馬建勇

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊)

陶土礦屬沉積型礦床，賦存的有利層位為石炭系高驪山組[1-2]，宣城市與宜興市相鄰，有相似的地層層位及沉積環(huán)境，在廣德縣、宣城市宣州區(qū)、寧國市、涇縣等地石炭系高驪山組地層中發(fā)現(xiàn)了陶土礦，并已經(jīng)進(jìn)行了開采。現(xiàn)階段，宣城市多地建有琉璃瓦廠，所用主要原料即為當(dāng)?shù)厥肯蹈唧P山組地層中的陶土。為進(jìn)一步指導(dǎo)宣城地區(qū)陶土礦找礦及開發(fā)利用工作，本研究對宣城廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡4個礦區(qū)進(jìn)行調(diào)查研究，對該類礦區(qū)陶土礦床地質(zhì)特征及其工藝性能進(jìn)行探討。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

宣城市大地構(gòu)造位于揚子準(zhǔn)地臺下?lián)P子臺拗皖南陷褶斷帶黃山凹褶斷束、績溪穹褶斷束內(nèi)(圖1)，地層包括皖南區(qū)、皖南分區(qū)、宣城小區(qū)和太平小區(qū)，出露地層主要為志留系—白堊系及第四系。區(qū)內(nèi)構(gòu)造可分為印支、燕山及喜山三大階段，運動頻繁、強(qiáng)烈，發(fā)育NE、近EW向2組斷裂，以NE向斷裂為主。區(qū)內(nèi)侵入巖是以印支期、燕山晚期為主的一套中性—中酸性—酸性巖漿巖，構(gòu)成了巨大巖體，巖株、巖脈、小型巖體十分發(fā)育[1]。

2 調(diào)查區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

宣城石炭系陶土礦調(diào)查區(qū)內(nèi)寒武系—白堊系出露較齊全，與成礦有關(guān)的地層主要為石炭系高驪山組(C1g)、金陵組(C1j)，主要分布于廣德縣新杭鎮(zhèn)地區(qū)、宣城市水東鎮(zhèn)地區(qū)、新田鎮(zhèn)地區(qū)、華陽地區(qū)、涇縣琴溪鎮(zhèn)地區(qū)、寧國市港口鎮(zhèn)(圖2)。石炭系高驪山組(C1g)下部巖性為青灰、灰紅、紫紅色粉砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖，是紫砂陶土礦的主要賦存部位，底部巖性有時為中細(xì)粒石英砂巖，局部含菱鐵礦，與下伏金陵組接觸界線較清楚，為假整合接觸；上部巖性為灰黃、灰紫、紫紅色夾雜色細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖，中上部夾紫紅色粉砂質(zhì)黏土巖，厚度一般為0.2～3.5 m[3-4]。石炭系金陵組(C1j)厚度不大，地層穩(wěn)定，巖性為深灰色、黃綠色中厚層極細(xì)粒巖屑石英砂巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖，局部見含鈣質(zhì)泥巖，產(chǎn)腕足類和棘皮動物化石，層厚12 m，與下伏擂鼓臺組地層呈假整合接觸。

圖1 宣城地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

圖2 宣城市石炭系陶土礦調(diào)查區(qū)地質(zhì)特征

2.2 構(gòu) 造

調(diào)查區(qū)內(nèi)構(gòu)造可分為印支、燕山及喜山三大階段。該區(qū)印支期從寒武系至中三疊統(tǒng)形成了厚達(dá)10 400 m的巨厚海相沉積，無顯著的不整合現(xiàn)象，僅在中三疊世后或早侏羅世前，才發(fā)生了顯著的褶皺運動——印支運動。印支運動基本結(jié)束了區(qū)內(nèi)大規(guī)模的海相沉積階段，使得區(qū)內(nèi)寒武系至中三疊統(tǒng)(或上三疊統(tǒng))全部卷入了褶皺。

區(qū)內(nèi)主要有江南深斷裂帶、周王斷裂及次生斷裂。周王斷裂由貴池向東經(jīng)青陽縣木鎮(zhèn)到宣城周王至水東一帶。宣城地區(qū)內(nèi)該斷裂長40 km，寬15 km，斷裂帶形成于加里東期，在燕山晚期—喜山期斷裂活動較強(qiáng)烈。江南深斷裂由東至經(jīng)廣陽沿青弋江斜貫宣城地區(qū)，自涇縣—敬亭山—南漪湖—東壩一線，呈NE向延伸，在宣城地區(qū)長80 km，影響寬度達(dá)10～15 km。該斷裂活動性延續(xù)較長。敬亭山—貍頭橋一線為斷裂破碎帶，縱橫斷裂密集，形成了大量斷層角礫巖。涇縣西部泥盆系逆掩于宣南組紅層之上。區(qū)內(nèi)褶皺使礦體形態(tài)、厚度發(fā)生了變化。斷裂構(gòu)造破壞了地層的連續(xù)性，影響了礦床規(guī)模。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要為燕山晚期侵入的一套中性—中酸性—酸性巖漿巖。該區(qū)巖漿巖的侵入體有多個，其分布受褶皺及斷裂控制，主要有昆山巖體、馬山鋪花崗閃長斑巖體、麻姑山巖體、姚村花崗巖體、羅家村斜長花崗斑巖體以及訂溪、茂林巖體等。圍巖蝕變主要有鉀長石化、葉臘石化、蛇紋石化、滑石化，次為沸石化、碳酸鹽化、綠簾石化、綠泥石化、硅化、高嶺土化及黃鐵礦化等[5]。巖體對早期的沉積巖型礦床有一定的影響，會對礦體進(jìn)行切割，或受熱液作用(烘烤作用)而產(chǎn)生強(qiáng)烈硅化，從而降低了礦石的使用價值，因此區(qū)內(nèi)巖體增加了地層找礦難度。

3 礦床地質(zhì)特征

調(diào)查區(qū)內(nèi)礦體主要賦存于石炭系下統(tǒng)高驪山組中，地層呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體、產(chǎn)狀與圍巖一致。巖性主要為紫紅色含粉砂質(zhì)泥巖、青色泥巖、黃褐色泥巖以及暗紅色泥巖，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造為薄層狀結(jié)構(gòu)、中層狀結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要礦物成分為泥質(zhì)、石英及少量云母[6-9]。根據(jù)相關(guān)工藝指標(biāo)，礦體可劃分為陶土礦、紫砂配料礦2類。

3.1 礦體特征

琴溪調(diào)查礦區(qū)主要礦體(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北東伸展。其中，Ⅰ#礦體長約2 050 m，出露礦體厚3～4 m；Ⅱ#礦體長約2 150 m，出露礦體厚約4 m；Ⅲ#礦體長約2 110 m，出露礦體厚25～30 m。根據(jù)礦體采樣分析，估算該區(qū)陶土礦334類資源儲量為1 193.82萬t。

王湖調(diào)查區(qū)主要礦體(Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#礦體)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北伸展。其中，Ⅰ#礦體長約1 550 m，出露礦體厚3～4 m；Ⅱ#礦體長約1 610 m，出露礦體厚1～1.2 m；Ⅲ#礦體長約1 680 m，出露礦體厚2.1～2.5 m；Ⅳ#礦體長約1 650 m，出露礦體厚0.9～1.2 m；Ⅴ#礦體長約1 610 m，出露礦體厚1.5～19 m；Ⅵ#礦體長約1 680 m，出露礦體厚2.2～2.5 m。根據(jù)礦體采樣分析，認(rèn)為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅴ#、Ⅵ#礦體為陶土礦，Ⅲ#、Ⅳ#礦體為紫砂配料礦，估算該區(qū)陶土礦、紫砂配料礦334類資源總量為371.02萬t，其中陶土礦資源儲量為261.58萬t，紫砂配料礦資源儲為109.44萬t。

西卡調(diào)查區(qū)的10個主要礦體(編號分別為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅶ#、Ⅷ#、Ⅸ#、Ⅹ#)基本呈層狀產(chǎn)出，由西南向北東伸展。其中，Ⅰ#礦體長約915 m，出露礦體厚2～2.5 m；Ⅱ#礦體長約905 m，出露礦體厚1～1.15 m；Ⅲ#礦體長約895 m，出露礦體厚2～2.25 m；Ⅳ#礦體長約882 m，出露礦體厚7～7.3 m；Ⅴ#礦體長約882 m，出露礦體厚2～2.4 m；Ⅵ#礦體長約836 m，出露礦體厚2～2.3 m；Ⅶ#礦體長約827 m，出露礦體厚2～2.1 m；Ⅷ#礦體長約793 m，出露礦體厚1.9～2.0 m；Ⅸ#礦體長約783 m，出露礦體厚3.8～4.0 m；Ⅹ#礦體長約780 m，出露礦體厚3.9～4.2 m。根據(jù)礦體采樣分析，認(rèn)為Ⅰ#、Ⅲ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅷ#、Ⅹ#礦體為陶土礦，其余礦體為紫砂配料礦，估算該區(qū)陶土礦、紫砂配料礦334類資源總量為296.48萬t，其中陶土礦資源儲量為161.86萬t，紫砂配料礦資源儲為134.62萬t。

牯子山調(diào)查區(qū)主要分布有南部Ⅰ#主礦體及北部Ⅱ#小礦體。Ⅰ#礦體呈層狀，NE向伸展，長850 m，兩端寬300～330 m，中間寬380 m，厚約300 m。Ⅱ#礦體平面呈層狀，NE向伸長，長275 m，寬70～200 m，厚126 m。根據(jù)礦體采樣分析結(jié)果，認(rèn)為Ⅰ#、Ⅱ#礦體均為陶土礦，估算該區(qū)陶土礦334類資源儲量為417.67萬t。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石自然類型為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖2類。工業(yè)類型有青灰色粉砂狀陶土礦，俗稱青灰泥；花斑狀陶土礦，俗稱花斑泥；紫色粉砂狀陶土礦，俗稱紫泥；深紫色陶土礦，俗稱深紫泥[1]。3個調(diào)查區(qū)的礦石量特征如下：

(1)琴溪調(diào)查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、淺紫紅色及淺灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)—粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造、薄層狀構(gòu)造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(a))，其中黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為60.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細(xì)粒狀，含量為10%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(20.45%～24.88%，平均22.66%)和Fe2O3(1.76%～5.90%，平均3.83%)。

(2)王湖調(diào)查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、紫紅色及淺灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)—粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造、薄層狀構(gòu)造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(b))，其中黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為60.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細(xì)粒狀，含量為5%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(19.92%～23.96%，平均21.94%)和Fe2O3(4.35%～8.99%，平均6.67%)。

(3)西卡調(diào)查區(qū)。礦石呈白色、灰白色、紫紅色及淺灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)—粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造、薄層狀構(gòu)造。主要礦石礦物為黏土礦物及石英(圖3(c))，其中，黏土礦物呈白色、土狀，主要為高嶺土和水云母，晶粒極小，含量為70.0%～85.1%；石英呈無色—白色、微粒狀—細(xì)粒狀，含量為11%～15%。該區(qū)礦石主要有用組分為Al2O3(18.08%～22.23%，平均20.15%)和Fe2O3(5.25%～9.06%，平均7.16%)。

圖3 陶土礦調(diào)查區(qū)礦石樣品

4 工藝性能

本研究分別在宣城廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡等調(diào)查區(qū)采集了礦石樣品，分別進(jìn)行陶土樣品試燒試驗。

4.1 可塑性測定

陶土礦可塑性測定結(jié)果表明：牯子山、西卡、琴溪、王胡4個調(diào)查區(qū)內(nèi)陶土礦樣品的可塑性指數(shù)分別為10.05，11.15，10.65，12.60，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，4個調(diào)查區(qū)內(nèi)的陶土礦可塑性較好。

4.2 燒結(jié)性能試驗

將礦石樣品加水混合至含水量正常狀態(tài)，7 d后，在φ25 mm×23 mm(直徑×高)金屬模具中成型，而后移至(105±5) ℃的烘箱中完全烘干后，放入弱氧性氣氛的燜火中在1 150 ℃環(huán)境中保溫1 h，冷卻后測定樣品體積收縮率。其中，牯子山、王胡調(diào)查區(qū)的礦石樣品的體積收縮平均值分別僅為3.7%、4.4%。當(dāng)樣品試燒溫度為1 180 ℃時，試燒前后特征見表1，可見調(diào)查區(qū)陶土礦具有良好的燒結(jié)性能。

表1 樣品試燒試驗前后特征對比

4.3 加工試驗

在上述測試的基礎(chǔ)上，對4個調(diào)查區(qū)的陶土樣品分別制練成品泥，制作了陶器胚體，并采用不同溫度進(jìn)行了琉璃瓦、外墻磚、紫砂壺、紫砂杯加工試驗，發(fā)現(xiàn)4個調(diào)查區(qū)的陶土礦均能夠直接燒制琉璃瓦(圖4)、外墻磚(圖5)，但在進(jìn)行紫砂壺、紫砂杯燒制時存在可塑性差、難成行、易開裂等問題。

圖4 琉璃瓦

圖5 強(qiáng)外磚

將宣城陶土礦樣品與宜興紫砂泥按照不同比例拼制后進(jìn)行了燒結(jié)試驗，結(jié)果見表2、表3。發(fā)現(xiàn)將宣城市石炭系陶土與宜興當(dāng)?shù)禺a(chǎn)紫砂泥按1∶1比例配制成泥，而后制成紫砂壺進(jìn)行試燒，其可塑性、燒結(jié)溫度(1 180 ℃)及成品色澤均達(dá)到宜興紫砂陶產(chǎn)品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)品表面燒成后出現(xiàn)了黑色小斑點。該缺陷可通過將泥料進(jìn)行一定時間陳腐、風(fēng)化進(jìn)行解決。實踐表明：將泥料陳腐4個月后的成品泥經(jīng)真空煉泥機(jī)再次回?zé)捄笾瞥闪撕细竦淖仙爱a(chǎn)品。

表2 宣城與宜興東山地區(qū)泥料配比燒成情況

表3 宣城與宜興西山地區(qū)泥料拼制燒成情況

5 結(jié) 語

對安徽宣城地區(qū)廣德牯子山、涇縣琴溪、水東王胡、廣德西卡4個礦區(qū)陶土礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合一系列試驗，對陶土礦的工藝性能進(jìn)行了討論。認(rèn)為該區(qū)陶土礦中賦存的紫砂泥可塑性較好，燒結(jié)溫度宜較高，可用于燒制琉璃瓦、外墻磚，通過與宜興地區(qū)泥料進(jìn)行有效拼制，并進(jìn)行泥料陳腐后，也可用于生產(chǎn)精細(xì)工業(yè)陶產(chǎn)品(紫砂陶)。