夏浩東，鄧會娟，易錦俊

(國土資源實物地質(zhì)資料中心，河北 三河 065201)

蔣福山紫砂陶瓷頁巖礦床地質(zhì)特征及勘查開發(fā)意義

夏浩東，鄧會娟，易錦俊

(國土資源實物地質(zhì)資料中心，河北 三河 065201)

蔣福山紫砂陶瓷頁巖礦床是一處構(gòu)造簡單、礦體產(chǎn)狀形態(tài)清晰、礦石質(zhì)量穩(wěn)定、易于開發(fā)的非金屬礦產(chǎn)地。其礦體由薊縣系洪水莊組頁巖組成，經(jīng)工業(yè)部門試驗證明，可制造優(yōu)良建筑材料，在北方廣大地區(qū)具推廣意義。

頁巖礦床；地質(zhì)特征；開發(fā)；河北三河

蔣福山紫砂陶瓷頁巖礦床位于河北省三河市段甲嶺鎮(zhèn)后山村，其主礦體為薊縣系洪水莊組二段，巖性主要是頁巖，可作為生產(chǎn)紫砂陶瓷墻地磚原料。該礦床構(gòu)造簡單、礦體產(chǎn)狀形態(tài)清晰、礦石質(zhì)量穩(wěn)定，易于開發(fā)。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地層

本區(qū)域是中—晚元古時期的沉降中心區(qū)，地層發(fā)育完全，層系特征明顯，主要出露地層有：薊縣系鐵嶺組，主要巖性為以白云巖為主的碳酸鹽巖；薊縣系洪水莊組，主要巖性為頁巖及含砂頁巖等粘土質(zhì)、碎屑質(zhì)巖；薊縣系霧迷山組，主要巖性為白云巖等碳酸鹽巖(見右圖)。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于莊果峪向斜北端，向斜軸為近南北向，地層產(chǎn)狀表現(xiàn)為東翼陡、西翼緩。

區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造是橫貫礦區(qū)中部的斷裂破碎帶(F1)。斷裂帶延伸方向135°左右，斷裂帶寬200m，具平移性質(zhì)，即北盤西移，南盤東移，位移大于200m。斷裂帶對礦體造成一定的破壞，斷裂帶中均為斷裂碎裂巖。斷裂向東南、西北兩方向均有較大延伸，是區(qū)域上比較顯著的斷裂帶。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動不發(fā)育，僅在礦區(qū)北部及中南部見有兩條有一定規(guī)模的細晶巖脈，巖脈對礦體的連續(xù)性破壞不大。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦層系特征

含礦層系為薊縣系洪水莊組二段。本段巖石組成自下而上分為5層。其中1層和5層為黑褐色砂質(zhì)頁巖與粉砂巖互層，分別是礦體的頂?shù)装濉?、3、4層(Jxh22、Jxh23、Jxh24)為礦體，2、4層為灰綠色頁片狀頁巖，3層由黑灰色頁片狀頁巖組成。從顏色上看，1至5層為黑褐—灰綠—黑灰—灰綠—黑褐；從沉積特點可看出粗—細—粗的韻律。

2.2 礦層特征

礦區(qū)出露的薊縣系洪水組二段2、3、4層即為礦體，分別分布于軸向為南北的向斜兩翼。礦層厚度基本穩(wěn)定。向斜西翼厚68～91m，東翼厚60～80m。礦層南北延長西翼為2 750m，東翼為1 850m。

2.3 礦石礦物成分

頁巖即為礦石，具粉砂泥狀結(jié)構(gòu)，纖維層狀—頁片狀構(gòu)造。

礦石的礦物成分簡單，粘土礦物占70%以上，主要礦物是伊利石，少量絹云母、綠泥石和高嶺石，富含有機質(zhì)。粘土礦物為隱晶—顯微鱗片狀，彼此緊密結(jié)合在一起，組成巖石基底。絹云母呈顯微鱗片狀至細片狀，分布于粘土礦物基質(zhì)中，無方向性，雜亂分布。由于受氧化鐵質(zhì)污染，多為黃褐色。碎屑成分為微細石英粉砂，不均勻分布于粘土礦物基質(zhì)中，局部集中呈層紋狀分布。

2.4 礦石化學(xué)成分

礦石的化學(xué)成分(見表1)主要為SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3等，礦石的化學(xué)成分質(zhì)量分數(shù)滿足一般工業(yè)質(zhì)量要求，其含量與變化基本穩(wěn)定。礦石質(zhì)量沿礦層走向上或是傾向上穩(wěn)定性較好。

表1 礦石化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

3 礦物成分和化學(xué)成分在制陶中的質(zhì)量評述

SiO2在礦石中呈砂狀，屬瘠性原料，在陶瓷坯體的干燥過程中可減少其收縮，縮短干燥時間，防止變形，在制陶過程中起有益作用。在燒成過程中起瘠化作用，由于加熱膨脹可補償部分坯體收縮。一部分在高溫下生成莫來石，成為坯體的骨架，以提高成品的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性。另一部分則與堿金屬和堿土金屬氧化物在高溫下形成玻璃質(zhì)，填充于胎體骨架之間，從而使產(chǎn)品致密；其次，部分游離的SiO2起骨架作用。若含量超過70%，易使成品的熱穩(wěn)定性降低，一般要求57%～65%。本礦SiO2平均含量65.96%，含量稍高，但尚能符合制陶要求。

Al2O3在坯料中主要與SiO2在高溫下生成莫來石，起骨架作用，并能提高坯料的燒成溫度與大坯料的燒結(jié)作用，提高成品的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。如含量低于15%時，則降低燒成溫度，并縮小燒結(jié)范圍，易造成制品變形和熱穩(wěn)定性降低。一般要求16%～25%。本礦Al2O3平均含量為14.97%，含量稍低，但尚能滿足工藝要求。

Fe2O3在陶土中屬著色礦物，在精陶制品中為有害雜質(zhì)，含量不宜過高，而制彩色陶瓷制品時應(yīng)根據(jù)色澤控制Fe2O3的含量。一般控制在5%～10%之間。本礦Fe2O3平均含量為3.46%，能滿足制精陶要求。

K2O、Na2O等堿金屬氧化物，易溶于水，能降低制品的燒成溫度，在陶瓷坯料中能熔融部分SiO2和Al2O3玻璃相，加速莫來石的生長，故能提高成品機械強度，促進坯體燒結(jié)，含量要求為5%～7%。本礦平均含量為6.93%。

從以上的分析看，礦區(qū)的礦石質(zhì)量較佳，化學(xué)成分滿足制陶工藝要求，與我國南方陶瓷原料具有一定的可比性。

4 礦石技術(shù)加工性能

河北省唐山陶瓷研究所對三河市蔣福山頁巖彩色釉面墻地磚工藝進行了試驗，結(jié)果如下：

(1)工藝流程：頁巖→粉碎→珠磨→造漿→過篩→濃縮→成型→烘干→上底釉→燒成→上面釉→燒成→裝箱。工藝指標見表2。

(2)底釉配方(%)：無堿纖維塊28；長石粉12；章村土25；蘇州土10；石英粉15；鋯英石粉10；三聚磷酸鈉0.2；甲基纖維素0.2，合計為100.4。

表2 工藝指標一覽

(3)施釉量：5～5.2g(100mm×200mm×0.025mm)。

(4)底釉用料比(%)：料∶球∶水為l∶2∶0.5。

(5)釉漿細度：萬孔篩篩余0.03%～0.05%，篩孔260目。

(6)面釉配方(%)：66l熔塊26；章村土14.4；長石粉10；氧化鋅3；硅灰石粉22；氧化鋁5；磷灰石1；超細鋯英石粉8；三聚磷酸鈉0.3；甲基纖維素0.3；中堿熔塊5。

(7)面釉用料比(%)：料∶球∶水為l∶2∶0.55，每噸加細氧化鈷30g(260目細度)。

(8)施釉量：19～20g(100mm×200mm×0.1mm)。

(9)窯爐燒成溫度：上窯574～623℃；成品窯1029～1 099℃(最高1 130℃)。

(10)釉面紫砂陶瓷磚性能：相對密度2.3～2.4 g/cm3；吸水率＜4%；使用溫度-20～100℃；抗壓強度15～25MPa；耐酸度＞95%；耐堿度＞84%；莫氏硬度6～7；耐磨值＜0.5。

5 勘查開發(fā)意義

薊縣系洪水莊組頁巖在我國北方燕遼地區(qū)廣泛出露，西起宣化、密云，延至興隆、寬城—薊縣一帶，沉積厚度巨大，東至遼西凌源、建平、朝陽等地。巖性較穩(wěn)定，厚度變化較大，但頁巖資源量極其豐富。

頁巖資源的開發(fā)利用已多有報道，且在降低坯料生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量指標、節(jié)約能源等方面極具經(jīng)濟效益。本礦床的勘查與開發(fā)在河北省尚屬首次，作為一種新興建筑材料，目前已用于彩釉墻地磚生產(chǎn)。除此之外，在輕質(zhì)墻體材料、膨化球體材料及化肥添加劑等領(lǐng)域均有廣泛用途，是一個有著廣闊前景的朝陽產(chǎn)業(yè)，極具推廣意義。尤其是在耕地資源緊缺，保護土地意識日益加強的形勢下，開發(fā)粘土型頁巖礦床，更具有現(xiàn)實意義。

[1]全國礦產(chǎn)儲量委員會辦公室.礦產(chǎn)一般工業(yè)手冊[M].北京:地質(zhì)出版社,1987.

[2]蘇炳忻,王世明.衡山縣湖泉坳紫砂陶土礦床地質(zhì)特征及工業(yè)應(yīng)用分析[J].湖南地質(zhì),1995,14(4):243-245.

[3]高利軍,孫際茂,等.湘西卡棚紫砂陶土礦地質(zhì)特征及開發(fā)應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2006,(6):49-5.

[4]河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1989.

[5]王錫榮.常山縣烏麥坑頁巖礦床地質(zhì)特征及其利用前景[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2009,(1):57-58.

[6]姚文博.利用紫色頁巖、砂巖研制紫砂陶產(chǎn)品[J].河北陶瓷,1991,(6):16-17.

[7]李國慶,劉宏偉.利用低質(zhì)原料頁巖生產(chǎn)釉面磚[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2005,(3):25-26.

Geological Characteristics and Exploitation of Jiangfushan Red Stoneware Ceramic Shale Deposit

Xia Haodong, Deng Huijuan, Yi Jinjun
(Cores & Samples Centre of Land & Resources, Sanhe 065201, China)

Located in the northern end of Zhuangguoyu syncline in Hebei Province, the Jiangfushan shale deposit has been considered as an easy-exploited non-metallic deposit with simple structures, clear ore occurrences and good qualities. Its ore body is composed of shales which are located at the second member of Hongshuizhuang Formation, Jixianian System; and the tests by the relevant industrial sectors have proved the shales to be excellent building materials. To promote the development of the clay-type shale deposits in the vast north China is of great significance.

shale deposit; geological characteristics; exploitation; Sanhe

P619.231

A

1007-9386(2010)02-0054-03

2010-01-11