黑龙江省宾县永丰陶粒用板岩矿地质特征及开发利用方向研究

摘 要： 永丰陶粒用板岩矿床是近年来探明的一处大型建筑用原材料资源基地，矿区交通便利，区位优势明显，矿山开采技术条件简单，具有较高的开发利用价值。矿床内圈定1条工业矿体，赋存于下—上二叠统土门岭组中—上部层位，走向北东，倾向北西，倾角35°～65°，实际控制矿体长度800m，宽度48.5m～164.5m，厚度26m～128.10m。矿石自然类型粉砂泥质板岩，平均体重2.55g/cm3，经1140℃～1200℃焙烧，陶粒堆积密度420kg/m3～605kg/m3，筒压强度3.94MPa～4.8MPa。探求控制的内蕴经济资源量（332）447.68万t，推断的内蕴经济资源量（333）189.76万t，总资源量（332+333）637.44万t。

关键词： 陶粒用板岩矿床； 开发利用方向； 永丰； 黑龙江省宾县

前言

近年来随着经济社会的快速发展和城镇化建设步伐的不断加快，市场对低能耗、绿色环保等新型墙体建筑材料的需求日益增加，发展前景广阔[1]、[2]。板岩陶粒以密度低、强度高、保温、隔热、隔音、耐火、耐腐、抗震、抗冻、抗渗等性能受到建筑行业的普遍赞誉和青睐，是目前替代砂石和砖瓦粘土的理想新型建筑原材料和轻集骨料。宾县永丰陶粒用板岩矿床是近年来探明的一处大型建筑用原材料资源基地，矿区交通便利，区位优势显著，开采技术条件简单，对环境破坏和影响程度低，开发利用价值高，本文以该矿床地质详查资料为基础，对该矿床地质特征和开发利用方向进行初步探讨，为矿山开发建设提供依据。

1. 矿区地质背景

永丰陶粒用板岩矿床位于黑龙江省宾县平坊镇南3.5km处，矿区所处的大地构造位置属小兴安岭—松嫩地块之滨东隆起带与伊春—延寿地槽褶皱系接合部位的全孝—弓棚子背斜北西翼[3]。区内出露古生界地层为二叠系土门岭组，系一套浅海相泥质、粉砂质细碎屑沉积建造，具轻微区域变质，其下部岩性为中细砂岩、粉砂岩为主夹含粉砂绢云母板岩；中部岩性为含粉砂绢云母板岩、条带—条纹状含粉砂绢云母板岩夹碳酸盐岩透镜体；上部岩性为含粉砂绢云母板岩、含粉砂泥质板岩、粉砂质板岩、砂岩，地层走向北东，倾向280°～310°，倾角35°～65°，陶粒用板岩矿床赋存于其上部层位。

此外还出露有上三叠统凤山屯组流纹岩、流纹质凝灰熔岩、凝灰岩、角砾凝灰熔岩和中侏罗统太安屯组、上侏罗统帽儿山组陆相酸性火山岩及碎屑岩，第三系始—渐新统丁山村组为河湖相、河流相细碎屑沉积，地貌上构成了Ⅱ级阶地，第四系中更新统上荒山组为河流相砂、亚粘土半松散堆积物，地貌上构成了Ⅰ级阶地，沿现代河床发育有第四系全新统冲洪积松散堆积物（图1）。

矿区出露的侵入岩主要为燕山中期花岗闪长岩、碱长花岗岩、花岗斑岩等，呈岩株状产出，花岗闪长岩具中—细粒花岗结构，块状构造，由钾长石（10～15×10.-2）、斜长石（45～60×10-2）、石英（20～30×10-2）及暗色矿物黑云母和角闪石（10～15×10-2）组成。碱长花岗岩具中—细粒花崗结构，个别具晶洞构造。由碱性长石（40～50×10-2）、石英（30～35×10-2）、斜长石（15×20×10-2）及暗色矿物（<5×10-2）黑云母和角闪石组成。

矿区构造较简单，属全孝—弓棚子背斜的北西翼，主要由赋矿地层二叠系土门岭组构成，走向北北东，单斜构造产出，倾角35°～65°。断裂构造见有北北东向和北西向两组，北北东向断裂呈压扭性质，北西向断裂呈张扭性质。

2. 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿床内圈出1条工业矿体，北北东向展布，实际控制长度800m，平均宽107m，矿体在平面上呈规则的多边形，剖面上呈近似倒梯形。矿石自然类型与矿体的顶、底板围岩岩性相同，均为含粉砂泥质板岩，以样品分析测试成果圈定矿体边界线，采用的主要工业指标为堆积密度：≤800kg/m3；筒压强度：≥1.5MPa（500级）、≥2.0MPa（600级）、≥3.0MPa（700级）、≥4.0MPa（800级）；吸水率：≤10%；SO3≤1%；软化系数：≥0.8；最小可采厚度：≥4m；夹石最小剔除厚度：≥4m；剥采比：≤0.4∶1。采用垂直平行断面法进行了资源量估算，探求控制的内蕴经济资源量（332）447.68万吨，推断的内蕴经济资源量（333）189.76万吨，总资源量（332+333）637.44万吨，其中控制的内蕴经济资源量（332）占总资源量的70.2×10-2万吨。

2.2 矿石质量特征

2.2.1 矿石结构、构造及矿物成份

矿石为深灰—灰黑色含粉砂泥质板岩，类型单一，具泥质—粉砂质结构、显微鳞片变晶结构，变余泥质、粉砂—细砂状构造，板状构造。见贝壳状断口，捻摸矿石有滑腻感，矿物成分由隐晶质粘土矿物集合体（>50%）、显微鳞片状矿物（20%～40%）和粉砂质碎屑（5%～25%）组成，粉砂质碎屑分布不均匀，局部达30%～40%。隐晶质粘土矿物集合体为隐晶—片状绿泥石、伊利石、绢云母集合体及少量残余泥质矿物，沿板理均匀分布；显微鳞片矿物由鳞片状的绿泥石（1%～6%）、高岭石（1%～2%）、伊利石（22%～33%）和有机质（1%～2%）组成；粉砂质碎屑主要为长英质矿物，呈棱角状、次棱角状，粒径小于0.06mm，局部有少量的0.06mm～0.25mm的细砂，成分为石英（43%～64%）、斜长石（8%～14%）、钾长石（4%）及少量的岩屑。石英呈它形粒状，少量沿板理拉长生长，部分具波状消光，斜长石半自形板条状、粒状，可见聚片双晶，部分具绢云母化，钾长石它形粒状，具格子双晶，部分具明显土化，岩屑多呈次棱角状，多为酸性火山岩岩屑。

2.2.2 矿石化学组份

成陶的化学组组份：SiO2：64.28%～69.04%、Al2O3：17.05%～18.70%，二者均在工业要求SiO2：50%～70%、Al2O3：10%～20%的范围内，属中等偏高，变化系数2%～3%（表1）。

成陶的熔剂组份：CaO+MgO：0.98%～1.64%，低于工业要求3%～8%的下限值；K2O+Na2O：3.49%～5.65%，接近或略高于工业要求1.5%～5%的上限值，CaO+MgO+K2O+Na2O：4.47%～7.29%，较工业要求4.5%～13%中等偏低（表1）。

成陶的发气组份：矿石成陶的发气组分主要有Fe2O3、FeO、黄铁矿、有机物、微量碳酸盐和含水矿物。其中Fe2O3：2.94%～4.95%；FeO：0.41%～1.19%；烧失量（Los）：3.84%～5.02%；红外光谱分析有机质含量1%～2%；差热分析热失重量3.5%～4.1%（表1）。

矿石放射性成份：放射性照射量率最大值788fA/kg，最小值501fA/kg，表明矿石放射性强度低，变化稳定。Ra226、Th232、K40比活度测定结果ARa/200=0.0815≤1.0，ARa/350+AT1/260+AK/4000=0.5385≤1.0，符合《GB6566-86建筑材料放射性卫生标准》[4]、要求，无放射性污染问题（表2）。

2.2.3 矿石焙烧性能

对257件基本分析样品进行了实验室焙烧试验测试（表3），结果表明矿石焙烧温度范围：40℃～60℃，占样品总数85.26×10-2，其中40℃占样品总数33.75×10-2、60℃占样品总数51.5×10-2；矿石最佳焙烧温度：1200℃占样品总数18.73×10-2；陶粒颗粒表观密度：0.75g/cm3～0.94g/cm3占样品总数39.04×10-2、0.95g/cm3～1.12g/cm3占样品总数55.78×10-2、1.13g/cm3～1.31g/cm3 占样品总数5.18×10-2；陶粒堆积密度：变化范围420kg/cm3～605kg/cm3，变化系数4.80×10-2，500级占样品总数38.25×10-2、600级占样品总数58.96×10-2，二者合计占样品总数97.21×10-2。可见，陶粒的堆积密度以600级为主，焙烧温度范围变化小，最佳焙烧温度适中，颗粒表观密度、堆积密度稳定，表明矿石焙烧性能良好，利于生产工艺的选择。

2.2.4 矿石类型和品级

矿石自然类型单一，为深灰—灰黑色含粉砂泥质板岩型，矿石工业类型为陶粒用板岩型。

矿石工业品级以陶粒堆积密度为依据进行划分，从样品测试结果可知矿石品级属500级～600级混合型，以600级为主，其占比58.96×10-2，500级占38.25×10-2，700级占2.79×10-2。经基本分析样焙烧试验可知，矿石类型单一，堆积密度变化范围较小（500级～600级）。

3. 矿石加工技术性能（半工业试验）

3.1 样品加工

将原矿石采用锤式破碎机进行一次破碎，使之全部通过φ20mm圆孔筛后进入φ2.5mm滚筒式圆筛。一次破碎后>2.5mm粒级的矿石重量占总矿石量83.5%，小于2.5mm的矿石粉渣占16.5%，符合工业要求。

3.2 设备及工艺参数

采用非造球法生产工艺将矿石破碎—筛分至规定的粒级后，送入回转窑中焙烧。回转窑外径1.9m，长28m，斜率4%，调速范围1转/分～3转/分；冷却槽：长3m，宽0.5m，深1.0m，斜率10%；雷蒙磨：3R；滚筒式分级筛：长4.0m，直径1.0m，转速18转/分，筛孔直径分为75mm、3mm～5mm、1mm～3mm、<1.0mm四种；主要工艺参数：烧成带长度：2.5m～3.0m；烧成带物料表面温度：1180℃；入窑物料含水率：<2%；喂料量：1.6m3/h～1.8m3/h；窑体转速：1.1转/分～1.2转/分；窑壁温度：1240℃；窑尾烟气定温：560℃～580℃；出料速度：3.5m3/h～4.0m3/h。

3.3.半工业试验成果

半工业试验共焙烧出普通板岩陶粒、大颗粒板岩陶粒、超轻板岩陶粒、高强破碎板岩陶粒、陶砂等产品，试验成品经加工缩分后送北京市建筑材料质量监督检验站进行检测，结果均达到GB/T17431.1-1998《轻集料及其试验方法-第1部分：轻集料》[5]、的要求（表4），产品质量和性能良好。

4. 矿石工业利用方向讨论

矿石成陶组分（SiO2、Al2O3）、助熔组份（CaO、MgO、K2O、Na2O）、发气组份（Fe2O3 、FeO及有机质）含量满足工业要求；矿石矿物石英、伊利石、绢云母、绿泥石占绝大部分，长石和高岭石含量较小，矿石矿物粒级构成上泥质占50%以上，粉砂级占5%～40%，有利于矿石的工业生产利用；矿石焙烧膨胀性能良好，陶粒堆积密度以600级为主，所烧制的陶粒表面光滑，无裂隙，吸水率小，强度高。可见矿石适宜采用非造球法工艺生产陶粒及其系列产品，生产工艺简便、成本低、产品质量优良、适用性广，具有较高的开发利用价值和良好的市场前景。

5. 结论

陶粒是替代传统建筑原材料的新型建筑骨料，近年来国家及地方各级政府相继出台了一系列政策法规，鼓励轻集骨料建材业的发展，限制对环境和耕地破坏严重的粘土砖的生产和使用。板岩陶粒以其用途广泛、性能优良、节能低耗、施工简便和经济效益好等优势，在建材产品中占有重要地位。永丰陶粒用板岩矿矿石可采用非造球工艺，经回转窑烧制系列普通陶粒和陶砂，适用于承重砌块砼骨料和大型承重梁板、混凝土骨料，矿山建设周期短，开采技术条件简单，经济效益显著，适合劳动密集型生产企业投资建厂，对缓解就业压力和促进地方经济发展具有重要的现实意义。

参考文献：

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