تطور ألياف البازلت

عند الحديث عن تقنية إنتاج ألياف البازلت، لا بد من ذكر بول ديه من فرنسا. كان أول من خطرت له فكرة استخلاص الألياف من البازلت. تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع أمريكية عام 1923. في حوالي عام 1960، بدأت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي السابق بدراسة استخدام البازلت، لا سيما في المعدات العسكرية كالصواريخ. تتركز تكوينات البازلت بكثافة في شمال غرب الولايات المتحدة. أجرى آر. في. سوبرامانيان من جامعة ولاية واشنطن أبحاثًا حول التركيب الكيميائي للبازلت، وظروف استخلاص الألياف، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية. نفذت شركة أوينز كورنينج (OC) وعدد من شركات الزجاج الأخرى مشاريع بحثية مستقلة وحصلت على براءات اختراع أمريكية. في حوالي عام 1970، تخلت شركة أمريكان جلاس عن أبحاث ألياف البازلت، وركزت استراتيجيتها على منتجاتها الأساسية، وطورت العديد من ألياف الزجاج المحسّنة، بما في ذلك ألياف الزجاج S-2 من أوينز كورنينج.
في الوقت نفسه، يستمر العمل البحثي في ​​أوروبا الشرقية. فمنذ خمسينيات القرن الماضي، قامت وزارة الدفاع السوفيتية السابقة بتأميم المؤسسات المستقلة العاملة في هذا المجال البحثي في ​​موسكو وبراغ ومناطق أخرى، وجمعتها في معاهد ومصانع بحثية بالقرب من كييف في أوكرانيا. وبعد تفكك الاتحاد السوفيتي عام ١٩٩١، رُفعت السرية عن نتائج الأبحاث السوفيتية وبدأ استخدامها في المنتجات المدنية.

تعتمد معظم الأبحاث والإنتاج والتطبيق التسويقي لألياف البازلت اليوم على نتائج أبحاث الاتحاد السوفيتي السابق. وبالنظر إلى الوضع الحالي لتطور ألياف البازلت محليًا، نجد ثلاثة أنواع من تقنيات إنتاج ألياف البازلت المتواصلة: الأول هو فرن الوحدة الكهربائية المدمجة، الذي تمثله شركة سيتشوان إيروسبيس توكسين؛ والثاني هو فرن وحدة الصهر الكهربائية بالكامل، الذي تمثله شركة تشجيانغ شيجين؛ والثالث هو فرن الوحدة الكهربائية المدمجة، الذي تمثله شركة سيتشوان إيروسبيس توكسين. ويُعد فرن خزان الصهر الكهربائي بالكامل، الذي تنتجه مجموعة تشنغتشو دينغديان، مثالًا نموذجيًا على أفران وحدة الصهر الكهربائية بالكامل.
بمقارنة الكفاءة التقنية والاقتصادية لعدة عمليات إنتاج محلية مختلفة، يتميز الفرن الكهربائي بالكامل الحالي بكفاءة إنتاجية عالية، ودقة تحكم فائقة، واستهلاك منخفض للطاقة، وحماية للبيئة، وانعدام انبعاثات غازات الاحتراق. وسواء تعلق الأمر بتقنية إنتاج الألياف الزجاجية أو ألياف البازلت، فإن الدولة تشجع بالإجماع تطوير الأفران الكهربائية بالكامل للحد من انبعاثات الهواء.

في عام 2019، أدرجت لجنة التنمية والإصلاح الوطنية لأول مرة تقنية سحب ألياف البازلت في أفران الأحواض ضمن "دليل التوجيه الوطني لتعديل الهيكل الصناعي (2019)" بهدف تشجيع التنمية، مما حدد مسار تطوير صناعة ألياف البازلت في الصين، ووجه شركات الإنتاج نحو التحول التدريجي من الأفران الصغيرة إلى أفران الأحواض الكبيرة، وصولاً إلى الإنتاج على نطاق واسع.
بحسب التقارير، تطورت تقنية سحب القوالب لدى شركة كاميني فيك الروسية لتشمل تقنية سحب القوالب في أفران ذات 1200 فتحة؛ بينما لا تزال الشركات المصنعة المحلية تهيمن على تقنية سحب القوالب في أفران ذات 200 و400 فتحة. وخلال العامين الماضيين، بذلت عدة شركات محلية جهودًا متواصلة في أبحاث الألواح ذات 1200 و1600 و2400 فتحة، وحققت نتائج جيدة، ودخلت مرحلة التجربة، مما يرسخ أساسًا متينًا للإنتاج واسع النطاق لأفران الخزانات الكبيرة والألواح الكبيرة في الصين مستقبلًا.
ألياف البازلت المتواصلة (CBF) هي ألياف عالية التقنية والأداء. تتميز بمحتواها التقني العالي، وتقسيم العمل المتخصص الدقيق، وتعدد مجالات استخدامها. حاليًا، لا تزال تقنية عملية الإنتاج في مراحلها الأولى، وتعتمد بشكل أساسي على الأفران الفردية. بالمقارنة مع صناعة الألياف الزجاجية، تعاني صناعة ألياف البازلت المتواصلة من انخفاض الإنتاجية، وارتفاع استهلاك الطاقة الإجمالي، وارتفاع تكاليف الإنتاج، وضعف القدرة التنافسية في السوق. بعد ما يقرب من 40 عامًا من التطوير، تم تطوير أفران الخزانات الكبيرة الحالية بسعة 10,000 طن و100,000 طن، ما يجعلها ناضجة للغاية. وكما هو الحال مع نموذج تطوير الألياف الزجاجية، يمكن لألياف البازلت أن تتجه تدريجيًا نحو إنتاج الأفران الكبيرة بهدف خفض تكاليف الإنتاج باستمرار وتحسين جودة المنتج.
على مر السنين، استثمرت العديد من شركات الإنتاج المحلية ومعاهد البحث العلمي موارد بشرية ومادية ومالية ضخمة في أبحاث تكنولوجيا إنتاج ألياف البازلت. وبعد سنوات من البحث والتطبيق، نضجت تكنولوجيا الإنتاج باستخدام تقنية السحب في فرن واحد، ولكن الاستثمار غير الكافي في أبحاث تكنولوجيا أفران الخزانات أدى إلى خطوات متقطعة، وانتهت معظمها بالفشل.

بحث حول تكنولوجيا أفران الخزاناتتُعدّ معدات الأفران من المعدات الأساسية لإنتاج ألياف البازلت المتواصلة. وتبرز أمامنا العديد من التحديات التقنية الرئيسية، مثل مدى ملاءمة هيكل الفرن، وتوزيع درجة الحرارة فيه، وقدرة المواد المقاومة للحرارة على مقاومة تآكل محلول البازلت، بالإضافة إلى معايير التحكم في مستوى السائل ودرجة حرارة الفرن، والتي تتطلب حلولاً عاجلة.
تُعدّ أفران الخزانات الكبيرة ضرورية للإنتاج على نطاق واسع. ولحسن الحظ، فقد تبوأت مجموعة دينغديان مكانة رائدة في مجال البحث والتطوير لتكنولوجيا أفران الخزانات الكهربائية بالكامل. ووفقًا لمصادر مطلعة في هذا القطاع، فإن الشركة تمتلك حاليًا فرن خزانات كهربائيًا بالكامل بسعة إنتاجية تبلغ 1200 طن، وهو قيد التشغيل منذ عام 2018. ويُعدّ هذا إنجازًا هامًا في تكنولوجيا سحب ألياف البازلت باستخدام أفران الخزانات الكهربائية بالكامل، ما يُمثّل مرجعًا هامًا ودافعًا قويًا لتطوير صناعة ألياف البازلت بأكملها.

أبحاث تقنية الشرائح واسعة النطاق:ينبغي أن تحتوي الأفران الكبيرة على ألواح انزلاقية كبيرة متناسقة. يشمل البحث في تقنية الألواح الانزلاقية تغييرات في المواد، وتصميم الألواح، وتوزيع درجة الحرارة، وتصميم حجم هيكل الألواح. هذا ليس ضروريًا فحسب، بل يتطلب أيضًا من الكفاءات المهنية تجربة جريئة في الممارسة العملية. تُعد تقنية إنتاج الألواح الانزلاقية الكبيرة إحدى الوسائل الرئيسية لخفض تكلفة الإنتاج وتحسين جودة المنتج.
في الوقت الحالي، يتراوح عدد الثقوب في شرائح ألياف البازلت المتصلة، محليًا وعالميًا، بين 200 و400 ثقب. وستؤدي طريقة إنتاج الشرائح الكبيرة متعددة الفتحات إلى زيادة قدرة الآلة الواحدة بشكل كبير. وسيتبع البحث في الشرائح الكبيرة نهج تطوير شرائح الألياف الزجاجية، بدءًا من 800 و1200 و1600 و2400 ثقب، وصولًا إلى زيادة عدد الثقوب. وسيساهم البحث والتطوير في هذه التقنية في خفض تكلفة الإنتاج. كما أن تقليل كمية ألياف البازلت يساهم في تحسين جودة المنتج، وهو اتجاه حتمي للتطوير المستقبلي. وسيساعد ذلك في تحسين جودة خيوط ألياف البازلت غير الملتوية مباشرة، وتسريع استخدام الألياف الزجاجية والمواد المركبة.
بحث حول المواد الخام البازلتيةتُعدّ المواد الخام أساسًا للمؤسسات الإنتاجية. خلال العامين الماضيين، وبسبب تأثير سياسات حماية البيئة الوطنية، تعذّر على العديد من مناجم البازلت في الصين العمل بشكل طبيعي. لم تكن المواد الخام محور اهتمام المؤسسات الإنتاجية في السابق، ما جعلها عائقًا أمام تطوير الصناعة، وأجبر المصنّعين ومراكز الأبحاث على دراسة تجانس المواد الخام البازلتية.
تتميز عملية إنتاج ألياف البازلت تقنياً بأنها تتبع أساليب الإنتاج المتبعة في الاتحاد السوفيتي سابقاً، وتستخدم خام بازلت واحداً كمادة خام. وتتطلب هذه العملية دقة عالية في تركيب الخام. ويتجه التطور الصناعي الحالي نحو استخدام نوع واحد أو عدة أنواع مختلفة من معادن البازلت الطبيعية النقية لتوحيد الإنتاج، بما يتماشى مع خصائص صناعة البازلت المعروفة بـ"انعدام الانبعاثات". وقد أجرت العديد من شركات الإنتاج المحلية أبحاثاً وتجارب في هذا المجال.