青海水洞峡陶粒板岩矿石性能及开发利用

赵想安，张 洁，蒋耀祯

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008）

1 成矿地质背景

该矿区大地构造位置属祁连加里东褶皱系北祁连优地槽带东段，南跨祁连山中间隆起带之次级构造单元西宁盆地。

陶粒板岩矿赋存于下志留统，根据岩性可分为两个岩组：

(1)第一岩组(S1a)：岩性为变细粉砂岩，分布于矿区南西部，呈灰—灰绿色，细粒粉砂状残余结构，板状—块状构造，岩石含石英、蚀变长石等粉砂，粒径约0.03mm，呈次棱角状—次圆状，分布在杂基不多且多隐晶的基质中；基质以结晶不良的黑云母、绢云母、硅质物、褐铁矿染的隐晶—细晶物质为主。砂粒长石多绢云母化、高岭石化，也有铁染(斑点)，沿片理方向有定向构造，片理也不太平直，砂粒略有拉长和重结晶，但原生细粉砂状结构仍很明显。主要成分：砂粒由石英10%、蚀变长石55%、云母和蚀变云母质碎屑3%组成；杂基由硅质物14%、铁质黑云母12%、绢云母5%、磁铁矿1%组成。厚度＞300m，产状40～52°∠40～56°。

(2)第二岩组(S1b)：根据岩性特征可进一步分为3个岩性段。总厚度大于500m。

第一岩性段(S1b-1)：深灰色—黑色薄层板岩，为含矿层。厚度72.35～304.66m，产状25～54°∠47～78°。

第二岩性段(S1b-2)：浅灰绿色细粉砂岩,细粒粉砂状残余结构，板状构造，粒径多0.01～0.05mm，呈次棱角状—次圆状，成分为石英10%～15%、蚀变长石50%、云母质碎屑3%、铁质和副矿物1%，多彼此紧密接触；杂基为隐晶质硅质物10%～12%、云母类10%、绿泥石3%。略具定向构造，各矿物分布比较均匀。长石多绢云母化、高岭石化。厚度22.04～92.95m，产状21～50°∠33～71°。

第三岩性段(S1b-3)：灰褐、紫红色细砂岩，细粒砂状结构，砂粒多为0.05～0.25mm，以石英、长石、长英质岩屑及硅质岩为主，呈次棱角状—次圆状，彼此基本呈接触型相连，粒间仅有少量重结晶绿泥石、绢云母、硅质等。岩石略具定向片理化构造，砂粒有拉长等现象，横切片理方向有数条糜棱化重结晶的不规则石英脉。主要成分：砂屑由石英25%～30%、长石30%～35%、长英质岩屑及硅质岩10%～17%、白云母1%组成，杂基由绿泥石5%、绢云母2%～7%、硅质物5%～12%、铁质1%组成。厚度＞160m，产状22～33°∠50～79°。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿体赋存于下志留统第二岩组第一岩性段(S1b-1)深灰色—黑色薄层板岩中，呈似层—层状产出，走向北西—南东向，矿区内出露长2500m以上，出露宽350～500m左右，向东逐渐尖灭。矿体产状与地层产状基本一致，为25～54°∠47～78°，由西往东产状逐渐变陡。

2.2 矿石质量

矿石呈深灰色—黑色，显微晶质变晶结构、残余粉砂状结构，似千枚状构造。镜下观察：岩石由砂屑和杂基组成，二者呈条带状相间，有的呈团块状互相过渡。砂屑由石英5%～12%、蚀变长石15%～58%、云母及绿泥石2%～5%、碳酸盐5%～10%组成，粒径多为0.01～0.03mm，多呈次棱角状，以绢云母化、高岭石化长石为主；杂基由硅质物10%～24%、铁质—黑云母类8%～10%、绢云母类5%～36%等组成，以绢云母、高岭石化长石粉屑及其间泥质物变晶为主。

主要矿物成分为石英39%～48%、斜绿泥石13%～15%、钠长石4%～6%、白云母34%～38%、方解石2%～5%组成。矿石化学组分(%)为：SiO257.84～69.70、Al2O313.08～17.92、Fe2O35.07～7.38、CaO 0.38～3.14、MgO 2.48 ～3.96、K2O 2.32～3.54、Na2O 0.70～1.44、LOI 3.79～8.14、有机质 0.30～1.41。

国内同类矿山矿物及化学成分对比见表1、表2。

表1 国内同类矿山矿物成分对比

表2 国内同类矿山化学成分对比

2.3 矿石类型

矿石自然类型单一，均为薄层状板岩。

根据GBT17431.1-1998《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》和中国建筑材料工业地质勘查中心编制的《建材——非金属矿产地质工作指南》之陶粒原料矿产地质工作指南，划分为两个品级：即堆积密度≤500kg/m3的为超轻集料；510kg/m3≤堆积密度＜900kg/m3的为普通轻集料。

3 矿石烧胀及其他性能

经541件样品烧胀性能试验，矿石具有良好的膨胀性，烧成的陶粒密度小、质量轻、强度高，以＜500级的超轻陶粒为主。烧胀温度范围25～100℃，最佳烧胀温度1150～1200℃，预测堆积密度等级300～900级，但部分矿石烧胀温度范围偏低，为25℃，矿床开发利用时对烧胀温度的控制比较困难。

采集8件筒压强度样品，其中7件为超轻集料，试验结果为0.19～1.29MPa；1件为普通轻集料，试验结果为1.82MPa，根据GBT17431.1-1998《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》及《建材——非金属矿产地质工作指南》之陶粒原料矿产地质工作指南，符合超轻集料筒压强度0.5～1.5MPa、普通轻集料筒压强度2.2～5.0MPa的质量要求。

采集3件吸水率样品，其测试结果为18.37%～21.53%；根据GBT17431.1-1998《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》，符合超轻集料吸水率15%～25%的质量要求。

采集3件软化系数样品，其测试结果为0.75～0.81，根据GBT17431.1-1998《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》，符合天然轻集料软化系数不小于0.7的要求。

总之矿石烧胀性能较好，筒压强度、吸水率、软化系数均符合GBT17431.1-1998《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》天然轻粗集料的要求，虽然部分矿石烧胀温度间隔偏低，但矿床规模巨大，具有较好的开发利用价值。

4 开发利用

陶粒是一种陶瓷质地的人造轻集粒，由陶粒板岩等烧制到一定温度后发泡膨胀而成，具有容重轻、强度高、隔音、隔热、阻燃、保温、抗渗等优点，是保护国家土地资源、改善生态环境、改善建筑动能的新型建筑材料。陶瓷本质耐风化、价廉物美、环保、容易制作等优点，大量应用于预制墙板(干墙)、间墙、轻质混凝土、天面隔热层、混凝土预制件、小型轻质砌块、陶粒砖等，亦可用于园艺种植及水耕种植。

用陶粒配制的轻骨料混凝土自重轻、强度高、抗震、抗碳化、耐酸、耐磨、隔热保温、体积稳定、易于施工，且无碱集料反应危害，与同强度等级的普通混凝土相比，可降低自重20%～30%，大大减轻结构的恒载，提高结构的安全性，工程造价可降低10%～20%，是世界上最优良的轻质建筑材料之一。

随着国家西部大开发战略的实施，青海省将出现新的经济建设高潮，必将带动建筑业的高速发展，因此利用天然陶粒板岩生产环保、高强、轻质、保温的新型轻集料混凝土陶粒产品具有十分重要的社会意义和经济意义。

按西宁市建筑面积100万m2/年，陶粒混凝土产品用量按30%，陶粒混凝土产品中陶粒用量按50%估算，西宁市年需要陶粒约15万m3。据有关资料，该矿床是青海省及邻区甘肃、宁夏、西藏、四川等地目前发现的唯一一处陶粒原料矿产地，因此，陶粒板岩矿在省内及西北地区具有广阔的市场前景，开发利用将产生良好的经济效益。