云南省彝良县石英砂岩地质特征及可选性研究

姜文涛

（昆明理工大学，云南 昆明 650093）



云南省彝良县石英砂岩地质特征及可选性研究

姜文涛

（昆明理工大学，云南 昆明 650093）

【摘 要】彝良县石英砂岩矿区内，矿石呈白色，变余砂状结构，块状构造，碎屑成分主要为中粗粒石英砂，粒径为0.1～0.4mm，石英砂粒中一般含有颗粒极小的铁质和极微小气液包裹体。根据平板玻璃用石英砂技术指标要求，按试验程序对石英砂岩样品进行了擦洗筛分、摇床选矿、磁选、煅烧、酸浸等提纯试验，试验表明原矿石经过擦洗筛分选矿、摇床选矿、磁选和煅烧可以得到较好的提纯，可满足玻璃及高档玻璃器皿的要求，具有极好的开发利用前景。

【关键词】地质特征；石英砂岩；可选性研究；彝良县

石英砂岩是固结的碎屑岩石，其石英碎屑含量达95%以上，来源于各种岩浆岩、沉积岩和变质岩，伴生矿物为长石、云母和粘土矿物，胶结物主要为硅质胶结［1］。石英砂岩是玻璃、陶瓷、铸造和其他工业用石英砂硅质矿物原料的主要来源。由于石英砂岩含伴生矿物和胶结物等杂质，一般须经过选矿提纯方能被工业生产利用［1-3］。

我国西南彝良县石英砂岩资源丰富，主要分布于两河乡、钟鸣乡东部与大关县交界一线、奎香乡—龙街乡北部等地，面积上百平方千米，储量达50亿t以上。彝良县境内公路、铁路运输极为方便，且石英砂岩产地均有公路相通。矿区内开采条件简单，大多数地区均适宜露天开采。矿区良好的开发利用条件及丰富的资源储量，为发展硅产品深加工产业提供了坚实的基础，潜在的经济价值巨大。为了给区内石英砂岩资源的开发利用提供科学依据，针对该石英砂岩矿床的特点，本文根据平板玻璃所用原料的质量要求标准，对彝良县石英砂岩矿进行了选矿试验研究［4-5］。

1 矿区地质特征

彝良县石英砂岩矿主要有奎香村、毛家沟村、木龙村以及漆树村四个含矿区（图1）。矿区构造经历了多期运动演变，控制了矿区地层和岩相建造的发展，地层出露受构造单元、深断裂及古地理条件的限制，主要分布有泥盆系的地层，该地层分布广泛，在磨槽湾向斜的两侧、彝良城北洛泽河的沿岸、龙海西北小草坝一带及奎香寸田克布等地均有出露，自上而下可分为曲靖组、红崖坡组、缩头山组及箐门组。其中以箐门组分布最窄，曲靖组次之，而缩头山组与红崖坡组则分布较宽。中泥盆统缩头山组石英砂岩是矿区内的主要含矿层，该层石英砂岩质地纯净、品质好、厚度大，达到了规模化工业生产的硅石矿指标要求。

图1　彝良县石英砂岩矿区域地质图

矿区内的构造主要发育为断层，其中控制奎香矿区矿床矿体底板界线的断层主要位于矿区的北东方向石英砂岩矿北东出露界线的冲沟内，断层的上盘出露的为泥质砂岩，下盘出露的为缩头山组石英砂岩（矿层），上盘上升、下盘下降，沿冲沟有砂质粘土、砂岩碎块堆积。断层的两端分别向北西和南东方向延伸，断层产状大致为68°∠28°。木龙矿区的木龙村断层，直接错断矿层，矿层的顶底板界线都位于断层错断的断层崖上，断层呈北东、南西方向延伸。毛家沟、漆树两个矿区均有一条断层出露，切断矿层。总体来说，工作区的断裂活动不发育，对矿体的影响比较小，局部造成矿体抬升及错断。矿区内没有岩浆岩的出露，各矿区局部见大理岩化，偶见石英脉穿插，变质作用不明显。

2 矿石矿物特征

四个矿区内矿石的岩矿特征差别不大，本文将原矿磨矿制样后采用偏光显微镜鉴定了矿石结构和矿物嵌布特性，包括矿石中主要矿物（石英）的结构、晶形、晶粒或颗粒大小和形状、共伴生（杂质）矿物的赋存状态与嵌布特性、透明性以及气液包裹体等。

岩石呈白色，变余砂状结构，块状构造。岩石变余细—中粒砂状结构，镜下见重结晶的镶嵌状石英颗粒，残留粒径为0.2～0.4mm的砂状碎屑形态，其间由次生石英沿石英碎屑发生次生加大边，构成再生长式胶结。碎屑成分主要为石英（≥99%），含少量电气石、锆石、铁泥质等重矿物。石英呈次圆状，大部分粒径为0.1～0.4mm的粗中粒砂；电气石（＜0.1mm）和锆石（＜0.1mm）呈他形粒状零星分布于石英碎屑间。少量铁泥质、电气石、锆石等重矿物零星分布石英碎屑间。岩石虽经变质重结晶，从残留结构、成分看原岩中粒（a）和细粒（b）石英砂岩面貌清楚（图2）。

图2　彝良县石英砂岩镜下照片

3 石英砂岩可选性研究

矿石的可选性是指在现阶段选矿技术水平上，对矿石中各种可能利用的有用矿物，依靠其物理性质及化学特性的差异进行相互分离或与脉石分离的难易程度。本文所用样品主要采自奎香乡、两河乡毛家沟村、钟鸣乡木龙村以及角奎镇漆树村各个矿床的不同位置，可以代表石英砂岩矿床的品质。

3.1 矿样的矿物分析

彝良县石英砂岩矿石主要由石英颗粒（97%～98%）组成，另含极微量的圆粒电气石。胶结物主要为硅质和极少量铁质呈填隙式分布在粒状石英颗粒之间。其胶结物为次生石英，石英颗粒分选性良好，颗粒集中在0.1～0.4mm。属于典型的中砂结构，石英颗粒多为单晶，呈次圆状，但由于次生加大而成次棱角—次圆状。彝良县石英砂岩矿除矿体的顶部和底部矿石质量稍差之外，主要矿石SiO2含量高达98.986%～99.18%，Fe2O3含量0.5%～0.68%，虽然偏高，但因为铁质基本是以胶结物形式充填于石英颗粒之间而并未进入石英晶格之中，所以大部分铁质去除比较容易。其他成分如CaO、MgO、K2O、NaO、TiO2等含量极微。

3.2 矿样的化学成分分析

矿样的化学成分分析结果见表1。

表1　矿样化学成分分析结果

3.3 试验过程

根据该矿区石英砂岩的矿物特征，本文选用了5种提纯方法进行提纯试验。根据平板玻璃用石英砂技术指标要求（见表2），参照前人选矿经验［6-8］，对石英砂岩进行擦洗筛分、摇床选矿、磁选、煅烧、酸浸等提纯试验。

表2　平板玻璃用原料质量要求

试验技术路线（试验流程）如图3所示。

原矿破碎至0.5mm以下后进行擦洗和筛分；+200目（+0.074mm）样品分别经过（摇床）重选、湿式强磁选后得到物理选矿样品（石英精砂Ⅰ）；再将摇床和磁选后的石英精砂Ⅰ在950℃马弗炉中煅烧3h得到石英精砂Ⅱ；将石英精砂Ⅱ进行酸浸除杂得到石英精砂Ⅲ。

图3　石英砂岩选矿试验流程

将各个试验环节产物样品取样送化学分析（分析主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3和FeO）。

3.3.1 擦洗筛分

擦洗筛分试验所用设备为浙江上虞市纱筛厂生产的标准检验筛，型号为200目。擦洗筛分的目的是把矿物磨碎后按照粒度进行分选，筛分前后杂质的含量发生改变。擦洗条件：擦洗时间15min；擦洗时加入分散剂氢氧化钠和六偏磷酸钠，用量分别为石英质量的0.1%和0.2%；擦洗浆料浓度为75%。采用200目的标准筛筛分擦洗后的矿浆，得到的筛上产物（+200目，样品编号为CX1）占85.3%，筛下产物（-200目，样品编号为CX2）占14.7%。

3.3.2 摇床选矿

摇床选矿的目的是根据矿物中各组分的密度差异，在一定程度上使其相互分离。所用设备为长沙顺泽机电设备有限公司生产的摇床，型号为YY2100× 1050。根据石英砂岩的矿物分析结果，石英砂岩中含有少量锆石、电气石等密度较大的矿物，而且电气石中的铁质含量一般较高。摇床可以很好的分离比重不同的矿物，因此，选用摇床方法对擦洗筛分后＞200目粒级的石英砂进行分选。得到重产物（样品编号为YC-重）和轻产物（样品编号为YX-轻）。

3.3.3 磁选

摇床分选出的精矿中仍然含有少量的铁质，湿式强磁选法可以进一步降低精矿中铁的含量。本次试验选用设备为武汉探矿机械厂生产的湿式强磁选机，型号为XCSQ-50（70）。磁选后的磁性矿物和石英砂精矿（样品编号为CX）的产率分别为1%和99%。

3.3.4 煅烧

煅烧的目的是为了减少石英颗粒中汽液包裹体的含量。所用设备为湘潭市仪器仪表有限公司生产的快速升温电阻炉，型号为SX3-10-14。根据原矿的岩矿鉴定结果，石英砂粒中一般含有极微小气液包裹体（粒径0.002～0.004mm），在平板玻璃或玻璃器皿所用的石英砂原材料中，气液包裹体是有害元素。本文选用煅烧的方法来除去石英砂颗粒中的包裹体，将摇床和磁选后的石英砂精矿在950℃下进行煅烧处理，共煅烧3h。

3.3.5 酸浸

酸浸试验使用的仪器为烧瓶（北京科学仪器有限公司生产），对煅烧后的石英砂精矿进行酸浸试验。石英砂与硫酸溶液以质量比为100∶150混合，得到浓度为40%的矿浆；酸浸温度80℃；硫酸溶液浓度（质量分数）为20%；酸浸时间为2h。酸浸后样品过滤，洗净后干燥。酸浸后石英砂精矿的总质量减少了0.19%。

3.4 试验结果及讨论

对石英砂岩原矿进行擦洗筛分、摇床分选、磁选、煅烧和酸浸处理，同时对其化学成分进行化验，结果见表3。

表3　选矿试验矿物成分化学分析结果

根据表3结果，原矿样品粉碎至0.5mm以下，经过擦洗过筛（200目筛）以后，筛上矿物（CX1）的TFe2O3、FeO和Al2O3含量分别下降到0.054%、0.014%和0.12%，低于原矿石的平均含量。说明原矿中加入适量的分散剂，擦洗和筛分方法对彝良县石英砂岩的提纯效果较为显著。

经过擦洗和筛分，将粒径＞200目的石英砂进行摇床分选，重矿物和轻矿物（石英砂）的含量分别为4% 和96%；且轻矿物石英砂SiO2含量较CX1明显提高，其SiO2纯度可达到99.62%，TFe2O3、FeO和Al2O3的含量分别为0.055%、0.022%和0.11%，未明显变化；说明摇床方法可以显著提高SiO2的含量，而对铁、铝质的剔除效果不明显。

用磁选方法对摇床分选后的石英砂进行进一步的提纯，因为石英砂中铁质含量很低，微量的铁质镶嵌于晶格之间或赋存于极微小的气液包裹体之中，磁选法很难将其剔除，所以TFe2O3和FeO的含量并没有减少。根据表3中的分析结果，磁选后石英砂中TFe2O3、FeO和Al2O3的含量较磁选前的石英砂的含量略微偏高、SiO2含量略低，原因很可能是磁选机污染或化验误差。

经950℃和3h的煅烧处理，石英砂SiO2的含量得到了进一步提高。摇床分选后的石英砂和磁选后的石英砂经过煅烧后，SiO2含量均达到99.6%以上，Fe2O3和Al2O3的含量分别降到了0.03%～0.040%和0.09%以下。煅烧可以有效的提高石英砂的纯度，但SiO2的含量仍低于99.9%。

与煅烧后的样品相比，酸浸法有略好的提纯效果。酸浸法提纯石英砂，后期要考虑化学试剂处理及环境污染问题，成本较高。因此，对于彝良县奎香乡石英砂岩，不宜使用酸浸法进行矿物提纯。

4 彝良县石英砂资源现状

目前彝良县硅产业基础较为薄弱，只有东泰等少数几家碳化硅厂和硅铁厂，且普遍存在着规模小、技术实力弱、抵御市场风险能力不强等问题。近期只有小规模的开发，已开采数千立方米，矿山生产出原矿后，部分直接作为建筑用砂，使用量大，浪费严重，部分原矿运输到碳化硅厂和硅铁厂，该部分原矿利用率高，利润可观，但是用量少，销量小，有待进一步开拓市场。奎香矿区将采出的原矿磁选除铁质后供五粮液酒厂制造酒瓶，同样存在着用量少、销量小的问题。

但彝良县已具备了发展硅产业的良好环境和基础。工业管理部门也意识到了当地石英砂岩巨大的开发利用前景，对此极为重视，通过招商引资，促成了多个大型工业项目：20万t/年炭化硅项目、20万t/年新型不定型耐火材料项目、总投资8亿元的多晶硅、7亿元的硅微粉、2亿元的石英玻璃、3.6亿元的优质石英管和10亿元的烷氧基硅烷等项目。

5 结论

（1）彝良县石英砂岩资源储量丰富，地质特征简单，岩石品质高，宜露天开采，可满足当地硅石产业的发展需求，具有极好的开发利用前景。

（2）可选性分析表明，原矿经过擦洗筛分选矿、摇床选矿、磁选和煅烧可以得到有效的提纯，SiO2的含量可以达到99.7%以上。与煅烧后的样品相比，酸浸法有略好的提纯效果。考虑到酸浸法提纯采用的化学试剂会造成环境污染，处理成本较高，因此，不宜采用酸浸法对该地区石英砂岩进行矿物提纯。目前对在石英砂中嵌布太细或包裹在石英砂中的铁杂质尚无法彻底去除。

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【中图分类号】TD985；P619.233

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）02-0010-04

【收稿日期】2015-11-13