一种非晶火成岩及其制备方法与流程

本发明属于矿物材料制备技术领域，尤其涉及一种非晶火成岩及其制备方法。

背景技术：

常见的火成岩，如花岗岩，具有中细粒、粗粒结晶结构或玻璃质结构，在碾压摩擦作用下容易粉状碎裂，耐磨性较差；黑曜岩，成分与花岗岩相当，具有半晶质结构，除含少量斑晶、雏晶外，其余几乎全由玻璃质组成。而非晶火成岩的耐磨性仅次于钻石，超过石英和氮化硅，且独具耐高温及耐低温性能(-269-650℃)、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、防火阻燃、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高等适应于各种环境下使用的优异性能。金属、水泥、塑料、橡胶、木材中添加非晶火成岩后，力学性能将大幅度增强，可用作声纳隐形材料、卫星隐形材料和防弹材料。以非晶火成岩为原料所制备的非晶火成岩纤维是一种“比钢轻、比钢强”的超级增强复合材料，而非晶火成岩纤维复合铝基材料，可以比钢更轻、更强、更硬、更耐磨且更防腐；非晶火成岩纤维复合超高分子量聚乙烯，比钢管更防腐、强度更高、更润滑，可以替代石油钢管，应用于航空、航天、军工、石油、汽车、船舶、工程塑料、建筑等高科技领域。目前，制备非晶火成岩粉末产品的研究较少，以黑曜岩作为原料制备非晶火成岩的研究更是未见报道。因此，研究开发一种以黑曜岩为原料且适于规模化生产的非晶火成岩的制备方法，有利于拓宽其市场应用前景，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种非晶火成岩及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种非晶火成岩的制备方法，包括以下步骤：

首先将黑曜岩破碎得到黑曜岩细砂，然后再依次进行酸洗、水洗、焙烧、淬冷、球磨，得到非晶火成岩。

上述的制备方法，优选的，所述焙烧为沸腾焙烧，焙烧温度为500-1000℃，焙烧时间为5-15min。

上述的制备方法，优选的，所述淬冷为冰水淬冷，黑曜岩细砂与冰水的质量比为1﹕(1-5)。

本发明的制备方法，采用沸腾焙烧和冰水淬冷相结合的方式进行非晶化反应，能够实现黑曜岩粉体的快速非晶化，有效提高火成岩的硬度和耐磨性能。

上述的制备方法，优选的，所述黑曜岩为致密块状或熔渣状的酸性玻璃质火山岩，其二氧化硅含量＞70％，含水量＜2％，玻璃质含量为＞80％。

上述的制备方法，优选的，通过酸洗可以去除黑曜岩粉体中铁氧化物和碳酸盐等有害成分，所述酸洗包括以下具体操作步骤：将黑曜岩细砂在质量分数为3-12％的盐酸溶液中浸泡4-8小时，然后沥干盐酸溶液，用水重复清洗2-3次。

上述的制备方法，优选的，所述黑曜岩和盐酸溶液按照重量份为100﹕(50-100)的比例配比。

上述的制备方法，优选的，所述破碎是指先将黑曜岩经颚式破碎机(优选pe400×600)粗碎，然后经锤式破碎机(优选pcx0706)中碎，最后经对辊破碎机(优选2pg0850)细碎，筛分后得到粒度为1mm的黑曜岩细砂。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种根据上述的制备方法制得的非晶火成岩，所述非晶火成岩中，二氧化硅的含量大于70％，三氧化二铝的含量为5-10％，三氧化二铁的含量小于0.5％，比重为2.64g/cm³，粒度小于1.0微米，特征x-射线衍射峰半峰宽大于10°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的方法，通过沸腾焙烧和淬冷相结合的非晶化方法有效解决了黑曜岩的快速非晶化问题，且工艺流程简短、工艺成本低、生产效率高、安全性高、可操作性强，适于工业化应用。

采用本发明的方法制备得到的非晶火成岩，粒度小、纯度高、耐酸蚀、强度大且具有非晶质结构，采用50％硫酸煮沸1h进行酸腐蚀测试后的质量损失率＜5％，抗压强度＞110mpa，莫氏硬度＞8，硬度仅次于钻石(硬度为10)和蓝宝石(硬度为9)，远超玻璃(硬度为5-6)的硬度，尤其具有抗刮蹭、抗水锤冲击、耐摩擦的等适应于各种环境下使用的优异特性，适于用作航空、航天、军工、石油、汽车、船舶、工程塑料、建筑等高科技领域的增强耐磨材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的非晶火成岩的制备方法的工艺流程示意图；

图2是本发明实施例1的黑曜岩的x-射线衍射图谱；

图3是本发明实施例1的非晶火成岩产品的x-射线衍射图谱。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的非晶火成岩的制备方法，其工艺流程示意图如图1所示，包括以下步骤：

以黑曜岩(二氧化硅含量72％，含水量1.5％，玻璃质含量为81％)为原料，该黑曜岩的x-射线衍射图谱如图2所示，由图可知，该黑曜岩具有半晶质结构，将黑曜岩经颚式破碎机(pe400×600)粗碎、锤式破碎机(pcx0706)中碎、对辊破碎机(2pg0850)细碎，筛分后获得e＝1mm的黑曜岩细砂，然后取100份黑曜岩细砂，用100份质量分数为3-12％的盐酸溶液浸泡6h，沥干盐酸溶液后再用200份水清洗2次并沥干；之后将黑曜岩细砂在1000℃的沸腾炉中焙烧10min，将焙烧后的黑曜岩细砂采用1﹕5冰水淬冷，黑曜岩细砂与冰水的质量比为1：(1-5)，用球磨机(ф900×1800)球磨1h，获得非晶火成岩产品。

经检测，该非晶火成岩产品中，二氧化硅含量为71.6％，三氧化二铝含量为8.4％，三氧化二铁含量为0.2％，比重为2.64g/cm³，粒径＜1.0微米，平均粒径为0.65微米；该非晶火成岩产品的x-射线衍射图谱如图3所示，由图可知，该非晶火成岩的特征x-射线衍射峰半峰宽为15°，具有非晶质结构；采用50％硫酸煮沸1h进行酸腐蚀测试后的质量损失率为4.2％，莫氏硬度为8.1，抗压强度大于132mpa。

对比例1：

一种火成岩的制备方法，包括以下步骤：

以黑曜岩(二氧化硅含量72％，含水量1.5％，玻璃质含量81％)为原料，经颚式破碎机(pe400×600)粗碎、锤式破碎机(pcx0706)中碎、对辊破碎机(2pg0850)细碎，筛分后获得e＝1mm的黑曜岩细砂，不进行酸洗以及焙烧淬冷，直接用球磨机(ф900×1800)球磨1h，获得火成岩产品。

经检测，该火成岩产品中，二氧化硅含量为58.1％，三氧化二铝含量为6.7％，三氧化二铁含量为16.9％，比重为2.34g/cm³，粒径小于1.0微米，平均粒径0.55微米，特征x-射线衍射峰半峰宽2.6°，采用50％硫酸煮沸1h进行酸腐蚀测试后的质量损失率为21.3％，莫氏硬度4.6，抗压强度为96mpa。

对比例2：

一种火成岩的制备方法，包括以下步骤：

以黑曜岩(二氧化硅含量72％，含水量1.5％，玻璃质含量81％)为原料，经颚式破碎机(pe400×600)粗碎、锤式破碎机(pcx0706)中碎、对辊破碎机(2pg0850)细碎，筛分后获得e＝1mm的黑曜岩细砂，不进行酸洗，将黑曜岩细砂在1000℃的沸腾炉中焙烧10min，将焙烧后的黑曜岩细砂采用冰水淬冷，黑曜岩细砂与冰水的质量比为1：(1-5)，然后经球磨机(ф900×1800)球磨1h，获得火成岩产品。

经检测，该火成岩产品中，二氧化硅含量为57.3％，三氧化二铝含量为8.4％，三氧化二铁含量为17.2％，比重为2.36g/cm³，粒径小于1.0微米，平均粒径0.53微米，特征x-射线衍射峰半峰宽12°，采用50％硫酸煮沸1h进行酸腐蚀测试后的质量损失率为19.6％，莫氏硬度为6.8，抗压强度为102mpa。

对比例3：

一种火成岩的制备方法，包括以下步骤：

以黑曜岩(二氧化硅含量72％，含水量1.5％，玻璃质含量81％)为原料，经颚式破碎机(pe400×600)粗碎、锤式破碎机(pcx0706)中碎、对辊破碎机(2pg0850)细碎，筛分后获得e＝1mm的黑曜岩细砂，然后取100份黑曜岩细砂，用100份质量分数为3-12％的盐酸溶液浸泡6h，沥干盐酸溶液后再用200份水清洗2次并沥干；不进行焙烧淬冷，直接用球磨机(ф900×1800)球磨1h，获得火成岩产品。

经检测，该火成岩产品中，二氧化硅含量为69.4％，三氧化二铝含量为8.1％，三氧化二铁含量为0.4％，比重为2.57g/cm³，粒径小于1.0微米，平均粒径0.63微米，特征x-射线衍射峰半峰宽大于2.8°，采用50％硫酸煮沸1h进行酸腐蚀测试后的质量损失率为6.1％，莫氏硬度为5.5，抗压强度为98mpa。

对比以上实施例1和对比例1-3可知，采用本发明的方法制备得到的非晶火成岩产品，酸腐蚀质量损失小，硬度大，抗压强度大，可用于金属、水泥、塑料、橡胶、木材的增强耐磨。而未经酸洗处理的火成岩产品三氧化铁含量较高，酸腐蚀质量损失大，硬度小，抗压强度小；未经焙烧淬冷非晶化反应处理的火成岩产品，硬度较小，抗压强度较小，均不适合作为增强耐磨材料使用。