第２４期 收稿日期：２０１９－０９－０２
基金项目：贵州省重点支持学科项目（黔学位合字ＺＤＸＫ［２０１６］２４号）作者简介：朱 艳（１９９８—），女，贵州兴义人，本科生，研究方向：矿产资源综合利用。
朱 艳，吴高慧
（六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州六盘水 ５５３０００）
摘要：以贵州六盘水玄武岩为研究对象，在高温（１５００℃）下，将采集到的玄武岩分别与石墨以及氟化钙一同进行焙烧，将焙烧后的产物 用磁力棒进行磁选回收铁精矿并称量其重量，从而对比不同种类的添加剂对于玄武岩除铁效果的影响以及不同添加剂含量对于玄武岩除铁效果的影响。实验结果表明：添加了０．３００１ｇ石墨，并在高温（１５００℃）下焙烧的玄武岩，其焙烧后的产物用磁力棒进行磁选回收铁精矿，得到的铁精矿最多，为１．５９８８ｇ，除铁效果最好。关键词：玄武岩；改性焙烧；磁选中图分类号：ＴＢ３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）２４－０１０９－０３
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｒｏｎＲｅｍｏｖａｌｉｎＢａｓａｌｔ
ＺｈｕＹａｎ，ＷｕＧａｏｈｕｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉｕｐａｎｓｈｕｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ５５３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅＬｉｕｐａｎｓｈｕｉｂａｓａｌｔｉｎＧｕｉｚｈｏｕａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂａｓａｌｔｉｓｃａｌｃｉｎｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｃａｌｃｉｕｍｆｌｕｏｒｉｄｅａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（１５００℃），ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｉｎｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｓｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｒｏｄｔｏｒｅｃｏｖｅｒｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ．Ｗｅｉｇｈｔｈｅｗｅｉｇｈｔｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆａｄｄｉｔｉｖｅｓｏｎｔｈｅｉｒｏｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｂａｓａｌｔａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｄｉｔｉｖｅｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｉｒｏｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｂａｓａｌｔ．Ｔｈ
ｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂａｓａｌｔａｄｄｅｄｗｉｔｈ０ ３００１ｇｏｆｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｃａｌｃｉｎｅｄａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（１５００℃），ｔｈｅｃａｌｃｉｎｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｓｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｒｏｄｔｏｒｅｃｏｖｅｒｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ，ａｎｄｔｈｅｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｓｔｈｅｍｏｓｔ，ｗｈｉｃｈｉｓ１．５９８８ｇ．Ｉｒｏｎｗｏｒｋｓｂｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂａｓａｌｔ；ｍｏｄｉｆｉｅｄｒｏａｓｔｉｎｇ；ｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
１ 引言
玄武岩是地壳中常见的岩石种类之一，是一种火山岩［１］，它也是一种基性喷出岩，呈暗，一般来说，黑的玄武岩较为常见，有时也可以看到灰绿或者暗紫等颜的玄武岩。
玄武岩的主要成份有：二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧
化亚铁、氧化钙、氧化镁以及少量的氧化钾、氧化钠等等［２］
，在
这些成分中，二氧化硅为主要成分，含量约为４
５％～５０％。由于玄武岩有着耐高温［３］，稳定性好［４］，耐腐蚀等［５］
优点，所以人们在生产中常常以玄武岩为原料生产“铸石”。“铸石”可用作摩擦剂。它的硬度与普通摩擦材料钢差不多，都十分坚硬故而耐磨，但它比起普通摩擦材料铅和橡胶来说，抗腐蚀性
更好。玄武岩可以起到润滑作用，从而提升铸膜寿命。玄武岩
是还可以制备玄武岩纤维，玄武岩纤维的用途很广，可制成玻璃丝，由玄武岩纤维制成的玻璃丝所制成的玻璃丝布，比起一般的玻璃丝布来说，其抗碱性强，耐高温性能好。铁元素是玄武岩的组分之一，在玄武岩中以氧化铁和氧化亚铁的形式存在。在制作玻璃丝的过程中，在无机硅酸盐纤维体系中，二价铁离子和三价铁离子的含量对纤维的强度、耐高温性能、抗碱性以及抗侵蚀等性能均具有很大的影响。有报道称［６］ ，在玻璃丝制造过程中引入氧化铁可有效降低玻璃熔体熔化时的气泡数量；但是，当氧化亚铁的质量分数大于０．３％时，玄武岩纤维
制成的玻璃纤维的强度将会下降，从原本的４
１００ＭＰａ下降至２８００ＭＰａ［７］
。
在玄武岩纤维中，二价铁离子和三价铁离子的含量的变化同样会使得玄武岩纤维本身的纤维强度、耐高温等性能的变化。同样，玄武岩纤维也是理想的高温烟气过滤材料。由于玄武岩有着耐高温的性能，其所制成的高温烟气过滤除尘设备可以让高温含尘烟气不经过热交换装置降温处理，直接进入除尘设备，从而降低了成本与时间。而玄武岩纤维的制作工艺的难易程度，玄武岩纤维质量的高低，均与玄武岩本身的矿物特征，组成成分以及熔融特性以及铁含量有关。因此，本文作者尝试用高温焙烧方法去除玄武岩中的铁。从而得到较高质量的玄武岩纤维。
２ 实验材料与方法２．１ 实验原料与仪器所用实验材料有：取材自六盘水本地的玄武岩，石墨，氟化钙。所用实验仪器有：管式炉，镊子，研钵，坩埚。２．２ 玄武岩的成分分析首先对取材自六盘水的玄武岩进行Ｘ射线衍射分析，确认
玄武岩的成分。所得ＸＲＤ图谱如表１，图１。表１ 武岩矿物化学成分
成分种类ＳｉＯ２ＡＬ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＫ２ＯＮａ２ＯＴｉＯ２成分百分比／％
５７．７４同方真爱
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１７．８５
７．０９
５．７３
２．８１
３．２４
４．３６
１．１９
从图１可知，玄武岩的ＸＲＤ图谱峰形尖锐，结晶度较好。铁元素主要以Ｆｅ２Ｏ３的形式存在，并伴有少量ＦｅＯ。没有Ｆｅ３Ｏ４的存在。
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９０１·朱 艳，等：玄武岩高温除铁实验研究
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图１ 玄武岩的ＸＲＤ图谱
２．３ 玄武岩的除铁过程
称取１５ｇ经过研磨的玄武岩粉末，分别按照玄武岩质量的
１％、２％、３％、４％，添加氟化钙和石墨，具体数据见表２，３，并记为Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４与Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４实验。
表２ 焙烧实验中玄武岩与石墨的添加量
实验Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４玄武岩／ｇ１５．００６１４．９９９８１５．０００２１５．０００３石墨／ｇ
０．１５０２
０．３００１
０．４４９５
０．６００１
表３ 焙烧实验中玄武岩与氟化钙的添加量
实验Ｆ１Ｆ２Ｆ３Ｆ４玄武岩／ｇ１５．０００８１５．０００１１４．９９９９１４．９９９８ＣａＦ２／
ｇ０．１５０４
０．３００１
０．４５０１
０．６００５
在１５００℃下，按照表２，３的数据焙烧样品，焙烧３ｈ后，样 品随炉冷却至室温。将装有实验样品的刚玉坩埚砸碎，用镊子将样品和碎渣分开。随后将样品放置于研钵中磨至所需粒度再放入电子分析天平精确称量其重量，所得结果如表４，表５所示。
表４ 添加ＣａＦ２的焙烧产物磨细后的质量
实验Ｆ１Ｆ２Ｆ３Ｆ４总质量
５．６１５３
６．８８２６
８．１０９９
８．６８６６
表５ 添加石墨的焙烧产物磨细后的质量
实验Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４总质量
６．００３２
１０．７３３２
８．６００７
１３．３３２６
将称重完成后的样品铺展于Ａ４纸上，采用高斯通量为
１００００的磁力棒在距离样品于一定高度来回滚动十五次后（高度为两本实验室记录本的高度），将磁力棒上黏附的铁物质用
实验刷刷下进行称重并记下数据，数据如下表６
，表７所示。表６ 添加ＣａＦ２的磁力棒上的铁精矿质量
高斯通量
１００００Ｆ１０．２６８５Ｆ２０．０３３６Ｆ３０．００９６Ｆ４０．００２４玄武岩
肼
０．００２４
表７ 添加石墨的实验的磁力棒上的铁精矿质量
高斯通量１００００Ｃ１１．２１０４ＣＭ２１．５９８８Ｃ３０．００９６Ｃ４０．０３１５玄武岩
０．００２４
从表６、表７可知，添加了０．３００１ｇ石墨，并在１５００℃下焙烧的玄武岩，其焙烧后的产物用磁力棒进行磁选回收铁精矿，得到的铁精矿最多，为１．５９８８ｇ，除铁效果最好。对Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４实验的焙烧后产物进行ＸＲＤ物相分析和化学分析。ＸＲＤ图谱如图２
所示。
图２ Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４实验的焙烧后产物的ＸＲＤ图
Ｃ－１、Ｃ－２、Ｃ－３、Ｃ－４分别代表石墨添加量为１％、２％、３％、４％的实验焙烧后产物。从图２可知，石墨添加量分别为
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０１１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷
第２４期１％，２％，３％和４％的焙烧后样品中均没有ＦｅＯ的存在。但均
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有Ｆｅ３Ｏ４与Ｆｅ２Ｏ３的存在。其中，Ｆｅ３Ｏ４的含量随着添加量的增加呈先上升后下降的趋势，在石墨添加量为２％时，焙烧后样品中的Ｆｅ３Ｏ４的含量最高。而Ｆｅ２Ｏ３的含量随着添加量的增加
呈先下降后上升的趋势，石墨添加量为２％时，焙烧后样品中的
Ｆｅ２Ｏ３的含量最低。说明在高温焙烧下，Ｆｅ２Ｏ３转变为Ｆｅ３Ｏ４
。对Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４实验的焙烧后产物进行ＸＲＤ物相分析和化学分析。ＸＲＤ
图谱如下图所示。
图３ 添加ＣａＦ２的焙烧产物焙烧产物的Ｘ
ＲＤ图 ＣａＦ２－１、ＣａＦ２－２、ＣａＦ２－３、ＣａＦ２－４分别代表添加１％、２％、３％、４％ＣａＦ２的焙烧产物。从图３可知，氟化钙添加量分别为１％，２％，３％和４％的焙烧后样品中均没有ＦｅＯ的存在。但均有Ｆｅ３Ｏ４与Ｆｅ２Ｏ３的存在。其中，Ｆｅ３Ｏ４的含量随着添加量的增加呈下降的趋势，在氟化钙添加量为１％时，焙烧后样品中的Ｆｅ３Ｏ４的含量最高。而Ｆｅ２Ｏ３的含量随着添加量的增加呈上升的趋势，氟化钙添加量为１％时，焙烧后样品中的Ｆｅ２Ｏ３的含量最低。说明在高温焙烧下，Ｆｅ２Ｏ３转变为Ｆｅ３Ｏ４
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。３ 结论
玄武岩是制备玄武岩纤维的原料。铁元素是玄武岩的组分之一，在玄武岩中以Ｆｅ２Ｏ３和氧化亚铁的形式存在。在无机
硅酸盐纤维体系中，Ｆｅ２＋和Ｆｅ３＋的含量对纤维强度、耐温性、耐环境侵蚀性能等具有很大的影响。本文作者尝试以石墨与氟化钙为添加剂，在添加量为玄武岩质量的１％，２％，３％与４％的情况下进行高温焙烧。并对焙烧前后的样品进行ＸＲＤ测试与分析，并结合磁选实验，得出以下结论：
（１）经过高温焙烧后，玄武岩中的ＦｅＯ消失，转化成其他形式存在。
（２）经过高温焙烧后玄武岩中的Ｆｅ２Ｏ３可转变为Ｆｅ３Ｏ４。（３）焙烧后转化成Ｆｅ３Ｏ４的量最多的样品是添加了２％石墨的样品，说明添加了２％石墨的样品在高温焙烧后，除铁的效果最好。
参考文献［１］刘建勋，陈美荣，简正国，等．玄武岩中总铁和二价铁含量的测试研究［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２０１５，３５（０８）：２３１２－２３１５．［２］肖吉文．不同铁还原指数玄武岩纤维的制备及性能影响［Ｄ］．上海：东华大学，２０１８．［３］张晓颖，韦 静，解玉洁，等．有机铁改性玄武岩纤维及其对微生物的附着行为［Ｊ］．复合材料学报，２０１８，３６（１１）：２７１８－２７２５．［４］顾习峰，杨勇新．紫外线照射条件下玄武岩纤维布耐久性
能研究［Ｊ］．工业建筑，２０１０，４０（０４）：１３－１６．［５］杨勇新，杨 萌，赵 颜，等．玄武岩纤维布的耐久性试验
研究［Ｊ］．工业建筑，２００７（０６）：１１－１３，７．［６］ＨｏｎｇＺｈｕ，Ｚｈｉ－ＱｉａｎｇＤｏｎｇ，ＧａｎｇＷｕ，ｅｔａｌ．ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｂｅｎｔｆｒｐｔｅｎｄｏｎｓｆｏｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｂｙ
ｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１７，２１（５）：２３－２８．［７］ＰａｔｒｉｃｋＸＷＺｏｕ．Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｌｅｎｇｔｈｏｆ
ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００３，７（１）：１－６．（本文文献格式：朱 艳，吴高慧．玄武岩高温除铁实验研究［
Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（２４）：１０９－１１１．）·
１１１·朱 艳，等：玄武岩高温除铁实验研究
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