در سالهای اخیر نوع جدیدی از الیاف معدنی به بازار آمده است. این الیاف، الیاف بازالت است که در تجارت الیاف صنعتی – معدنی بین دو دسته الیاف شیشه ای مخصوص و الیاف کربن قرار می گیرد( جدول۱).

تولید تجاری این الیاف ابتدا در روسیه و اوکراین آغاز شده است ولی در سالهای اخیر قیمت های رقابتی الیاف بازالت همراه با خواص فیزیکی، شیمیائی و مکانیکی مطلوب آنها نظر شرکتهای تولید کننده الیاف و موسسات تحقیقاتی اروپائی را به خود جلب نموده است.

بازالت:
بازالتها سنگهای آذرین خروجی هستند که در اثر انجماد یک ماگمای قلیائی در سطح و یا در نزدیکی سطح زمین و یا بستر دریا تشکیل شده است. بازالتها وسیعترین گسترش سنگهای آذرین را در پهنه قاره ها و کف اقیانوسها دارند. به علت مجاورت با سطح زمین و یا کف دریا و سرعت زیاد سرد شدن، رشد کریستالی در بازالتها در هنگام انجماد نسبت به سایر سنگهای آذرین خیلی کمتر است.

کانیهای موجود در بازالتها و ترکیب شیمیائی بازالتها متغیر و وابسته به محل جغرافیائی وجود بازالت می باشد. بازالتها معمولاً دارای ۴۵% تا ۵۲% سیلیس SiO2)، ۱۲%) تا ۱۶% آلومین Al2O3)، ۶%) تا ۱۸% اکسید آهن Fe2O3)، ۱۰%) تا ۲۰% اکسیدهای قلیائی خاکی (CaO, MgO) و نهایتاً ۲% تا ۸% اکسیدهای قلیائی (K2O,Na2O) می باشد. کانیهای متبلور موجود در بازالتها عمدتاً شامل پلاژیوکلازها (عمدتاً آلبیت و آنورتیت) و پیروکسن ها (عمدتاً اوژیت) می باشد.

فرآیند تولید الیاف بازالت:
اولین فرآیند تولید الیاف بازالت در سال ۱۹۲۳ توسط Paul Dheبه ثبت رسیده است، اما تنها از اوایل دهه۱۹۶۰ بوده است که تحقیق واقعی در این حیطه رشد کرده است. در نیمه دوم قرن بیستم سرمایه گذاری اساسی در تحقیقات، دانش فنی و تولید الیاف بازالت در اتحاد جماهیر شوروی سابق انجام گرفته است و نتایج حاصل از تحقیقات به دلیل استفاده از الیاف بازالت در صنایع نظامی، موشکی و فضائی مخفی نگه داشته شده است.

پس از فروپاشی اتحاد شوروی از سال ۱۹۹۱ شرکتهای تولید کننده الیاف بازالت در روسیه و سایر جمهوری های تازه استقلال یافته خصوصی شدند و بدین ترتیب محدودیت انتقال تکنولوژی تولید الیاف بازالت برطرف گردید. ولی حتی با این شرایط جدید تا همین اواخر تولید الیاف بازالت عمدتاً در روسیه و اوکراین متمرکز بود.

فرآیند تولید الیاف (Fiberization) از بازالت و شیشه مشابه می باشد. مواد اولیه پس از ذوب شدن در کوره ذوب، از طریق کانال های تغذیه به مخزن های خاصی بنام Bushing فرستاده می شود که از آلیاژ پلاتین و رودیوم ساخته شده است. کف این مخازن دارای نازلهائی است که مذاب از طریق این نازلها در اثر فشار هیدروستاتیک خارج می شود و بدین ترتیب به شکل الیاف در می آید. این الیاف مذاب خروجی از نازلها با کشش و نازک شدن (Drawing) در دمای انجماد قرار می گیرد (Quenching).الیاف منفرد تولیدی قبل از آنکه روی دوک پیچیده شود ابتدا از یک دستگاه اندازه کننده ضخامت عبور می نماید. سپس این الیاف به صورت رشته در آمده وروی دوک پیچیده می شود. دیاگرام فرآیند تولید در شکل ۱ مشاهده می شود.

برعکس الیاف شیشه که از مذاب شیشه ساخته می شود، الیاف بازالت مستقیماً از سنگ معدنی بازالت تولید می شود که خود شامل اکسیدهای مختلفی می باشد. ترکیب شیمیائی بازالت در تولید الیاف بازالت مهمترین پارامتر است و این ترکیب شیمیائی تاثیر مستقیمی روی گرانروی مذاب و دمای فرآیند دارد. به علاوه مشخصات مکانیکی، فیزیکی و ثبات شیمیائی الیاف مستقیماً به این ترکیب شیمیائی وابسته است.به طورکلی گرانروی مذاب وابسته به xi(نسبت مولکولی اکسیدهای اصلی در مذاب) می باشد و می تواند به صورت مدول ویسکوزیته Mv بیان شود.

۱- سیلوی سنگ شکسته ۲- ایستگاه بارگیری ۳- سیستم نقل و انتقال مواد ۴- ایستگاه تخلیه بچ ۵- منطقه ذوب ابتدائی ۶- منطقه ذوب ثانویه با کنترل دقیق دما ۷- بوشینگ های تولید الیاف ۸- دستگاه تنظیم ضخامت الیاف ۹- ایستگاه تولید رشته ۱۰- ایستگاه کنترل مقاومت کششی رشته ها ۱۱- ایستگاه دوک پیچی اتوماتیک

الیاف بازالت با وجود مشابهت با الیاف شیشه مشخصات مقاومتی بهتری دارد و بر خلاف الیاف شیشه در مقابل قلیائیها، مواد اسیدی و نمکی بسیار مقاوم می باشد و به همین خاطر در بتن، پلها و سازه های دریائی کاربرد وسیعی دارد.

در مقایسه با الیاف کربن و آرامید (الیاف مصنوعی)، الیاف بازالت در بازه دمائی وسیعتری(۲۶۹- تا ۶۵۰+درجهسانتیگراد) کاربرد دارد و در برابر اکسید اسیون، تشعشع، تراکم و نیروهای برشی بسیار مقاومتر است.

از نظر زیست محیطی و سلامت، الیاف بازالت دارای ضخامت ۹ تا ۱۳ میکرون می باشد. حداقل حد زیستی و زیست محیطی تعریف شده مجاز در استفاده از الیاف برای ساخت ورق های بتنی تقویت شده با الیاف ۵ میکرون است و بنابراین الیاف بازالت به عنوان جایگزین مطلوبی برای آزبست در ورق های سیمانی مسلح شده می باشد.

الیاف بازالت در موارد زیر مصرف دارد:
– حفاظت حرارتی
– مواد اصطکاکی (نظیر لنت ترمز و غیره)
– مخازن تحت فشار (نظیر تانکها وسیلندرهای گاز)
– مقاطع باربر (پروفیل های ساختمانی)
– پره های آسیاهای بادی
– ورق های سیمانی مسلح (جایگزین آزبست در ورق های آزبست سمنت)
– تیرهای برق
– پوشش کشتی ها
– بدنه اتومبیل
– تجهیزات ورزشی
– مسلح کردن بتن
– ساخت بلندگو
– مصارف نظامی و فضائی
– پرکردن خلاء های ساختمانی

امروزه موسسات تحقیقاتی بسیاری به تحقیق و تعیین خواص مواد اولیه مناسب و دارای پتانسیل تولید الیاف، رفتار مواد در فرآیند تولید و خواص محصول نهائی در کشورهای اتریش، بلژیک، چک، مجارستان، آلمان، ایتالیا، اسپانیا، روسیه و اوکراین مشغولند و بسیاری از دپارتمانهای R&D این صنعت به تحقیق و نوآوری در پروژه های تولید الیاف از بازالت سایر سنگهای طبیعی اشتغال دارند و بدین ترتیب تکنولوژی تولید الیاف بازالت دیگر یک فناوری انحصاری توسط روسیه و اوکراین نیست.

منابع: وب سایت معدن ۲۴

۱- Glass International July/ August 2014
۲- Hancock Paul and Skinner, Brian J. “ Basalt ” The Oxford Companion to Earth. 2000 Encyclopedia. com
۳- Continuous basalt fiber sector in shaping.China Chemical Reporter July6,2010
highbeam. com
۴- Palmieri, A,et al. “Basalt Fibers : Mechanical properties and applications for concrete structures.
“Taylor and Francis Group 2009.Crnetbase.com