浅谈广东珍珠岩资源、膨化工艺条件和开发应用前景

浅谈广东珍珠岩资源、膨化工艺条件和开发应用前景

古菊云

(有色总公司广东地勘局地勘院　广州　510080)

摘　要　广东的珍珠岩矿床主要产于粤东中生代火山盆地中,与沸石岩、膨润土密切共生,有多种工业类型,储量巨大。其膨胀性能良好,技术经济指标较先进。目前,广东珍珠岩大都用作建筑材料。随着国民经济建设的发展,珍珠岩的应用领域必将不断扩大,深加工技术也将迅速进步,开发利用前景十分光明。

关键词　珍珠岩矿床　膨化工艺　广东①

1　矿产资源概况

广东目前发现的珍珠岩都在粤东中生代火山盆地中。已知产珍珠岩的火山盆地有5个。和平塘盆地(K1)有3个矿床;丰顺县丰良盆地(J3)有1个矿点;平远县仁差盆地(J3)有2个矿床;紫金县义容盆地(J3)有多个矿床(点);梅县踏沙坝盆地(K1)有1个矿床。所有的矿床(点)几乎都产在火山盆地边缘内侧,构成与盆地边界平行的成矿带或矿化带。珍珠岩都蕴布于酸性火山岩系内,含矿岩石有流纹岩、流纹质凝灰熔岩、熔结凝灰岩、凝灰岩等。

珍珠岩、沸石岩和膨润土往往密切共生,构成“三位一体”的矿床组合(矿组)。在矿区内,它们的矿化范围是:沸石岩>珍珠岩>膨润土。3种矿产多顺层产出。珍珠岩与沸石岩有过渡、包容、互层、互为斑晶等空间关系。我们把这两种矿石称为“类质异相”。膨润土则主要伴随珍珠岩,多在珍珠岩的上部或包围珍珠岩。

从工业利用的角度而论,珍珠岩、黑曜岩和松脂岩均属珍珠岩类。1个矿区有可能出现两种、甚至3种矿石,而且3种矿石都可以有多种颜色,对此可视为“同质多相”。根据3种矿石的组合关系,广东的珍珠岩类矿床可分成三类,珍珠岩矿床(紫金、梅县、丰顺)、珍珠-松脂岩矿床(平远)、珍珠-黑曜岩矿床(和平)。我省珍珠岩矿床以往的地质工作程度很低。就单个矿床而言,还很难说出其规模大小,远景与预测储量大致在150～1000万吨之间。但广东珍珠岩主要产于和平长塘盆地和紫金义容盆地,其次是平远仁差盆地,总储量很大,远景预测储量6000万吨以上。

一般认为,珍珠岩是黑曜岩或流纹质岩石经水化或热液作用形成的。作者认为,珍珠岩是火山活动晚期喷溢的酸性岩流经分异作用、速冷固化形成的酸性玻璃质熔岩。分异作用是重要的成矿作用,既可形成类质异相的珍珠岩类-沸石岩类,也可形成同质多相的珍珠岩-松脂岩-黑曜岩。

①

1996-05-31收稿。

58

2　工艺特性

广东珍珠岩矿石的工艺性质、化学成份和物理、化学参数与我国其他地区的同类矿石基本相似。规模较大的矿床常见有过渡性矿石,如珍珠-黑曜岩矿石、珍珠-松脂岩矿石,反映在各种矿石中都发育了程度不等的珍珠构造,油脂光泽普遍较强,含水量多少难以作为区分矿石的标准。这很可能是自然界的普遍现象,黑曜岩-珍珠岩-松脂岩本来就不存在截然的界线。

各类矿石都具有多色性,总计有褐红色、肉红色、黄褐色、灰褐色、浅绿色、暗绿色、灰黑色、黑色等。因此,也难以用颜色来区分矿石类型。总的来说,浅色矿石质量优于深色矿石,即膨胀性能以浅色矿石为好。

据文献记载和我们的实践经验,影响珍珠岩膨胀性能的第一因素是矿石(玻璃质)的纯度,只有玻璃质具有膨胀性能,其它杂质膨胀性很小或不可能膨胀。有人(赵连强,1983)做过大量的试验研究,矿石中玻璃质的含量与膨胀倍数(K值)大致呈正相关关系,相关系数>0.70。如果矿石中有大量斑晶、脱玻化强烈形成晶质矿物或雏晶或可见明显的流纹构造或角砾构造,其膨胀倍数就会降低。

影响膨胀性能的第二因素是矿石中的含水量。关于珍珠岩中的水,在此说明几点:

1)矿石中的水,有吸附水、结合水和包体水三类。吸附水(薄膜水、毛细管水、胶体水)100～250℃即逸出;结合水(结晶水、结构水)在200～900℃逸出;包体水在300～1100℃逸出。

我们经过高倍显微镜观察,珍珠岩中含有大量超微粒(0.00nmm)的液态或气液态包体。在不同的温度下,不断地发生变化。

2)珍珠岩的膨胀动力是水汽压力,即高温焙烧时,水必然汽化而产生强大的压力,它使珍珠岩变成为多孔状膨胀珍珠岩。使珍珠岩发生膨胀的水,主要是包体水。过去一般人都认为是结晶水,看来这不符合实际。因为珍珠岩属玻璃质岩石,不存在或很少晶质矿物,不会有大量的结晶水。上述的岩石包体研究已证实了珍珠岩包体水在膨胀化过程的变化与作用。

3)不同地区、不同矿床、不同矿石含水量不同。含水不同的原矿石加工成矿砂后并非直接进行高温膨胀,一般都要进行减水处理,也就是膨化前的中低温预热处理。使矿石中保存2%～3%的水最佳,叫有效含水量。含水太高,珍珠岩会在高温膨胀时发生爆炸而粉碎;含水太低则膨胀程度不高,效果不好。这是珍珠岩膨化的一个十分关键的工艺技术问题。

4)调节珍珠岩的最佳含水量,有些矿石比较容易,有些矿石比较复杂和困难。这与原矿石的含水量大小和含水间隔大小密切相关。含水量和间隔相对较小,就容易调节,膨化过程简单;含水量大、间隔也大,调节含水量难,膨化则复杂些。河南信阳矿砂(含水3%～5%)容易膨化,广东平远矿砂(含水4%～8%)膨化就较复杂和困难。

影响膨胀性能的第三个因素是矿石的化学成分。有利于膨化的化学成分应该是SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3偏低(SiO269%～72%、Al2O3<12%、(FeO+Fe2O3)1%左右;K2O、Na2O偏高(K2O+Na2O)>7%、其中Na2O≥K2O则更佳)。日本学者按膨化温度的高低把化学成分编成两组:①膨化温度1200℃以下组SiO270%左右、Al2O3≤12%、(K2O+Na2O)≥8%,②膨化温度1200℃以上组SiO2≥74%、Al2O3≥12%、(K2O+Na2O)<5%。广东珍珠岩类的化学成份介于两组之间、且略接近第①组,故其膨化温度应该是中偏低。

天津保温材料厂(1974)曾做过这样的试验研究,把珍珠岩矿砂缓慢加温到900℃,结果小包体仅颜色变深变暗,边界清楚,数量和大小也无大的变化。这个重要的事实说明,要使珍珠岩

59

膨胀还有一个必备的条件:瞬时骤热。也就是矿砂在极短的时间内突然接受高温焙烧。膨胀前和膨胀后的珍珠岩主要成份是相同的,只是膨胀珍珠岩中水及其他挥发份减少了。这表明珍珠岩的膨化过程只有物理变化,未发生化学变化。

尽管广东珍珠岩类具有多色性,且有些矿石的颜色甚深,但总的来说含铁(Fe2O、FeO)尚不算高,三价铁与二价铁之和多数都未超过1%。由此来看,过去所说的矿石颜色愈深含铁量愈高的结论还是有片面性的。诚然,浅色矿石膨化效果一般较好则是正确的。

平远地区的膨胀珍珠岩多呈浅肉红色,且其色调的变化与原矿石的颜色密切相关。它的显色机理,有待进一步研究。

3　珍珠岩膨化工艺条件和技术经济指标

我们在平远县开发珍珠岩,对该地区下举矿区珍珠岩的膨化工艺作了较深入的试验研究。这里着重讨论此矿区的试验研究结果。3.1　膨化工艺条件

1)实验室试验结果　广东地矿局723地质大队、上海轻质建材厂、河南地矿局第三地调队、桂林有色地质研究院和我们专题组对平远下举矿区珍珠岩的膨化工艺条件都做过试验研究工作,现将各单位的试验结果列于表1。从表1不难看出下举矿区的珍珠岩膨胀性能良好。各单位对矿石样品所做的结果均达到一级品标准。各单位所做的膨化试验表明,矿砂粒度-20～+50目是合理的。但范围偏大,应该多分些级别,缩小粒径区间,这样膨化效果会更好些。预热时间似以10～20分钟为宜,预热温度应取250～300℃或略高些。这里要注意的是预热时间与温度呈负相关关系,即时间长、温度低,时间短则温度高,务必要根据各自的设备条件,处理好这一关系。必须特别指出的是,珍珠岩膨化的关键在预热,预热的关键是控制好矿砂的含水量。因此,对一个矿床的矿石膨化条件的研究,重点应解决预热问题。膨胀时间以10～20秒钟为宜,膨胀温度则是1100～1200℃较好。其实,这两个数据也是对立统一的,应根据节能、质优、高效的原则,调整到最佳的膨胀条件。对比相应数据,我们认为桂林地研院的试验是比较成功的,可作为实际生产的主要参照依据。

表1　实验室试验的最佳膨化工艺条件及结果

Table1　Thebestexpansionprocessingconditionsandresultsforlabouratorytests

广　　东723地质大队

矿砂粒度(目)预热时间(分)预热温度(℃)膨胀时间(秒)膨胀温度(℃)膨胀倍数(倍)容重(kg/m3)

18～5020～30250～35030～401150～120015～2778～42

114016～25

125020

300～400

300

上　　海轻质建材厂20～60

河　　南地调三队18～40

桂　　林地研院18～5010～15250～3005～151100～120018～2965～40

本专题组18～5020250～300

20125021～2358～48

2)生产试用结果　广东有多个工厂试验了或使用着平远下举矿区的珍珠岩矿砂,但用量60

较大、且提出了试验报告的仅有两个工厂。从两个厂提供的资料来看(表2),膨化条件虽然基本一致,但在一个重要方面有差别且难以作出准确的判断,那就是预热时间和温度,有待进一步探讨。另外,与表1对照,桂林地研院的实验结果最接近生产实际。在此要说明的是,月梅厂用的矿砂以-12～+25目级别的膨化效果最好。上述室内试验也反映了同样的情况。这有可能说明,含水量高的原矿砂粒径大些才好。由此推论,最佳矿砂粒度应是黑曜岩小,珍珠岩居中,松脂岩大些。

表2　生产试用膨化工艺条件

Table2　Technicalconditionsoftrialproduction

矿砂粒度(目)

梅州月梅厂

-12～+25-25～+40-40～+60

广州红棉厂

-18～+30

15～20

炉前200炉后650

2～3

1120～1180

预热时间(分)

7～9

预热温度(℃)270～330

膨胀时间(秒)

2

膨胀温度(℃)1120～1180

3.2　膨化技术经济指标

月梅膨胀珍珠岩厂提供的平远珍珠岩矿砂资料是膨胀珍珠岩班产量100m3,达到设计标准;膨胀13～16倍(最高22倍);产品容量90～70kg/m;预热耗煤量8～9kg/m(民用煤);膨胀耗油量8～9kg/m3;生产耗电量4～5度/m3。

该厂指出,平远下举珍珠岩只要应用合理的工艺条件,完全可以获得良好的膨化效果,各项技术经济指标都比较先进。通过调节生产工艺技术,还有可能达到更好的技术经济指标。

广东其它地区的珍珠岩类,只做过普查或踏勘工作,目前尚未开发利用。对它们的膨化工艺条件,也只作了某些粗浅的室内试验。各地区矿石的膨胀倍数(K0)是:和平长塘盆地珍珠-黑曜岩4～10倍,最高17倍;紫金义容盆地珍珠岩4～13倍;梅县踏沙坝盆地珍珠岩6～16倍。从膨胀倍数看来,可能以Ⅱ级品为主。对它们尚有待于作深入的野外调查和试验研究。

3

3

4　广东珍珠岩开发利用现状及发展前景

4.1　开发利用现状

珍珠岩的开发利用可以分成4个阶段:矿产开采-加工破碎-矿砂膨化-制造最终产品。每一个阶段的产品都可作商品出售,但深加工程度愈高,技术含量愈高,产品价值和利润愈大。

我省兴建珍珠岩深加工厂大概始于70年代,到目前为止全省已发展到近20家,主要分布在珠江三角洲地区。这些工厂一般规模都不大,生产设备简陋,生产水平不高,只有为数不多的工厂相对正规些。全省珍珠岩矿砂用量每月约2000～2500t,生产膨胀珍珠岩2.2万m3以上。目前广东使用的珍珠岩原矿砂,基本都来自河南信阳。

我省珍珠岩80%以上用于建筑工业,以膨胀珍珠岩制造墙体砖、空心砌块、隔板、夹心板、吊顶板、装修板等;其余用于隔热或耐火材料、炸药密度调节剂、化工填料、房屋堵漏混合物的

掺料等。这些事实说明,广东应用珍珠岩的广度和深度还很不够。

广东珍珠岩类矿产的储量规模虽大,但开发利用却是刚刚起步。1994年,我们同平远县地方企业合作兴建了广东第一个“珍珠岩开发加工厂”,主要开发了新型建筑材料。首先出售矿

61

砂,然后逐步向深加工发展。我们研制了膨胀珍珠岩新型粘结剂和高效增强剂。两者混合使用,可使膨胀珍珠岩建材制品具增强、抗折、反射热、疏水、快干和抗缩效能,其中增强率高达60%～80%。由于我们缺乏珍珠岩深加工的资金,这些实用技术未能进一步发展利用。根据市场需求,1995年9月以来,我们转向于环境保护方面的应用研究。经近半年的努力,我们研制成了“水体油污净化剂”,现场试验效果良好,达到了国际先进水平,有可能在今年内投入批量生产。这一研究试验成果,引起了社会有关部门的极大关注。现在我们正拟进一步开发珍珠岩在轻工业及其他方面的应用,例如制冷-保温隔热层,食品助滤剂、炸药密度调节剂等。轻质建材的开发应用我们也不能放弃。这些项目的研究开发必须有长短缓急的安排,不可能齐头并举。我省虽然有丰富的珍珠岩资源,却不能自给自足。目前还要依靠河南省供应矿砂。优质珍珠岩大量用作建筑材料是一种浪费。我们应当把质量好的珍珠岩用到更有意义的方面去,充分发挥它的特殊性能。

4.2　发展前景

黑曜岩有两个重要特点:一是膨胀湿度相对较低,节约膨化耗油量;二是膨胀倍数较小,适合作墙体材料。中国具规模的黑曜岩矿床为数不多,长塘盆地的珍珠-黑曜岩应当珍惜,把它作为重要资源来对待,使其能尽快为现代化经济建设服务。

1993年底,广州市颁布了《广州市墙体材料革新若干规定》,对利用轻质建材提出了许多强制性措施,在建筑业起到很大的推动作用,给珍珠岩的开发带来良机。

广东是我国改革开放的前沿阵地,现在已具备相当雄厚的经济实力。广州要建设成为国际大都市,各行各业都在发展。高层高档建筑规模将越来越大,对建材的要求也越来越高。作为轻质建材的珍珠岩,市场需求量无疑也会与日俱增。

据我们调查,相邻省份,如福建、江西、湖南、广西、海南等,如今尚无具开发价值的珍珠岩产区,各省所用的矿砂,也大都来自河南。从交通运输及其它供应条件来看,广东向邻省辐射有绝对的优势。各地都在进行现代化经济建设,都需要使用大量的新型矿物原料,因此,可以说整个华南地区都有珍珠岩及其制品的广阔销售市场。

ONTHERESOURCES,EXPANSINGTECHNIQUEANDDEVELOPMENT

OFPERLITEINGUANGDONG

GuJuyun

(GuangdongInstituteofGeologicalSurvey,CNNC,Guangzhou,510080)

Abstract　TheperlitedepositsinGuangdongoccurmainlyintheMesozoicvolcanicbasinofeasternGuangdongandco-existwithzeoliteandamargositewithvariousindustrialtypesandhugesumofreserves.Theexpansibilityoftheperliteissu-perb,andthetechniqueandeconomicindexarealsofavourable.Atpresent,theperlitesaremostlyusedasbuildingmaterials.Withthedevelopmentofthenationaleconomy,theappliedfieldofperlitewillbeenlarged,andgreatprogresswillbemadeindeepprocessingtechnique.TheprospectsforthedevelopmentandutilizationofperliteinGuangdongisbright.

　perlitedeposit;expansionprocess;GuangdongKeywords

62