一、連續玄武巖纖維及其產業

       （一）關于連續玄武巖纖維

       1、定義

       根據國家標準GB/T 38111-2019《玄武巖纖維分類分級及代號》關于連續玄武巖纖維定義如下：以一種或多種火山石為主要原料，高溫熔融后經漏板拉絲制備而成的連續纖維。

       連續玄武巖纖維與連續玻璃纖維制備的工藝流程基本一樣，礦石經高溫熔融后通過漏板拉絲制備而成的連續纖維。以上定義強調了二者的區別，前者的主要原料是天然的火山石，而后者的原料是其它多種礦物的人工配料。

       2、玻璃態或非晶態

       從物質結構來看，連續玄武巖纖維與連續玻璃纖維本質上都是玻璃態連續纖維。二者都是在高溫熔融體過冷狀態下，經漏板拉絲急速形變和冷卻形成直徑數微米的玻璃態連續纖維。所謂“玻璃態”是介于結晶態和無定形態之間的一種非晶物質狀態。

       非晶或玻璃態是除氣體、液體和結晶體之外的第四種普遍存在的物質形態，其結構特點是“短程有序、遠程無序”。

       3、特征

       連續玄武巖纖維具有“純天然低碳環保和綜合性能好”兩大特征，具有高強、高模、耐腐蝕、耐候、耐高低溫、憎水等一系列優異性能。連續玄武巖纖維的優異特性來源于非晶態物質結構以及火山石特殊的化學成分。其中，氧化鐵（Fe2O3+FeO）含量極其重要，業界稱之為玄武巖纖維的靈魂。國家標準GB/T 25045-2010《玄武巖纖維無捻粗紗》中規定，氧化鐵總量（Fe2O3+FeO）必須大于等于7%以上。此外，前蘇聯關于連續玄武巖纖維原料確定的基本特征是酸度系數應大于等于5，即（SiO2+Al2O3）/(CaO+MgO)≥5。

       盡管目前連續玻璃纖維通過人工配料，也可以分別制備出高強、高模、耐堿、耐腐蝕等性能各異的纖維，但是，在耐久性、抗疲勞、抗輻射、耐高低溫、憎水性、抗熱蠕變以及透波性等綜合性能以及低碳環保方面，連續玄武巖纖維表現出獨特的優異性能。

       （二）關于連續玄武巖纖維產業

       連續玄武巖纖維產業包括連續纖維用玄武巖工業原料加工、連續玄武巖纖維制造、后制品加工及其應用全產業鏈制造業。從產業發展的現狀來看，目前連續玄武巖纖維產業處于生命周期的初創期（或導入期），屬于幼稚產業。

       1、連續纖維用原料

       我國地域遼闊，從前震旦系到第四系，我國在各個地質時代均有火山巖噴發，火山石礦產資源量極其豐富。我國火山和火山巖分布廣泛，按照地理位置，可劃分為兩大區域：一是，沿我國東部大陸邊緣，形成數以百計的火山群和火山錐，成為環太平洋火山鏈的一部分；另一是，位于青藏高原及周邊地區的火山群。但是，并非所有的火山石都適合連續玄武巖纖維的拉絲生產，能夠進行連續玄武巖纖維拉絲的纖維用火山石礦產資源占比較小。據四川省煤田地質局的專題調研報告《四川省纖維用玄武巖礦調查與評價》統計，在目前制備工藝下適宜于連續纖維生產的玄武巖礦占比僅為自然界玄武巖總量的5/10000。盡管如此，連續纖維用玄武巖資源量還是非常龐大的。

       從玄武巖纖維的拉絲適宜性來說，由于天然礦石的礦物成分、基本化學成分、噴發與冷凝環境等均存在一定的差異，直接作為玄武巖纖維的原料使用，因無法精確控制原料的均質性導致纖維成絲率以及產品質量與品質差異大，大部分不能生產出品質穩定的纖維產品。因此，必須對天然礦石進行配礦和均質化處理，使其成為標準化工業原料。

        2、連續玄武巖纖維制造

       我國連續玄武巖纖維的研發始于本世紀初，前期主要依靠前蘇聯技術進行消化、吸收和創新，形成了氣電法制備工藝。氣電法制備工藝技術，由于燃燒天然氣有廢氣排放，需要采取必要的治理措施。全電熔法制備技術列入國家863計劃項目，具有節能、低碳、環保優勢。全電熔法制備工藝符合聯合國定義的CDM機制（清潔發展機制），屬于綠色環保的清潔生產工藝技術。

       就技術裝備水平而言，盡管經歷了近20年發展，大多數企業停留在小型單體爐（120噸/年）裝備水平、拉絲漏板一般為400孔，纖維制備能耗高、制成率低、性能穩定性較差、工藝控制自動化程度低、生產成本高。就行業整體技術水平而言，尚處于產業化進程小試和中試階段。因此，我國的連續玄武巖纖維產業方興未艾。

       近年來，行業新進入者在制備技術上有所突破，加快推進了連續玄武巖纖維制備技術產業化進程。

      目前國內已完成了千噸/年全電熔池窯法玄武巖纖維制備技術中試，采用推進式電極，熔體深度可達1300mm，產品單絲直徑集中在9-22μm之間，綜合單位電耗為3.0-3.5kwh/kg，表現出良好的節能效果；在當地電價0.51元/度的情況下，制備成本下降到6000元/噸。

       同時國內自主研發投資建設的純氧燃燒氣電法玄武巖連續纖維池窯中試項目，實現了2400孔大漏板拉絲工藝，原料采用人工配料，在原料均質化方面都取得了實質性進展。

       3、連續玄武巖纖維的應用市場

       連續玄武巖纖維與其他高性能纖維比較，原料來源豐富，生產過程環保，具有較高的強度、模量以及良好的物理化學性能，在建筑工程、交通基礎設施、電力、環保、石油化工、裝備制造、國防軍工等很多領域都將得到廣泛應用，有較強的市場發展潛力。但是，連續玄武巖纖維作為新材料的推廣應用面臨著缺乏標準、成果轉化應用難、生產成本高等窘境。

       連續玻璃纖維與連續玄武巖纖維作為增強材料在很大程度上互為替代品。連續玻璃纖維經過近50多年充分發展，不僅技術進步支撐生產規模持續擴張，而且產品系列不斷完善；加之，大規模生產帶來的規模經濟效益使連續玻璃纖維具有較高的性價比，在復合材料中得到廣泛應用。在國內，高端市場基本上為高性能玻璃纖維及碳纖維所壟斷，目前連續玄武巖纖維的性能還不能滿足高端市場的需求。在耐堿性方面，高鋯耐堿玻璃纖維（二氧化鋯含量16.5%以上耐堿纖維）占領并主導著纖維增強混凝土（GRC）行業；在耐酸腐蝕方面，也面臨著無硼耐腐蝕玻璃纖維 E-CR的巨大挑戰。2019年全行業玻璃纖維紗總產量達到527萬噸，凈出口138萬噸，國內消費389萬噸。同期全國復合材料制品總產量達到445萬噸。考慮到樹脂在復合材料中的占比，可以說，國內玻璃纖維幾乎占領了復合材料絕大部分市場。

       連續玄武巖纖維復合材料應用市場，面臨著連續玻璃纖維嚴峻挑戰，其市場空間被擠壓在碳纖維高端市場和玻璃纖維的中低端市場的狹縫之間。個別玄纖企業可以走“專精特新”的發展之路，瞄準狹小的特殊應用市場（如汽車剎車片等），偏居一隅，求其生存。但是，整個產業的發展必須要有廣闊的有效的市場需求；為此，必須提高連續玄武巖纖維性價比，突破傳統玻璃纖維的擠壓和低價市場競爭。

       4、產業的發展階段

       從以上關于原料、制備和應用市場全產業鏈現狀分析來看，連續玄武巖纖維產業仍處于產業生命周期的初創期，屬于方興未艾的幼稚產業。

       這點要有清晰的認識。急功近利，把作為小試成果的單元爐大加推廣，其結果就是虧損、停產，甚至倒閉。市場是檢驗產業化的唯一標準。事實再次證明，產業化進程可以加快，但絕不能跳躍。

       近年來，連續玄武巖纖維制備技術有了令人鼓舞的進步，隨著政府和社會各界對連續玄武巖纖維產業認知度的提高和支持力度加大，有望突破制約連續玄武巖纖維產業發展的核心技術（包括年產萬噸級的池窯技術）和應用的關鍵技術，從而進入產業生命周期的成長階段。

       二、關于產業化

     （一）產業化的目標

       檢驗產業化的唯一標準是市場。只有連續玄武巖纖維具有了市場競爭的優勢，才有可能進入可持續發展的軌道，實現產業化。因此，市場化是產業化的前提，培育和形成市場競爭優勢是產業化的必要和充分條件。競爭優勢包括差異化優勢和成本領先優勢。連續玄武巖纖維優異的特性具備了一定的差異化優勢。但是，目前連續玄武巖纖維并不具備成本領先優勢。不僅如此，而且還處于非常的劣勢狀態（性能只相當E-CR玻纖，但是連續玄武巖纖維價格是其2-3倍），市場難以接受，其推廣應用舉步維艱。關鍵在于，以小試成果單元爐技術為主體的連續玄武巖纖維制備成本太高，性價比太低，難以推廣?！疤烊粲星樘煲嗬稀?，市場這個“天”只認性價比。

       因此，連續玄武巖纖維產業化目標就是高性能、低成本，也就說高性價比。實現這個目標依靠創新驅動，自主開發適合于玄武巖熔體特性的大池窯原創性技術，是連續玄武巖纖維產業化必由之路。考慮到實現路徑可以把連續玄武巖纖維產業化之路概括為“五化”：原料工業化、窯爐規?；?、產品多樣化、工藝智能化、成本玻纖化。

       這里，成本玻纖化是關鍵，拉動了以上“五化”，是產業化的必要充分條件。

    （二）產業化技術

       連續玄武巖纖維制備技術的開發，其技術路線的選擇至關重要。窯爐技術開發要充分考慮玄武巖高溫熔體的特性，即導熱性差、粘度大、易析晶的特性。這也是連續玄武巖纖維制備技術的難點，20年來技術開發的先行者們做了不斷的探索，近年來有了一定突破性進展。

       玄武巖高溫熔體導熱性差、粘度大、易析晶，在有效的時間內要實現窯爐內熔體溫度均勻分布（等溫場）的難度非常大。全電熔法，由于其深液位易于克服這個難關，實現無氣泡、無條紋、無結石的均勻熔體，從而實現拉絲作業的正常化。這需要對玄武巖熔體的熱力學特性、原材料成分與熔煉、拉絲的關聯規律等進行基礎應用研究，開發原創性窯爐技術。全電熔法，由于電極伸入熔融體內部加熱，熱利用率較高，單位綜合能耗低，符合低成本技術要求，同時無“三廢”排放，這是節能、環保、綠色制造的清潔生產技術路線。

       另外一條技術路線是在現行的玻纖池窯技術（純氧燃燒、電輔助加熱）基礎上加以改進，暫且稱之為改進型玻纖池窯技術，國內個別企業都是采取這條技術路線。研發就是試錯，通過不斷嘗試和改進，這條技術路線還是走得通的。年產1萬噸改進型玻纖池窯，每噸纖維用天然氣315立方米、用電3700度，折算成標煤，分別為382.41千克標煤和455.10千克標煤；分別占總能耗837.51千克標煤的45.7%和54.3%。

       改進型玻纖池窯技術難以實現成本領先的競爭優勢，不是低成本的技術路線。主要原因有以下幾點：一是，由于尾氣治理設施和制氧設備，增加了設備投資；二是，玻纖池窯天然氣燃燒熱利用率非常低（5萬噸/年純氧燃燒大型玻纖池窯燃燒熱值中只有30%有效利用，10%被爐體散熱、60%被煙氣帶走），改進的玄武巖纖維爐窯熱利用率就更加低，能耗高。目前投產的年產萬噸池窯生產線總投資超過2億元，單位投資達到2萬元/噸，單位綜合能耗達到837.5千克標煤/噸，單位生產成本約1萬元/噸。采用這條技術路線實現成本領先的競爭優勢是根本不可能的，不符合連續玄武巖纖維產業化的高性價比目標。關鍵在于，用玻纖技術超越玻纖本身并具有成本領先的優勢，本身就是不可能的邏輯錯誤，除非“脫胎換骨”。連續玄武巖纖維產業化技術一定是符合玄武巖熔體特性的原創性技術。

       考慮到碳排放問題，充分利用綠電資源優勢，采用全電熔法池窯生產技術，以“小步快跑”策略，加快擴大中試規模，實現產業化目標“五化”，不僅可行，而且指日可待。

       （三）全產業鏈協同創新

       連續玄武巖纖維產業化制備技術是核心關鍵，但必須要同時推進原料和市場，需要全產業鏈協同創新，突破相互關聯的三個方面：

       一是，探查儲量大、組成能滿足連續玄武巖纖維紡絲要求的連續纖維用玄武巖礦源，同時研發連續玄武巖纖維原料的配礦技術和均質化技術，滿足高質量、低成本連續玄武巖纖維的生產需求。

       二是，突破連續玄武巖纖維制備技術的瓶頸，開發質量穩定、高性能、低成本連續玄武巖纖維制備技術。

       三是，加快應用開發。玄武巖纖維應用領域非常廣闊，但是開發嚴重不足，絕大多數應用領域幾乎仍為空白。在一定程度上，應用技術開發滯后以及應用示范工程嚴重缺失也成為了阻礙產業發展的重要原因。根據連續玄武巖纖維制備技術發展不同階段的產品性價比，選擇可行的重點突破的應用領域（行業），配套應用示范工程，加快建立相應的應用標準和實施規范。

       三、加快產業發展步伐

       （一）創新驅動

       加快產業發展步伐關鍵是緊緊把握高性能、低成本目標，加快產業化技術開發的步伐。堅持創新驅動原則，政府引導，“產學研用”相結合的方式，依托具有自主創新能力的企業建立健全以企業為主體的玄武巖纖維產業技術創新體系。

       重點建立原料——纖維——浸潤劑——纖維應用——示范工程——標準——工程化——應用市場為一體的玄武巖纖維產業技術研發平臺，開發系列化、標準化、商品化的連續纖維用玄武巖原料，攻克連續玄武巖纖維大型池窯生產技術、大漏板拉絲技術、差別化纖維開發技術、浸潤劑等關鍵技術，開發纖維及其復合材料制品在城市基礎設施建設、軌道交通、新能源汽車、石化裝備以及裝配式建筑等重點領域應用。

       （二）打造優質原料生產基地

       采用配礦和均質化技術，建設規?；B續纖維用玄武巖優質原料生產基地，提供系列化、標準化、商品化的原料產品，打造連續纖維用玄武巖優質原料生產基地。

       對原料礦進行在線實時監測，實時進行在線配方優化調整，實現配礦的在線實時優化控制。

       依托有一定實力企業與具有資源的地方政府相結合，成立專業化的連續纖維用玄武巖原料生產有限公司（以下簡稱“原料公司”），作為打造連續纖維用玄武巖優質原料生產基地的生產經營實體。

       原料公司堅持“綠色開采，綜合利用”原則，實施生態效益、經濟效益和社會效益協調發展戰略，瞄準新基建市場，開發多樣化、系列化、標準化玄武巖原料產品。

       （三）聚焦優勢應用領域重點突破

       選擇連續玄武巖纖維的重點應用領域，集中政府資源和市場資源，著力突破進入應用市場的障礙，站穩市場、不斷擴大，以期帶動整個產業進入良性循環的成長軌道。

       從選擇的應用行業市場規模來看，其市場潛力非常巨大。一旦進入這些土木工程領域并站穩市場，將會帶動連續玄武巖纖維產業進入高速成長期。但是，目前連續玄武巖纖維的性能和價格還不能適應市場需求。

        當前，從不同發展階段產品的差異化和成本出發，選擇適應的應用市場，這是現實的市場策略。國內某玄武巖纖維生產企業的產品的性能和制造成本，瞄準了對價格不敏感的高端助力車市場，成功進入并取得較好的經濟和社會效益。

       近年來，連續玄武巖纖維在制備技術上有重大突破。全電熔法千噸級池窯生產線使每噸纖維生產成本降到6000元左右。玄武巖纖維池窯技術進一步發展在應用領域替代品的競爭優勢更加顯著，制造成本的降低、性價比提高，將為連續玄武巖纖維應用打開廣闊的市場。打開土木工程應用市場大門也指日可待，作為先進基礎材料將帶來建筑材料領域革命。

       （四）加大政府支持力度

       各級政府從產業技術政策方面加大對關鍵技術和核心技術，如全電熔大池窯、浸潤劑以及復合材料等技術開發支持力度，給予一定的財政補貼。對產業化項目實施，在土地、礦產、電力等資源配置方面給予優先、優惠的支持，并通過直接財政補貼和貼息等方式加大項目扶持力度。

       此外，連續玄武巖纖維產業發展涉及大量技術創新和開發，也涉及礦產資源開采和利用；加之其應用領域涉及面廣，包括城鄉建設、公路和軌道交通、裝備制造等，要充分發揮各級政府相關機構部際協調功能為連續玄武巖纖維新技術研發、應用示范項目、工程應用試驗段、標準制定等提供相關部門和機構的支持。

       （五）創新連續玄武巖纖維應用標準體系

       連續玄武巖纖維應用領域非常廣闊，但實際應用實現產業化還存在極大空白。缺乏應用標準和規范成為了制約發展的瓶頸。政府相關部門高度重視并牽頭推進玄武巖纖維應用推廣標準體系的改革和創新。

       大力發展團體、企業標準，政府主導制定的推薦性標準逐步由社會承接。對滿足法律法規和工程規范性能要求的創新性技術措施，可通過合規性判定推廣應用，逐步納入相應工程規范和標準。對團體和企業標準制定主體資格，不設行政許可。發布團體和企業標準，不需行政備案。經合同約定，團體和企業標準可作為設計、施工、驗收依據。鼓勵第三方專業機構特別是公益類標準化機構，對已發布的團體和企業標準內容是否符合工程規范進行判定。判定工作應秉持公平、公正、客觀、科學和自愿的原則，判定結論應向社會公布。