安徽省宣城市石炭系陶土礦地質特征及工藝性能

馬建勇

(安徽省地質礦產(chǎn)勘查局322地質隊)

陶土礦屬沉積型礦床，賦存的有利層位為石炭系高驪山組[1-2]，宣城市與宜興市相鄰，有相似的地層層位及沉積環(huán)境，在廣德縣、宣城市宣州區(qū)、寧國市、涇縣等地石炭系高驪山組地層中發(fā)現(xiàn)了陶土礦，并已經(jīng)進行了開采?，F(xiàn)階段，宣城市多地建有琉璃瓦廠，所用主要原料即為當?shù)厥肯蹈唧P山組地層中的陶土。為進一步指導宣城地區(qū)陶土礦找礦及開發(fā)利用工作，本研究對宣城廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡4個礦區(qū)進行調查研究，對該類礦區(qū)陶土礦床地質特征及其工藝性能進行探討。

1 區(qū)域成礦地質背景

宣城市大地構造位于揚子準地臺下?lián)P子臺拗皖南陷褶斷帶黃山凹褶斷束、績溪穹褶斷束內(圖1)，地層包括皖南區(qū)、皖南分區(qū)、宣城小區(qū)和太平小區(qū)，出露地層主要為志留系—白堊系及第四系。區(qū)內構造可分為印支、燕山及喜山三大階段，運動頻繁、強烈，發(fā)育NE、近EW向2組斷裂，以NE向斷裂為主。區(qū)內侵入巖是以印支期、燕山晚期為主的一套中性—中酸性—酸性巖漿巖，構成了巨大巖體，巖株、巖脈、小型巖體十分發(fā)育[1]。

2 調查區(qū)地質特征

2.1 地 層

宣城石炭系陶土礦調查區(qū)內寒武系—白堊系出露較齊全，與成礦有關的地層主要為石炭系高驪山組(C1g)、金陵組(C1j)，主要分布于廣德縣新杭鎮(zhèn)地區(qū)、宣城市水東鎮(zhèn)地區(qū)、新田鎮(zhèn)地區(qū)、華陽地區(qū)、涇縣琴溪鎮(zhèn)地區(qū)、寧國市港口鎮(zhèn)(圖2)。石炭系高驪山組(C1g)下部巖性為青灰、灰紅、紫紅色粉砂質頁巖、粉砂質泥巖，是紫砂陶土礦的主要賦存部位，底部巖性有時為中細粒石英砂巖，局部含菱鐵礦，與下伏金陵組接觸界線較清楚，為假整合接觸；上部巖性為灰黃、灰紫、紫紅色夾雜色細砂巖、粉砂巖、粉砂質頁巖，中上部夾紫紅色粉砂質黏土巖，厚度一般為0.2～3.5 m[3-4]。石炭系金陵組(C1j)厚度不大，地層穩(wěn)定，巖性為深灰色、黃綠色中厚層極細粒巖屑石英砂巖、粉砂巖夾粉砂質泥巖、碳質泥巖，局部見含鈣質泥巖，產(chǎn)腕足類和棘皮動物化石，層厚12 m，與下伏擂鼓臺組地層呈假整合接觸。

圖1 宣城地區(qū)地質構造特征

圖2 宣城市石炭系陶土礦調查區(qū)地質特征

2.2 構 造

調查區(qū)內構造可分為印支、燕山及喜山三大階段。該區(qū)印支期從寒武系至中三疊統(tǒng)形成了厚達10 400 m的巨厚海相沉積，無顯著的不整合現(xiàn)象，僅在中三疊世后或早侏羅世前，才發(fā)生了顯著的褶皺運動——印支運動。印支運動基本結束了區(qū)內大規(guī)模的海相沉積階段，使得區(qū)內寒武系至中三疊統(tǒng)(或上三疊統(tǒng))全部卷入了褶皺。

區(qū)內主要有江南深斷裂帶、周王斷裂及次生斷裂。周王斷裂由貴池向東經(jīng)青陽縣木鎮(zhèn)到宣城周王至水東一帶。宣城地區(qū)內該斷裂長40 km，寬15 km，斷裂帶形成于加里東期，在燕山晚期—喜山期斷裂活動較強烈。江南深斷裂由東至經(jīng)廣陽沿青弋江斜貫宣城地區(qū)，自涇縣—敬亭山—南漪湖—東壩一線，呈NE向延伸，在宣城地區(qū)長80 km，影響寬度達10～15 km。該斷裂活動性延續(xù)較長。敬亭山—貍頭橋一線為斷裂破碎帶，縱橫斷裂密集，形成了大量斷層角礫巖。涇縣西部泥盆系逆掩于宣南組紅層之上。區(qū)內褶皺使礦體形態(tài)、厚度發(fā)生了變化。斷裂構造破壞了地層的連續(xù)性，影響了礦床規(guī)模。

2.3 巖漿巖

區(qū)內的巖漿巖主要為燕山晚期侵入的一套中性—中酸性—酸性巖漿巖。該區(qū)巖漿巖的侵入體有多個，其分布受褶皺及斷裂控制，主要有昆山巖體、馬山鋪花崗閃長斑巖體、麻姑山巖體、姚村花崗巖體、羅家村斜長花崗斑巖體以及訂溪、茂林巖體等。圍巖蝕變主要有鉀長石化、葉臘石化、蛇紋石化、滑石化，次為沸石化、碳酸鹽化、綠簾石化、綠泥石化、硅化、高嶺土化及黃鐵礦化等[5]。巖體對早期的沉積巖型礦床有一定的影響，會對礦體進行切割，或受熱液作用(烘烤作用)而產(chǎn)生強烈硅化，從而降低了礦石的使用價值，因此區(qū)內巖體增加了地層找礦難度。

3 礦床地質特征

調查區(qū)內礦體主要賦存于石炭系下統(tǒng)高驪山組中，地層呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體、產(chǎn)狀與圍巖一致。巖性主要為紫紅色含粉砂質泥巖、青色泥巖、黃褐色泥巖以及暗紅色泥巖，巖石結構構造為薄層狀結構、中層狀結構、泥質結構，塊狀構造。巖石主要礦物成分為泥質、石英及少量云母[6-9]。根據(jù)相關工藝指標，礦體可劃分為陶土礦、紫砂配料礦2類。

3.1 礦體特征

琴溪調查礦區(qū)主要礦體(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北東伸展。其中，Ⅰ#礦體長約2 050 m，出露礦體厚3～4 m；Ⅱ#礦體長約2 150 m，出露礦體厚約4 m；Ⅲ#礦體長約2 110 m，出露礦體厚25～30 m。根據(jù)礦體采樣分析，估算該區(qū)陶土礦334類資源儲量為1 193.82萬t。

王湖調查區(qū)主要礦體(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#礦體)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北伸展。其中，Ⅰ#礦體長約1 550 m，出露礦體厚3～4 m；Ⅱ#礦體長約1 610 m，出露礦體厚1～1.2 m；Ⅲ#礦體長約1 680 m，出露礦體厚2.1～2.5 m；Ⅳ#礦體長約1 650 m，出露礦體厚0.9～1.2 m；Ⅴ#礦體長約1 610 m，出露礦體厚1.5～19 m；Ⅵ#礦體長約1 680 m，出露礦體厚2.2～2.5 m。根據(jù)礦體采樣分析，認為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅴ#、Ⅵ#礦體為陶土礦，Ⅲ#、Ⅳ#礦體為紫砂配料礦，估算該區(qū)陶土礦、紫砂配料礦334類資源總量為371.02萬t，其中陶土礦資源儲量為261.58萬t，紫砂配料礦資源儲為109.44萬t。

西卡調查區(qū)的10個主要礦體(編號分別為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅶ#、Ⅷ#、Ⅸ#、Ⅹ#)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北東伸展。其中，Ⅰ#礦體長約915 m，出露礦體厚2～2.5 m；Ⅱ#礦體長約905 m，出露礦體厚1～1.15 m；Ⅲ#礦體長約895 m，出露礦體厚2～2.25 m；Ⅳ#礦體長約882 m，出露礦體厚7～7.3 m；Ⅴ#礦體長約882 m，出露礦體厚2～2.4 m；Ⅵ#礦體長約836 m，出露礦體厚2～2.3 m；Ⅶ#礦體長約827 m，出露礦體厚2～2.1 m；Ⅷ#礦體長約793 m，出露礦體厚1.9～2.0 m；Ⅸ#礦體長約783 m，出露礦體厚3.8～4.0 m；Ⅹ#礦體長約780 m，出露礦體厚3.9～4.2 m。根據(jù)礦體采樣分析，認為Ⅰ#、Ⅲ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅷ#、Ⅹ#礦體為陶土礦，其余礦體為紫砂配料礦，估算該區(qū)陶土礦、紫砂配料礦334類資源總量為296.48萬t，其中陶土礦資源儲量為161.86萬t，紫砂配料礦資源儲為134.62萬t。

牯子山調查區(qū)主要分布有南部Ⅰ#主礦體及北部Ⅱ#小礦體。Ⅰ#礦體呈層狀，NE向伸展，長850 m，兩端寬300～330 m，中間寬380 m，厚約300 m。Ⅱ#礦體平面呈層狀，NE向伸長，長275 m，寬70～200 m，厚126 m。根據(jù)礦體采樣分析結果，認為Ⅰ#、Ⅱ#礦體均為陶土礦，估算該區(qū)陶土礦334類資源儲量為417.67萬t。

3.2 礦石質量

礦石自然類型為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖2類。工業(yè)類型有青灰色粉砂狀陶土礦，俗稱青灰泥；花斑狀陶土礦，俗稱花斑泥；紫色粉砂狀陶土礦，俗稱紫泥；深紫色陶土礦，俗稱深紫泥[1]。3個調查區(qū)的礦石量特征如下：

(1)琴溪調查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、淺紫紅色及淺灰綠色，泥質結構—粉砂質結構，中層狀構造、薄層狀構造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(a))，其中黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為60.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細粒狀，含量為10%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(20.45%～24.88%，平均22.66%)和Fe2O3(1.76%～5.90%，平均3.83%)。

(2)王湖調查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、紫紅色及淺灰綠色，泥質結構—粉砂質結構，中層狀構造、薄層狀構造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(b))，其中黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為60.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細粒狀，含量為5%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(19.92%～23.96%，平均21.94%)和Fe2O3(4.35%～8.99%，平均6.67%)。

(3)西卡調查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、紫紅色及淺灰綠色，泥質結構—粉砂質結構，中層狀構造、薄層狀構造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(c))，其中，黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為70.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細粒狀，含量為11%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(18.08%～22.23%，平均20.15%)和Fe2O3(5.25%～9.06%，平均7.16%)。

圖3 陶土礦調查區(qū)礦石樣品

4 工藝性能

本研究分別在宣城廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡等調查區(qū)采集了礦石樣品，分別進行陶土樣品試燒試驗。

4.1 可塑性測定

陶土礦可塑性測定結果表明：牯子山、西卡、琴溪、王胡4個調查區(qū)內陶土礦樣品的可塑性指數(shù)分別為10.05，11.15，10.65，12.60，參照相關標準，4個調查區(qū)內的陶土礦可塑性較好。

4.2 燒結性能試驗

將礦石樣品加水混合至含水量正常狀態(tài)，7 d后，在φ25 mm×23 mm(直徑×高)金屬模具中成型，而后移至(105±5) ℃的烘箱中完全烘干后，放入弱氧性氣氛的燜火中在1 150 ℃環(huán)境中保溫1 h，冷卻后測定樣品體積收縮率。其中，牯子山、王胡調查區(qū)的礦石樣品的體積收縮平均值分別僅為3.7%、4.4%。當樣品試燒溫度為1 180 ℃時，試燒前后特征見表1，可見調查區(qū)陶土礦具有良好的燒結性能。

表1 樣品試燒試驗前后特征對比

4.3 加工試驗

在上述測試的基礎上，對4個調查區(qū)的陶土樣品分別制練成品泥，制作了陶器胚體，并采用不同溫度進行了琉璃瓦、外墻磚、紫砂壺、紫砂杯加工試驗，發(fā)現(xiàn)4個調查區(qū)的陶土礦均能夠直接燒制琉璃瓦(圖4)、外墻磚(圖5)，但在進行紫砂壺、紫砂杯燒制時存在可塑性差、難成行、易開裂等問題。

圖4 琉璃瓦

圖5 強外磚

將宣城陶土礦樣品與宜興紫砂泥按照不同比例拼制后進行了燒結試驗，結果見表2、表3。發(fā)現(xiàn)將宣城市石炭系陶土與宜興當?shù)禺a(chǎn)紫砂泥按1∶1比例配制成泥，而后制成紫砂壺進行試燒，其可塑性、燒結溫度(1 180 ℃)及成品色澤均達到宜興紫砂陶產(chǎn)品的生產(chǎn)標準，但產(chǎn)品表面燒成后出現(xiàn)了黑色小斑點。該缺陷可通過將泥料進行一定時間陳腐、風化進行解決。實踐表明：將泥料陳腐4個月后的成品泥經(jīng)真空煉泥機再次回煉后制成了合格的紫砂產(chǎn)品。

表2 宣城與宜興東山地區(qū)泥料配比燒成情況

表3 宣城與宜興西山地區(qū)泥料拼制燒成情況

5 結 語

對安徽宣城地區(qū)廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡4個礦區(qū)陶土礦床的地質特征進行了詳細分析，并結合一系列試驗，對陶土礦的工藝性能進行了討論。認為該區(qū)陶土礦中賦存的紫砂泥可塑性較好，燒結溫度宜較高，可用于燒制琉璃瓦、外墻磚，通過與宜興地區(qū)泥料進行有效拼制，并進行泥料陳腐后，也可用于生產(chǎn)精細工業(yè)陶產(chǎn)品(紫砂陶)。