黑龍江省賓縣永豐陶粒用板巖礦地質(zhì)特征及開發(fā)利用方向研究

摘 要： 永豐陶粒用板巖礦床是近年來探明的一處大型建筑用原材料資源基地，礦區(qū)交通便利，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，礦山開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值。礦床內(nèi)圈定1條工業(yè)礦體，賦存于下—上二疊統(tǒng)土門嶺組中—上部層位，走向北東，傾向北西，傾角35°～65°，實(shí)際控制礦體長(zhǎng)度800m，寬度48.5m～164.5m，厚度26m～128.10m。礦石自然類型粉砂泥質(zhì)板巖，平均體重2.55g/cm3，經(jīng)1140℃～1200℃焙燒，陶粒堆積密度420kg/m3～605kg/m3，筒壓強(qiáng)度3.94MPa～4.8MPa。探求控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）447.68萬t，推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）189.76萬t，總資源量（332+333）637.44萬t。

關(guān)鍵詞： 陶粒用板巖礦床； 開發(fā)利用方向； 永豐； 黑龍江省賓縣

前言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的不斷加快，市場(chǎng)對(duì)低能耗、綠色環(huán)保等新型墻體建筑材料的需求日益增加，發(fā)展前景廣闊[1]、[2]。板巖陶粒以密度低、強(qiáng)度高、保溫、隔熱、隔音、耐火、耐腐、抗震、抗凍、抗?jié)B等性能受到建筑行業(yè)的普遍贊譽(yù)和青睞，是目前替代砂石和磚瓦粘土的理想新型建筑原材料和輕集骨料。賓縣永豐陶粒用板巖礦床是近年來探明的一處大型建筑用原材料資源基地，礦區(qū)交通便利，區(qū)位優(yōu)勢(shì)顯著，開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境破壞和影響程度低，開發(fā)利用價(jià)值高，本文以該礦床地質(zhì)詳查資料為基礎(chǔ)，對(duì)該礦床地質(zhì)特征和開發(fā)利用方向進(jìn)行初步探討，為礦山開發(fā)建設(shè)提供依據(jù)。

1. 礦區(qū)地質(zhì)背景

永豐陶粒用板巖礦床位于黑龍江省賓縣平坊鎮(zhèn)南3.5km處，礦區(qū)所處的大地構(gòu)造位置屬小興安嶺—松嫩地塊之濱東隆起帶與伊春—延壽地槽褶皺系接合部位的全孝—弓棚子背斜北西翼[3]。區(qū)內(nèi)出露古生界地層為二疊系土門嶺組，系一套淺海相泥質(zhì)、粉砂質(zhì)細(xì)碎屑沉積建造，具輕微區(qū)域變質(zhì)，其下部巖性為中細(xì)砂巖、粉砂巖為主夾含粉砂絹云母板巖；中部巖性為含粉砂絹云母板巖、條帶—條紋狀含粉砂絹云母板巖夾碳酸鹽巖透鏡體；上部巖性為含粉砂絹云母板巖、含粉砂泥質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、砂巖，地層走向北東，傾向280°～310°，傾角35°～65°，陶粒用板巖礦床賦存于其上部層位。

此外還出露有上三疊統(tǒng)鳳山屯組流紋巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖、凝灰?guī)r、角礫凝灰熔巖和中侏羅統(tǒng)太安屯組、上侏羅統(tǒng)帽兒山組陸相酸性火山巖及碎屑巖，第三系始—漸新統(tǒng)丁山村組為河湖相、河流相細(xì)碎屑沉積，地貌上構(gòu)成了Ⅱ級(jí)階地，第四系中更新統(tǒng)上荒山組為河流相砂、亞粘土半松散堆積物，地貌上構(gòu)成了Ⅰ級(jí)階地，沿現(xiàn)代河床發(fā)育有第四系全新統(tǒng)沖洪積松散堆積物（圖1）。

礦區(qū)出露的侵入巖主要為燕山中期花崗閃長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖等，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，花崗閃長(zhǎng)巖具中—細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由鉀長(zhǎng)石（10～15×10.-2）、斜長(zhǎng)石（45～60×10-2）、石英（20～30×10-2）及暗色礦物黑云母和角閃石（10～15×10-2）組成。堿長(zhǎng)花崗巖具中—細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，個(gè)別具晶洞構(gòu)造。由堿性長(zhǎng)石（40～50×10-2）、石英（30～35×10-2）、斜長(zhǎng)石（15×20×10-2）及暗色礦物（<5×10-2）黑云母和角閃石組成。

礦區(qū)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，屬全孝—弓棚子背斜的北西翼，主要由賦礦地層二疊系土門嶺組構(gòu)成，走向北北東，單斜構(gòu)造產(chǎn)出，傾角35°～65°。斷裂構(gòu)造見有北北東向和北西向兩組，北北東向斷裂呈壓扭性質(zhì)，北西向斷裂呈張扭性質(zhì)。

2. 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦床內(nèi)圈出1條工業(yè)礦體，北北東向展布，實(shí)際控制長(zhǎng)度800m，平均寬107m，礦體在平面上呈規(guī)則的多邊形，剖面上呈近似倒梯形。礦石自然類型與礦體的頂、底板圍巖巖性相同，均為含粉砂泥質(zhì)板巖，以樣品分析測(cè)試成果圈定礦體邊界線，采用的主要工業(yè)指標(biāo)為堆積密度：≤800kg/m3；筒壓強(qiáng)度：≥1.5MPa（500級(jí)）、≥2.0MPa（600級(jí)）、≥3.0MPa（700級(jí)）、≥4.0MPa（800級(jí)）；吸水率：≤10%；SO3≤1%；軟化系數(shù)：≥0.8；最小可采厚度：≥4m；夾石最小剔除厚度：≥4m；剝采比：≤0.4∶1。采用垂直平行斷面法進(jìn)行了資源量估算，探求控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）447.68萬噸，推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）189.76萬噸，總資源量（332+333）637.44萬噸，其中控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）占總資源量的70.2×10-2萬噸。

2.2 礦石質(zhì)量特征

2.2.1 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物成份

礦石為深灰—灰黑色含粉砂泥質(zhì)板巖，類型單一，具泥質(zhì)—粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)，變余泥質(zhì)、粉砂—細(xì)砂狀構(gòu)造，板狀構(gòu)造。見貝殼狀斷口，捻摸礦石有滑膩感，礦物成分由隱晶質(zhì)粘土礦物集合體（>50%）、顯微鱗片狀礦物（20%～40%）和粉砂質(zhì)碎屑（5%～25%）組成，粉砂質(zhì)碎屑分布不均勻，局部達(dá)30%～40%。隱晶質(zhì)粘土礦物集合體為隱晶—片狀綠泥石、伊利石、絹云母集合體及少量殘余泥質(zhì)礦物，沿板理均勻分布；顯微鱗片礦物由鱗片狀的綠泥石（1%～6%）、高嶺石（1%～2%）、伊利石（22%～33%）和有機(jī)質(zhì)（1%～2%）組成；粉砂質(zhì)碎屑主要為長(zhǎng)英質(zhì)礦物，呈棱角狀、次棱角狀，粒徑小于0.06mm，局部有少量的0.06mm～0.25mm的細(xì)砂，成分為石英（43%～64%）、斜長(zhǎng)石（8%～14%）、鉀長(zhǎng)石（4%）及少量的巖屑。石英呈它形粒狀，少量沿板理拉長(zhǎng)生長(zhǎng)，部分具波狀消光，斜長(zhǎng)石半自形板條狀、粒狀，可見聚片雙晶，部分具絹云母化，鉀長(zhǎng)石它形粒狀，具格子雙晶，部分具明顯土化，巖屑多呈次棱角狀，多為酸性火山巖巖屑。

2.2.2 礦石化學(xué)組份

成陶的化學(xué)組組份：SiO2：64.28%～69.04%、Al2O3：17.05%～18.70%，二者均在工業(yè)要求SiO2：50%～70%、Al2O3：10%～20%的范圍內(nèi)，屬中等偏高，變化系數(shù)2%～3%（表1）。

成陶的熔劑組份：CaO+MgO：0.98%～1.64%，低于工業(yè)要求3%～8%的下限值；K2O+Na2O：3.49%～5.65%，接近或略高于工業(yè)要求1.5%～5%的上限值，CaO+MgO+K2O+Na2O：4.47%～7.29%，較工業(yè)要求4.5%～13%中等偏低（表1）。

成陶的發(fā)氣組份：礦石成陶的發(fā)氣組分主要有Fe2O3、FeO、黃鐵礦、有機(jī)物、微量碳酸鹽和含水礦物。其中Fe2O3：2.94%～4.95%；FeO：0.41%～1.19%；燒失量（Los）：3.84%～5.02%；紅外光譜分析有機(jī)質(zhì)含量1%～2%；差熱分析熱失重量3.5%～4.1%（表1）。

礦石放射性成份：放射性照射量率最大值788fA/kg，最小值501fA/kg，表明礦石放射性強(qiáng)度低，變化穩(wěn)定。Ra226、Th232、K40比活度測(cè)定結(jié)果ARa/200=0.0815≤1.0，ARa/350+AT1/260+AK/4000=0.5385≤1.0，符合《GB6566-86建筑材料放射性衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[4]、要求，無放射性污染問題（表2）。

2.2.3 礦石焙燒性能

對(duì)257件基本分析樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室焙燒試驗(yàn)測(cè)試（表3），結(jié)果表明礦石焙燒溫度范圍：40℃～60℃，占樣品總數(shù)85.26×10-2，其中40℃占樣品總數(shù)33.75×10-2、60℃占樣品總數(shù)51.5×10-2；礦石最佳焙燒溫度：1200℃占樣品總數(shù)18.73×10-2；陶粒顆粒表觀密度：0.75g/cm3～0.94g/cm3占樣品總數(shù)39.04×10-2、0.95g/cm3～1.12g/cm3占樣品總數(shù)55.78×10-2、1.13g/cm3～1.31g/cm3 占樣品總數(shù)5.18×10-2；陶粒堆積密度：變化范圍420kg/cm3～605kg/cm3，變化系數(shù)4.80×10-2，500級(jí)占樣品總數(shù)38.25×10-2、600級(jí)占樣品總數(shù)58.96×10-2，二者合計(jì)占樣品總數(shù)97.21×10-2?？梢姡樟５亩逊e密度以600級(jí)為主，焙燒溫度范圍變化小，最佳焙燒溫度適中，顆粒表觀密度、堆積密度穩(wěn)定，表明礦石焙燒性能良好，利于生產(chǎn)工藝的選擇。

2.2.4 礦石類型和品級(jí)

礦石自然類型單一，為深灰—灰黑色含粉砂泥質(zhì)板巖型，礦石工業(yè)類型為陶粒用板巖型。

礦石工業(yè)品級(jí)以陶粒堆積密度為依據(jù)進(jìn)行劃分，從樣品測(cè)試結(jié)果可知礦石品級(jí)屬500級(jí)～600級(jí)混合型，以600級(jí)為主，其占比58.96×10-2，500級(jí)占38.25×10-2，700級(jí)占2.79×10-2。經(jīng)基本分析樣焙燒試驗(yàn)可知，礦石類型單一，堆積密度變化范圍較?。?00級(jí)～600級(jí)）。

3. 礦石加工技術(shù)性能（半工業(yè)試驗(yàn)）

3.1 樣品加工

將原礦石采用錘式破碎機(jī)進(jìn)行一次破碎，使之全部通過φ20mm圓孔篩后進(jìn)入φ2.5mm滾筒式圓篩。一次破碎后>2.5mm粒級(jí)的礦石重量占總礦石量83.5%，小于2.5mm的礦石粉渣占16.5%，符合工業(yè)要求。

3.2 設(shè)備及工藝參數(shù)

采用非造球法生產(chǎn)工藝將礦石破碎—篩分至規(guī)定的粒級(jí)后，送入回轉(zhuǎn)窯中焙燒?；剞D(zhuǎn)窯外徑1.9m，長(zhǎng)28m，斜率4%，調(diào)速范圍1轉(zhuǎn)/分～3轉(zhuǎn)/分；冷卻槽：長(zhǎng)3m，寬0.5m，深1.0m，斜率10%；雷蒙磨：3R；滾筒式分級(jí)篩：長(zhǎng)4.0m，直徑1.0m，轉(zhuǎn)速18轉(zhuǎn)/分，篩孔直徑分為75mm、3mm～5mm、1mm～3mm、<1.0mm四種；主要工藝參數(shù)：燒成帶長(zhǎng)度：2.5m～3.0m；燒成帶物料表面溫度：1180℃；入窯物料含水率：<2%；喂料量：1.6m3/h～1.8m3/h；窯體轉(zhuǎn)速：1.1轉(zhuǎn)/分～1.2轉(zhuǎn)/分；窯壁溫度：1240℃；窯尾煙氣定溫：560℃～580℃；出料速度：3.5m3/h～4.0m3/h。

3.3.半工業(yè)試驗(yàn)成果

半工業(yè)試驗(yàn)共焙燒出普通板巖陶粒、大顆粒板巖陶粒、超輕板巖陶粒、高強(qiáng)破碎板巖陶粒、陶砂等產(chǎn)品，試驗(yàn)成品經(jīng)加工縮分后送北京市建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果均達(dá)到GB/T17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法-第1部分：輕集料》[5]、的要求（表4），產(chǎn)品質(zhì)量和性能良好。

4. 礦石工業(yè)利用方向討論

礦石成陶組分（SiO2、Al2O3）、助熔組份（CaO、MgO、K2O、Na2O）、發(fā)氣組份（Fe2O3 、FeO及有機(jī)質(zhì)）含量滿足工業(yè)要求；礦石礦物石英、伊利石、絹云母、綠泥石占絕大部分，長(zhǎng)石和高嶺石含量較小，礦石礦物粒級(jí)構(gòu)成上泥質(zhì)占50%以上，粉砂級(jí)占5%～40%，有利于礦石的工業(yè)生產(chǎn)利用；礦石焙燒膨脹性能良好，陶粒堆積密度以600級(jí)為主，所燒制的陶粒表面光滑，無裂隙，吸水率小，強(qiáng)度高?？梢姷V石適宜采用非造球法工藝生產(chǎn)陶粒及其系列產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、適用性廣，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景。

5. 結(jié)論

陶粒是替代傳統(tǒng)建筑原材料的新型建筑骨料，近年來國(guó)家及地方各級(jí)政府相繼出臺(tái)了一系列政策法規(guī)，鼓勵(lì)輕集骨料建材業(yè)的發(fā)展，限制對(duì)環(huán)境和耕地破壞嚴(yán)重的粘土磚的生產(chǎn)和使用。板巖陶粒以其用途廣泛、性能優(yōu)良、節(jié)能低耗、施工簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)勢(shì)，在建材產(chǎn)品中占有重要地位。永豐陶粒用板巖礦礦石可采用非造球工藝，經(jīng)回轉(zhuǎn)窯燒制系列普通陶粒和陶砂，適用于承重砌塊砼骨料和大型承重梁板、混凝土骨料，礦山建設(shè)周期短，開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益顯著，適合勞動(dòng)密集型生產(chǎn)企業(yè)投資建廠，對(duì)緩解就業(yè)壓力和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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