段振元，余牛奔，黃晉顯

(江西省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊(duì)，江西 九江 332000)

江西贛北九瑞地區(qū)廣泛發(fā)育古生代至中生代碳酸鹽巖地層，相關(guān)礦產(chǎn)資源豐富，其中熔劑用石灰?guī)r、水泥用石灰?guī)r、飾面用石灰?guī)r都具有巨大的開發(fā)潛力和較高的開發(fā)價值。高任等[1]對九瑞地區(qū)晚古生代沉積構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行分析，認(rèn)為本區(qū)晚古生代主要發(fā)育碳酸鹽巖臺地和碳酸鹽巖緩坡沉積；肖承煌[2]認(rèn)為九瑞地區(qū)碳酸鹽巖建造為淺海相沉積環(huán)境。肖承煌[2-5]先后對九瑞地區(qū)方解石礦、飾面用大理石礦及瑞昌銅嶺白云巖地質(zhì)特征進(jìn)行過研究，并對它們的工業(yè)開發(fā)前景進(jìn)行了探討；盧觀送等[6]通過分析瑞昌碼頭鎮(zhèn)茅口組灰?guī)r地質(zhì)特征認(rèn)為其具有一級品水泥用石灰?guī)r礦和混凝土粗骨料Ⅱ類開發(fā)前景，九瑞地區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦的研究尚處于空白區(qū)。通過對江西省瑞昌市大北山礦區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦的勘探工作，填補(bǔ)了九瑞地區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦資源空白，提交資源儲量超1億噸，具有巨大的開發(fā)經(jīng)濟(jì)價值。本文通過對大北山礦區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦石特征進(jìn)行研究、探討礦石加工技術(shù)性能，為礦山開發(fā)利用提供參考。

1 礦區(qū)地質(zhì)概述

江西省瑞昌市大北山熔劑用灰?guī)r礦區(qū)位于贛北九瑞銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)，大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子板塊(I)、中下?lián)P子坳陷帶(I1)、九江坳陷(I11)之次級構(gòu)造鄧家山—通江嶺向斜西段南翼[7]。區(qū)內(nèi)出露地層有中二疊統(tǒng)茅口組，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、長興組，下三疊統(tǒng)殷坑組、青龍組、周沖村組及第四系(圖1)。地層總體呈單斜產(chǎn)出，走向近東西，傾向北北西，傾角52°～85°，向深部傾角逐漸變緩；礦區(qū)中部地層受巖體影響呈弧形變化，傾角較陡；礦區(qū)東部地層局部倒轉(zhuǎn)，傾向南南東，傾角75°～88°。其中中二疊統(tǒng)茅口組、上二疊統(tǒng)長興組、下三疊統(tǒng)青龍組及周沖村組屬淺海相碳酸鹽巖建造；上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為海陸交互相含煤建造；下三疊統(tǒng)殷坑組為一套淺海相碎屑巖建造。熔劑用石灰?guī)r礦體賦存于下三疊統(tǒng)青龍組地層中。

圖1 大北山熔劑用石灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)簡圖

青龍組分布于礦區(qū)大部區(qū)域，出露較好，與上覆地層周沖村組、下伏地層殷坑組呈整合接觸，厚度約621m，按巖性可分上、中、下三段。青龍組下段(T1q1)分布于礦區(qū)南部，巖性為薄層狀灰?guī)r夾薄層泥頁巖，二者的厚度比為10∶1～30∶1，泥頁巖風(fēng)化色呈淺黃、土黃色，新鮮色為黑色，單層厚度一般小于0.05m，厚度56～118m；青龍組中段(T1q2)分布于礦區(qū)中部，巖性以薄層狀灰?guī)r、碎屑灰?guī)r為主，局部夾中厚層狀灰?guī)r、礫屑灰?guī)r，中部與巖體接觸的灰?guī)r變質(zhì)為大理巖，厚度203.16m，為熔劑用石灰?guī)r礦Ⅱ礦體下部賦存層位；青龍組上段(T1q3)分布于礦區(qū)北部，巖性以中厚—厚層狀灰?guī)r為主，夾巨厚層狀灰?guī)r、鮞?；?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r，中部巖體外接觸帶的灰?guī)r變質(zhì)為大理巖，顏色以灰白色為主，局部呈肉紅色，厚度299.92m，為熔劑用石灰?guī)r礦Ⅰ礦體、Ⅱ礦體(上部)的賦存層位。

礦區(qū)處于鄧家山—通江嶺向斜西段南翼，向斜軸向近東西，軸面南傾，以東雷灣巖體為中心，西部為斜歪向斜，東部為倒轉(zhuǎn)向斜，在巖體附近向斜呈壓扭狀，構(gòu)成向南突出的似弧形構(gòu)造，弧頂遭巖體破壞。向斜核部由下三疊統(tǒng)周沖村組組成，兩翼依次為下三疊統(tǒng)青龍組、殷坑組及上二疊統(tǒng)長興組、龍?zhí)督M、中統(tǒng)茅口組。礦區(qū)層間破碎帶較發(fā)育，分布于巖體弧頂附近地層中，主要破碎帶有FA3、FA4。FA3產(chǎn)于青龍組與周沖村組之間，F(xiàn)A4產(chǎn)于青龍組上段。破碎帶由構(gòu)造角礫巖或密集節(jié)理、裂隙帶組成，膠結(jié)或充填物為鈣質(zhì)、鐵質(zhì)和泥質(zhì)等，F(xiàn)A4破碎帶規(guī)模較大，對熔劑用石灰?guī)r礦體有一定的破壞作用。

礦區(qū)巖漿巖主要為東雷灣中酸性巖體，巖性以花崗閃長斑巖和石英閃長玢巖為主[8]，呈小巖株?duì)?，侵入于向斜軸部，平面上近似等軸狀。另有零星的花崗閃長斑巖脈、輝綠玢巖脈或輝長輝綠巖脈。巖體外接觸帶熔劑用石灰?guī)r出現(xiàn)大理巖化，對礦體的化學(xué)成分影響小，其它零星的巖脈對礦體影響不大。

2 礦體特征

礦區(qū)圈定2個熔劑用石灰?guī)r礦體(I、II)，以Ⅱ礦體為主，Ⅱ礦體資源量占礦區(qū)總量的97.3%。礦體均賦存于下三疊統(tǒng)青龍組巖層中，屬典型的沉積礦床。

Ⅱ礦體賦存于青龍組中段(T1q2)至上段(T1q3)巖層中，礦體形態(tài)簡單，平面上呈寬帶狀，剖面上呈單斜的厚層狀產(chǎn)出。礦區(qū)內(nèi)沿走向控制礦體長度3 050m，礦區(qū)外礦體向東延伸出露長約5 000m，向西延伸出露長約3 000m。礦體厚度223.46～324.51m，平 均 厚 度273.62m，厚度變化系數(shù)8.4%，厚度穩(wěn)定。礦體控制標(biāo)高+282～-142.28m，賦存標(biāo)高+50～+282m，埋深0～234m。產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，走向?yàn)榻鼥|西，傾向340°～355°，傾角52°～80°；礦區(qū)東部近地表地層倒轉(zhuǎn)，傾角70°～88°。礦體頂板為青龍組上段的白云質(zhì)灰?guī)r或?qū)娱g構(gòu)造角礫巖，底板為青龍組下段薄層狀粉微晶灰?guī)r夾泥頁巖。礦體中夾石零星分布，厚度4～14.8m，巖性主要為高鎂質(zhì)的白云質(zhì)灰?guī)r、fSiO2含量大于4%的石灰?guī)r、層間破碎帶及巖脈。

Ⅰ礦體賦存于青龍組上段(T1q3)巖層中，位于Ⅱ礦體上部，兩礦體平行展布，平面相隔35～70m，呈層狀，出露長2 740m，厚度111.97～146.34m，出露標(biāo)高+100～+321.5m。礦體產(chǎn)狀與地層一致，走向近東西，傾向北北西，傾角60°～78°。頂板為青龍組上段薄層狀灰?guī)r夾薄層泥頁巖，底板為青龍組上段白云質(zhì)灰?guī)r或?qū)娱g構(gòu)造角礫巖。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

礦石工業(yè)類型為熔劑用石灰?guī)r，自然類型按巖性分為粉屑微屑灰?guī)r、砂屑粉屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、細(xì)粒大理巖，以粉屑微屑灰?guī)r、砂屑粉屑灰?guī)r為主。

3.2 礦石組構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要粉屑微屑結(jié)構(gòu)、砂屑粉屑結(jié)構(gòu)(圖2a)，其次為礫屑結(jié)構(gòu)(圖2b)、鮞粒結(jié)構(gòu)(圖2c)、細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)(圖2d)。礦石的構(gòu)造主要有薄—中厚層狀構(gòu)造(圖3a)、少量呈中厚—厚層狀構(gòu)造(圖3b、c)、塊狀構(gòu)造(圖3d)。

圖2 礦區(qū)熔劑用礦石結(jié)構(gòu)特征

圖3 礦區(qū)熔劑用礦石構(gòu)造特征

3.3 礦石物質(zhì)成分

(1)礦石礦物成分。

礦物成分主要為方解石、極少量白云石、微量的石英、泥質(zhì)、方解石脈和氧化鐵，并含少量介形蟲、海百合莖等生物屑，不同結(jié)構(gòu)類型礦石的礦物成分見表1。

表1 不同結(jié)構(gòu)類型礦石的礦物成分一覽表

方解石為淺灰白—灰色，粉、微屑，顆粒一般在0.01～0.06mm之 間，砂 屑(0.1～1.8mm)，少量呈粉、微晶(0.01～0.05mm)、鮞粒(0.2～ 2mm)、礫屑(2～28mm)形態(tài)產(chǎn)出，一般含量達(dá)94%～98%。

白云石為淺灰白—灰色、菱形半自形晶粒狀，粒徑0.05～0.1mm，與方解石共生，一般含量1%～5%，分布不均勻，部分結(jié)晶顆粒稍大，為次生。石英、泥質(zhì)微量～4%，主要分布于巖石層面和礦物間隙中，或?yàn)槟z結(jié)物成分。方解石脈沿巖石裂隙充填，晶粒0.25～0.8mm，脈較規(guī)則狀，脈寬約0.1～1.5mm，一般含量≤1%。黃鐵礦呈半自形晶、半自形菱形、半自形正方形，粒徑0.01～0.02mm，少量。氧化鐵(褐鐵礦)微量～3%，多呈星點(diǎn)狀及網(wǎng)脈狀分布于裂隙中。海百合莖橫切面呈圓形，中部具空腔，粒徑0.05～0.2mm，充填物為方解石。介形蟲長徑0.15～0.25mm，充填物為方解石。

(2)礦石化學(xué)成分。

礦石主要化學(xué)成分為CaO、MgO、SiO2，占化學(xué)成分總量的56%左右，Al2O3、Fe2O3、S、P僅占總量的1%以內(nèi)，灼失量平均值42.08%(表2)。主要有益組分CaO平均值53.28%，變化系數(shù)2.4%，屬均勻型；有害組分MgO平均值0.88%、變化系數(shù)66.87%，SiO2平均值1.45%，變化系數(shù)62.77%，兩者變化系數(shù)介于40%～100%，屬較均勻型。

表2 礦石化學(xué)成分一覽表 (單位：%)

4 礦石加工技術(shù)性能

4.1 煅燒試驗(yàn)

為驗(yàn)證礦石利用的可能性，采集了2件樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室煅燒試驗(yàn)，樣品巖性為粉屑微屑灰?guī)r、砂屑粉屑灰?guī)r。樣品主要化學(xué)成分與礦區(qū)礦石主要成分的平均品位相近，代表性較好(表3)。

表3 煅燒試驗(yàn)樣品與礦區(qū)礦石成分對比表 (單位：%)

將采集的樣品制成約8cm的近球形或方形的煅燒樣品，剩余礦石用破碎機(jī)破碎后制成石灰石化驗(yàn)樣，用于化驗(yàn)煅燒前樣品的CaO、MgO、SiO2、S、P的含量。

將煅燒樣品稱重，然后放入爐內(nèi)煅燒，煅燒時長為16h，恒溫點(diǎn)為750、850、950、1050℃，斷電60min(爐內(nèi)溫度降至600℃以下)，將煅燒完后的樣品取出，在室內(nèi)冷卻至室溫后稱重，并送化驗(yàn)室化驗(yàn)CaO、MgO、SiO2、S、P的含量、活性度及抗壓荷載等試驗(yàn)(表4)。煅燒后的活性石灰CaO含量較高，達(dá)93%以上，活性度達(dá)371mL以上，為高活性度石灰[9]，MgO、SiO2、S、P含量整體不高，抗壓載荷、燒成、燒損等指標(biāo)良好，表明礦石煅燒性能較好，可供作礦山加工設(shè)計(jì)依據(jù)。

表4 大北山礦區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦煅燒試驗(yàn)結(jié)果表 (單位：%)

4.2 加工工藝流程

礦區(qū)熔劑用石灰?guī)r礦參照周邊加工同類礦石企業(yè)的工藝流程：大碎塊(≤800mm)—破碎—碎塊(10～80mm)—煅燒(進(jìn)回轉(zhuǎn)、套筒窯)—活性石灰塊、粉(圖4)。

圖4 礦石加工工藝流程圖

4.3 礦石工業(yè)利用性能評價

礦石加工最終產(chǎn)品為活性石灰塊、粉，產(chǎn)品CaO平均含量93.50%，活性度平均380mL，MgO平均含量1.40%、SiO2平均含量2.50%、S平均含量0.069%、P平均含量0.006%，抗壓載荷2～6kN、燒成平均56.5%、燒損平均0.65%，質(zhì)量良好，能滿足市場要求，可供作礦山加工設(shè)計(jì)依據(jù)。在煅燒前分篩出來的礦石碎塊可作建筑石料綜合利用，粒徑小于5mm的細(xì)碎屑可制成人工砂，產(chǎn)品具有表面粗糙、多棱角、石粉含量高等特點(diǎn)[10]。

5 結(jié)論

(1)大北山熔劑用石灰?guī)r礦床礦石類型比較簡單，其自然類型主要為粉屑微屑灰?guī)r、砂屑粉屑灰?guī)r等內(nèi)碎屑灰?guī)r，礦物成分主要為方解石、極少量白云石、微量的石英、泥質(zhì)、方解石脈和氧化鐵，礦石主要化學(xué)成分CaO分布均勻，MgO及SiO2較均勻，礦石質(zhì)量好。

(2)礦石加工最終產(chǎn)品為活性石灰塊、粉，產(chǎn)品CaO含量及活性度較高，MgO、SiO2、S、P含量整體不高，抗壓載荷、燒成、燒損等指標(biāo)良好，質(zhì)量良好，能滿足市場要求，可供作礦山加工設(shè)計(jì)依據(jù)。

(3)礦區(qū)及周邊優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r礦資源豐富，本文分析熔劑用石灰?guī)r礦石特征、探討礦石加工技術(shù)性能，對開發(fā)礦區(qū)及周邊同類礦床具有一定的指導(dǎo)意義。