贛北大北山熔劑用石灰巖礦石特征及加工技術性能

段振元，余牛奔，黃晉顯

(江西省地質局第二地質大隊，江西 九江 332000)

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

1 礦區地質概述

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

圖1 大北山熔劑用石灰巖礦區地質簡圖

青龍組分布于礦區大部區域，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)分布于礦區南部，巖性為薄層狀灰巖夾薄層泥頁巖，二者的厚度比為10∶1～30∶1，泥頁巖風化色呈淺黃、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)分布于礦區中部，巖性以薄層狀灰巖、碎屑灰巖為主，局部夾中厚層狀灰巖、礫屑灰巖，中部與巖體接觸的灰巖變質為大理巖，厚度203.16m，為熔劑用石灰巖礦Ⅱ礦體下部賦存層位；青龍組上段(T1q3)分布于礦區北部，巖性以中厚—厚層狀灰巖為主，夾巨厚層狀灰巖、鮞粒灰巖或白云質灰巖，中部巖體外接觸帶的灰巖變質為大理巖，顏色以灰白色為主，局部呈肉紅色，厚度299.92m，為熔劑用石灰巖礦Ⅰ礦體、Ⅱ礦體(上部)的賦存層位。

礦區處于鄧家山—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，東部為倒轉向斜，在巖體附近向斜呈壓扭狀，構成向南突出的似弧形構造，弧頂遭巖體破壞。向斜核部由下三疊統周沖村組組成，兩翼依次為下三疊統青龍組、殷坑組及上二疊統長興組、龍潭組、中統茅口組。礦區層間破碎帶較發育，分布于巖體弧頂附近地層中，主要破碎帶有FA3、FA4。FA3產于青龍組與周沖村組之間，FA4產于青龍組上段。破碎帶由構造角礫巖或密集節理、裂隙帶組成，膠結或充填物為鈣質、鐵質和泥質等，FA4破碎帶規模較大，對熔劑用石灰巖礦體有一定的破壞作用。

礦區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]，呈小巖株狀，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巖出現大理巖化，對礦體的化學成分影響小，其它零星的巖脈對礦體影響不大。

2 礦體特征

礦區圈定2個熔劑用石灰巖礦體(I、II)，以Ⅱ礦體為主，Ⅱ礦體資源量占礦區總量的97.3%。礦體均賦存于下三疊統青龍組巖層中，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，礦體形態簡單，平面上呈寬帶狀，剖面上呈單斜的厚層狀產出。礦區內沿走向控制礦體長度3 050m，礦區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8.4%，厚度穩定。礦體控制標高+282～-142.28m，賦存標高+50～+282m，埋深0～234m。產狀與地層產狀一致，走向為近東西，傾向340°～355°，傾角52°～80°；礦區東部近地表地層倒轉，傾角70°～88°。礦體頂板為青龍組上段的白云質灰巖或層間構造角礫巖，底板為青龍組下段薄層狀粉微晶灰巖夾泥頁巖。礦體中夾石零星分布，厚度4～14.8m，巖性主要為高鎂質的白云質灰巖、fSiO2含量大于4%的石灰巖、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，出露標高+100～+321.5m。礦體產狀與地層一致，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巖夾薄層泥頁巖，底板為青龍組上段白云質灰巖或層間構造角礫巖。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

礦石工業類型為熔劑用石灰巖，自然類型按巖性分為粉屑微屑灰巖、砂屑粉屑灰巖、礫屑灰巖、鮞粒灰巖、細粒大理巖，以粉屑微屑灰巖、砂屑粉屑灰巖為主。

3.2 礦石組構

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

圖2 礦區熔劑用礦石結構特征

圖3 礦區熔劑用礦石構造特征

3.3 礦石物質成分

(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、方解石脈和氧化鐵，并含少量介形蟲、海百合莖等生物屑，不同結構類型礦石的礦物成分見表1。

表1 不同結構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)形態產出，一般含量達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，部分結晶顆粒稍大，為次生。石英、泥質微量～4%，主要分布于巖石層面和礦物間隙中，或為膠結物成分。方解石脈沿巖石裂隙充填，晶粒0.25～0.8mm，脈較規則狀，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%，多呈星點狀及網脈狀分布于裂隙中。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)礦石化學成分。

礦石主要化學成分為CaO、MgO、SiO2，占化學成分總量的56%左右，Al2O3、Fe2O3、S、P僅占總量的1%以內，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2.4%，屬均勻型；有害組分MgO平均值0.88%、變化系數66.87%，SiO2平均值1.45%，變化系數62.77%，兩者變化系數介于40%～100%，屬較均勻型。

表2 礦石化學成分一覽表 (單位：%)

4 礦石加工技術性能

4.1 煅燒試驗

為驗證礦石利用的可能性，采集了2件樣品進行實驗室煅燒試驗，樣品巖性為粉屑微屑灰巖、砂屑粉屑灰巖。樣品主要化學成分與礦區礦石主要成分的平均品位相近，代表性較好(表3)。

表3 煅燒試驗樣品與礦區礦石成分對比表 (單位：%)

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

將煅燒樣品稱重，然后放入爐內煅燒，煅燒時長為16h，恒溫點為750、850、950、1050℃，斷電60min(爐內溫度降至600℃以下)，將煅燒完后的樣品取出，在室內冷卻至室溫后稱重，并送化驗室化驗CaO、MgO、SiO2、S、P的含量、活性度及抗壓荷載等試驗(表4)。煅燒后的活性石灰CaO含量較高，達93%以上，活性度達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、燒損等指標良好，表明礦石煅燒性能較好，可供作礦山加工設計依據。

表4 大北山礦區熔劑用石灰巖礦煅燒試驗結果表 (單位：%)

4.2 加工工藝流程

礦區熔劑用石灰巖礦參照周邊加工同類礦石企業的工藝流程：大碎塊(≤800mm)—破碎—碎塊(10～80mm)—煅燒(進回轉、套筒窯)—活性石灰塊、粉(圖4)。

圖4 礦石加工工藝流程圖

4.3 礦石工業利用性能評價

礦石加工最終產品為活性石灰塊、粉，產品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%，質量良好，能滿足市場要求，可供作礦山加工設計依據。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的細碎屑可制成人工砂，產品具有表面粗糙、多棱角、石粉含量高等特點[10]。

5 結論

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

(2)礦石加工最終產品為活性石灰塊、粉，產品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、燒損等指標良好，質量良好，能滿足市場要求，可供作礦山加工設計依據。

(3)礦區及周邊優質的石灰巖礦資源豐富，本文分析熔劑用石灰巖礦石特征、探討礦石加工技術性能，對開發礦區及周邊同類礦床具有一定的指導意義。