赣北大北山熔剂用石灰岩矿石特征及加工技术性能

2022-03-08段振元余牛奔黄晋显

中国非金属矿工业导刊 2022年1期

段振元，余牛奔，黄晋显

(江西省地质局第二地质大队，江西九江 332000)

江西赣北九瑞地区广泛发育古生代至中生代碳酸盐岩地层，相关矿产资源丰富，其中熔剂用石灰岩、水泥用石灰岩、饰面用石灰岩都具有巨大的开发潜力和较高的开发价值。高任等[1]对九瑞地区晚古生代沉积构造环境进行分析，认为本区晚古生代主要发育碳酸盐岩台地和碳酸盐岩缓坡沉积；肖承煌[2]认为九瑞地区碳酸盐岩建造为浅海相沉积环境。肖承煌[2-5]先后对九瑞地区方解石矿、饰面用大理石矿及瑞昌铜岭白云岩地质特征进行过研究，并对它们的工业开发前景进行了探讨；卢观送等[6]通过分析瑞昌码头镇茅口组灰岩地质特征认为其具有一级品水泥用石灰岩矿和混凝土粗骨料Ⅱ类开发前景，九瑞地区熔剂用石灰岩矿的研究尚处于空白区。通过对江西省瑞昌市大北山矿区熔剂用石灰岩矿的勘探工作，填补了九瑞地区熔剂用石灰岩矿资源空白，提交资源储量超1亿吨，具有巨大的开发经济价值。本文通过对大北山矿区熔剂用石灰岩矿石特征进行研究、探讨矿石加工技术性能，为矿山开发利用提供参考。

1 矿区地质概述

江西省瑞昌市大北山熔剂用灰岩矿区位于赣北九瑞铜多金属矿集区内，大地构造位置属于扬子板块(I)、中下扬子坳陷带(I1)、九江坳陷(I11)之次级构造邓家山—通江岭向斜西段南翼[7]。区内出露地层有中二叠统茅口组，上二叠统龙潭组、长兴组，下三叠统殷坑组、青龙组、周冲村组及第四系(图1)。地层总体呈单斜产出，走向近东西，倾向北北西，倾角52°～85°，向深部倾角逐渐变缓；矿区中部地层受岩体影响呈弧形变化，倾角较陡；矿区东部地层局部倒转，倾向南南东，倾角75°～88°。其中中二叠统茅口组、上二叠统长兴组、下三叠统青龙组及周冲村组属浅海相碳酸盐岩建造；上二叠统龙潭组为海陆交互相含煤建造；下三叠统殷坑组为一套浅海相碎屑岩建造。熔剂用石灰岩矿体赋存于下三叠统青龙组地层中。

图1 大北山熔剂用石灰岩矿区地质简图

青龙组分布于矿区大部区域，出露较好，与上覆地层周冲村组、下伏地层殷坑组呈整合接触，厚度约621m，按岩性可分上、中、下三段。青龙组下段(T1q1)分布于矿区南部，岩性为薄层状灰岩夹薄层泥页岩，二者的厚度比为10∶1～30∶1，泥页岩风化色呈浅黄、土黄色，新鲜色为黑色，单层厚度一般小于0.05m，厚度56～118m；青龙组中段(T1q2)分布于矿区中部，岩性以薄层状灰岩、碎屑灰岩为主，局部夹中厚层状灰岩、砾屑灰岩，中部与岩体接触的灰岩变质为大理岩，厚度203.16m，为熔剂用石灰岩矿Ⅱ矿体下部赋存层位；青龙组上段(T1q3)分布于矿区北部，岩性以中厚—厚层状灰岩为主，夹巨厚层状灰岩、鲕粒灰岩或白云质灰岩，中部岩体外接触带的灰岩变质为大理岩，颜色以灰白色为主，局部呈肉红色，厚度299.92m，为熔剂用石灰岩矿Ⅰ矿体、Ⅱ矿体(上部)的赋存层位。

矿区处于邓家山—通江岭向斜西段南翼，向斜轴向近东西，轴面南倾，以东雷湾岩体为中心，西部为斜歪向斜，东部为倒转向斜，在岩体附近向斜呈压扭状，构成向南突出的似弧形构造，弧顶遭岩体破坏。向斜核部由下三叠统周冲村组组成，两翼依次为下三叠统青龙组、殷坑组及上二叠统长兴组、龙潭组、中统茅口组。矿区层间破碎带较发育，分布于岩体弧顶附近地层中，主要破碎带有FA3、FA4。FA3产于青龙组与周冲村组之间，FA4产于青龙组上段。破碎带由构造角砾岩或密集节理、裂隙带组成，胶结或充填物为钙质、铁质和泥质等，FA4破碎带规模较大，对熔剂用石灰岩矿体有一定的破坏作用。

矿区岩浆岩主要为东雷湾中酸性岩体，岩性以花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩为主[8]，呈小岩株状，侵入于向斜轴部，平面上近似等轴状。另有零星的花岗闪长斑岩脉、辉绿玢岩脉或辉长辉绿岩脉。岩体外接触带熔剂用石灰岩出现大理岩化，对矿体的化学成分影响小，其它零星的岩脉对矿体影响不大。

2 矿体特征

矿区圈定2个熔剂用石灰岩矿体(I、II)，以Ⅱ矿体为主，Ⅱ矿体资源量占矿区总量的97.3%。矿体均赋存于下三叠统青龙组岩层中，属典型的沉积矿床。

Ⅱ矿体赋存于青龙组中段(T1q2)至上段(T1q3)岩层中，矿体形态简单，平面上呈宽带状，剖面上呈单斜的厚层状产出。矿区内沿走向控制矿体长度3 050m，矿区外矿体向东延伸出露长约5 000m，向西延伸出露长约3 000m。矿体厚度223.46～324.51m，平均厚度273.62m，厚度变化系数8.4%，厚度稳定。矿体控制标高+282～-142.28m，赋存标高+50～+282m，埋深0～234m。产状与地层产状一致，走向为近东西，倾向340°～355°，倾角52°～80°；矿区东部近地表地层倒转，倾角70°～88°。矿体顶板为青龙组上段的白云质灰岩或层间构造角砾岩，底板为青龙组下段薄层状粉微晶灰岩夹泥页岩。矿体中夹石零星分布，厚度4～14.8m，岩性主要为高镁质的白云质灰岩、fSiO2含量大于4%的石灰岩、层间破碎带及岩脉。

Ⅰ矿体赋存于青龙组上段(T1q3)岩层中，位于Ⅱ矿体上部，两矿体平行展布，平面相隔35～70m，呈层状，出露长2 740m，厚度111.97～146.34m，出露标高+100～+321.5m。矿体产状与地层一致，走向近东西，倾向北北西，倾角60°～78°。顶板为青龙组上段薄层状灰岩夹薄层泥页岩，底板为青龙组上段白云质灰岩或层间构造角砾岩。

3 矿石特征

3.1 矿石类型

矿石工业类型为熔剂用石灰岩，自然类型按岩性分为粉屑微屑灰岩、砂屑粉屑灰岩、砾屑灰岩、鲕粒灰岩、细粒大理岩，以粉屑微屑灰岩、砂屑粉屑灰岩为主。

3.2 矿石组构

矿石结构主要粉屑微屑结构、砂屑粉屑结构(图2a)，其次为砾屑结构(图2b)、鲕粒结构(图2c)、细粒变晶结构(图2d)。矿石的构造主要有薄—中厚层状构造(图3a)、少量呈中厚—厚层状构造(图3b、c)、块状构造(图3d)。

图2 矿区熔剂用矿石结构特征

图3 矿区熔剂用矿石构造特征

3.3 矿石物质成分

(1)矿石矿物成分。

矿物成分主要为方解石、极少量白云石、微量的石英、泥质、方解石脉和氧化铁，并含少量介形虫、海百合茎等生物屑，不同结构类型矿石的矿物成分见表1。

表1 不同结构类型矿石的矿物成分一览表

方解石为浅灰白—灰色，粉、微屑，颗粒一般在0.01～0.06mm之间，砂屑(0.1～1.8mm)，少量呈粉、微晶(0.01～0.05mm)、鲕粒(0.2～ 2mm)、砾屑(2～28mm)形态产出，一般含量达94%～98%。

白云石为浅灰白—灰色、菱形半自形晶粒状，粒径0.05～0.1mm，与方解石共生，一般含量1%～5%，分布不均匀，部分结晶颗粒稍大，为次生。石英、泥质微量～4%，主要分布于岩石层面和矿物间隙中，或为胶结物成分。方解石脉沿岩石裂隙充填，晶粒0.25～0.8mm，脉较规则状，脉宽约0.1～1.5mm，一般含量≤1%。黄铁矿呈半自形晶、半自形菱形、半自形正方形，粒径0.01～0.02mm，少量。氧化铁(褐铁矿)微量～3%，多呈星点状及网脉状分布于裂隙中。海百合茎横切面呈圆形，中部具空腔，粒径0.05～0.2mm，充填物为方解石。介形虫长径0.15～0.25mm，充填物为方解石。

(2)矿石化学成分。

矿石主要化学成分为CaO、MgO、SiO2，占化学成分总量的56%左右，Al2O3、Fe2O3、S、P仅占总量的1%以内，灼失量平均值42.08%(表2)。主要有益组分CaO平均值53.28%，变化系数2.4%，属均匀型；有害组分MgO平均值0.88%、变化系数66.87%，SiO2平均值1.45%，变化系数62.77%，两者变化系数介于40%～100%，属较均匀型。

表2 矿石化学成分一览表 (单位：%)

4 矿石加工技术性能

4.1 煅烧试验

为验证矿石利用的可能性，采集了2件样品进行实验室煅烧试验，样品岩性为粉屑微屑灰岩、砂屑粉屑灰岩。样品主要化学成分与矿区矿石主要成分的平均品位相近，代表性较好(表3)。

表3 煅烧试验样品与矿区矿石成分对比表 (单位：%)

将采集的样品制成约8cm的近球形或方形的煅烧样品，剩余矿石用破碎机破碎后制成石灰石化验样，用于化验煅烧前样品的CaO、MgO、SiO2、S、P的含量。

将煅烧样品称重，然后放入炉内煅烧，煅烧时长为16h，恒温点为750、850、950、1050℃，断电60min(炉内温度降至600℃以下)，将煅烧完后的样品取出，在室内冷却至室温后称重，并送化验室化验CaO、MgO、SiO2、S、P的含量、活性度及抗压荷载等试验(表4)。煅烧后的活性石灰CaO含量较高，达93%以上，活性度达371mL以上，为高活性度石灰[9]，MgO、SiO2、S、P含量整体不高，抗压载荷、烧成、烧损等指标良好，表明矿石煅烧性能较好，可供作矿山加工设计依据。

表4 大北山矿区熔剂用石灰岩矿煅烧试验结果表 (单位：%)

4.2 加工工艺流程

矿区熔剂用石灰岩矿参照周边加工同类矿石企业的工艺流程：大碎块(≤800mm)—破碎—碎块(10～80mm)—煅烧(进回转、套筒窑)—活性石灰块、粉(图4)。

图4 矿石加工工艺流程图

4.3 矿石工业利用性能评价

矿石加工最终产品为活性石灰块、粉，产品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%，抗压载荷2～6kN、烧成平均56.5%、烧损平均0.65%，质量良好，能满足市场要求，可供作矿山加工设计依据。在煅烧前分筛出来的矿石碎块可作建筑石料综合利用，粒径小于5mm的细碎屑可制成人工砂，产品具有表面粗糙、多棱角、石粉含量高等特点[10]。