青海水洞峽陶粒板巖礦石性能及開發(fā)利用

趙想安，張 潔，蔣耀禎

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青?？傟?duì)，青海 西寧 810008）

1 成礦地質(zhì)背景

該礦區(qū)大地構(gòu)造位置屬祁連加里東褶皺系北祁連優(yōu)地槽帶東段，南跨祁連山中間隆起帶之次級構(gòu)造單元西寧盆地。

陶粒板巖礦賦存于下志留統(tǒng)，根據(jù)巖性可分為兩個(gè)巖組：

(1)第一巖組(S1a)：巖性為變細(xì)粉砂巖，分布于礦區(qū)南西部，呈灰—灰綠色，細(xì)粒粉砂狀殘余結(jié)構(gòu)，板狀—塊狀構(gòu)造，巖石含石英、蝕變長石等粉砂，粒徑約0.03mm，呈次棱角狀—次圓狀，分布在雜基不多且多隱晶的基質(zhì)中；基質(zhì)以結(jié)晶不良的黑云母、絹云母、硅質(zhì)物、褐鐵礦染的隱晶—細(xì)晶物質(zhì)為主。砂粒長石多絹云母化、高嶺石化，也有鐵染(斑點(diǎn))，沿片理方向有定向構(gòu)造，片理也不太平直，砂粒略有拉長和重結(jié)晶，但原生細(xì)粉砂狀結(jié)構(gòu)仍很明顯。主要成分：砂粒由石英10%、蝕變長石55%、云母和蝕變云母質(zhì)碎屑3%組成；雜基由硅質(zhì)物14%、鐵質(zhì)黑云母12%、絹云母5%、磁鐵礦1%組成。厚度＞300m，產(chǎn)狀40～52°∠40～56°。

(2)第二巖組(S1b)：根據(jù)巖性特征可進(jìn)一步分為3個(gè)巖性段?？偤穸却笥?00m。

第一巖性段(S1b-1)：深灰色—黑色薄層板巖，為含礦層。厚度72.35～304.66m，產(chǎn)狀25～54°∠47～78°。

第二巖性段(S1b-2)：淺灰綠色細(xì)粉砂巖,細(xì)粒粉砂狀殘余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，粒徑多0.01～0.05mm，呈次棱角狀—次圓狀，成分為石英10%～15%、蝕變長石50%、云母質(zhì)碎屑3%、鐵質(zhì)和副礦物1%，多彼此緊密接觸；雜基為隱晶質(zhì)硅質(zhì)物10%～12%、云母類10%、綠泥石3%。略具定向構(gòu)造，各礦物分布比較均勻。長石多絹云母化、高嶺石化。厚度22.04～92.95m，產(chǎn)狀21～50°∠33～71°。

第三巖性段(S1b-3)：灰褐、紫紅色細(xì)砂巖，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，砂粒多為0.05～0.25mm，以石英、長石、長英質(zhì)巖屑及硅質(zhì)巖為主，呈次棱角狀—次圓狀，彼此基本呈接觸型相連，粒間僅有少量重結(jié)晶綠泥石、絹云母、硅質(zhì)等。巖石略具定向片理化構(gòu)造，砂粒有拉長等現(xiàn)象，橫切片理方向有數(shù)條糜棱化重結(jié)晶的不規(guī)則石英脈。主要成分：砂屑由石英25%～30%、長石30%～35%、長英質(zhì)巖屑及硅質(zhì)巖10%～17%、白云母1%組成，雜基由綠泥石5%、絹云母2%～7%、硅質(zhì)物5%～12%、鐵質(zhì)1%組成。厚度＞160m，產(chǎn)狀22～33°∠50～79°。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于下志留統(tǒng)第二巖組第一巖性段(S1b-1)深灰色—黑色薄層板巖中，呈似層—層狀產(chǎn)出，走向北西—南東向，礦區(qū)內(nèi)出露長2500m以上，出露寬350～500m左右，向東逐漸尖滅。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，為25～54°∠47～78°，由西往東產(chǎn)狀逐漸變陡。

2.2 礦石質(zhì)量

礦石呈深灰色—黑色，顯微晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)、殘余粉砂狀結(jié)構(gòu)，似千枚狀構(gòu)造。鏡下觀察：巖石由砂屑和雜基組成，二者呈條帶狀相間，有的呈團(tuán)塊狀互相過渡。砂屑由石英5%～12%、蝕變長石15%～58%、云母及綠泥石2%～5%、碳酸鹽5%～10%組成，粒徑多為0.01～0.03mm，多呈次棱角狀，以絹云母化、高嶺石化長石為主；雜基由硅質(zhì)物10%～24%、鐵質(zhì)—黑云母類8%～10%、絹云母類5%～36%等組成，以絹云母、高嶺石化長石粉屑及其間泥質(zhì)物變晶為主。

主要礦物成分為石英39%～48%、斜綠泥石13%～15%、鈉長石4%～6%、白云母34%～38%、方解石2%～5%組成。礦石化學(xué)組分(%)為：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、有機(jī)質(zhì) 0.30～1.41。

國內(nèi)同類礦山礦物及化學(xué)成分對比見表1、表2。

表1 國內(nèi)同類礦山礦物成分對比

表2 國內(nèi)同類礦山化學(xué)成分對比

2.3 礦石類型

礦石自然類型單一，均為薄層狀板巖。

根據(jù)GBT17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》和中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心編制的《建材——非金屬礦產(chǎn)地質(zhì)工作指南》之陶粒原料礦產(chǎn)地質(zhì)工作指南，劃分為兩個(gè)品級：即堆積密度≤500kg/m3的為超輕集料；510kg/m3≤堆積密度＜900kg/m3的為普通輕集料。

3 礦石燒脹及其他性能

經(jīng)541件樣品燒脹性能試驗(yàn)，礦石具有良好的膨脹性，燒成的陶粒密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，以＜500級的超輕陶粒為主。燒脹溫度范圍25～100℃，最佳燒脹溫度1150～1200℃，預(yù)測堆積密度等級300～900級，但部分礦石燒脹溫度范圍偏低，為25℃，礦床開發(fā)利用時(shí)對燒脹溫度的控制比較困難。

采集8件筒壓強(qiáng)度樣品，其中7件為超輕集料，試驗(yàn)結(jié)果為0.19～1.29MPa；1件為普通輕集料，試驗(yàn)結(jié)果為1.82MPa，根據(jù)GBT17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》及《建材——非金屬礦產(chǎn)地質(zhì)工作指南》之陶粒原料礦產(chǎn)地質(zhì)工作指南，符合超輕集料筒壓強(qiáng)度0.5～1.5MPa、普通輕集料筒壓強(qiáng)度2.2～5.0MPa的質(zhì)量要求。

采集3件吸水率樣品，其測試結(jié)果為18.37%～21.53%；根據(jù)GBT17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》，符合超輕集料吸水率15%～25%的質(zhì)量要求。

采集3件軟化系數(shù)樣品，其測試結(jié)果為0.75～0.81，根據(jù)GBT17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》，符合天然輕集料軟化系數(shù)不小于0.7的要求。

總之礦石燒脹性能較好，筒壓強(qiáng)度、吸水率、軟化系數(shù)均符合GBT17431.1-1998《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》天然輕粗集料的要求，雖然部分礦石燒脹溫度間隔偏低，但礦床規(guī)模巨大，具有較好的開發(fā)利用價(jià)值。

4 開發(fā)利用

陶粒是一種陶瓷質(zhì)地的人造輕集粒，由陶粒板巖等燒制到一定溫度后發(fā)泡膨脹而成，具有容重輕、強(qiáng)度高、隔音、隔熱、阻燃、保溫、抗?jié)B等優(yōu)點(diǎn)，是保護(hù)國家土地資源、改善生態(tài)環(huán)境、改善建筑動(dòng)能的新型建筑材料。陶瓷本質(zhì)耐風(fēng)化、價(jià)廉物美、環(huán)保、容易制作等優(yōu)點(diǎn)，大量應(yīng)用于預(yù)制墻板(干墻)、間墻、輕質(zhì)混凝土、天面隔熱層、混凝土預(yù)制件、小型輕質(zhì)砌塊、陶粒磚等，亦可用于園藝種植及水耕種植。

用陶粒配制的輕骨料混凝土自重輕、強(qiáng)度高、抗震、抗碳化、耐酸、耐磨、隔熱保溫、體積穩(wěn)定、易于施工，且無堿集料反應(yīng)危害，與同強(qiáng)度等級的普通混凝土相比，可降低自重20%～30%，大大減輕結(jié)構(gòu)的恒載，提高結(jié)構(gòu)的安全性，工程造價(jià)可降低10%～20%，是世界上最優(yōu)良的輕質(zhì)建筑材料之一。

隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，青海省將出現(xiàn)新的經(jīng)濟(jì)建設(shè)高潮，必將帶動(dòng)建筑業(yè)的高速發(fā)展，因此利用天然陶粒板巖生產(chǎn)環(huán)保、高強(qiáng)、輕質(zhì)、保溫的新型輕集料混凝土陶粒產(chǎn)品具有十分重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

按西寧市建筑面積100萬m2/年，陶粒混凝土產(chǎn)品用量按30%，陶粒混凝土產(chǎn)品中陶粒用量按50%估算，西寧市年需要陶粒約15萬m3。據(jù)有關(guān)資料，該礦床是青海省及鄰區(qū)甘肅、寧夏、西藏、四川等地目前發(fā)現(xiàn)的唯一一處陶粒原料礦產(chǎn)地，因此，陶粒板巖礦在省內(nèi)及西北地區(qū)具有廣闊的市場前景，開發(fā)利用將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。