黑龍江省矽線石資源調查與應用前景分析

蔣世軍

（黑龍江省地質科學研究所，哈爾濱 150036）

黑龍江省矽線石資源豐富，現已發現礦產地10余處，礦物資源儲量達765萬t。矽線石礦主要分布在雞西市、牡丹江市、雙鴨山市和佳木斯市一帶，集中于佳木斯地塊[1]。截至2015年底，黑龍江省四大重點礦區累計查明矽線石礦石量17 146.6萬t、礦物量764.55萬t，如表1所示。研究區矽線石資源地質儲量可以分為經濟基礎儲量和內蘊經濟資源量，前者分為探明的（可研）經濟基礎儲量（111b）和控制的經濟基礎儲量（122b），后者分為控制的內蘊經濟資源量（332）和推斷的內蘊經濟資源量（333）。矽線石礦床皆由區域變質作用形成。礦體賦存于中-新元古代麻山巖群和興東巖群，其中麻山巖群為重要的含礦巖系。

表1 矽線石資源地質儲量

1 礦床地質

矽線石礦床含礦層有一定層位，產狀變化不大，礦體規模大小不等，一般長數十米至百余米，最長可達千余米，穩定地分布于中新元古代巖層中。礦體以層狀、似層狀、透鏡狀產于石榴矽線片巖、黑云片巖等中深變質巖石中。常見石榴石、堇青石、鉀長石等中高級變質礦物與矽線石共生。礦石結構以中細粒纖維鱗片花崗變晶結構為主，主要為片狀。礦石品位低，但比較均勻，矽線石含量為10%～30%，局部達55%。其與礦體圍巖產狀一致，呈整合接觸，以矽線石含量低于10%（邊界品位）劃分界限，在巖性上呈漸變過渡關系。因此，矽線石礦床為區域變質型礦床，成礦時代與區域變質作用發生時間相同，為中新元古代[2]。

1.1 成礦地質條件

區域變質作用過程中，在適當的溫度和壓力條件下，含鋁巖層經變質作用形成矽線石，較富地段構成矽線石礦體。

1.1.1 含礦建造及其圍巖

含礦巖石在不同地層中各不相同。在西麻山巖組中，含礦巖石為石榴矽線黑云片巖、矽線黑云片巖、均質混合巖夾透輝斜長麻粒巖、石榴斑狀混合巖及石榴蓳青片麻巖（含矽線石）。在余慶巖組中，含礦巖石為混合巖化黑云矽線片巖、石榴團斑黑云矽線片巖夾少量黑云矽線片巖。在大盤道巖組中，含礦巖石為矽線片巖、矽線片麻巖。總體來看，含礦巖石屬于濱海沉積建造。

1.1.2 成礦作用

佳木斯地塊隆起前的雛形地槽時期接受了一套富鋁富碳黏土巖、半黏土巖-富鎂富碳質碳酸鹽巖和超基性-基性火山巖沉積[3]。新太古代末，由于地下熱流上涌，地熱梯度較高，巖石遭受中壓、高溫區域動力熱流變質作用，熱流從中心部位高溫變質帶開始向四周及頂部的淺變質帶擴散，構成了低角閃巖相至高角閃巖相的遞增變質帶，以高角閃巖相為主[4]。在區域變質作用后期，熱流值不斷升高，形成強烈的混合巖化作用，大面積的混合巖破壞了早期變形結晶期生成的矽線石礦，但它對原變質巖系中硅酸鹽礦物的交代重結晶及自身強大的熱量使變質程度加深，生成了又一期的矽線石[5]。中新元古代，變質巖的重結晶作用和變形作用同時發生，矽線石和其他片狀礦物沿一定方向重結晶形成片狀、片麻狀構造，由于變形作用，礦體沿走向和傾向具有明顯的膨縮現象，膨大部位品位略高，縮小部位品位略低。概括來說，成礦地質條件為：有富鋁的黏土巖、泥灰質巖石、碳酸鹽巖等原巖沉積成為礦源層；經歷了溫壓條件相當于高角閃巖相-低角閃巖相的變質作用。

1.2 礦床成因

1.2.1 由同質異形礦物紅柱石轉變而來

興東巖群大盤道巖組以鎂質大理巖夾紅柱石二云石英片巖、絹云石英片巖或變粒巖為主，在高變質帶中，石榴矽線黑云石英片巖、含矽線石榴條痕狀混合巖取代上述巖石，存在紅柱石轉變成矽線石的反應。

1.2.2 由區域變質作用影響而變質生成

各含礦巖石組合中，礦石類型多為石榴矽線片巖、黑云矽線片巖、矽線鉀長片麻巖，從巖石中出現的礦物共生組合及特征礦物推測，這些巖石在區域變質作用下通過變質反應生成矽線石。

1.2.3 由后期退變質作用、混合巖化作用生成

麻粒巖相礦物在區域變質作用基礎上常常發生退變質作用，使一些礦物退變質生成矽線石[6]。區域變質后期混合巖化作用強烈，混合巖對原變質巖系中硅酸鹽礦物交代重結晶，形成毛發狀、斜交片理方向生長的晩期矽線石。這類矽線石個體極細小，占矽線石總量的1%～3%，為不能解離的矽線石，無工業意義。

1.3 成礦規律及找礦方向

黑龍江省矽線石礦集中于佳木斯地塊，礦體產于西麻山巖組中上部、余慶巖組上部、大盤道巖組中下部層位。含礦建造由石榴矽線黑云片巖、矽線黑云片巖、矽線片巖、矽線片麻巖及混合巖、大理巖、片巖、片麻巖組成[7]。經巖石化學分析，含礦原巖為富鋁黏土巖建造，富鋁黏土巖即為礦源層。中新元古代區域變質作用使富鋁黏土巖變質形成矽線石礦。礦層大多分布在西麻山巖組中，主要分布于中上部，上部鋁、硅含量較高。中部矽線石產于薄層狀片麻巖、片巖中，至上部，矽線片巖、片麻巖大段出現[8]。雞西市西麻山巖組出露地區是尋找矽線石礦的有利地段。余慶巖組上段的中、上部矽線石較富集，注意尋找矽線石礦。在雞西市，矽線石礦常出現于麻山巖群西麻山巖組和余慶巖組的上部。礦床呈帶狀分布，多存在于混合巖化發育地段的變質地層殘留體中。興東巖群大盤道巖組的矽線石含量較高，但地層分布較局限，常呈孤島狀分布于混合巖中，在出露區注意尋找矽線石。在中新元古界，大盤道巖組巖石變質程度普遍較淺，礦點出露巖性為矽線片巖、矽線片麻巖、石英片巖，相當于低角閃巖相-高角閃巖相變質。

2 矽線石的研究方法和應用前景

2.1 矽線石的研究方法

以查明黑龍江省東部地區矽線石礦物特征為基礎，從礦物學特征與礦石組成出發，開展以矽線石為原料合成莫來石的工藝學研究，為矽線石的開發提供理論依據。根據黑龍江省矽線石礦床特征，選擇典型礦床進行取樣分析。礦石樣品通過薄片制樣，采用偏光顯微鏡進行巖礦鑒定分析，研究礦石的顯微結構特征、礦物組成及分布特征等。通過X射線衍射（XRD）分析確定礦石的物相組成，通過掃描電子顯微鏡（SEM）分析研究礦石的形貌特征，為矽線石的開發利用提供理論支持。

矽線石加工利用研究主要從高溫固相合成莫來石著手。莫來石為高鋁硅酸鹽礦物，屬斜方晶系，其晶體多呈長柱狀，人工合成的莫來石還有板狀、粒狀。莫來石具有耐火度高、抗熱震性好、抗蠕變、體積穩定性好、荷重軟化溫度高、耐化學腐蝕、電絕緣等性能，是理想的耐火材料，被廣泛用于冶金、化工、電力、建材等工業。采用濕化學法合成莫來石，雖然合成溫度較低，但其操作復雜且影響合成的因素繁多，不適用于工業化大規模生產。常用且適用于大規模生產的莫來石人工合成方法有兩種，即燒結法和電熔法。電熔法是液態相變反應，晶體為針柱狀，非晶相少，但能耗高，成本大。

2.2 矽線石的應用前景

黑龍江省矽線石礦產資源規模大，儲量豐富，礦床分布相對集中，開采條件較好。其與云母、石英、石墨等礦物共存，共生礦物種類豐富。矽線石化學成分中，Al2O3含量為36%～54%，主要雜質Fe2O3含量為1%～10%，Ti含量較低。目前，矽線石在陶瓷、定形耐火材料以及其他領域均有應用。

2.2.1 陶瓷

在陶瓷領域，矽線石主要可用作蜂窩陶瓷、莫來石瓷、陶瓷棚板的原料。以矽線石為原料合成的蓄熱式換熱器用蜂窩陶瓷，采用六邊形結構，與傳統的三角形和四邊形結構相比，應力分布均勻，結構穩定。莫來石陶瓷具有熔點高、熱膨脹系數低、抗蠕變性好、抗熱震性好、抗腐蝕性好等特點，已在工業中廣泛應用。

2.2.2 定形耐火材料

目前，主流的窯具材料有莫來石-剛玉制品、碳化硅-矽線石制品、矽線石-堇青石制品。莫來石-剛玉制品具有化學穩定性好、高溫強度大、與承燒制品的化學相容性好等特點，被廣泛用作窯具材料，特別適用于承燒軟磁體（鐵氧體）材料和電絕緣陶瓷。

2.2.3 其他領域

矽線石不僅可以應用于陶瓷和耐火材料領域，還可作為合成莫來石、焊接材料、摩擦材料等的原料。自然界中，天然的莫來石比較罕見，因此常常采用人工合成的方法制備莫來石。

3 結語

黑龍江省矽線石資源儲量豐富，礦床分布相對集中，開采條件較好。研究矽線石資源分布特征及矽線石礦的地質特征，可以解決矽線石深加工利用的關鍵技術問題，突破矽線石高效加工的技術瓶頸，發展具有自主知識產權的矽線石深加工及相關材料制備技術，以提高黑龍江省矽線石資源的開發利用效率，實現資源優勢向產業產品優勢轉化，為國家及地方經濟建設提供技術支撐。