浙江省仙居縣許山葉蠟石礦地質(zhì)特征與應(yīng)用研究

吳 凱，王立豪

（浙江省有色金屬地質(zhì)勘查局，浙江紹興312000）

浙江省葉蠟石資源豐富，主要分布在浙東南火山巖區(qū)，多為火山熱液蝕變及火山沉積變質(zhì)型礦床。浙江省仙居縣許山葉蠟石礦位于浙江省仙居縣雙廟鄉(xiāng)南東側(cè)的大岙、大加坑、紫金庵、許山、雙和尖一帶。礦床產(chǎn)于早白堊世西山頭組酸性火山碎屑巖中，是由火山熱液蝕變形成的葉蠟石礦。經(jīng)普查工作對(duì)礦區(qū)的兩層礦體進(jìn)行了控制，A層（上層）礦化帶中圈出2個(gè)礦體（Ⅰ、Ⅱ），B層（下層）礦化帶中圈出1個(gè)礦體（Ⅲ），是一個(gè)初具規(guī)模的大型葉蠟石礦。根據(jù)礦石的基本特性，本次開(kāi)展了耐火材料——高爐用無(wú)水炮、玻璃纖維、超細(xì)粉碎、表面有機(jī)改性等方面的應(yīng)用試驗(yàn)研究。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于華南褶皺系(Ⅰ2)之浙東南隆起區(qū)(Ⅱ4)黃巖—象山坳斷束(Ⅳ9)南西段，屬于浙江省四級(jí)成礦區(qū)(Ⅳ19)范圍[1-2].

礦區(qū)地層主要為西山頭組（K1x）凝灰?guī)r等酸性火山碎屑巖，總體傾向北西，局部（北部）傾向北東，傾角多為10°～30°。西山頭組酸性火山碎屑巖受燕山期巖漿活動(dòng)影響，蝕變較普遍，以次生石英巖化(硅化)、葉蠟石化最為強(qiáng)烈，次有高嶺土化、絹云母化、黃鐵礦化等。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為鉀長(zhǎng)花崗斑巖，次為花崗斑巖、流紋斑巖、輝綠玢巖等。

礦區(qū)主要發(fā)現(xiàn)了兩層（A、B）較好的葉蠟石礦化體，賦礦層位為西山頭組一段（K1x1）含晶屑巖屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，呈似層狀沿等高線平緩分布，較嚴(yán)格的受西山頭組一段（K1x1）地層控制。見(jiàn)圖1。

礦床成因?yàn)闊嵋貉匚魃筋^組流紋質(zhì)含晶屑巖屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r層貫入，使流紋質(zhì)含晶屑巖屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r中的火山碎屑物、火山灰等進(jìn)行熱液變質(zhì)作用，原巖組分重新形成新的礦物：葉蠟石、石英等。歸屬于似層狀酸性凝灰?guī)r熱液蝕變型礦床。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)圈定出3個(gè)礦體，Ⅰ、Ⅱ號(hào)礦體賦存于上層礦化帶（A）；Ⅲ號(hào)礦體賦存于下層礦化帶（B）。各礦體展布方向與礦化帶基本一致，呈似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)于西山頭組一段（K1x1）地層中。

2.1.1 Ⅰ號(hào)礦體

Ⅰ號(hào)礦體地表出露長(zhǎng)度約250m，出露寬（假厚度）10～50m，圍巖主要為含葉蠟石次生石英巖，其次為硅化蝕變晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，部分地段被花崗斑巖、霏細(xì)斑巖及輝綠玢巖穿插。

礦體呈似層狀之透鏡體，走向北西，傾向北東，傾角約10°；礦體東邊厚、西邊薄，但總體較平直。礦體最大厚度為74.94m，最小厚度為1.97m，平均厚度為29.04m。礦體賦存標(biāo)高為400～470m，主要集中于420～450m。礦體產(chǎn)于次生石英巖中，內(nèi)無(wú)夾石，Al2O3含量平均為15.44%。

2.1.2 Ⅱ號(hào)礦體

Ⅱ號(hào)礦體地表出露長(zhǎng)度約500m，出露寬（假厚度）10～40m，圍巖為含葉蠟石次生石英巖，其次為硅化蝕變晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，部分地段被鉀長(zhǎng)花崗斑巖穿插。

礦體呈似層狀，走向北西，傾向北東，傾角約20°，走向方向上工程大致控制長(zhǎng)約500m，東邊薄、西邊厚，整體較平直。最大厚度為9.19m，最小厚度為2.17m，平均厚度為4.36m。礦體賦存標(biāo)高為400～470m，主要集中于440～450m。礦體產(chǎn)于次生石英巖中，內(nèi)無(wú)夾石，Al2O3含量平均為15.73%。

2.1.3 Ⅲ號(hào)礦體

Ⅲ號(hào)礦體地表出露長(zhǎng)度約150m，出露寬（假厚度）10～45m，圍巖為含葉蠟石次生石英巖，其次為硅化蝕變晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，部分地段被花崗斑巖、鉀長(zhǎng)花崗斑巖、輝綠玢巖穿插。

礦體呈似層狀，走向北西，傾向北東，傾角約20°，東邊薄，西邊厚，整體較平直。礦體最大厚度為70.03m，最小厚度為4.86m，平均厚度為25.24m。礦體賦存標(biāo)高為370～420m，主要集中于380～410m。礦體產(chǎn)于次生石英巖中，內(nèi)無(wú)夾石，Al2O3含量平均為16.31%。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦石成分

（1）礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造：礦石的結(jié)構(gòu)主要為顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余凝灰結(jié)構(gòu)、變余塑變凝灰結(jié)構(gòu)；礦石的構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主，其次有變余假流紋構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造等。

（2）礦石成分。

①礦石礦物成分：礦石礦物成分以石英、葉蠟石為主，其次為高嶺石、明礬石、水鋁石、絹云母、長(zhǎng)石等，仙居許山葉蠟石為石英型葉蠟石。含鐵礦物以黃鐵礦為主等。

②礦石化學(xué)成分：礦石化學(xué)成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3等為主，次為MgO、CaO、FeO、Na2O等；其中SiO2和Al2O3含量總和可達(dá)到90%～95%；Fe2O3含量多為0.4%～1.7%；TiO2含量普遍較低。

2.3 礦石自然類型

根據(jù)礦石中葉蠟石礦物與其它礦物的不同組合，參考中國(guó)葉蠟石礦石類型分類表[3]，礦區(qū)內(nèi)礦石自然類型屬硅鋁質(zhì)葉蠟石型，可細(xì)分為：石英葉蠟石型、含石英葉蠟石型和葉蠟石型。

3 礦石應(yīng)用試驗(yàn)研究

為研究仙居許山葉蠟石礦石的應(yīng)用方向，對(duì)礦區(qū)葉蠟石礦石做了物性測(cè)試，仙居許山葉蠟石破碎至200目后，白度為62.08%；吸油量為49.65g/100g；耐火度為1630℃，表明仙居許山葉蠟石具有較好的耐火度。

3.1 耐火材料——高爐用無(wú)水炮泥應(yīng)用試驗(yàn)研究

礦區(qū)葉蠟石的耐火度達(dá)到1630℃，經(jīng)高爐用無(wú)水炮泥試驗(yàn)表明：礦區(qū)葉蠟石在最小添加量為10%時(shí)，產(chǎn)品的燒后線變化率在1350℃時(shí)為+0.3%～+0.6%，屬于微膨脹。永久線變化率低于《高爐用無(wú)水炮泥》（YB/T4196-2018）中等級(jí)最高的PN-3質(zhì)量指標(biāo)（-1.0%～+1.0%），明顯優(yōu)于不添加礦區(qū)葉蠟石所生產(chǎn)的高爐用無(wú)水炮泥的質(zhì)量指標(biāo)（-0.6%～-0.7%）。結(jié)合體積密度和耐壓強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果，表明礦區(qū)葉蠟石可用于生產(chǎn)高爐用無(wú)水炮泥，具有良好的質(zhì)量指標(biāo)，礦區(qū)葉蠟石最小添加量可到達(dá)10%。

3.2 玻璃纖維應(yīng)用試驗(yàn)研究

根據(jù)礦區(qū)葉蠟石的化學(xué)成分和礦物組成等特征，巨石集團(tuán)玻璃研究中心對(duì)礦區(qū)葉蠟石用于玻璃纖維進(jìn)行初步評(píng)估。

玻璃纖維應(yīng)用試驗(yàn)表明：仙居許山葉蠟石原料可用于玻璃纖維生產(chǎn)，但由于氧化鋁含量較低，氧化鐵含量較高，故此原料在用于玻璃纖維生產(chǎn)時(shí)，需與高品位（氧化鋁含量較高）的礦石（如高嶺石等）合理配礦后進(jìn)行磨粉應(yīng)用。

3.3 葉蠟石原礦超細(xì)粉碎試驗(yàn)研究

本次主要采用超細(xì)氣流粉碎和機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎，對(duì)礦石進(jìn)行加工，探索仙居許山超細(xì)葉蠟石產(chǎn)品在橡膠塑料中的應(yīng)用情況。

3.3.1 超細(xì)氣流粉碎試驗(yàn)

本次依最佳研磨條件采用氣流粉碎機(jī)設(shè)備，制備了近4.0kg的超細(xì)葉蠟石產(chǎn)品供橡膠塑料應(yīng)用試驗(yàn)。本次超細(xì)葉蠟石在橡膠中的應(yīng)用配方試驗(yàn)采用超細(xì)葉蠟石分別替代超細(xì)碳酸鈣、通用炭黑進(jìn)行。

通過(guò)超細(xì)氣流粉碎試驗(yàn)得知：①超細(xì)葉蠟石配方試驗(yàn)300%定伸強(qiáng)度、扯斷強(qiáng)度高于超細(xì)碳酸鈣，但低于通用炭黑；②超細(xì)葉蠟石的扯斷伸長(zhǎng)率略低于通用炭黑和超細(xì)碳酸鈣；（3）超細(xì)葉蠟石試樣經(jīng)熱空氣老化（70℃×72h）后，強(qiáng)度變化率、伸長(zhǎng)變化率大于超細(xì)碳酸鈣，但與通用炭黑大致相當(dāng)。綜合橡膠應(yīng)用配方試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為采用超細(xì)葉蠟石替代超細(xì)碳酸鈣是可行的，但相對(duì)于通用炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能有所降低，這需要進(jìn)一步表面改性處理才能得到改善。

3.3.2 機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎試驗(yàn)

本次選擇簡(jiǎn)易機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)對(duì)葉蠟石原礦超細(xì)粉碎，粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為25000r/min，研究不同粉碎時(shí)間對(duì)葉蠟石樣品粒度、白度、吸油量等影響。

隨著粉碎時(shí)間的增加，樣品粒度逐步減小，當(dāng)粉碎20min后，樣品的平均粒徑從4.54μm降低到了3.22μm，效果十分明顯。隨著粉碎時(shí)間增加，樣品粒徑分布逐漸寬化，特別是粉碎20min后出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的雙峰。因此采用機(jī)械沖擊粉碎最好再增加分級(jí)設(shè)備，這樣就可以得到粒徑分布較窄的超細(xì)粉碎樣品，使超細(xì)樣品更適宜作為填料應(yīng)用于橡膠、塑料制品。

非金屬超細(xì)粉體作為填料應(yīng)用于橡膠、塑料制品時(shí)，樣品的白度對(duì)其應(yīng)用于淺色制品是一個(gè)主要指標(biāo)。由于仙居許山葉蠟石白度不高，因白度隨樣品粒度減小會(huì)有所提高，所以考察了不同粉碎時(shí)間對(duì)樣品白度的影響。

隨著粉碎時(shí)間的增加，樣品白度逐漸增加，但增加不明顯，在粉碎20min后，樣品白度最高，僅為67.00%。所以仙居許山葉蠟石樣品最好應(yīng)用于深色橡膠、塑料制品。

3.4 葉蠟石粉體表面有機(jī)改性試驗(yàn)研究

為了改善和提高仙居許山超細(xì)葉蠟石粉體的應(yīng)用性能，甚至賦予其新的功能或應(yīng)用性能，進(jìn)行了表面有機(jī)改性。

經(jīng)試驗(yàn)得出：改性葉蠟石樣品在不同硫化時(shí)間，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率均高于輕質(zhì)碳酸鈣樣品；但定伸應(yīng)力均低于輕質(zhì)碳酸鈣樣品，這可能是由于葉蠟石樣品粒度分布較寬所致；撕裂強(qiáng)度和硬度與輕質(zhì)碳酸鈣相近。該實(shí)驗(yàn)表明仙居葉蠟石通過(guò)超細(xì)粉碎并進(jìn)行分級(jí)，得到粒徑分布范圍較窄的樣品，經(jīng)過(guò)有機(jī)改性后，替代輕質(zhì)碳酸鈣用于橡膠制品是可行的。

4 結(jié)論

經(jīng)應(yīng)用試驗(yàn)研究得出：許山葉蠟石礦可用于耐火材料、玻璃纖維、橡膠及塑料制品等。

但是，應(yīng)用于玻璃纖維時(shí)，需與高品位（氧化鋁含量較高）的礦石（如高嶺石等）合理配礦后進(jìn)行磨粉應(yīng)用；代替超細(xì)碳酸鈣制作橡膠時(shí)，需超細(xì)粉碎加工；應(yīng)用于橡膠及塑料制品時(shí)，采用機(jī)械沖擊粉碎后，最好再添加分級(jí)設(shè)備，并主要應(yīng)用于深色橡膠及塑料制品；替代輕質(zhì)碳酸鈣制作橡膠制品時(shí)，需超細(xì)粉碎并結(jié)合分級(jí)、有機(jī)改性處理。