安徽省宣城市石炭系陶土矿地质特征及工艺性能

马建勇

(安徽省地质矿产勘查局322地质队)

陶土矿属沉积型矿床，赋存的有利层位为石炭系高骊山组[1-2]，宣城市与宜兴市相邻，有相似的地层层位及沉积环境，在广德县、宣城市宣州区、宁国市、泾县等地石炭系高骊山组地层中发现了陶土矿，并已经进行了开采。现阶段，宣城市多地建有琉璃瓦厂，所用主要原料即为当地石炭系高骊山组地层中的陶土。为进一步指导宣城地区陶土矿找矿及开发利用工作，本研究对宣城广德牯子山、泾县琴溪、水东王胡、广德西卡4个矿区进行调查研究，对该类矿区陶土矿床地质特征及其工艺性能进行探讨。

1 区域成矿地质背景

宣城市大地构造位于扬子准地台下扬子台拗皖南陷褶断带黄山凹褶断束、绩溪穹褶断束内(图1)，地层包括皖南区、皖南分区、宣城小区和太平小区，出露地层主要为志留系—白垩系及第四系。区内构造可分为印支、燕山及喜山三大阶段，运动频繁、强烈，发育NE、近EW向2组断裂，以NE向断裂为主。区内侵入岩是以印支期、燕山晚期为主的一套中性—中酸性—酸性岩浆岩，构成了巨大岩体，岩株、岩脉、小型岩体十分发育[1]。

2 调查区地质特征

2.1 地 层

宣城石炭系陶土矿调查区内寒武系—白垩系出露较齐全，与成矿有关的地层主要为石炭系高骊山组(C1g)、金陵组(C1j)，主要分布于广德县新杭镇地区、宣城市水东镇地区、新田镇地区、华阳地区、泾县琴溪镇地区、宁国市港口镇(图2)。石炭系高骊山组(C1g)下部岩性为青灰、灰红、紫红色粉砂质页岩、粉砂质泥岩，是紫砂陶土矿的主要赋存部位，底部岩性有时为中细粒石英砂岩，局部含菱铁矿，与下伏金陵组接触界线较清楚，为假整合接触；上部岩性为灰黄、灰紫、紫红色夹杂色细砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩，中上部夹紫红色粉砂质黏土岩，厚度一般为0.2～3.5 m[3-4]。石炭系金陵组(C1j)厚度不大，地层稳定，岩性为深灰色、黄绿色中厚层极细粒岩屑石英砂岩、粉砂岩夹粉砂质泥岩、碳质泥岩，局部见含钙质泥岩，产腕足类和棘皮动物化石，层厚12 m，与下伏擂鼓台组地层呈假整合接触。

图1 宣城地区地质构造特征

图2 宣城市石炭系陶土矿调查区地质特征

2.2 构 造

调查区内构造可分为印支、燕山及喜山三大阶段。该区印支期从寒武系至中三叠统形成了厚达10 400 m的巨厚海相沉积，无显著的不整合现象，仅在中三叠世后或早侏罗世前，才发生了显著的褶皱运动——印支运动。印支运动基本结束了区内大规模的海相沉积阶段，使得区内寒武系至中三叠统(或上三叠统)全部卷入了褶皱。

区内主要有江南深断裂带、周王断裂及次生断裂。周王断裂由贵池向东经青阳县木镇到宣城周王至水东一带。宣城地区内该断裂长40 km，宽15 km，断裂带形成于加里东期，在燕山晚期—喜山期断裂活动较强烈。江南深断裂由东至经广阳沿青弋江斜贯宣城地区，自泾县—敬亭山—南漪湖—东坝一线，呈NE向延伸，在宣城地区长80 km，影响宽度达10～15 km。该断裂活动性延续较长。敬亭山—狸头桥一线为断裂破碎带，纵横断裂密集，形成了大量断层角砾岩。泾县西部泥盆系逆掩于宣南组红层之上。区内褶皱使矿体形态、厚度发生了变化。断裂构造破坏了地层的连续性，影响了矿床规模。

2.3 岩浆岩

区内的岩浆岩主要为燕山晚期侵入的一套中性—中酸性—酸性岩浆岩。该区岩浆岩的侵入体有多个，其分布受褶皱及断裂控制，主要有昆山岩体、马山铺花岗闪长斑岩体、麻姑山岩体、姚村花岗岩体、罗家村斜长花岗斑岩体以及订溪、茂林岩体等。围岩蚀变主要有钾长石化、叶腊石化、蛇纹石化、滑石化，次为沸石化、碳酸盐化、绿帘石化、绿泥石化、硅化、高岭土化及黄铁矿化等[5]。岩体对早期的沉积岩型矿床有一定的影响，会对矿体进行切割，或受热液作用(烘烤作用)而产生强烈硅化，从而降低了矿石的使用价值，因此区内岩体增加了地层找矿难度。

3 矿床地质特征

调查区内矿体主要赋存于石炭系下统高骊山组中，地层呈层状、似层状产出，矿体、产状与围岩一致。岩性主要为紫红色含粉砂质泥岩、青色泥岩、黄褐色泥岩以及暗红色泥岩，岩石结构构造为薄层状结构、中层状结构、泥质结构，块状构造。岩石主要矿物成分为泥质、石英及少量云母[6-9]。根据相关工艺指标，矿体可划分为陶土矿、紫砂配料矿2类。

3.1 矿体特征

琴溪调查矿区主要矿体(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#矿体)基本呈层状产出，由西南向北东伸展。其中，Ⅰ#矿体长约2 050 m，出露矿体厚3～4 m；Ⅱ#矿体长约2 150 m，出露矿体厚约4 m；Ⅲ#矿体长约2 110 m，出露矿体厚25～30 m。根据矿体采样分析，估算该区陶土矿334类资源储量为1 193.82万t。

王湖调查区主要矿体(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#矿体)基本呈层状产出，由西南向北伸展。其中，Ⅰ#矿体长约1 550 m，出露矿体厚3～4 m；Ⅱ#矿体长约1 610 m，出露矿体厚1～1.2 m；Ⅲ#矿体长约1 680 m，出露矿体厚2.1～2.5 m；Ⅳ#矿体长约1 650 m，出露矿体厚0.9～1.2 m；Ⅴ#矿体长约1 610 m，出露矿体厚1.5～19 m；Ⅵ#矿体长约1 680 m，出露矿体厚2.2～2.5 m。根据矿体采样分析，认为Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅴ#、Ⅵ#矿体为陶土矿，Ⅲ#、Ⅳ#矿体为紫砂配料矿，估算该区陶土矿、紫砂配料矿334类资源总量为371.02万t，其中陶土矿资源储量为261.58万t，紫砂配料矿资源储为109.44万t。

西卡调查区的10个主要矿体(编号分别为Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅶ#、Ⅷ#、Ⅸ#、Ⅹ#)基本呈层状产出，由西南向北东伸展。其中，Ⅰ#矿体长约915 m，出露矿体厚2～2.5 m；Ⅱ#矿体长约905 m，出露矿体厚1～1.15 m；Ⅲ#矿体长约895 m，出露矿体厚2～2.25 m；Ⅳ#矿体长约882 m，出露矿体厚7～7.3 m；Ⅴ#矿体长约882 m，出露矿体厚2～2.4 m；Ⅵ#矿体长约836 m，出露矿体厚2～2.3 m；Ⅶ#矿体长约827 m，出露矿体厚2～2.1 m；Ⅷ#矿体长约793 m，出露矿体厚1.9～2.0 m；Ⅸ#矿体长约783 m，出露矿体厚3.8～4.0 m；Ⅹ#矿体长约780 m，出露矿体厚3.9～4.2 m。根据矿体采样分析，认为Ⅰ#、Ⅲ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅷ#、Ⅹ#矿体为陶土矿，其余矿体为紫砂配料矿，估算该区陶土矿、紫砂配料矿334类资源总量为296.48万t，其中陶土矿资源储量为161.86万t，紫砂配料矿资源储为134.62万t。

牯子山调查区主要分布有南部Ⅰ#主矿体及北部Ⅱ#小矿体。Ⅰ#矿体呈层状，NE向伸展，长850 m，两端宽300～330 m，中间宽380 m，厚约300 m。Ⅱ#矿体平面呈层状，NE向伸长，长275 m，宽70～200 m，厚126 m。根据矿体采样分析结果，认为Ⅰ#、Ⅱ#矿体均为陶土矿，估算该区陶土矿334类资源储量为417.67万t。

3.2 矿石质量

矿石自然类型为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩2类。工业类型有青灰色粉砂状陶土矿，俗称青灰泥；花斑状陶土矿，俗称花斑泥；紫色粉砂状陶土矿，俗称紫泥；深紫色陶土矿，俗称深紫泥[1]。3个调查区的矿石量特征如下：

(1)琴溪调查区。矿石呈白色、灰白色、浅紫红色及浅灰绿色，泥质结构—粉砂质结构，中层状构造、薄层状构造。主要矿石矿物为黏土矿物及石英(图3(a))，其中黏土矿物呈白色、土状，主要为高岭土和水云母，晶粒极小，含量为60.0%～85.1%；石英呈无色—白色、微粒状—细粒状，含量为10%～15%。该区矿石主要有用组分为Al2O3(20.45%～24.88%，平均22.66%)和Fe2O3(1.76%～5.90%，平均3.83%)。

(2)王湖调查区。矿石呈白色、灰白色、紫红色及浅灰绿色，泥质结构—粉砂质结构，中层状构造、薄层状构造。主要矿石矿物为黏土矿物及石英(图3(b))，其中黏土矿物呈白色、土状，主要为高岭土和水云母，晶粒极小，含量为60.0%～85.1%；石英呈无色—白色、微粒状—细粒状，含量为5%～15%。该区矿石主要有用组分为Al2O3(19.92%～23.96%，平均21.94%)和Fe2O3(4.35%～8.99%，平均6.67%)。

(3)西卡调查区。矿石呈白色、灰白色、紫红色及浅灰绿色，泥质结构—粉砂质结构，中层状构造、薄层状构造。主要矿石矿物为黏土矿物及石英(图3(c))，其中，黏土矿物呈白色、土状，主要为高岭土和水云母，晶粒极小，含量为70.0%～85.1%；石英呈无色—白色、微粒状—细粒状，含量为11%～15%。该区矿石主要有用组分为Al2O3(18.08%～22.23%，平均20.15%)和Fe2O3(5.25%～9.06%，平均7.16%)。

图3 陶土矿调查区矿石样品

4 工艺性能

本研究分别在宣城广德牯子山、泾县琴溪、水东王胡、广德西卡等调查区采集了矿石样品，分别进行陶土样品试烧试验。

4.1 可塑性测定

陶土矿可塑性测定结果表明：牯子山、西卡、琴溪、王胡4个调查区内陶土矿样品的可塑性指数分别为10.05，11.15，10.65，12.60，参照相关标准，4个调查区内的陶土矿可塑性较好。

4.2 烧结性能试验

将矿石样品加水混合至含水量正常状态，7 d后，在φ25 mm×23 mm(直径×高)金属模具中成型，而后移至(105±5) ℃的烘箱中完全烘干后，放入弱氧性气氛的焖火中在1 150 ℃环境中保温1 h，冷却后测定样品体积收缩率。其中，牯子山、王胡调查区的矿石样品的体积收缩平均值分别仅为3.7%、4.4%。当样品试烧温度为1 180 ℃时，试烧前后特征见表1，可见调查区陶土矿具有良好的烧结性能。

表1 样品试烧试验前后特征对比

4.3 加工试验

在上述测试的基础上，对4个调查区的陶土样品分别制练成品泥，制作了陶器胚体，并采用不同温度进行了琉璃瓦、外墙砖、紫砂壶、紫砂杯加工试验，发现4个调查区的陶土矿均能够直接烧制琉璃瓦(图4)、外墙砖(图5)，但在进行紫砂壶、紫砂杯烧制时存在可塑性差、难成行、易开裂等问题。

图4 琉璃瓦

图5 强外砖

将宣城陶土矿样品与宜兴紫砂泥按照不同比例拼制后进行了烧结试验，结果见表2、表3。发现将宣城市石炭系陶土与宜兴当地产紫砂泥按1∶1比例配制成泥，而后制成紫砂壶进行试烧，其可塑性、烧结温度(1 180 ℃)及成品色泽均达到宜兴紫砂陶产品的生产标准，但产品表面烧成后出现了黑色小斑点。该缺陷可通过将泥料进行一定时间陈腐、风化进行解决。实践表明：将泥料陈腐4个月后的成品泥经真空炼泥机再次回炼后制成了合格的紫砂产品。

表2 宣城与宜兴东山地区泥料配比烧成情况

表3 宣城与宜兴西山地区泥料拼制烧成情况

5 结 语

对安徽宣城地区广德牯子山、泾县琴溪、水东王胡、广德西卡4个矿区陶土矿床的地质特征进行了详细分析，并结合一系列试验，对陶土矿的工艺性能进行了讨论。认为该区陶土矿中赋存的紫砂泥可塑性较好，烧结温度宜较高，可用于烧制琉璃瓦、外墙砖，通过与宜兴地区泥料进行有效拼制，并进行泥料陈腐后，也可用于生产精细工业陶产品(紫砂陶)。