‘全電熔池窯’，是指窯爐在礦物料熔化過程中全部采用電能作為能源，通過在玄武巖熔液的內(nèi)部放置電極，采用內(nèi)部加熱方式完成巖石熔融?！?/p>

為解決玄武巖在熔制過程中不穩(wěn)定的問題，相關(guān)企業(yè)的研究人員對玄武巖纖維池窯拉絲技術(shù)進(jìn)行了大量攻關(guān)研究，經(jīng)歷過無數(shù)次的失敗與無數(shù)次的嘗試，攻下了數(shù)十個難題。比如，為了讓玄武巖在制造中更加穩(wěn)定，技術(shù)人員在礦石原料選取階段通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)選，確保礦石原料的品位較高。在粉碎制料階段，通過全球首創(chuàng)的原料空氣動力粉碎、均質(zhì)化等技術(shù)方式，提升原料礦物組分的穩(wěn)定性。在熔融階段，通過設(shè)計大型單元池窯的方式，解決了玄武巖礦物原料熔化能力小和均勻性差的難題；通過采用純氧燃燒與電助熔相結(jié)合的方式，解決了玄武巖熔化溫度高的難題。

為降低玄武巖拉絲成本，改善纖維絲的品質(zhì)，技術(shù)人員在溶液變成細(xì)絲的關(guān)鍵設(shè)備——漏板上做文章，力爭在拉絲過程中不僅實現(xiàn)一拖多個漏板，而且盡可能多地增加每個漏板的孔數(shù)。

“新材料是近些年才開始興起的，我們沒有太多國外成熟的技術(shù)可以引進(jìn)，注定要自主創(chuàng)新。通過科技手段，讓玄武巖這樣一個低附加值的產(chǎn)品煥發(fā)出它的勃勃生命力，這是我們科研工作者的理想和使命?！瘪R鵬程表示。

我國部分新材料技術(shù)創(chuàng)新已進(jìn)入“無人區(qū)”

材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)，塑造著大國的筋骨。

中國工程院院士干勇表示，以新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等為代表的新興產(chǎn)業(yè)對材料提出了更高要求，新材料的研發(fā)難度前所未有，創(chuàng)新難度不斷加大?？梢哉f，我國部分新材料技術(shù)創(chuàng)新已進(jìn)入“無人區(qū)”。

就玄武巖纖維來說，如何通過技術(shù)創(chuàng)新，讓這種材料性能更強(qiáng)大、價格更親民，是科研工作者和生產(chǎn)制造者們下一步要解決的問題。

在玄武巖礦藏豐富的新疆，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所（以下簡稱新疆理化所）建立了基于國內(nèi)地理、地質(zhì)等因素考慮的中國玄武巖纖維材料大數(shù)據(jù)庫，形成玄武巖纖維領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享和大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)庫成果可以用來指導(dǎo)纖維拉絲過程，為開發(fā)高性能玄武巖纖維材料提供技術(shù)可行性。

新疆理化所的研究助理邢丹介紹，以前，玄武巖纖維是一種不導(dǎo)電的纖維，因而被默認(rèn)為是一種絕緣材料。但近年來，科研人員利用玄武巖纖維本身含有的金屬元素實現(xiàn)了碳納米材料在纖維表面的可控生長，獲得了導(dǎo)電纖維材料，顛覆了傳統(tǒng)玄武巖纖維是絕緣體的概念，增加了玄武巖纖維的功能價值、拓展了材料在電磁屏蔽等領(lǐng)域的應(yīng)用。

同時，隨著我國探月工程的推進(jìn)，科研人員已經(jīng)在探究用月球表面分布的玄武巖質(zhì)月壤制作連續(xù)纖維的可行性。研究結(jié)果表明，月壤與地球玄武巖礦石具有相近的化學(xué)成分、礦物相組成和類似的成纖行為。

不僅是玄武巖纖維，資料顯示，近年來，我國新材料創(chuàng)新體系日趨完善，制造業(yè)創(chuàng)新中心、技術(shù)創(chuàng)新中心、國家重點實驗室、產(chǎn)業(yè)基地等已達(dá)到400家左右，相關(guān)創(chuàng)新性成果不斷涌現(xiàn)。

今年5月，西南交通大學(xué)等科研團(tuán)隊研發(fā)出一種高強(qiáng)阻燃型玻璃纖維復(fù)合材料。這種材料可以應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域，通過給軌道電力、應(yīng)急設(shè)施“穿上”高強(qiáng)阻燃型玻璃纖維的新材料“盔甲”，軌道的強(qiáng)度、阻燃、耐腐蝕、絕緣、導(dǎo)熱、耐水等性能指標(biāo)均可實現(xiàn)較大提升。

馬鵬程表示，其實新材料不見得是一種全新物質(zhì)，通過科技手段對傳統(tǒng)材料進(jìn)行創(chuàng)新轉(zhuǎn)化，也是新材料的一種。隨著新材料研究的推進(jìn)，未來，不僅是石頭，植物、金屬等日常生活中司空見慣的東西都能華麗變身，為我們的生活帶來不一樣的全新感受。（王雅慧）

中國工程院院士、副院長干勇：新材料技術(shù)是一個底盤技術(shù)

中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站 王雅婧

新材料是支撐現(xiàn)代制造業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。當(dāng)新一輪科技革命與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型形成歷史性交匯，我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來一次難得的歷史性機(jī)遇，也面臨著“不趕上就出局”的巨大挑戰(zhàn)。我國新材料發(fā)展面臨怎樣的發(fā)展形勢？為什么說“趕不上就出局”？近日，記者就相關(guān)問題連線中國材料領(lǐng)域的專家——中國工程院院士干勇。

記者：習(xí)近平總書記在山西視察時指出，新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是高技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域，我們要奮起直追、迎頭趕上。為什么說新材料是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)？

干勇：萬物都是由物質(zhì)組成的，物質(zhì)再往前發(fā)展一步，就是材料。我們的生活離不開材料，我們實體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的發(fā)展，更離不開材料的支撐。材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會進(jìn)步和國防安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是現(xiàn)在，工業(yè)化同信息化的交叉融合使得整個工業(yè)化的進(jìn)程加快，可以說，人類已經(jīng)進(jìn)入到一個新的時期。新時期要想加快發(fā)展，必須重視材料的作用。因為一代材料決定一代技術(shù)，技術(shù)的發(fā)展首先是材料的發(fā)展。新一代材料發(fā)展以后，才能帶動新一代技術(shù)、新一代設(shè)備裝備、新一代工程的發(fā)展。比如說，超導(dǎo)材料出現(xiàn)以后，我們才能生產(chǎn)出一系列高端醫(yī)療器械；新一代半導(dǎo)體材料用好以后，5G通信等才有進(jìn)一步發(fā)展的可能。所以說，新材料是一個戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性的產(chǎn)業(yè)。

新材料有兩種，一種是我們發(fā)現(xiàn)了一些有新用途、新功能的材料，一種是對傳統(tǒng)材料進(jìn)行升級，使它產(chǎn)生新的性能。目前，我國在鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、玻璃、化學(xué)纖維等百余種材料的產(chǎn)量上都居于世界前列。這些傳統(tǒng)的基礎(chǔ)材料經(jīng)過先進(jìn)技術(shù)制備后，就能夠變成一種新的材料，進(jìn)而可以再變成器件、模組等我們需要的制品用于一些工程的建設(shè)中。這種材料性能的變化，才產(chǎn)生了新的產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而產(chǎn)生新的裝備，新的國家實力。就像我們的身體要想長大，必須先有骨骼、肌肉。所以，新材料技術(shù)是一個底盤技術(shù)。

更重要的是，新材料還有一個先導(dǎo)性的引導(dǎo)作用。所有的先進(jìn)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生、發(fā)展，先進(jìn)裝備、高端裝備的出現(xiàn)，首先得有能滿足它這個先進(jìn)功能的材料。所以材料的性能一旦提升以后，那么其他產(chǎn)業(yè)也相應(yīng)跟著發(fā)展。材料應(yīng)該是先行的。也正因為它有引導(dǎo)性，這才有戰(zhàn)略性。

你看我們以前研究制造一些高性能的飛機(jī)，有時候是飛機(jī)研究出來了，再去研制配套材料，后來就會發(fā)現(xiàn)，搞不上去了，因為來不及了。因為材料發(fā)展的周期比技術(shù)發(fā)展的周期要長，你整體設(shè)計的飛機(jī)出來以后，具體的材料不行，那飛機(jī)的質(zhì)量水平肯定上不去。

記者：我們國家在新材料發(fā)展上已取得哪些成果或具備哪些優(yōu)勢？還存在哪些亟待補(bǔ)足和完善的地方？

干勇：目前，我們國家已經(jīng)建立了比較健全的材料體系，國民經(jīng)濟(jì)所需的基本材料我們幾乎都有。但是在新材料方面，尤其是很多高端材料，包括一些關(guān)鍵復(fù)合材料、新型能源材料、半導(dǎo)體材料、稀土功能材料、信息顯示材料、生物醫(yī)用材料等，我們還不具備。但可喜的是，我們國家在新材料方面也在奮力追趕，比如碳纖維、石墨烯等發(fā)展就很迅速，再比如我們的超級鋼，現(xiàn)在普及應(yīng)用也做得很好。

此外，我們在新材料方面和一些發(fā)達(dá)國家的差距還在于對材料性能的提升上?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展需要越來越精密的產(chǎn)業(yè)裝備，這些精密的產(chǎn)業(yè)裝備又需要超高純的、高強(qiáng)度的以及特殊性能的材料，同時還要求材料的成本要低。尤其是像航空航天這樣的戰(zhàn)略性行業(yè)，所需的材料國外是不會賣給我們的，他們只會賣給我們飛機(jī)這種成品裝備。所以一旦我們在這方面不具備生產(chǎn)能力，就會被人家“卡死”。

所以我感覺，中國在關(guān)鍵戰(zhàn)略材料上還需要發(fā)力，尤其是要加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。因為目前很多新材料以及新材料的生產(chǎn)技術(shù)都是國外發(fā)明的，所以很多新材料方面的標(biāo)準(zhǔn)都是國外定的。我們需要有自己的技術(shù)，才能有自己在新材料上的話語權(quán)。

記者：有人認(rèn)為未來5年將是我國新材料發(fā)展由大做強(qiáng)的關(guān)鍵時期。對此，您怎么看？

干勇：為什么有人說未來5年是我國新材料發(fā)展由大做強(qiáng)的關(guān)鍵時期？我個人的看法是，今年是“十三五”規(guī)劃收官之年，也是全面建成小康社會決勝之年，我們國家進(jìn)入“十四五”以后，實際上正好是世界第四次工業(yè)革命時期。第四次工業(yè)革命，是以石墨烯、基因、虛擬現(xiàn)實、量子信息技術(shù)等為技術(shù)突破口的工業(yè)革命。前三次工業(yè)革命，中國都沒趕上，都錯過了。所以這一次，我們不能再落下了。

我剛才也說了，材料是基礎(chǔ)，所以材料首先要突破，我們的其他高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)才能夠做大做強(qiáng)。我覺得，今后10年到15年，我們國家的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須要邁入國際一流方陣，實現(xiàn)從材料大國向材料強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，我們才能提制造業(yè)強(qiáng)國這些概念，因為材料不強(qiáng)，其他的沒辦法真正強(qiáng)起來，最后還是要受制于人。材料上不突破，我們在第四次工業(yè)革命的浪潮中又要被人家落下了。

另外，我們現(xiàn)在也具備從材料大國變成材料強(qiáng)國的條件。比如我們有大量材料領(lǐng)域的研究人員。材料研制的特點是周期長，尤其是要研究一種新材料，不僅時間很長，而且投入大，還沒法馬上取得應(yīng)用。好在我們的研究人員不怕苦，我們的科研人才力量是充足的，我們國家150多所高校設(shè)有材料專業(yè)，新材料領(lǐng)域的兩院院士有200多名，新材料的國家重點實驗室超過60個，這些完整的體系已成為全面推動我們新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐。另外，我們國內(nèi)有廣闊的材料市場，市場需求量很大。經(jīng)濟(jì)會推動眾多技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而支持我們在新材料領(lǐng)域的研究。比如我們現(xiàn)在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，對燃煤技術(shù)進(jìn)行改造，需要幾千萬的耐熱合金和耐熱鋼。還有我們進(jìn)行深海開采，需要各種耐蝕合金和海水淡化膜材料。

我感覺，大概5年左右我們能夠在材料方面進(jìn)入一種基本安全的狀態(tài)；大概10年左右，我們能在一些材料領(lǐng)域做強(qiáng)。目前來說，我們必須抓緊時間，一定要跟上，不跟上，就會出局。