黑龍江省矽線石資源調(diào)查與應(yīng)用前景分析

蔣世軍

（黑龍江省地質(zhì)科學(xué)研究所，哈爾濱 150036）

黑龍江省矽線石資源豐富，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地10余處，礦物資源儲量達(dá)765萬t。矽線石礦主要分布在雞西市、牡丹江市、雙鴨山市和佳木斯市一帶，集中于佳木斯地塊[1]。截至2015年底，黑龍江省四大重點礦區(qū)累計查明矽線石礦石量17 146.6萬t、礦物量764.55萬t，如表1所示。研究區(qū)矽線石資源地質(zhì)儲量可以分為經(jīng)濟基礎(chǔ)儲量和內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量，前者分為探明的（可研）經(jīng)濟基礎(chǔ)儲量（111b）和控制的經(jīng)濟基礎(chǔ)儲量（122b），后者分為控制的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量（332）和推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量（333）。矽線石礦床皆由區(qū)域變質(zhì)作用形成。礦體賦存于中-新元古代麻山巖群和興東巖群，其中麻山巖群為重要的含礦巖系。

表1 矽線石資源地質(zhì)儲量

1 礦床地質(zhì)

矽線石礦床含礦層有一定層位，產(chǎn)狀變化不大，礦體規(guī)模大小不等，一般長數(shù)十米至百余米，最長可達(dá)千余米，穩(wěn)定地分布于中新元古代巖層中。礦體以層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于石榴矽線片巖、黑云片巖等中深變質(zhì)巖石中。常見石榴石、堇青石、鉀長石等中高級變質(zhì)礦物與矽線石共生。礦石結(jié)構(gòu)以中細(xì)粒纖維鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)為主，主要為片狀。礦石品位低，但比較均勻，矽線石含量為10%～30%，局部達(dá)55%。其與礦體圍巖產(chǎn)狀一致，呈整合接觸，以矽線石含量低于10%（邊界品位）劃分界限，在巖性上呈漸變過渡關(guān)系。因此，矽線石礦床為區(qū)域變質(zhì)型礦床，成礦時代與區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生時間相同，為中新元古代[2]。

1.1 成礦地質(zhì)條件

區(qū)域變質(zhì)作用過程中，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，含鋁巖層經(jīng)變質(zhì)作用形成矽線石，較富地段構(gòu)成矽線石礦體。

1.1.1 含礦建造及其圍巖

含礦巖石在不同地層中各不相同。在西麻山巖組中，含礦巖石為石榴矽線黑云片巖、矽線黑云片巖、均質(zhì)混合巖夾透輝斜長麻粒巖、石榴斑狀混合巖及石榴蓳青片麻巖（含矽線石）。在余慶巖組中，含礦巖石為混合巖化黑云矽線片巖、石榴團(tuán)斑黑云矽線片巖夾少量黑云矽線片巖。在大盤道巖組中，含礦巖石為矽線片巖、矽線片麻巖?？傮w來看，含礦巖石屬于濱海沉積建造。

1.1.2 成礦作用

佳木斯地塊隆起前的雛形地槽時期接受了一套富鋁富碳黏土巖、半黏土巖-富鎂富碳質(zhì)碳酸鹽巖和超基性-基性火山巖沉積[3]。新太古代末，由于地下熱流上涌，地?zé)崽荻容^高，巖石遭受中壓、高溫區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用，熱流從中心部位高溫變質(zhì)帶開始向四周及頂部的淺變質(zhì)帶擴散，構(gòu)成了低角閃巖相至高角閃巖相的遞增變質(zhì)帶，以高角閃巖相為主[4]。在區(qū)域變質(zhì)作用后期，熱流值不斷升高，形成強烈的混合巖化作用，大面積的混合巖破壞了早期變形結(jié)晶期生成的矽線石礦，但它對原變質(zhì)巖系中硅酸鹽礦物的交代重結(jié)晶及自身強大的熱量使變質(zhì)程度加深，生成了又一期的矽線石[5]。中新元古代，變質(zhì)巖的重結(jié)晶作用和變形作用同時發(fā)生，矽線石和其他片狀礦物沿一定方向重結(jié)晶形成片狀、片麻狀構(gòu)造，由于變形作用，礦體沿走向和傾向具有明顯的膨縮現(xiàn)象，膨大部位品位略高，縮小部位品位略低。概括來說，成礦地質(zhì)條件為：有富鋁的黏土巖、泥灰質(zhì)巖石、碳酸鹽巖等原巖沉積成為礦源層；經(jīng)歷了溫壓條件相當(dāng)于高角閃巖相-低角閃巖相的變質(zhì)作用。

1.2 礦床成因

1.2.1 由同質(zhì)異形礦物紅柱石轉(zhuǎn)變而來

興東巖群大盤道巖組以鎂質(zhì)大理巖夾紅柱石二云石英片巖、絹云石英片巖或變粒巖為主，在高變質(zhì)帶中，石榴矽線黑云石英片巖、含矽線石榴條痕狀混合巖取代上述巖石，存在紅柱石轉(zhuǎn)變成矽線石的反應(yīng)。

1.2.2 由區(qū)域變質(zhì)作用影響而變質(zhì)生成

各含礦巖石組合中，礦石類型多為石榴矽線片巖、黑云矽線片巖、矽線鉀長片麻巖，從巖石中出現(xiàn)的礦物共生組合及特征礦物推測，這些巖石在區(qū)域變質(zhì)作用下通過變質(zhì)反應(yīng)生成矽線石。

1.2.3 由后期退變質(zhì)作用、混合巖化作用生成

麻粒巖相礦物在區(qū)域變質(zhì)作用基礎(chǔ)上常常發(fā)生退變質(zhì)作用，使一些礦物退變質(zhì)生成矽線石[6]。區(qū)域變質(zhì)后期混合巖化作用強烈，混合巖對原變質(zhì)巖系中硅酸鹽礦物交代重結(jié)晶，形成毛發(fā)狀、斜交片理方向生長的晩期矽線石。這類矽線石個體極細(xì)小，占矽線石總量的1%～3%，為不能解離的矽線石，無工業(yè)意義。

1.3 成礦規(guī)律及找礦方向

黑龍江省矽線石礦集中于佳木斯地塊，礦體產(chǎn)于西麻山巖組中上部、余慶巖組上部、大盤道巖組中下部層位。含礦建造由石榴矽線黑云片巖、矽線黑云片巖、矽線片巖、矽線片麻巖及混合巖、大理巖、片巖、片麻巖組成[7]。經(jīng)巖石化學(xué)分析，含礦原巖為富鋁黏土巖建造，富鋁黏土巖即為礦源層。中新元古代區(qū)域變質(zhì)作用使富鋁黏土巖變質(zhì)形成矽線石礦。礦層大多分布在西麻山巖組中，主要分布于中上部，上部鋁、硅含量較高。中部矽線石產(chǎn)于薄層狀片麻巖、片巖中，至上部，矽線片巖、片麻巖大段出現(xiàn)[8]。雞西市西麻山巖組出露地區(qū)是尋找矽線石礦的有利地段。余慶巖組上段的中、上部矽線石較富集，注意尋找矽線石礦。在雞西市，矽線石礦常出現(xiàn)于麻山巖群西麻山巖組和余慶巖組的上部。礦床呈帶狀分布，多存在于混合巖化發(fā)育地段的變質(zhì)地層殘留體中。興東巖群大盤道巖組的矽線石含量較高，但地層分布較局限，常呈孤島狀分布于混合巖中，在出露區(qū)注意尋找矽線石。在中新元古界，大盤道巖組巖石變質(zhì)程度普遍較淺，礦點出露巖性為矽線片巖、矽線片麻巖、石英片巖，相當(dāng)于低角閃巖相-高角閃巖相變質(zhì)。

2 矽線石的研究方法和應(yīng)用前景

2.1 矽線石的研究方法

以查明黑龍江省東部地區(qū)矽線石礦物特征為基礎(chǔ)，從礦物學(xué)特征與礦石組成出發(fā)，開展以矽線石為原料合成莫來石的工藝學(xué)研究，為矽線石的開發(fā)提供理論依據(jù)。根據(jù)黑龍江省矽線石礦床特征，選擇典型礦床進(jìn)行取樣分析。礦石樣品通過薄片制樣，采用偏光顯微鏡進(jìn)行巖礦鑒定分析，研究礦石的顯微結(jié)構(gòu)特征、礦物組成及分布特征等。通過X射線衍射（XRD）分析確定礦石的物相組成，通過掃描電子顯微鏡（SEM）分析研究礦石的形貌特征，為矽線石的開發(fā)利用提供理論支持。

矽線石加工利用研究主要從高溫固相合成莫來石著手。莫來石為高鋁硅酸鹽礦物，屬斜方晶系，其晶體多呈長柱狀，人工合成的莫來石還有板狀、粒狀。莫來石具有耐火度高、抗熱震性好、抗蠕變、體積穩(wěn)定性好、荷重軟化溫度高、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣等性能，是理想的耐火材料，被廣泛用于冶金、化工、電力、建材等工業(yè)。采用濕化學(xué)法合成莫來石，雖然合成溫度較低，但其操作復(fù)雜且影響合成的因素繁多，不適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。常用且適用于大規(guī)模生產(chǎn)的莫來石人工合成方法有兩種，即燒結(jié)法和電熔法。電熔法是液態(tài)相變反應(yīng)，晶體為針柱狀，非晶相少，但能耗高，成本大。

2.2 矽線石的應(yīng)用前景

黑龍江省矽線石礦產(chǎn)資源規(guī)模大，儲量豐富，礦床分布相對集中，開采條件較好。其與云母、石英、石墨等礦物共存，共生礦物種類豐富。矽線石化學(xué)成分中，Al2O3含量為36%～54%，主要雜質(zhì)Fe2O3含量為1%～10%，Ti含量較低。目前，矽線石在陶瓷、定形耐火材料以及其他領(lǐng)域均有應(yīng)用。

2.2.1 陶瓷

在陶瓷領(lǐng)域，矽線石主要可用作蜂窩陶瓷、莫來石瓷、陶瓷棚板的原料。以矽線石為原料合成的蓄熱式換熱器用蜂窩陶瓷，采用六邊形結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的三角形和四邊形結(jié)構(gòu)相比，應(yīng)力分布均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。莫來石陶瓷具有熔點高、熱膨脹系數(shù)低、抗蠕變性好、抗熱震性好、抗腐蝕性好等特點，已在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

2.2.2 定形耐火材料

目前，主流的窯具材料有莫來石-剛玉制品、碳化硅-矽線石制品、矽線石-堇青石制品。莫來石-剛玉制品具有化學(xué)穩(wěn)定性好、高溫強度大、與承燒制品的化學(xué)相容性好等特點，被廣泛用作窯具材料，特別適用于承燒軟磁體（鐵氧體）材料和電絕緣陶瓷。

2.2.3 其他領(lǐng)域

矽線石不僅可以應(yīng)用于陶瓷和耐火材料領(lǐng)域，還可作為合成莫來石、焊接材料、摩擦材料等的原料。自然界中，天然的莫來石比較罕見，因此常常采用人工合成的方法制備莫來石。

3 結(jié)語

黑龍江省矽線石資源儲量豐富，礦床分布相對集中，開采條件較好。研究矽線石資源分布特征及矽線石礦的地質(zhì)特征，可以解決矽線石深加工利用的關(guān)鍵技術(shù)問題，突破矽線石高效加工的技術(shù)瓶頸，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的矽線石深加工及相關(guān)材料制備技術(shù)，以提高黑龍江省矽線石資源的開發(fā)利用效率，實現(xiàn)資源優(yōu)勢向產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，為國家及地方經(jīng)濟建設(shè)提供技術(shù)支撐。