試論瓷石礦產(chǎn)及其地質(zhì)勘查評價(jià)

王根建，王建忠，葉立鑫

(1.福建省國土資源評估中心，福建 福州 350001；2.原福建省建材(控股)有限責(zé)任公司，福建 福州 350001)

通常一說到陶瓷原料礦產(chǎn)，人們就會想到高嶺土、長石、石英等傳統(tǒng)陶瓷原料礦產(chǎn)，其中最主要、應(yīng)用最廣泛的是高嶺土、瓷土、陶瓷土等礦產(chǎn)。隨著陶瓷業(yè)的不斷發(fā)展，另一類陶瓷原料礦產(chǎn)如硅灰石、透閃石、透輝石、瓷石等近年來也得到較廣泛的應(yīng)用，成為建筑陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷及日用瓷的重要原料。由于這類礦產(chǎn)礦石與傳統(tǒng)陶瓷原料按一定比例配制而成坯體，具有熔點(diǎn)和燒成溫度低，一次抹釉、速燒成型、減少收縮和變形，節(jié)省燃料消耗等優(yōu)點(diǎn)，故人們將其稱為節(jié)能陶瓷原料礦產(chǎn)。本文專門探討其中的瓷石礦。

1 瓷石的定義及特征

顧名思義瓷石指的是符合制瓷原料要求的巖石。目前，它與瓷土、陶瓷土一樣也為陶瓷業(yè)上的一種商品名稱。瓷石含較少或少量高嶺土礦物，且基本保留原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。因而，瓷石與高嶺土、瓷土、陶瓷土有明顯的區(qū)別。

在我國最早將瓷石作為陶瓷原料應(yīng)用的是江西景德鎮(zhèn)陶瓷企業(yè)，據(jù)說早在解放前在高嶺村附近與高嶺土共生的瓷石就已被用作制瓷原料。本文筆者之一葉立鑫在1970年底參加原國家計(jì)委地質(zhì)局組織的《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊》建材非金屬礦種部分內(nèi)容編寫時(shí)，建議將瓷石列入該手冊陶瓷原料對礦石質(zhì)量要求表中高嶺土的第三類(瓷土和瓷石)原料。但遺憾的是當(dāng)時(shí)未能同時(shí)將瓷石列入高嶺土礦床綜合評價(jià)礦種。1986年由原國家礦產(chǎn)儲量委員會辦公室對1972年版《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊》進(jìn)行了重新修訂，仍基本沿用了1972年版陶瓷原料的相關(guān)內(nèi)容及評價(jià)指標(biāo)不變，同時(shí)增補(bǔ)了瓷土瓷石的定義、主要礦物組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征內(nèi)容，但仍然缺瓷石的礦床實(shí)例，僅在高嶺土礦床綜合評價(jià)中增加了共生瓷石礦種。

瓷石的主要礦物成分是長石、石英或絹云母、石英，主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、TFe2O3、TiO2、K2O、Na2O等，其中SiO2含量多在70%～80%，Al2O3含量一般為10%～15%；有害成分TFe2O3、TiO2含量通常在1.0%左右；而K2O、Na2O含量普遍較高，通常在3%～8%。由于瓷石物質(zhì)組分具有以上特點(diǎn)，因而它可替代或部分替代長石、石英，與高嶺土按一定比例混合配制成的瓷坯料，可減少干燥、燒成時(shí)間，降低能耗，提高坯體機(jī)械強(qiáng)度，降低吸水率，減少干燥和燒成收縮及變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，故逐漸在陶瓷業(yè)上被推廣應(yīng)用。

目前已對福建省內(nèi)不少瓷石礦進(jìn)行了地質(zhì)勘查工作，提交了可供開采利用的瓷石礦勘查報(bào)告，并已在泉州晉江—德化及閩清兩大陶瓷生產(chǎn)基地得到較普遍應(yīng)用，成為一種重要的制瓷原料。

由于種種原因，至今我國尚未將瓷石正式列為一個(gè)礦種。目前福建省內(nèi)提交的瓷石礦地質(zhì)勘查報(bào)告中估算的礦石資源儲量暫時(shí)掛靠在高嶺土或陶瓷土礦種名下，有的還在高嶺土或陶瓷土名稱之后加上(瓷石)以示區(qū)別。

2 瓷石礦床類型及其特征

從目前掌握的資料看，瓷石礦床成因類型大體可劃分為以下三大類：①中酸性侵入巖經(jīng)熱液蝕變而形成；②中酸性火山巖經(jīng)熱液蝕變而成；③中酸性侵入或火山巖經(jīng)微弱風(fēng)化作用或弱風(fēng)化疊加熱液蝕變作用而形成的混合型瓷石礦床。

2.1 中酸性侵入巖熱液蝕變型瓷石礦床

這類瓷石的原巖已知有花崗巖、花崗斑巖、石英斑巖、花崗閃長巖等，多為淺成侵入巖。原巖經(jīng)后期不同程度熱液的蝕變，當(dāng)其主要化學(xué)成分達(dá)到制瓷原料要求時(shí)，可成為瓷石礦床。

瓷石基本保存原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，通常呈致密、中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)或變晶花崗結(jié)構(gòu)或斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分以斜長石、鉀長石、石英為主，含少量黑云母、角閃石等，部分長石蝕變形成高嶺土化、絹云母化、白云母化、硅化、葉蠟石化等。

礦石化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3，含少量TFe2O3、TiO2，K2O、Na2O含量普遍較高，一般在3%～8%，有的礦區(qū)K2O含量比Na2O多些，而有的礦區(qū)則相反。

礦石自然白度多在50～70之間，燒成后白度有不同程度提高。無可塑性或可塑性很低，當(dāng)研磨成粉末后可塑性略有提高，但塑性指數(shù)仍遠(yuǎn)低于7。干燥收縮率0～0.3%，耐火度在1 200～1 600℃。

礦床規(guī)模一般大、中、小型均有，既有單一瓷石礦床，也有與高嶺土礦形成共生礦床，是瓷石礦床主要工業(yè)類型。

2.2 中酸性火山巖熱液蝕變型瓷石礦床

這類瓷石的原巖已知有流紋巖、流紋斑巖、凝灰?guī)r等，巖石遭受熱液蝕變后形成絹云母化、葉蠟石化或硅化流紋巖、流紋班巖、凝灰?guī)r等。礦石仍基本保存原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，一般呈斑狀結(jié)構(gòu)、熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)、凝灰結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。主要礦物成分斑晶為斜長石、鉀長石、石英，其中長石多已蝕變?yōu)榻佋颇福糠指邘X土化，基質(zhì)為長英質(zhì)。礦石主要化學(xué)成分及物理性質(zhì)與前述礦床類型礦石基本相似。

礦床規(guī)模多為中型、小型礦床，主要分布于火山巖發(fā)育地區(qū)，一般多形成單一瓷石礦床，也有與高嶺礦床共生，亦是瓷石礦床主要工業(yè)類型。

2.3 混合類型瓷石礦床

這類礦床是中酸性侵入巖或火山巖受弱風(fēng)化作用或弱風(fēng)化疊加熱液蝕變作用而形成的，通常與風(fēng)化殘余型高嶺土礦體形成共生礦床。一般高嶺土礦體位于地表淺部，而瓷石礦體則位于高嶺土礦體底板或深部圍巖中。瓷石的原巖既有單一的中酸性侵入巖類或火山巖類巖石，亦有中酸性侵入巖與火山巖同時(shí)出現(xiàn)的混合類型原巖。其礦體賦存特征、礦石物質(zhì)組分及物理性能等與前兩個(gè)類型瓷石礦床特征大體相類似。

礦床規(guī)模多屬中、小型，瓷石礦體一般埋藏較深，需采用地下開采方式開采，目前開發(fā)利用較少，屬次要工業(yè)類型礦床。礦床實(shí)例有福建古田粗坑礦區(qū)天池礦段及寧化青瑤礦區(qū)等。

據(jù)著名的龍巖東宮下高嶺土礦山生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，高嶺土礦體中混夾的瓷石塊礦石量約占總礦石量的15%～20%左右，過去當(dāng)作廢石掉棄，其化學(xué)成分一般能符合制瓷原料要求時(shí)，在礦山開采高嶺土礦體時(shí)應(yīng)綜合回收利用。

3 瓷石礦產(chǎn)地質(zhì)勘查評價(jià)

3.1 工業(yè)指標(biāo)要求

根據(jù)陶瓷配制瓷坯料和大部分釉料對主要成分的基本要求，通常需采用高嶺土(或部分塑性粘土)與長石、石英等主要礦石原料及其他一些輔助原料按一定配方組合制成坯料。坯料的基本化學(xué)成分為SiO2、Al2O3，以確保燒成后形成的莫來石相和玻璃相比例適當(dāng)。同時(shí)坯料中的TFe2O3和TiO2等有害成分含量要低，并含適量的K2O、Na2O成分起助熔劑作用。若采用瓷石替代(或部分替代)價(jià)格相對較高的長石、石英，還能起到降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用。因此，近年來越來越多的陶瓷企業(yè)使用瓷石，從而促進(jìn)了瓷石礦地質(zhì)勘查工作。

根據(jù)福建省內(nèi)已勘查的瓷石礦區(qū)地質(zhì)及礦山生產(chǎn)資料(表1)，筆者提出以下瓷石礦床一般工業(yè)指標(biāo)方案供研究參考。

(1)礦石質(zhì)量指標(biāo)：邊界品位≥9%～ 10%；工業(yè)品位Al2O3≥10%～13%；TFe2O3+TiO2≤1.5%～2.0%，其中TiO2≤ 0.6%；K2O+Na2O 4% ～ 11%之間均可，二者含量比例可不限。

(2)開采技術(shù)指標(biāo)：礦體最小可采厚度≥2m；夾石剔除厚度≥2m(當(dāng)?shù)叵麻_采時(shí)可為≥1m)；最低開采標(biāo)高：一般按劃定的礦區(qū)范圍及開采標(biāo)高確定；安全爆破距離≥300m。

3.2 勘查技術(shù)方法

以往在勘查高嶺土或陶瓷土礦床時(shí)，瓷石礦產(chǎn)作為共生礦產(chǎn)進(jìn)行綜合勘查和綜合評價(jià)。隨著瓷石越來越多的在陶瓷生產(chǎn)中被利用，對單一瓷石礦產(chǎn)的勘查也逐漸增多。僅福建省近十多年來就先后勘查和提交了十余處礦區(qū)勘查成果，并大多陸續(xù)進(jìn)行了開發(fā)利用。筆者綜合整理了有關(guān)瓷石礦床勘查工作技術(shù)方法等方面的資料供勘查時(shí)參考。3.2.1 勘查方法、勘查類型及工程間距

由于目前我國尚無瓷石礦種的地質(zhì)勘查規(guī)范，故瓷石礦床的勘查工作方法及工程布置等一般是參照陶瓷原料高嶺土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。瓷石礦床勘查方法一般采用平行勘查線法或網(wǎng)格法布置勘查工程。

瓷石礦床勘查類型一般根據(jù)主礦體地質(zhì)特征(如礦體形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu))及構(gòu)造復(fù)雜程度、礦體規(guī)模及厚度穩(wěn)定程度等主要因素，劃分為以下三種勘查類型：①第Ⅰ勘查類型：主礦體形態(tài)規(guī)則—較規(guī)則，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單(礦石質(zhì)量穩(wěn)定或變化有規(guī)律，無夾石)，礦體厚度穩(wěn)定，構(gòu)造簡單的大、中型礦床；②第Ⅱ勘查類型：主礦體形態(tài)較規(guī)則，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單，有少量或無夾石，厚度較穩(wěn)定，構(gòu)造較簡單或中等復(fù)雜的中—小型礦床；③第Ⅲ勘查類型：主礦體形態(tài)不規(guī)則、厚度不穩(wěn)定，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及構(gòu)造復(fù)雜，夾石多的小型礦床。

表1 福建省部分瓷石礦區(qū)勘查工業(yè)指標(biāo)

勘查工程間距：在劃分勘查類型的基礎(chǔ)上，類比和參考高嶺土礦床勘查工程間距，結(jié)合瓷石礦床特征，工程間距可考慮適當(dāng)放稀一些。現(xiàn)通過多個(gè)已勘查礦區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出以下工程間距供參考(表 2)。

表2 瓷石礦床勘查類型及工程間距參考

3.2.2 勘查手段

瓷石礦床勘查手段與高嶺土及其他一些非金屬礦床勘查手段大體相同。值得注意的是，不少礦區(qū)瓷石主礦體傾角較陡(多50～80°不等)，呈寬脈狀產(chǎn)出，此時(shí)采用斜孔鉆、坑內(nèi)鉆孔或穿脈巷控制礦體更為有利。

在具備采用物探條件的礦區(qū)，可考慮有針對性地采用幾種物探方法進(jìn)行勘查，了解礦體分布范圍、覆蓋層分布與厚度、破壞礦體的較大斷層、脈巖等，以便指導(dǎo)后續(xù)勘查工程布置和驗(yàn)證工作。

3.2.3 勘查控制程度

瓷石礦床勘查控制程度總體應(yīng)達(dá)到《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》的要求。

一般情況下，在勘查初期是采用稀疏網(wǎng)度工程(通常按探求控制的資源儲量工程間距放大一倍或一倍以上的間距)，大致了解勘查區(qū)內(nèi)礦體總體分布范圍。在此基礎(chǔ)上逐步對主礦體部分地段或首采區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)工程加密控制，以探求一定比例控制的或控制的+探明的資源儲量。而對于接近礦界的邊部地段或近最低開采標(biāo)高的深部地段，一般是采用稀疏工程控制，或利用已施工的近邊部、深部工程進(jìn)行合理外推以探求(333)資源量。對主礦體走向兩側(cè)或上、下盤分布的，可與主礦體同時(shí)開采的小礦體或共生高嶺土小礦體，應(yīng)注意進(jìn)行綜合勘查和評價(jià)。

通常情況下，普查階段探求(333)或(333+334)資源量，其中(333)占比例不低于70%；詳查階段探求(332+333)資源量，其中(332)比例一般應(yīng)占30%～50%；勘探階段探求(331+332+333)資源量，其中(331)占總量比例一般占總量比例10%～15%，(331+332)資源量占總量比例≥30%。

從已有礦山生產(chǎn)實(shí)踐已證明，達(dá)到了上述各類型資源量及比例要求的勘查報(bào)告，一般均能較好地滿足礦山建設(shè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需要。

3.2.4 采樣測試

瓷石礦床勘查時(shí)采樣測試工作總體可參照高嶺土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行，一般按不同礦石類型分別采取樣品。

4 礦石加工技術(shù)性能試驗(yàn)研究

瓷石礦石一般不需要進(jìn)行專門的選礦作業(yè)。通常是在采礦工作面或裝車時(shí)對肉眼能識別的夾石及廢石塊人工挑揀剔除即可。

通常瓷石礦山是按用戶的要求將礦石運(yùn)到礦山旁的破碎場進(jìn)行破碎碾磨并篩分出不同規(guī)格粒度的碎石或“石米”后銷售給用戶。因此要采集一定數(shù)量樣品送有關(guān)實(shí)驗(yàn)單位進(jìn)行簡單的破碎、篩分工藝流程試驗(yàn)，以查明礦石加工的難易程度及加工技術(shù)性能。亦可收集鄰近類似礦山礦石的生產(chǎn)加工資料與本礦區(qū)礦石進(jìn)行類比評述后確定。

5 礦床開采技術(shù)條件

瓷石礦床開采技術(shù)條件應(yīng)按相關(guān)規(guī)范和規(guī)定的要求進(jìn)行勘查工作。普查階段一般要達(dá)到基本查明程度，詳查和勘探階段一般要達(dá)到詳細(xì)查明程度。