贛北舍背瓷石礦床地質(zhì)特征及加工工藝性能

段振元，余牛奔

(江西省地質(zhì)局贛西北大隊(duì)，江西 九江 332000)

贛北九嶺地區(qū)瓷石礦資源豐富，主要集中分布在高安、宜豐、上高、修水和豐城及其周邊區(qū)域，并以此為輔形成了新的產(chǎn)業(yè)布局。前人對(duì)江西省瓷石(土)礦從多個(gè)層面開展了研究工作，如黃小年等[1]對(duì)省內(nèi)瓷石、瓷土礦時(shí)空分布特征進(jìn)行了歸納，并探討了其成礦規(guī)律；李仁澤等[2]和朱黎寬等[3]對(duì)宜豐某含鋰瓷石礦的成因機(jī)制和綜合利用進(jìn)行了探討；周先軍等[4]、李寧等[5]、鄭翔等[6]對(duì)省內(nèi)典型瓷石(土)礦的地質(zhì)特征進(jìn)行了介紹；宋振東[7]、余祖球[8]、劉發(fā)榮等[9]、譚綠貴[10]和曹澤亮[11]對(duì)瓷石(土)礦石工藝礦物學(xué)特征、工藝性能及開發(fā)應(yīng)用等進(jìn)行了相關(guān)研究。上述研究對(duì)瓷石礦的成礦規(guī)律及含鋰的瓷石礦成礦地質(zhì)背景及成因、礦物工藝學(xué)方面研究居多。舍背瓷石礦床主要產(chǎn)于燕山期中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖脈中，與區(qū)內(nèi)晉寧期九嶺花崗巖基呈侵入接觸，經(jīng)巖漿熱液蝕變而成的脈狀瓷石礦，有異于以往研究呈巖床狀瓷石礦床特征，具有特殊性與典型性。本文通過對(duì)舍背瓷石礦區(qū)礦體特征、礦石質(zhì)量及加工工藝性能的總結(jié)，對(duì)在本區(qū)周邊尋找和評(píng)價(jià)類似礦床，保障陶瓷原料資源需求有借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于揚(yáng)子板塊(Ⅰ)江南地塊(Ⅰ2)九嶺隆起(Ⅰ21)西部(圖1)，處于九嶺—蓮花山隆起(隆褶帶)成礦亞帶西南部[1]。區(qū)域中部廣泛出露巖漿巖，南北兩側(cè)分布地層為新元古界雙橋山群淺變質(zhì)巖。淺變質(zhì)巖厚度巨大，原巖恢復(fù)是由泥砂質(zhì)及火山碎屑物為主組成的一套復(fù)理石建造。區(qū)內(nèi)發(fā)育花園里—大潭嘴北東向斷裂及棋坪—上富東西向韌性剪切帶：斷裂產(chǎn)狀140°∠60°，出露長(zhǎng)大于17km，寬10～20m，為正斷層，切割雙橋山群地層及巖體；韌性剪切帶長(zhǎng)大于25km，寬50～500m，呈東西向舒緩波狀展布，局部被北東向斷裂切割破壞，呈不連續(xù)展布。巖漿巖有晉寧期和燕山期二期：晉寧期巖漿巖組成九嶺巨型復(fù)式花崗巖，在區(qū)內(nèi)以巖基狀產(chǎn)出，俗稱“九嶺巖基”[1]，主要巖性為中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖、細(xì)粒含斑黑云母英云閃長(zhǎng)巖，為晉寧期大規(guī)模中酸性巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。燕山期酸性—中酸性巖漿多次上侵，形成了規(guī)模不等的巖株、巖瘤、巖床或巖脈，侵入于九嶺巖基或中新元古代淺變質(zhì)巖系中，巖性主要有二云母花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、黑云母花崗巖、白云母花崗巖、花崗斑巖等，瓷石礦主要產(chǎn)于二云母花崗閃長(zhǎng)巖巖脈或白云母花崗巖、花崗斑巖巖體之中。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層、構(gòu)造

礦區(qū)位于棋坪—上富韌性剪切帶西段，廣泛出露巖漿巖，無沉積巖、變質(zhì)巖分布(圖2)。受區(qū)域韌性剪切應(yīng)力作用，巖石呈現(xiàn)弱片麻狀定向構(gòu)造，除石英常呈條帶狀外，還常見云母類礦物擠壓成魚形云母。中部有一條小斷層，沿走向長(zhǎng)度約90m，斷裂面較平直，傾向南，傾角65～69°，屬逆斷層，對(duì)礦體的完整性無影響。

圖2 舍背瓷石礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.2 巖漿巖

巖漿巖有兩期，早期巖體為晉寧期花崗巖，形成于819Ma[12]，組成區(qū)內(nèi)九嶺花崗巖巖基，巖石類型為中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖(γδ)；晚期為燕山期侵入的中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖(Nγδ)，是瓷石礦原巖，呈不規(guī)則脈狀或透鏡狀侵入于巖基中，接觸界線清晰(圖3a)，局部見中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖捕虜體(圖3b)。

圖3 礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖與二云母花崗閃長(zhǎng)巖接觸關(guān)系

中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖呈灰白色、淺灰色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒徑介于0.2～3.5mm。主要礦物斜長(zhǎng)石47%～50%、石英26%～35%，鉀長(zhǎng)石10%～20%、黑云母(+白云母)5%～8%。石英近于等粒集合體出現(xiàn)，顆粒大小在0.2～1.2mm，但集合體較大，呈不規(guī)則壓扁條帶狀，長(zhǎng)徑小于3.5mm；斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，粒徑多在0.5～3.5mm，顆粒內(nèi)常見聚片雙晶，少數(shù)可見較寬疏的環(huán)帶構(gòu)造，邊緣有鈉長(zhǎng)石化蝕變改造，牌號(hào)難測(cè)，視突起等特征為中—更長(zhǎng)石類，晶內(nèi)常見絹云母化；鉀長(zhǎng)石含量較低，大小形態(tài)與斜長(zhǎng)石相似，表面有輕微高嶺土化現(xiàn)象；黑云母厚板片狀—不規(guī)則片狀及集合體，片徑長(zhǎng)約0.1～3mm，條帶狀分布，可見明顯的褐色—淺黃色多色性，部分見白云母化、綠泥石化等次生蝕變；白云母部分為黑云母蝕變產(chǎn)物，部分則產(chǎn)于鉀長(zhǎng)石晶內(nèi)，是由長(zhǎng)石類蝕變而成；副礦物常見有磁鐵礦，他形粒狀，粒徑0.06～0.2mm；磷灰石半自形柱粒狀0.05～ 0.15mm；副礦物常分布于云母晶體內(nèi)，含量低微。

中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖：呈淺灰色、灰色，風(fēng)化色為黃褐色、灰褐色，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物含量：石英33%～35%、斜長(zhǎng)石47%～50%、鉀長(zhǎng)石10%、黑云母(+白云母)7%～8%。

2.3 蝕變與礦化

蝕變種類較多，分帶現(xiàn)象不明顯。主要有絹云母化、綠泥石化以及綠簾石化、高嶺石化、鈉長(zhǎng)石化及硅化。絹云母化是圍巖(黑云母花崗閃長(zhǎng)巖)最主要的蝕變，絹云母常呈鱗片狀，由長(zhǎng)石或暗色礦物被其他礦物或熱液交代而成；綠泥石化由暗色礦物主要交代其他礦物而成，沿裂隙面分布。前者分布廣泛，后者常與綠簾石化相伴產(chǎn)出。綠簾石化呈小團(tuán)粒狀產(chǎn)出，沿裂面分布，常與綠泥石化相伴生；地表長(zhǎng)石(斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石)輕微的高嶺石化；鈉長(zhǎng)石化主要分布于中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖脈及其接觸帶附近，在斜長(zhǎng)石邊緣有鈉長(zhǎng)石化改造，遠(yuǎn)離巖脈鈉長(zhǎng)石化微弱；硅化表現(xiàn)為石英呈不規(guī)則細(xì)脈狀，團(tuán)塊狀產(chǎn)出。

金屬礦化以黃鐵礦化為主，多見于石英脈中，呈星點(diǎn)狀、團(tuán)包狀分布。中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖初步取樣測(cè)試，金屬礦化不明顯：Ag l.00×10-6、WO30.008%、Sn 0.0018%～0.026%、Cu 0.0021%～ 0.0084%、Nb2O50.002%～0.0095%、Ta2O50.0003%～0.0006%、Li 0.0003%、Rb 0.0002%、Sr 0.0028%、Cs 0.0009%。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體形態(tài)、規(guī)模

礦區(qū)圈定1個(gè)瓷石礦體(IK)，產(chǎn)于中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖中，呈不規(guī)則脈狀產(chǎn)出，形態(tài)復(fù)雜，沿走向從南東東往北西西方向具有分枝、復(fù)合、再分枝現(xiàn)象(圖2)，出露長(zhǎng)350m，寬5～100m不等，賦存標(biāo)高+621～+800m，埋深0～97m，產(chǎn)狀165～216°∠50～63°，自0線往東出現(xiàn)3個(gè)分枝，剖面上寬下窄，分枝復(fù)合、楔形尖滅(圖4)。

圖4 1線、4線聯(lián)合地質(zhì)剖面圖

3.2 礦石物質(zhì)組分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石自然類型簡(jiǎn)單，為蝕變花崗巖型瓷石礦，礦石工業(yè)類型屬硬質(zhì)瓷石。礦石巖性為蝕變中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖，沿礦體走向、傾向礦石礦物組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造都比較穩(wěn)定。

礦石為蝕變中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物粒徑介于0.2～3.5mm。主要礦物含量斜長(zhǎng)石50%、石英32%～35%、鉀長(zhǎng)石10%、黑云母(+白云母)5%～8%。石英顆粒大小在0.2～1.5mm，但集合體較大，呈不規(guī)則壓扁條帶狀，長(zhǎng)徑小于3.5mm；斜長(zhǎng)石呈半自形板柱粒狀，粒徑多在0.5～3.5mm間，顆粒內(nèi)常見聚片雙晶，少數(shù)可見較寬疏的環(huán)帶構(gòu)造，邊緣有鈉長(zhǎng)石化蝕變改造，視突起等特征為中—更長(zhǎng)石類，晶內(nèi)常見絹云母化；鉀長(zhǎng)石含量較低，大小形態(tài)與斜長(zhǎng)石相似，表面有輕微高嶺土化現(xiàn)象；黑云母厚板片狀—不規(guī)則片狀及集合體，片徑長(zhǎng)約0.1～3mm，條帶狀分布。殘存者可見明顯的褐色—淺黃色多色性；大部分見白云母化、綠泥石化等次生蝕變。白云母部分為黑云母蝕變產(chǎn)物，部分則產(chǎn)于鉀長(zhǎng)石晶內(nèi)，是由長(zhǎng)石類蝕變而成；副礦物常見有磁鐵礦，它形粒狀，粒徑0.06～0.2mm；磷灰石半自形柱粒狀0.05～0.15mm；副礦物常分布于云母晶體內(nèi)，含量低微。

3.3 礦石化學(xué)成分

主要有益組分平均含量SiO261.67%、Al2O319.47%、K2O 0.62%、Na2O 6.09%、K2O+Na2O 6.71%。有害雜質(zhì)組分Fe2O31.29%、TiO20.54%(表1)。SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、Na2O、SO3含量變化系數(shù)小于40%，成分均勻，MgO、CaO、K2O含量變化系數(shù)小于100%，成分較均勻。礦石高鋁相對(duì)富鈉，主要組分穩(wěn)定，但Fe2O3、TiO2偏高。

表1 礦石化學(xué)成分一覽表 (單位：%)

3.4 礦體圍巖、夾石及圍巖蝕變

礦體圍巖主要為中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，局部為中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖。夾石在礦體中呈透鏡狀，零星分布，巖性有中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖、細(xì)粒閃長(zhǎng)巖及中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖。

圍巖蝕變種類較多，主要有絹云母化、鈉長(zhǎng)石化及硅化等。絹云母化是圍巖(黑云母花崗閃長(zhǎng)巖)最主要的蝕變，絹云母常呈鱗片狀；鈉長(zhǎng)石化主要分布于中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖脈及其接觸帶附近，在斜長(zhǎng)石邊緣有鈉長(zhǎng)石化改造，遠(yuǎn)離巖脈鈉長(zhǎng)石化微弱；硅化表現(xiàn)為石英呈不規(guī)則細(xì)脈狀，團(tuán)塊狀產(chǎn)出。

3.5 礦床成因

瓷石礦體原巖為中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖，呈不規(guī)則的脈狀或透鏡狀侵入于九嶺巖基中，礦石為蝕變的中細(xì)粒二云母花崗閃長(zhǎng)巖。在燕山期中晚期，富含鈉和揮發(fā)組分的酸性—中酸性巖漿沿棋坪—上富韌性剪切帶裂隙上侵，在巖漿侵位和冷凝過程中，在巖漿汽水熱液作用下，巖石中的斜長(zhǎng)石邊緣產(chǎn)生交代作用，發(fā)生鈉長(zhǎng)石化蝕變，巖漿中的揮發(fā)組分也參與交代作用，使二云母花崗閃長(zhǎng)巖體發(fā)生中、低溫?zé)嵋何g變作用，形成瓷石礦體，礦床屬熱液蝕變型礦床。

4 礦石加工工藝性能

4.1 礦石物理性能

依據(jù)制作陶瓷要求，采集了2件代表性的樣品進(jìn)行工藝性能測(cè)試(表2)，礦石燒成白度為26.8、26.3，1 200℃燒成溫度收縮率10.36%、11.36%。

表2 樣品化學(xué)成分表 (單位：%)

4.2 礦石加工工藝

試驗(yàn)2噸原礦，工藝流程為原礦—粗碎—中碎—球磨—瓷石粉。采用濕法粉碎，一級(jí)破碎采用PE-600×900鄂式破碎機(jī)，最大進(jìn)料粒度控制在500mm，排料口粒度65～160mm；二級(jí)破碎采用PF-B-1214Ⅱ反擊破，最大進(jìn)料粒度在350mm以內(nèi)，加工成直徑1cm以下的顆粒物；再入臥式瓷土球磨機(jī)，出料粒度0.075～0.89mm，接著進(jìn)行泥漿干燥，最后成半成品瓷磚原料進(jìn)庫(kù)存。礦石加工工藝簡(jiǎn)單，利用性能良好，礦石綜合回收率達(dá)到90%。

4.3 產(chǎn)品成分配比

瓷磚(片)的主要原料是瓷石、長(zhǎng)石、石英三大類礦石原料合并輔以一些化工原料制造而成。瓷石30%～35%，主要成分Al2O3使陶瓷頗具可塑性，即可在加熱前將瓷坯制成理想的形狀；長(zhǎng)石粉35%～45%，長(zhǎng)石主要起熔劑作用，一般為陶瓷主體增加強(qiáng)度；粉狀石英20%～30%，作為一種填料添加到瓷磚中；其余成分3%～7%，使用一些其它的天然礦物和人工合成的化工原料滑石、密陀僧(AlO)、白堊粉(CaCO3)、氧化錫、氧化鋅、鈦酸鋇等。通過上述工藝制作而成的瓷磚具有可塑性優(yōu)良、粘結(jié)度好、強(qiáng)度高等特性。

經(jīng)對(duì)配比后的成品瓷磚粉碎加工進(jìn)行化學(xué)分析，主要成分SiO278.35%、Al2O311.90%、K2O 3.85%、Na2O 3.86%、CaO 0.38%、MgO 0.29%、Fe2O30.84%、TiO20.41%、SO30.02%，其有益、有害組分含量符合質(zhì)量要求。

5 結(jié)論

(1)舍背瓷石礦床是熱液蝕變型礦床，由二云母花崗閃長(zhǎng)巖侵位和冷凝過程中發(fā)生中、低溫?zé)嵋何g變作用形成的瓷石礦床。礦體呈不規(guī)則的脈狀產(chǎn)出，主要礦物組分為斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石，礦石化學(xué)成分以高鋁相對(duì)富鈉為特征。

(2)經(jīng)試驗(yàn)證明礦石加工工藝性能良好，經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐淞吓浔日{(diào)整，可作為一種較理想的新型建筑陶瓷產(chǎn)品重要原料，應(yīng)用前景廣闊，并對(duì)評(píng)價(jià)同類礦床的加工工藝性能具有借鑒作用。

(3)礦區(qū)周邊燕山期中晚期酸性—中酸性巖脈發(fā)育，該瓷石礦床的發(fā)現(xiàn)對(duì)九嶺地區(qū)尋找同類礦床具有一定的指導(dǎo)意義。