云南省彝良縣石英砂巖地質(zhì)特征及可選性研究

姜文濤

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

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云南省彝良縣石英砂巖地質(zhì)特征及可選性研究

姜文濤

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

【摘 要】彝良縣石英砂巖礦區(qū)內(nèi)，礦石呈白色，變余砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，碎屑成分主要為中粗粒石英砂，粒徑為0.1～0.4mm，石英砂粒中一般含有顆粒極小的鐵質(zhì)和極微小氣液包裹體。根據(jù)平板玻璃用石英砂技術(shù)指標(biāo)要求，按試驗程序?qū)κ⑸皫r樣品進(jìn)行了擦洗篩分、搖床選礦、磁選、煅燒、酸浸等提純試驗，試驗表明原礦石經(jīng)過擦洗篩分選礦、搖床選礦、磁選和煅燒可以得到較好的提純，可滿足玻璃及高檔玻璃器皿的要求，具有極好的開發(fā)利用前景。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)特征；石英砂巖；可選性研究；彝良縣

石英砂巖是固結(jié)的碎屑巖石，其石英碎屑含量達(dá)95%以上，來源于各種巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖，伴生礦物為長石、云母和粘土礦物，膠結(jié)物主要為硅質(zhì)膠結(jié)［1］。石英砂巖是玻璃、陶瓷、鑄造和其他工業(yè)用石英砂硅質(zhì)礦物原料的主要來源。由于石英砂巖含伴生礦物和膠結(jié)物等雜質(zhì)，一般須經(jīng)過選礦提純方能被工業(yè)生產(chǎn)利用［1-3］。

我國西南彝良縣石英砂巖資源豐富，主要分布于兩河鄉(xiāng)、鐘鳴鄉(xiāng)東部與大關(guān)縣交界一線、奎香鄉(xiāng)—龍街鄉(xiāng)北部等地，面積上百平方千米，儲量達(dá)50億t以上。彝良縣境內(nèi)公路、鐵路運輸極為方便，且石英砂巖產(chǎn)地均有公路相通。礦區(qū)內(nèi)開采條件簡單，大多數(shù)地區(qū)均適宜露天開采。礦區(qū)良好的開發(fā)利用條件及豐富的資源儲量，為發(fā)展硅產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)提供了堅實的基礎(chǔ)，潛在的經(jīng)濟價值巨大。為了給區(qū)內(nèi)石英砂巖資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，針對該石英砂巖礦床的特點，本文根據(jù)平板玻璃所用原料的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，對彝良縣石英砂巖礦進(jìn)行了選礦試驗研究［4-5］。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

彝良縣石英砂巖礦主要有奎香村、毛家溝村、木龍村以及漆樹村四個含礦區(qū)（圖1）。礦區(qū)構(gòu)造經(jīng)歷了多期運動演變，控制了礦區(qū)地層和巖相建造的發(fā)展，地層出露受構(gòu)造單元、深斷裂及古地理條件的限制，主要分布有泥盆系的地層，該地層分布廣泛，在磨槽灣向斜的兩側(cè)、彝良城北洛澤河的沿岸、龍海西北小草壩一帶及奎香寸田克布等地均有出露，自上而下可分為曲靖組、紅崖坡組、縮頭山組及箐門組。其中以箐門組分布最窄，曲靖組次之，而縮頭山組與紅崖坡組則分布較寬。中泥盆統(tǒng)縮頭山組石英砂巖是礦區(qū)內(nèi)的主要含礦層，該層石英砂巖質(zhì)地純凈、品質(zhì)好、厚度大，達(dá)到了規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的硅石礦指標(biāo)要求。

圖1　彝良縣石英砂巖礦區(qū)域地質(zhì)圖

礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造主要發(fā)育為斷層，其中控制奎香礦區(qū)礦床礦體底板界線的斷層主要位于礦區(qū)的北東方向石英砂巖礦北東出露界線的沖溝內(nèi)，斷層的上盤出露的為泥質(zhì)砂巖，下盤出露的為縮頭山組石英砂巖（礦層），上盤上升、下盤下降，沿沖溝有砂質(zhì)粘土、砂巖碎塊堆積。斷層的兩端分別向北西和南東方向延伸，斷層產(chǎn)狀大致為68°∠28°。木龍礦區(qū)的木龍村斷層，直接錯斷礦層，礦層的頂?shù)装褰缇€都位于斷層錯斷的斷層崖上，斷層呈北東、南西方向延伸。毛家溝、漆樹兩個礦區(qū)均有一條斷層出露，切斷礦層?？傮w來說，工作區(qū)的斷裂活動不發(fā)育，對礦體的影響比較小，局部造成礦體抬升及錯斷。礦區(qū)內(nèi)沒有巖漿巖的出露，各礦區(qū)局部見大理巖化，偶見石英脈穿插，變質(zhì)作用不明顯。

2 礦石礦物特征

四個礦區(qū)內(nèi)礦石的巖礦特征差別不大，本文將原礦磨礦制樣后采用偏光顯微鏡鑒定了礦石結(jié)構(gòu)和礦物嵌布特性，包括礦石中主要礦物（石英）的結(jié)構(gòu)、晶形、晶?；蝾w粒大小和形狀、共伴生（雜質(zhì)）礦物的賦存狀態(tài)與嵌布特性、透明性以及氣液包裹體等。

巖石呈白色，變余砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石變余細(xì)—中粒砂狀結(jié)構(gòu)，鏡下見重結(jié)晶的鑲嵌狀石英顆粒，殘留粒徑為0.2～0.4mm的砂狀碎屑形態(tài)，其間由次生石英沿石英碎屑發(fā)生次生加大邊，構(gòu)成再生長式膠結(jié)。碎屑成分主要為石英（≥99%），含少量電氣石、鋯石、鐵泥質(zhì)等重礦物。石英呈次圓狀，大部分粒徑為0.1～0.4mm的粗中粒砂；電氣石（＜0.1mm）和鋯石（＜0.1mm）呈他形粒狀零星分布于石英碎屑間。少量鐵泥質(zhì)、電氣石、鋯石等重礦物零星分布石英碎屑間。巖石雖經(jīng)變質(zhì)重結(jié)晶，從殘留結(jié)構(gòu)、成分看原巖中粒（a）和細(xì)粒（b）石英砂巖面貌清楚（圖2）。

圖2　彝良縣石英砂巖鏡下照片

3 石英砂巖可選性研究

礦石的可選性是指在現(xiàn)階段選礦技術(shù)水平上，對礦石中各種可能利用的有用礦物，依靠其物理性質(zhì)及化學(xué)特性的差異進(jìn)行相互分離或與脈石分離的難易程度。本文所用樣品主要采自奎香鄉(xiāng)、兩河鄉(xiāng)毛家溝村、鐘鳴鄉(xiāng)木龍村以及角奎鎮(zhèn)漆樹村各個礦床的不同位置，可以代表石英砂巖礦床的品質(zhì)。

3.1 礦樣的礦物分析

彝良縣石英砂巖礦石主要由石英顆粒（97%～98%）組成，另含極微量的圓粒電氣石。膠結(jié)物主要為硅質(zhì)和極少量鐵質(zhì)呈填隙式分布在粒狀石英顆粒之間。其膠結(jié)物為次生石英，石英顆粒分選性良好，顆粒集中在0.1～0.4mm。屬于典型的中砂結(jié)構(gòu)，石英顆粒多為單晶，呈次圓狀，但由于次生加大而成次棱角—次圓狀。彝良縣石英砂巖礦除礦體的頂部和底部礦石質(zhì)量稍差之外，主要礦石SiO2含量高達(dá)98.986%～99.18%，F(xiàn)e2O3含量0.5%～0.68%，雖然偏高，但因為鐵質(zhì)基本是以膠結(jié)物形式充填于石英顆粒之間而并未進(jìn)入石英晶格之中，所以大部分鐵質(zhì)去除比較容易。其他成分如CaO、MgO、K2O、NaO、TiO2等含量極微。

3.2 礦樣的化學(xué)成分分析

礦樣的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1　礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果

3.3 試驗過程

根據(jù)該礦區(qū)石英砂巖的礦物特征，本文選用了5種提純方法進(jìn)行提純試驗。根據(jù)平板玻璃用石英砂技術(shù)指標(biāo)要求（見表2），參照前人選礦經(jīng)驗［6-8］，對石英砂巖進(jìn)行擦洗篩分、搖床選礦、磁選、煅燒、酸浸等提純試驗。

表2　平板玻璃用原料質(zhì)量要求

試驗技術(shù)路線（試驗流程）如圖3所示。

原礦破碎至0.5mm以下后進(jìn)行擦洗和篩分；+200目（+0.074mm）樣品分別經(jīng)過（搖床）重選、濕式強磁選后得到物理選礦樣品（石英精砂Ⅰ）；再將搖床和磁選后的石英精砂Ⅰ在950℃馬弗爐中煅燒3h得到石英精砂Ⅱ；將石英精砂Ⅱ進(jìn)行酸浸除雜得到石英精砂Ⅲ。

圖3　石英砂巖選礦試驗流程

將各個試驗環(huán)節(jié)產(chǎn)物樣品取樣送化學(xué)分析（分析主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3和FeO）。

3.3.1 擦洗篩分

擦洗篩分試驗所用設(shè)備為浙江上虞市紗篩廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩，型號為200目。擦洗篩分的目的是把礦物磨碎后按照粒度進(jìn)行分選，篩分前后雜質(zhì)的含量發(fā)生改變。擦洗條件：擦洗時間15min；擦洗時加入分散劑氫氧化鈉和六偏磷酸鈉，用量分別為石英質(zhì)量的0.1%和0.2%；擦洗漿料濃度為75%。采用200目的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分擦洗后的礦漿，得到的篩上產(chǎn)物（+200目，樣品編號為CX1）占85.3%，篩下產(chǎn)物（-200目，樣品編號為CX2）占14.7%。

3.3.2 搖床選礦

搖床選礦的目的是根據(jù)礦物中各組分的密度差異，在一定程度上使其相互分離。所用設(shè)備為長沙順澤機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的搖床，型號為YY2100× 1050。根據(jù)石英砂巖的礦物分析結(jié)果，石英砂巖中含有少量鋯石、電氣石等密度較大的礦物，而且電氣石中的鐵質(zhì)含量一般較高。搖床可以很好的分離比重不同的礦物，因此，選用搖床方法對擦洗篩分后＞200目粒級的石英砂進(jìn)行分選。得到重產(chǎn)物（樣品編號為YC-重）和輕產(chǎn)物（樣品編號為YX-輕）。

3.3.3 磁選

搖床分選出的精礦中仍然含有少量的鐵質(zhì)，濕式強磁選法可以進(jìn)一步降低精礦中鐵的含量。本次試驗選用設(shè)備為武漢探礦機械廠生產(chǎn)的濕式強磁選機，型號為XCSQ-50（70）。磁選后的磁性礦物和石英砂精礦（樣品編號為CX）的產(chǎn)率分別為1%和99%。

3.3.4 煅燒

煅燒的目的是為了減少石英顆粒中汽液包裹體的含量。所用設(shè)備為湘潭市儀器儀表有限公司生產(chǎn)的快速升溫電阻爐，型號為SX3-10-14。根據(jù)原礦的巖礦鑒定結(jié)果，石英砂粒中一般含有極微小氣液包裹體（粒徑0.002～0.004mm），在平板玻璃或玻璃器皿所用的石英砂原材料中，氣液包裹體是有害元素。本文選用煅燒的方法來除去石英砂顆粒中的包裹體，將搖床和磁選后的石英砂精礦在950℃下進(jìn)行煅燒處理，共煅燒3h。

3.3.5 酸浸

酸浸試驗使用的儀器為燒瓶（北京科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)），對煅燒后的石英砂精礦進(jìn)行酸浸試驗。石英砂與硫酸溶液以質(zhì)量比為100∶150混合，得到濃度為40%的礦漿；酸浸溫度80℃；硫酸溶液濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為20%；酸浸時間為2h。酸浸后樣品過濾，洗凈后干燥。酸浸后石英砂精礦的總質(zhì)量減少了0.19%。

3.4 試驗結(jié)果及討論

對石英砂巖原礦進(jìn)行擦洗篩分、搖床分選、磁選、煅燒和酸浸處理，同時對其化學(xué)成分進(jìn)行化驗，結(jié)果見表3。

表3　選礦試驗礦物成分化學(xué)分析結(jié)果

根據(jù)表3結(jié)果，原礦樣品粉碎至0.5mm以下，經(jīng)過擦洗過篩（200目篩）以后，篩上礦物（CX1）的TFe2O3、FeO和Al2O3含量分別下降到0.054%、0.014%和0.12%，低于原礦石的平均含量。說明原礦中加入適量的分散劑，擦洗和篩分方法對彝良縣石英砂巖的提純效果較為顯著。

經(jīng)過擦洗和篩分，將粒徑＞200目的石英砂進(jìn)行搖床分選，重礦物和輕礦物（石英砂）的含量分別為4% 和96%；且輕礦物石英砂SiO2含量較CX1明顯提高，其SiO2純度可達(dá)到99.62%，TFe2O3、FeO和Al2O3的含量分別為0.055%、0.022%和0.11%，未明顯變化；說明搖床方法可以顯著提高SiO2的含量，而對鐵、鋁質(zhì)的剔除效果不明顯。

用磁選方法對搖床分選后的石英砂進(jìn)行進(jìn)一步的提純，因為石英砂中鐵質(zhì)含量很低，微量的鐵質(zhì)鑲嵌于晶格之間或賦存于極微小的氣液包裹體之中，磁選法很難將其剔除，所以TFe2O3和FeO的含量并沒有減少。根據(jù)表3中的分析結(jié)果，磁選后石英砂中TFe2O3、FeO和Al2O3的含量較磁選前的石英砂的含量略微偏高、SiO2含量略低，原因很可能是磁選機污染或化驗誤差。

經(jīng)950℃和3h的煅燒處理，石英砂SiO2的含量得到了進(jìn)一步提高。搖床分選后的石英砂和磁選后的石英砂經(jīng)過煅燒后，SiO2含量均達(dá)到99.6%以上，F(xiàn)e2O3和Al2O3的含量分別降到了0.03%～0.040%和0.09%以下。煅燒可以有效的提高石英砂的純度，但SiO2的含量仍低于99.9%。

與煅燒后的樣品相比，酸浸法有略好的提純效果。酸浸法提純石英砂，后期要考慮化學(xué)試劑處理及環(huán)境污染問題，成本較高。因此，對于彝良縣奎香鄉(xiāng)石英砂巖，不宜使用酸浸法進(jìn)行礦物提純。

4 彝良縣石英砂資源現(xiàn)狀

目前彝良縣硅產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，只有東泰等少數(shù)幾家碳化硅廠和硅鐵廠，且普遍存在著規(guī)模小、技術(shù)實力弱、抵御市場風(fēng)險能力不強等問題。近期只有小規(guī)模的開發(fā)，已開采數(shù)千立方米，礦山生產(chǎn)出原礦后，部分直接作為建筑用砂，使用量大，浪費嚴(yán)重，部分原礦運輸?shù)教蓟鑿S和硅鐵廠，該部分原礦利用率高，利潤可觀，但是用量少，銷量小，有待進(jìn)一步開拓市場?？愕V區(qū)將采出的原礦磁選除鐵質(zhì)后供五糧液酒廠制造酒瓶，同樣存在著用量少、銷量小的問題。

但彝良縣已具備了發(fā)展硅產(chǎn)業(yè)的良好環(huán)境和基礎(chǔ)。工業(yè)管理部門也意識到了當(dāng)?shù)厥⑸皫r巨大的開發(fā)利用前景，對此極為重視，通過招商引資，促成了多個大型工業(yè)項目：20萬t/年炭化硅項目、20萬t/年新型不定型耐火材料項目、總投資8億元的多晶硅、7億元的硅微粉、2億元的石英玻璃、3.6億元的優(yōu)質(zhì)石英管和10億元的烷氧基硅烷等項目。

5 結(jié)論

（1）彝良縣石英砂巖資源儲量豐富，地質(zhì)特征簡單，巖石品質(zhì)高，宜露天開采，可滿足當(dāng)?shù)毓枋a(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，具有極好的開發(fā)利用前景。

（2）可選性分析表明，原礦經(jīng)過擦洗篩分選礦、搖床選礦、磁選和煅燒可以得到有效的提純，SiO2的含量可以達(dá)到99.7%以上。與煅燒后的樣品相比，酸浸法有略好的提純效果?？紤]到酸浸法提純采用的化學(xué)試劑會造成環(huán)境污染，處理成本較高，因此，不宜采用酸浸法對該地區(qū)石英砂巖進(jìn)行礦物提純。目前對在石英砂中嵌布太細(xì)或包裹在石英砂中的鐵雜質(zhì)尚無法徹底去除。

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【中圖分類號】TD985；P619.233

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1007-9386（2016）02-0010-04

【收稿日期】2015-11-13