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滑石矿的技术指标和用途

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滑石矿的技术指标和用途的相关图片

滑石矿概述

滑石 ( 3MgO·4SiO2·H2O) 是典型的热液变质型矿物,是富镁质超基性岩、白云岩、白云质灰岩经水热变质交代的产物。滑石通常呈致密块状、片状或鳞片状集合体。纯滑石含有 63. 36% SiO2、31. 89% MgO 和 4. 75% H2O,但滑石极少能够达到其理论纯度。通常与滑石共生的矿物有透闪石、绿泥石、白云石、云母和菱镁矿。滑石中的硅有时被铝或钛所替代 ( 铝可达 2%,钛可达 0. 1%) ; 镁经常被铁及少量的锰、镍、铝所替代 ( FeO达 5%,Fe2O3达 4. 2%,NiO 达 1%) 。有时含有少量的 K、Na、Ca,这些元素很有可能位于滑石层之间或是来源于机械混入物。

滑石是一种十分普遍的层状硅酸盐矿物,质软,具滑感,其摩氏硬度为 1,密度为2. 58 ~ 2. 83 g / cm3。滑石的化学性质稳定,有较高的电绝缘性和耐热性能,对油类具有强烈的吸附性。所以滑石被广泛应用于陶瓷、油漆、涂料、造纸、化妆品、塑料、橡胶以及石油工业。滑石的矿石类型在国外一般分为 4 类: 块滑石、片状软滑石、透闪石滑石及混合滑石,其中用途最广的为片状滑石。在国内,滑石按其含量不同分为两种,即块滑石和滑石岩( 滑石石料) 。块滑石的滑石含量在 70% 以上,杂质少,经简单手选磨粉后即可使用; 滑石岩的滑石含量在30% ~70%之间,杂质含量较多,一般需选矿 ( 浮选) 加工后才能使用。

滑石是我国优势矿产,资源丰富,不但分布广泛,而且质量上乘。我国中东部地区滑石相对集中。全国 15 个省 ( 市) 、自治区正式勘查的 39 个滑石矿 ( 含江西省广丰县萍塘滑石矿,储量4640 ×104t) ,累计探明工业储量达 2. 96 × 108t 。此外,全国还有数十个未上报储量和尚未进行勘查的中小型矿床,预计全国滑石基础储量超过 5 ×108t。

目前,我国滑石可采储量居世界第二位,主要集中分布在辽宁、山东、广西、江西、青海等地,5 个省区的储量占全国总储量的 95%以上。我国现在是世界第一大滑石开采和输出国,年产量和出口量均居世界第一位,已初步建成了辽宁、山东、广西三大白滑石生产和出口基地以及江西黑滑石基地,其中辽宁的滑石矿产储量和质量均居全国首位 ( 江德玉,2000) 。

辽宁滑石矿床 ( 点) 主要产于下元古界辽河群大石桥组三段和高家峪组二段的钙镁质碳酸盐岩中,其所处大地构造位置为华北地台、胶辽台隆北部,营口-宽甸台拱范围内。大石桥-海城-辽阳滑石矿带分布在英落-草河口-太平哨复向斜的北翼。其储量占辽宁省滑石总储量的 94%,为世界罕见的滑石矿产集中区。其成因为: 在区域热动力变质作用过程中,含有大量二氧化硅的高盐度热液使围岩中的菱镁矿被交代而生成滑石。成矿时代大约为早元古代末中条期。

滑石被用作陶瓷原料,能有效地控制陶瓷坯体的热膨胀,与黏土矿物配料可用于烧成堇青石陶瓷坯体。滑石成为理想陶瓷原料的原因如下 ( 莱方德,1984) :。

1) 由滑石生成的顽火辉石使坯体膨胀系数高,这导致了釉处于受压的状态,因此避免釉的表面出现裂纹。

2) 滑石能生成湿膨胀低的坯体,具有良好的抗后期龟裂的能力。

3) 矿石具有质硬、均一的特点,既有助于干压加工,又有助于脱膜。

4) 可使烧成温度降低。

5) 可以快速烧成,烧成时间可缩短至 1 h。

6) 在很大温度范围内,坯体具有相当稳定的收缩率和吸收率。

7) 使烧成坯体增白。

8) 光亮美丽的釉与高滑石的坯体容易匹配。

 滑石(Talc)

一、概述

滑石属层状硅酸盐,是一种含水硅酸镁矿物,理论化学式为Mg3[Si4O10](OH)2,或者为3MgO·4SiO2.H2O。其理论化学组成为:MgO为31.68%,SiO2为63.47%,H2O为4.75%。天然质纯的滑石矿很少,大多数伴生有其他矿物杂质,常见的伴生矿物有:绿泥石、蛇纹石、菱镁矿、透闪石、白云石等。

滑石常为白、浅绿色,微带粉红、浅灰色,含杂质越多颜色越深,乃至深灰、黑色(表3-17-1)。单斜晶系,矿石常呈片状,纤维以及致密块状。珍珠光泽或油脂光泽,硬度为1,密度为2.7g/cm3左右,有滑感。滑石受热时有明显的热效应,在120~200℃时失去吸附水,600℃时开始失去部分结构水,直至1050℃时结构水全部脱出。鉴别滑石的最好方法是进行X射线衍射分析或差热分析,滑石在地壳岩石圈分布较广,其成因与区域变质、热液交代作用有关。

表3-17-1 滑石的物理性质。

二、矿床(石)类型及工业要求

(一)矿床类型

我国滑石矿床主要分为五大成因类型,再根据成矿地质条件进一步划分为若干亚类,见表3-17-2。

表3-17-2 滑石矿床成因类型。

续表

续表

(二)矿石类型

滑石矿石除含滑石矿物外,还含有菱铁矿、黄铁矿、白云石、方解石、石英、菱镁矿、蛇纹石、绿泥石等矿物。根据这些矿物的含量,可分为碳酸盐滑石、蛇纹石滑石、含绿泥石滑石等。按矿石构造不同,分为块状滑石、片状滑石、纤维状滑石等。目前我国开采的12个主要的滑石矿都属于碳酸盐类的块滑石。

我国滑石资源丰富,但分布不均匀,主要集中在辽宁、山东、广西,主要矿山的矿石类型及质量见表3-17-3。

表3-17-3 我国主要滑石矿区矿石类型。

(三)工业要求

滑石矿床评价时,通常可以采用化学组分品位分级法或滑石矿物含量加白度的品位分级法两种,详见表3-17-4、表3-17-5。

表3-17-4 以化学组分含量为工业指标,滑石矿床品位要求及矿石工业品级划分。

表3-17-5 以滑石含量为工业指标,滑石矿床品位要求及矿石工业品级划分。

三、滑石矿产资源概况

世界滑石矿产资源较丰富,主要分布在美国、巴西、法国、芬兰、意大利、原苏联、加拿大、奥地利、印度等十几个国家,除我国以外,以原苏联、美国滑石资源最丰富。

有工业价值的滑石矿床主要是富镁岩石,如橄榄岩和白云岩经热液蚀变而成。特别是碳酸盐岩型的滑石矿床质量好。

滑石矿石类型国外一般分为四类:块滑石、片状软滑石、透闪石滑石和混合滑石。其中以片状软滑石用途最广。

据美国《矿产实况与问题》(Mineral facts and Problems)1985年报道,世界滑石总储量为3.18亿t,其分布情况见表3-17-6。

我国滑石储量、产量及出口量均居世界首位。全国已查明的矿点120多处,已勘探矿床37个,储量近2.5亿t,其中工业储量0.9亿t,远景储量1.6亿t,已探明储量居世界第一。全国较大的滑石矿山近20处,大多集中于辽宁、山东、江西、广西及西北地区。西南较少且矿床规模也小。其中以辽宁海城滑石矿为规模最大、开采历史最长的矿山。辽宁本溪、营口、桓仁,山东掖县、平度、海阳,广西桂林,四川冕宁以及福建政和滑石矿等亦较著名。

表3-17-6 世界滑石及有关矿产的储量和储量基础 (单位:万吨)

河南省滑石矿主要产于栾川县北部至方城县拐河乡一带,其中在方城县拐河七峰山花岗岩体南北两侧25km长,8km宽的范围内呈平行的鱼群状断续分布多个矿体。滑石矿化带与区域构造线走向一致,呈300°左右方向延伸、位于岩体南侧者分布于宽坪组白云质大理岩中,有挡狼寺和汪庙两个滑石矿化带。位于岩体北侧者有分布于陶湾组白云质大理岩中的楼沟寺、拐河、凉水泉、宋王沟等滑石矿化带和分布于陶湾组片岩中的滚子沟滑石矿化带。

这些矿化带以拐河矿化最强,且较为稳定,其他矿化带则逊于拐河。

拐河滑石矿石可分出下列三个类型:

强滑石化白云石大理岩类型矿石,白至洁白色,鳞片状花岗变晶结构,平行条状或片状构造、片理不发育。主要矿物白云石,次为滑石(占15%~30%),少量矿物有方解石、石英、微量矿物有榍石、绿泥石、黄铁矿、透闪石、长石。滑石呈鳞片状分布于白云石和方解石细条带间,滑石矿物化性能良好。

方解石白云石滑石片岩及滑石白云石大理岩类型矿石,白间黄或洁白色,花岗变晶结构,片状构造,片理较发育。主要矿物白云石、滑石(30%~45%),次要矿物方解石、石英,微量矿物榍石、绿泥石、蛇纹石、磷灰石、透闪石等。滑石呈鳞片状集合体在白云石和方解石颗粒间定向排列。方解石白云石滑石片岩受次生作用色发黄,而滑石白云石大理岩则无铁染现象,一般都较纯洁。

鳞片状滑石矿,即贫矿石类型,一般黄或黄间白色,鳞片变晶结构,片状构造,片理发育。主要矿物滑石占60%以上,次要矿物白云石、方解石、石英,微量矿物榍石、白钛石等,因次生氧化富集作用,多含氧化铁和粘土矿物,影响了滑石的白洁度。

三类矿石中,后两种品位相对为高,但白洁度较差,第一类矿石,虽品位较低,但矿石物性良好,且易于选矿,原矿滑石含量26%,采用多段磨矿浮选,可获滑石含量达79.24%的精矿,回收率81.53%,可用于造纸工业等。

滑石矿储量,按贫矿滑石含量≥50%,表外矿滑石含量)30%,农业填充料滑石含量≥15%计算表内C+D级滑石矿石8.39万t,表外C+D级矿石130.9万t,农业填充料滑石矿石地质储量为1771.42万t。C+D级矿石约60%在潜水面以上。

拐河滑石矿1985年曾由县营滑石矿开采,日产20~30t,加工成滑石粉,销售于本省以及京、津、沪等地;1990年后在方城独树一带兴办了多家滑石粉加工企业,年产滑石粉3万~5万t,已成为我省滑石粉加工基地。栾川北部一带滑石矿质量较好,矿层延伸稳定,但因交通等方面原因,仅在局部地段小规模开采。

四、滑石的主要用途

滑石具有良好的耐热、滑润、抗酸碱、绝缘及对油类有强烈的吸附性等优良特性。被广泛用于造纸、化工、医药、军工、陶瓷、油漆、橡胶等工业部门。其主要用途列于表3-17-7。

表3-17-7 滑石的主要用途。

五、滑石产品质量标准

我国对滑石及滑石产品还未制定出国家标准。根据不同用途对滑石及滑石产品技术要求不同。国家建材局分别制定了工业原料滑石技术要求,造纸用滑石粉技术要求,陶瓷用滑石粉技术要求、电缆、橡胶、塑料用滑石粉技术要求,纺织级滑石粉技术要求,油毡级滑石粉技术要求,医药、化妆、食品用滑石粉产品质量和涂料用滑石粉技术要求,分别列于表3-17-8至表3-17-16等。

表3-17-8 工业原料滑石技术要求(JC160—82)

产品代号:GL-特示工业原料特级滑石块;GL-1示工业原料一级滑石块;GL-2示工业原料二级滑石块;GL-3示工业原料三级滑石块;GL-4示工业原料四级滑石块。

表3-17-9 造纸用滑石粉技术要求(JC161—82)

注:产品代号中ZZ示造纸级滑石粉。

表3-17-10 陶瓷用滑石粉技术要求(JC294—82)

注:产品代号TC示陶瓷级滑石粉。

表3-17-11 电缆、橡胶、塑料用滑石粉技术要求(JC295—82)

注:白度可由供需双方商定。产品代号DL示电缆级滑石粉。

表3-17-12 纺织级滑石粉技术要求(JC296—82)

注:产品代号FZ示纺织级滑石粉。

表3-17-13 油毡级滑石粉技术要求(JC297—82)

注:产品代号YZ示油毡级滑石粉。

表3-17-14 医药、化妆、食品用滑石粉产品质量(JC298—82)

注:如需测定As、Cd、Hg、Pb、P等元素,由供需双方协商进行检查。产品代号:YY—医药用滑石粉。

表3-17-15 涂料用滑石粉技术要求(JC299—82)

注:产品代号:TL一涂料级滑石粉。

表3-17-16 色漆用填料的成分和性能[ISO3262—1975(E)]。

填料的颜色不允许比正常试件黑或暗。

采用国际标准测定筛余量要求相当多的经验,通过不同方法获得的结果不应用来相比较。

粒度分布测定法是根据斯多克定律。斯多克定律应用于球形粉粒。填料粉料不是绝对的球形,由于不同填料有不同的粒形,故不同填料在粒度上不可相比较。

2μm极限值仅仅是给予控制。

六、滑石产品深加工

我国滑石选矿普遍采用手选、干磨空气分级,而国外的滑石选矿已由单纯的磨粉作业向专门的、系列化的精选工艺过渡,目的在于提高产品质量,为用户提供品种繁多的产品。

国外新型的滑石选矿厂工艺过程包括:光电选、泡沫浮选、漂白、干、湿磁选、水力旋流器分选、擦洗沉淀浓缩、离心分级、喷雾干燥、微粉工艺及特定工艺(如滑石分层、灭菌工艺等)。

各国根据矿石类型、用户要求、综合回收等因素,选择不同的选别方法,归纳于表3-17-17。

除磨粉作业外,一般选矿厂对低品位矿石采用浮选工艺进行选别,同时综合回收有益的伴生矿物。

表3-17-17 滑石主要选矿方法。

滑石矿床地质勘查与评价

一、滑石矿一般工业指标

1)以滑石含量为工业指标时,其矿石质量要求(见表7-5)。

表7-5 以滑石含量为工业指标矿石质量一般要求。

2)以化学组分含量为工业指标时,其矿石质量要求(见表7-6)。

表7-6 以化学组分含量为工业指标矿石质量一般要求。

3)对于白度低于60%的滑石矿(如黑滑石)经工业实验研究证明可以利用,应根据勘查投资者的具体要求评价矿石质量。

4)可采厚度0.6~1 m(矿体为一级品以上时,可为0.6 m),夹石剔除厚度l m。

二、滑石矿床的勘探类型的划分

(一)勘探类型划分的主要因素

1.矿体规模

大型矿床:主矿体的延展长度一般大于500 m。

中型矿床:主矿体的延展长度一般为500~200 m。

小型矿床:主矿体的延展长度一般小于200 m。

按矿床中滑石矿石储量,其规模划分如表7-7所示。

表7-7 滑石矿床规模划分表

2.主矿体形态及内部结构

规则-简单的:主矿体多呈层状、似层状或大的透镜体,边界规则,矿石类型(品种、品级)单一或主要矿石类型(品种)分布规则,不含或少含不连续夹层,夹石率一般小于10%;

较规则-中等的:主矿体多呈似层状、透镜状,边界较规则,主要矿石类型(品种、品级)分布较规则,不连续夹石较多,夹石率一般为10%~30%。

不规则-复杂的:主矿体多呈小透镜状或不规则体或矿体群,边界不规则,主要矿石类型(品种、品级)分布不规则,不连续夹石很多,夹石率一般大于30%。

3.主矿体厚度稳定程度

稳定的:主矿体厚度变化小或变化有规律,厚度变化系数一般小于40%。

较稳定的:主矿体厚度变化不大或变化较有规律,厚度变化系数一般为40%~70%。

不稳定的:主矿体厚度变化大或变化规律不明显,厚度变化系数一般大于70%。

4.矿石质量稳定程度

稳定的:主矿体矿石品位或其性能的变化小或变化有规律,品位变化系数一般小于40%。

较稳定的:主矿体矿石品位或其性能的变化不大或变化较规律,品位变化系数一般为40%~70%。

不稳定的:主矿体矿石品位或其性能的变化大或变化规律不明显,品位变化系数一般大于70%。

5.矿床构造、岩浆岩、岩溶对矿体的影响和破坏程度。

轻微的:矿体呈单斜或开阔的向、背斜产出,断裂、岩浆岩、岩溶不发育,矿体未受到影响和破坏,或只受到轻微的影响和破坏。

中等的:矿体有次一级褶曲或局部褶曲较紧密,断裂、岩浆岩、岩溶较发育,矿体受到影响和破坏。

严重的:矿体褶曲紧密复杂,断裂、岩浆岩、岩溶发育,矿体受到强烈的影响和破坏。

(二)矿床勘探类型

依据上述原则进行矿床勘探类型的划分(见表7-8)。

表7-8 矿床勘查类型

三、滑石矿床的勘探工程间距

根据我国滑石矿床的主要地质特征和多年来的地质勘探工作经验,并根据《玻璃硅质原料、饰面石材、石膏温石棉、硅灰石、滑石、石墨矿产地质勘查规范》(DZ/T0270-2002)中的要求,滑石矿床各勘探类型的勘探工程间距如表7-9所示。

表7-9 勘查工程间距

表7-9中所列勘查工程间距系探求控制级的资源/储量基本勘查工程间距的参考值,对用基本勘查工程不能满足要求的局部问题,例如,对矿体覆盖层和风化层的控制,应在勘查剖面上和剖面间适当加密工程;对首期开采地段主矿体之上有开采价值的次要矿体,当基本勘查工程间距不能满足要求时,可适当增加工程;对垂直或斜交矿体走向的需要控制的断层、破碎带、节理密集带、岩溶发育带等,可用专线、专孔控制。不同勘查类型不同地质可靠程度的矿产资源/储量类型间工程间距的差别,不限于加密或放稀一倍,可视实际需要而定。

四、滑石样品的采取、加工和测试。

(一)岩矿鉴定采样

滑石矿区,除了要对各种围岩进行矿物成分鉴定外,对滑石矿石也要采集一定数量的岩矿样品(标本),进行矿物成分鉴定和研究,查明各类矿石的矿物成分、结构构造、矿物形态、粒度和嵌布特点,伴生有益、有害成分的赋存状态和分布特征。对非晶质滑石矿石(滑石粘土)还要通过X射线粉晶衍射、差热分析、热重分析、电镜鉴定等手段,研究其矿物成分及显微结构,在此基础上正确划分矿石类型。

(二)化学样品的采样、加工与化验。

地质勘查阶段,滑石矿石的矿物成分及滑石含量,往往要通过化学分析资料来求得,为此,滑石矿床勘查中必须进行化学取样。

1.化学分析取样及加工

(1)基本分析样品的采集

所有见矿工程和可以利用的矿体露头均应采取基本分析样品。样品应沿矿体厚度方向布置,按工程、矿体、矿石类型、矿石贫富而分层、分段连续采取。近矿围岩也应采取适当数量的样品。厚度大于0.5m 的明显夹石应单独采样。若一个样段是由矿石(单层厚大于10cm)与夹石交互组成,也可将此样段中的矿石与夹石分别合并成两个分样,此样段的成分为两个样成分的加权平均值。

基本分析样段长度(按矿体真厚度计算)一般采用0.6~1m。如果矿石沿厚度方向品位变化不大,且不在边界品位上下波动时,样长可适当放宽。

基本分析采样方法,在矿体露头或坑探工程中通常采用刻槽法,样槽规格一般可采用10cm ×5cm,采样中应保证刻槽断面规格。钻孔采样采用半心法,不同回次岩心直径或采取率相差很大时要分别采取,采集样品的半心和保留的另一半岩心其成分应基本相似。

(2)组合分析样品的采集

应按矿石类型、品级从连续的若干基本分析样品的副样中,按基本分析单样样长的比例,计算出每件单样应称取的质量,经充分混匀组合而成;当矿石成分变化小、矿体薄、单工程基本分析样品数量少时,也可用同一矿产资源/储量估算块段的相邻工程的同一矿体、矿石类型、品级的基本分析副样进行组合。组合分析样品应在各勘探线剖面上有代表性的工程中采取。

组合分析样长一般可用几个至十几个基本分析样组合。

(3)多元素分析样品的采集

多元素分析样品应按矿体、矿石类型、品级各采1~2件。样品可从组合分析或基本分析副样中选取,也可单独采集有代表性样品。

(4)化学分析样品的制备

化学分析样品的制备应按《地质矿产实验室测试质量管理规范—13岩矿分析试样制备规程》(DZ 0130.13-94)的要求进行。样品加工一般分为粗碎、中碎、细碎三个阶段,每个阶段又包括破碎、过筛、拌匀、缩分四个工序,采用切乔特公式Q=Kd2编制加工流程,其中缩分系数K值一般采用0.1~0.2。

在样品加工过程中,对于滑石中的含石英(硅质)矿石类型,应注意防止铁质污染,如采用铁器加工时,需采取除去工具铁的措施,并对除铁效果进行检查,同时也要避免吸去原有的铁质矿物。

2.样品的化学分析

具体的化学分析项目如下:

1)当以滑石、有害组分含量和白度为工业指标时,基本分析项目为滑石,CaO, Fe2O3,白度,组合分析项目为SiO2,MgO,Al2O3,酸不溶物,灼失量。

2)当以有用、有害组分含量和白度为工业指标时,基本分析项目为SiO2, MgO, CaO,Fe2O3,白度,组合分析项目为Al2O3,酸不溶物,灼失量[上述基本分析和组合分析项目的要求,如与矿床勘查工业指标不一致时,可按后者执行;经过一定数量的基本分析证实某种有害组分(CaO,Fe2O3)低于最大允许含量,白度高于最低工业指标要求时,该种有害组分或白度可列入组合分析项目]。

3)多元素分析项目一般为SiO2,MgO,CaO,Al2O3,K2O,N2aO,Fe2O3,FeO, Cr2O3,MnO,TiO2,P2O,,SO2,CO2,H20-,H2O+等。

3.滑石矿物相分析及单矿物分析。

(1)物相分析

为了确定矿石类型,一般先以肉眼和镜下鉴定,大致了解各类型矿体分布情况,然后按一定间距取样,样品可利用组合分析副样或专门采取。用化学分析结果计算矿石中含镁硅酸盐类矿物的成分、含量,划分矿石类型,圈定各类型矿体界线。物相分析项目一般为SiO2,Al2O3,酸不溶Al2O3,酸不溶MgO,酸不溶CaO,这些项目可根据组成矿石的含镁硅酸盐类矿物种类多少及矿物计算方法不同酌情增减。经过一定数量的物相分析证明矿物中除滑石外,不含其他含镁硅酸盐矿物,或仅含少量蛇纹石、绿泥石等有害矿物时,则物相分析可以不做或少做。

(2)单矿物分析

对复杂类型中的滑石、透闪石、阳起石、绿泥石采取少数单矿物分析样进行单矿物分析。

(3)滑石矿石中石棉定性分析

矿体部分可利用矿石多元素分析副样,对顶、底板围岩按不同岩石类型各采1~2件样品,一般用X射线粉晶衍射法检查,辅以扫描电镜观测纤维形态、径长比,做出发现或未发现石棉的结论。

(三)矿石工艺及物理技术性能试验。

勘查投资者与地质勘查单位共同商定,委托具有试验能力的单位进行试验。对已有生产实践、可供类比的矿石类型,是否还需要进行此项实验,由地质勘查单位与勘查投资者商定。

矿石工艺及物理技术性能的测试项目,不同工业用途有不同要求(表7-10)。

表7-10 滑石矿石物理技术性能测试项目表。

(据李齐白等,1990)

五、滑石矿床的地质勘查评价要点。

(1)加强矿物成分的研究

由于滑石属于含水层状硅酸盐矿物,与其他含水层状硅酸盐矿物具有很多相似的矿物学、岩石学和工业技术性能,所以用肉眼从宏观上区分这些矿物有一定困难。鉴于滑石矿具有长期开采和利用的历史,所以在人们日常生活中,常将一些相似的矿石统称为滑石而不加区别。对一个滑石矿床必须加强矿物学的研究,不能仅仅根据化学分析成果,白度测定资料等简单地进行评价。在研究矿物成分时,首先,必须确认组成矿石的主要矿物和次要矿物,从而确定这个矿床是滑石矿、斜绿泥石矿、还是叶蜡石矿。其次,必须研究与滑石共生的矿物组合,研究这些矿物的生成顺序。最后,研究这些矿物对工业用途的影响是有利的还是有害的,如何进行分离等等。这样,才能正确地评价矿床的工业利用价值。

(2)加强地表地质工作

研究成矿控制因素,特别要注意控矿构造的研究。只有在初步掌握了它们的成矿控制因素,特别是控矿构造以后,才能决定采取何种勘探手段,以及勘探工程的布置和网度。当前,一般均采用钻探手段对滑石矿床进行深部控制。对一些陡倾斜滑石矿体,可考虑采用斜钻或水平钻探。对一些镁质碳酸盐岩地区中晶洞型的滑石矿床进行勘探时,有时可考虑采用硐探。

(3)铁含量高低直接影响到滑石矿的利用范围。

不同工业部门对铁含量都有自己的特定要求。一般说,铁含量越低越好。地质勘探工作必须对铁质和合铁矿物的赋存状况进行研究,尤为重要的是在采样加工中要防止人为的铁质污染。

黑滑石矿的分布及用途?

我国工业滑石按颜色划分有粉红滑石、白滑石、绿滑石、灰滑石和黑滑石五种。滑石之所以有各种不同的颜色,主要取决于与滑石共生矿物的颜色。当含有一定量的有机质时,滑石为黑色至灰色。

黑滑石的主要矿物成分通常由滑石、石英、方解石、海泡石、有机碳等组成,颜色呈黑色至灰黑色。黑滑石主要化学成分为氧化镁、氧化硅,以及氧化铝、氧化铁、氧化钛、氧化钠和氧化钾等。

黑滑石矿主要分布在江西广丰、重庆南桐、湖南保靖、甘肃金塔、江西九江、江西宜春、江西萍乡、广东平远、四川丰都、广西上林、湖北钟祥等地。

黑滑石原矿主要用作一般陶瓷的坯体,煅烧滑石用于高档陶瓷如抛光砖、釉料。黑滑石主要成分是氧化镁、二氧化硅,作为化学工业的填充剂可用于油漆、漆料、塑料、电缆、白版纸、医药、纺织工业、墙地砖、陶瓷工业等领域,市场前景相当可观。

这种品位的黑滑石矿有没开采价值?氧化镁22%,铁0.65%,二氧化硅54%,氧化钙4.7%,烧失量15%,烧白度72度,位...

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几种非金属矿开采技术综述

朱松耆

(苏州中材非金属矿工业设计研究院,苏州 215004)

摘要 本文概述了中国几种重要的非金属矿的开采技术和实践经验,包括石膏、金刚石、石墨、膨润土、石棉、滑石、云母和高岭土。简要分析了这些矿物开采的特殊性,介绍了有关矿种开采技术的实例。

关键词 非金属矿;开采技术。

作者简介:朱松耆,教授级高级工程师,电话0512-68213617,E-mail:zhusongqi@sina.com。

一、非金属矿开采概况

我国已探明资源储量的非金属矿产有91种,已规模化开采的有20余种,现仅就其中几种非金属矿的开采技术作一介绍。

中国金刚石、高岭土、云母、石棉、石膏、石墨、滑石、膨润土的开采情况如表1所示[1~6]。

表1 非金属矿开采概况

注:本表仅列“矿点”,非公司名。1 ct=0.2 g。

二、非金属矿开采的特殊性

(一)矿物品级及晶体保护

非金属矿各矿种的产品根据用途和工业要求都有不同的分级方法,这对开采也产生一些特殊要求。

如表2中所列,金刚石、石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物在工业上主要或部分是利用其物理力学性质的,成了直接利用的工程材料。金刚石颗粒细小,岩矿开采时无法考虑其保护;金刚石砂矿开采时,由于金刚石密度大,特别是颗粒大的,常富集于砂层底部和阶地下部,要求特别注意对这部分矿体的保护和开采。石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物开采时都要按工业要求考虑其保护措施。

表2 非金属矿产品工业要求与分级对开采的影响。

一些非金属矿物即使品位相同,但所含矿物的品级不同,售价不同,会引起开采技术经济指标的很大变化,影响开采方法和采矿方法的选择。有的价值昂贵,如云母矿,面积较大的薄片云母价格达400元/kg,面积为4 cm2的薄片云母价格为80元/ kg。从经济效益出发,开采时必须考虑其晶体保护。

(二)赋存条件和产状上的特殊性。

如金刚石矿床,矿体为直立管状。开采时从开拓系统的选择到采矿方法都要作适应性的考虑。

(三)矿石及围岩特性

一些非金属矿矿石及围岩松软,矿层厚度大,在开采中必须采取特殊措施,保证生产的安全和高效。如高岭土矿和滑石矿,它们的特殊性能要求在开采和巷道支护方面采取相应的特殊措施。露天开采中,由于滑石越纯润滑性越好,自然安息角小,常要求边帮放缓,这样会使基建投资和开采成本增加。

(四)矿石性质的特殊性对开采的特殊要求。

如纤维石膏价格高,但其质软易磨损,开采时需特别防止其受磨损,膨润土遇水后会迅速膨胀和崩解,不能采用湿式凿岩。高岭土砂矿由于矿石中含石英砂和砂砾,结构松散,冲采淘洗后高岭土矿易富集,开采时有条件的应当用水力开采以取得好的技术经济效果。

三、各矿种的开采简况

(一)石膏开采

中国石膏矿床规模大、质量好的都是沉积型。地下开采矿山有:邵阳石膏矿、平邑石膏矿、太原石膏矿等,南京石膏矿年产量为40×104t。荆门石膏矿是目前开采纤维石膏最大的矿山。露天开采的矿山一般规模较小,主要分布在甘肃、四川、宁夏、青海等省。

1.地下矿开拓运输方法

其方法有竖井开拓,如平邑石膏矿等;斜井开拓,如已采完的应城石膏矿;竖井、斜井联合开拓,如南京石膏矿;平硐开拓,如太原石膏矿、灵石石膏矿。灵石石膏矿曾用平硐溜井开拓,但不成功,雪花石膏(质量好的二水石膏)和一般普通石膏在通过大溜井放矿时易粉尘化,且夹有泥质,因此在水的作用下常造成溜井出矿口的堵塞事故,生产不正常;无水时漏斗放矿又尘埃迷漫,岩尘细微,用一般通风措施也难以解决问题。太原石膏矿采用平硐无轨开拓,于20世纪70年代末80年代初改用全无轨化采矿,当时在中国矿业界是第二个实例,既典型又具有先进性。该矿采用平硐无轨开采的有利条件是:矿体埋藏高于地面,矿层缓倾斜,倾角为5°~10°,适合平硐开拓和分层开采时汽车的运输;采用房柱法开采,采准切割巷道基本上都建于矿体内,可回收矿石,使基建投资下降;矿体及围岩稳固性好,矿房高达10 m,跨度12~15m,经久不垮,允许采用大型无轨设备;巷道断面大,但实际支护率仅8%,基建费用省;可边基建边生产,可局部投产、简易投产,见效快;生产规模不大,坑内运输车辆不多,通风比较好解决。该矿投产后结算,每吨矿石的单位投资仅43.75元,而那一时期同样规模的矿山都在100元以上。说明这种开拓方法是适于这一类型石膏矿体的。

2.石膏的开采工艺

分两类:一是纤维石膏矿的开采;二是雪花石膏、普通石膏和硬石膏矿的开采。纤维石膏硬度小,性脆,容易变成粉矿而损耗,开采装运时要避免捣运,避免用耙矿设备,避免用漏斗放矿,还由于矿石价值高(3倍于普通石膏),采用长壁选别充填采矿法,回采工作面崩落下的矿石用人工选别将矿石装入矿车,如荆门石膏矿。雪花石膏、普通石膏和硬石膏开采工艺相似,回采时用全面采矿法或房柱采矿法。

3.常用设备

地下开采时的技术装备主要是提升、运输、压气、通风、排水和采矿场的凿岩设备、装矿设备等。下面仅将提升设备举例说明如下(表3)。太原石膏矿无轨开采时多用轮胎式电动装载机,2 m3铲斗或较小铲斗的电动铲运机,汽车为10 t坑用自卸汽车,通风用二台4-72离心式通风机并联抽出式运行。

表3 石膏矿地下开采提升设备举例。

(二)金刚石开采

金刚石矿床分原生和次生。原生矿的产状有岩管型和岩脉型,次生的是金刚石砂矿。在开采方法上,岩管型的一般是露天或露天和地下联合开采。岩管产状特殊,是直通地表的近直立的管状,截面面积呈圆形或似椭圆形。通常面积为500~600 m2,大的达2000~3000 m2,有的甚至更大,一般岩管向深部面积愈来愈小,品位愈来愈贫,金刚石质量也变差(碎粒级增多),为尽快发挥投资效果,上部皆露天开采;一定深度后转入地下开采。原生矿岩脉的开采为地下开采,例如蒙阴红旗1号岩脉的开采,现已采完。次生的金刚石砂矿均为露天开采,品位不高,但宝石级金刚石含量高,经济效益好,例如原湖南常德金刚石矿和原山东郯城金刚石矿。

1.开拓运输方法

岩管的露天开采用公路螺旋线开拓,逆时针方向展线,用10 t汽车运输。金刚石砂矿一般都用公路开拓,汽车运输。

2.开采工艺

露天开采时分台阶开采,钻孔用YQ-150A型潜孔钻机,采用松动爆破,1 m3挖掘机,10 t汽车将矿石由回采工作面一直运到选矿厂。金刚石密度大,达3.52~3.55g/cm3,多富集于砂层底部和阶地的下部,开采时要注意清扫这些部位。也有用空气吸管清扫矿层底板的。

(三)石墨开采

中国晶质石墨矿都为露天开采,有:原南墅石墨矿、原北墅石墨矿、黑龙江萝北石墨矿、黑龙江鸡西石墨矿等。萝北石墨矿号称亚洲第一大矿。隐晶质石墨矿,都为地下开采,现开采的矿山有吉林磐石(烟筒山)石墨矿和湖南鲁塘石墨矿。

1.开拓运输方法

大型露天矿多用公路开拓,用载重量为15~20 t,个别也用8 t的自卸汽车运输。地下开采,用平硐或斜井开拓。

2.开采工艺

露天开采穿孔用KQ-150型潜孔钻机,采装工作用1~2 m3的电动挖掘机。地下开采的隐晶质石墨矿,由于矿石和围岩的稳固性差,均采用崩落采矿法,又由于石墨的滑腻性、摩擦角小等特点,将所有巷道都做成倾斜,创造性地使用了无底柱分段崩落法,矿石从工作面自溜至放矿溜井,除巷道倾角略小的设置些搪瓷溜槽,整个回采工艺不再设其他装运设备,具有设备简单、装运费省、容易掌握等优点。

(四)膨润土开采

膨润土是矿物成分以蒙脱石为主的粘土矿,又称蒙脱石粘土。其开采方法有露天开采和地下开采,矿石年产量大于20×104t属大型矿山,露天开采的有:辽宁黑山膨润土矿、河南信阳膨润土矿、甘肃金昌红泉膨润土矿、新疆托克逊县柯尔膨润土矿、新疆布克塞尔县夏子街矿等;地下开采的有浙江省临安膨润土矿、浙江仇山磁土矿、吉林九台膨润土矿等。按产量计露天开采占总产量的75%。包括中小型矿山全国有200余家。

露天开采普遍采用公路开拓,汽车运输。地下开采矿山都采用斜井开拓。

由于蒙脱石是不稳定矿物,吸水后要剧烈膨胀,此性能影响开采工艺选择,露天开采的黑山膨润土矿浅部为软质膨润土,深部为硬质膨润土。地下开采的膨润土矿常为硬质膨润土,临安膨润土矿和仇山磁土矿采用空场采矿法,九台膨润土矿用分层崩落采矿法。在回采工艺上不能用一般的湿式凿岩,不能用洒水除尘,而是要用电钻。

(五)石棉开采

石棉开采方法有露天开采和地下开采。目前中国规模较大的矿山皆为露天开采。有茫崖石棉矿、新疆巴州石棉矿、新疆若羌石棉矿、甘肃阿克赛石棉矿。其中茫崖石棉矿精矿产量达10×104t/a、阿克赛矿达20×104t/a、巴州矿达4×104t/a,是全国最大的三个矿区,差不多占全国总产量的85%。阿克赛矿的年产量差不多是全国总产量的50%。

1.开拓运输方法

露天矿山都采用公路开拓汽车运输,由于年采剥总量的增加,达(200~300)×104t甚至更大,运输汽车也向大载重量发展,现通常用15 t、20 t自卸式汽车。

2.开采工艺

一些大型石棉矿山设备比较现代化,开采台阶高度为12 m,穿孔设备采用KY-150型牙轮钻和YQ-150型潜孔钻;采装工作面已较普遍地采用2 m3、4 m3大型挖掘机,以取代小型挖掘机;辅助设备,如清理平整场地和收集矿岩用的推土机也已大型化。

(六)滑石开采

滑石大型矿山,有辽宁海城滑石矿,广西龙胜滑石矿,山东胶东地区的平度、海阳、栖霞等滑石矿。这三省的滑石生产量占全国总产量的85%,是中国滑石生产的三大基地。包括中小型矿山,全国有220多家滑石矿。

1.开采方法

有露天开采和地下开采。露天开采的有海城滑石矿,该矿开采矿点很多,有资料说该地区精矿总产量已达100×104t/a,海城东矿区范家堡子是中国最大的露天开采的滑石矿,广西龙胜滑石矿、山东平度滑石矿为凹陷露天开采。地下开采的有海城滑石矿西部矿区,山东胶东地区的海阳滑石矿和栖霞滑石矿等。

2.开拓方法

露天开采多用公路开拓汽车运输,海城矿东矿区露天开采用7 t、15 t自卸汽车运输,广西龙胜矿用12 t自卸汽车运输。地下开采,用竖井开拓的有胶东的栖霞滑石矿和海阳滑石矿;用平硐开拓的如海城矿西部矿区和海城的水泉滑石矿。

3.开采工艺

露天开采的海城东矿区露天矿,穿孔用YQ-150A潜孔钻机,挖掘用1 m3挖掘机,由于滑石质软,其莫氏硬度为1~1.5,有滑感,而且滑石纯度越高其润滑性越好,极易裂开成薄片,自然安息角小,约为35°~40°,极不稳固。围岩一般也均不稳固,节理、裂隙发育,这对开采工艺的影响很大,如海城东露天矿底帮最终边坡角仅40°,顶帮为36°是很缓的。使剥采比增加,造成基建投资和开采成本的增加。地下开采由于矿石及围岩不稳固使巷道支护困难,海城西部矿区采矿曾采用下向分层的选别充填采矿法,随着选矿技术的改进,允许降低入选矿石品位,开采时用无底柱分段崩落采矿法。山东栖霞,辽宁本溪、营口等滑石矿采用分段自然崩落采矿法。

由于滑石在工业上主要作粉体填料,多利用其白度,开采时要求不被第四纪土层及污浊的矿坑水所染色。手选后在工业上直接利用的要保护其纯度。

(七)云母开采

中国白云母的主要产地,新疆阿尔泰、四川丹巴和内蒙古土贵乌拉三大基地,现都已闭矿。金云母一般开采规模不大,有河南镇平、吉林集安等。碎云母矿河北灵寿矿区最大,还有江西、湖南、湖北、山西等矿点。由于云母纸和云母粉的生产和应用,碎云母的生产已占云母工业的主导地位。

云母露天开采的有新疆阿尔泰云母矿。

开拓运输方法:露天开采常用公路开拓、斜坡道开拓,由于开采量小也用无沟开拓。公路开拓,一般用5t自卸汽车运输。无沟开拓是用简易索道横跨采场提升运输。

由于云母矿价值昂贵而开采规模又小,开采工艺简单,炮孔布置要避开富矿带,爆破后在工作面上人工拣选装运。

(八)高岭土开采

高岭土按自然产出的形态及工业要求分:软质高岭土、砂质高岭土和硬质高岭土。软质高岭土规模最大的是苏州中国高岭土公司,产量为25×104t/a,品位高,原矿可直接在工业上利用,低档的作耐火材料。其手选1号泥比手选4 号泥价格高10 多倍,因此开采时要求保护优质土,保护原矿的纯度,并使其不变成碎屑状,过去多在回采工作面进行人工选别回采,现在开采规模大了,但为与手选车间的衔接,仍要适当选别回采。砂质高岭土(又称砂性高岭土),我国资源丰富,近10多年来蓬勃发展,建成许多大型和超大型矿山。如广东茂名高岭科技有限公司(10×104t/a造纸涂料级高岭土、广东茂名石化高岭土有限公司(5~8)×104t/a造纸涂料级高岭土、广西兖矿集团北海高岭土有限公司(10×104t/a陶瓷用高岭土)、福建龙岩高岭土公司(5×104t/a陶瓷用高岭土)等。正在建设的广西合浦沪天高岭土有限公司规模更大。硬质高岭土也称煅烧高岭土,中国一般是煤系硬质高岭岩(土)经深加工处理而得,由于硬质高岭岩是和煤共生、伴生,其开采是按煤的开采情况及其本身的赋存情况来定的。

高岭土矿的开采方法有露天开采也有地下开采,热液蚀变型和沉积型的高岭土矿一般浅部用露天开采、深部用地下开采。如苏州中国高岭土公司所属阳西矿区和阳东矿区都曾浅部用过露天开采。砂性高岭土皆为露天开采。由于矿石中含石英砂或砂砾,结构松散,冲采淘洗后高岭土易富集,且白度、细度好,有条件的应采用水采水运。如上述广东茂名的两个矿山及正在建设中的广西合浦沪天高岭土公司的矿山。福建龙岩高岭土公司也是砂性高岭土,规模也大,由于该处缺水,只能用一般的露天开采法,旱采旱运;广西兖矿集团的北海矿高岭土矿也是旱采旱运。

1.开拓运输方法

露天开采用过窄轨开拓,电机车牵引矿车运输,如苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区。砂性高岭土水采时,用水枪冲采和渣浆泵配合作业,矿浆从设于矿块中的集浆池用渣浆泵输送至选厂,一般采用200/150R-AH型渣浆泵通过直径为250mm塑料管输送。福建龙岩高岭土矿和广西兖矿集团的北海高岭土矿都采用公路开拓,汽车运输。地下开采有竖井开拓、斜井开拓等,如苏州中国高岭土公司所属的矿山。

2.开采工艺

水力开采采用SQ-80型、平桂-150型、平桂-200型水枪,冲下的渣浆用渣浆泵输送至粗选厂。这种开采方法的优点是工艺简单,设备简单,劳动生产率高,选矿厂的制浆工艺提前,采选一体化,这种方法在英国用得较多。龙岩高岭土矿和一般露天矿一样,采用挖掘机加汽车。该矿用WK-2型挖掘机,17 t自卸汽车。软质高岭土的地下开采,如中国高岭土公司阳西竖井、观山竖井等,由于矿体松软易碎,具有可塑性,遇水后有吸水性和膨胀性,同时还具有隔水性,是典型的塑性介质。脉内巷道采取封闭式支护,采矿方法结合松软厚矿体的特点采用分层崩落法。回采时用风镐及手镐落矿,据有关文献报道,国外有用沿进路自动推进的刮刀采装联合机进行回采的。底板大理岩中有纯净氮气,在该岩层中进行反井掘进时,采取预防氮气外漏的措施。

参考文献

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[2]采矿手册编辑委员会.采矿手册,第四卷.北京:冶金工业出版社,1990。

[3]非金属矿工业手册编辑委员会.非金属矿工业手册(上、下册) .北京:冶金工业出版社,1992。

[4]朱松耆.非金属矿工业应对WTO的浅议.中国建材,2002(6)

[5]唐靖炎,何保罗.我国非金属矿开发利用现状.中国建材,2006(1)

[6]胡勤,周伟.试论中国非金属矿工业发展战略.中国非金属矿工业导刊,2008(1)

A Brief Introduction to Mining Technology of Some Kinds of Non-metallic Minerals in China。

Zhu Songqi

(Suzhou Zhongcai Design and Research Institute for Non-metallic Mineral Industry,Suzhou Jiangsu 215004,China)

Abstract:The paper summarizes mining technology and practical experiences for several kinds of non-metallic minerals in China,such as gypsum,diamond,graphite,bentonite,asbestos,talc,mica and kaolin.The specific characteristics of mining technology for these minerals are briefly analyzed.Some illustrative cases of mining practices are introduced.。

Key words:non-metallic minerals,mining technology.。


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