余文波，楊鼎忠，張曦月，孫紅娟，曾鸝

1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心貴州總隊(duì)，貴州 貴陽 550000；2.西南科技大學(xué) 固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621010；3.西南科技大學(xué) 礦物材料及應(yīng)用研究所，四川 綿陽 621010

引 言

重晶石的主要成分為是BaSO4，是一種重要的非金屬礦物資源，具有密度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、充填性好等特點(diǎn)[1]。我國每年的重晶石資源消耗巨大，主要用于建筑、化工等領(lǐng)域[2-3]。在建筑領(lǐng)域，少量的重晶石被用作道路建設(shè)、水泥用礦化劑等，用于提高水泥的早期強(qiáng)度，并抑制水泥后期強(qiáng)度倒縮[4]，重晶石中的Ba元素具有極高的中子非彈性散射截面，直接促進(jìn)了重晶石水泥基材料在中子屏蔽防護(hù)工程中的應(yīng)用[5]。在化工領(lǐng)域，重晶石是生產(chǎn)硫酸鋇、氫氧化鋇、碳酸鋇、鋅鋇白、氯化鋇等的主要原料[6]。重晶石還可作為加重劑用于石油和天然氣鉆井，提高泥漿比重以抵抗地層壓力，防止塌陷并阻止地層流體侵入井孔[7]。此外，重晶石磨細(xì)后得到精細(xì)重晶石粉，其理化性能要求如表1所示。精細(xì)重晶石粉制成大密度的鋇水泥、重晶石砂漿和重晶石混凝土建筑材料，可替代金屬鉛板等屏蔽核反應(yīng)堆和建造防氡降氡、防X射線的建筑材料，用于原子能工業(yè)、核電站等[8]，還可作為添加劑用于無機(jī)填料中[6]。

表1 精細(xì)重晶石的粉理化性能要求

我國重晶石礦產(chǎn)資源豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界首位，目前，我國已探明重晶石礦資源儲(chǔ)量達(dá)3.7億t，礦區(qū)200余處，在全國26個(gè)省(區(qū))均有分布[9]。其中，貴州素有“重晶石之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，重晶石礦已探明資源儲(chǔ)量高達(dá)1.24億t，占全國探明儲(chǔ)量的34%，居我國首位[10]。如圖1所示，貴州省重晶石礦主要集中分布于鎮(zhèn)寧、天柱、紫云、平壩、修文、施秉、黃平、麻江、習(xí)水、沿河、玉屏等縣，有礦床(點(diǎn))40處，其中超大型礦床1處，大型礦床1處，中型礦床2處，小型礦床36處。重晶石以熱液沉積型礦床為主，僅天柱大河邊和鎮(zhèn)寧樂紀(jì)2個(gè)礦床的保有資源儲(chǔ)量就占了全省重晶石礦保有資源總量的85%，是貴州省重晶石礦物開采的主體資源[11]。

重晶石礦的礦物學(xué)特征對(duì)其開發(fā)利用有重大影響，例如鋇鹽行業(yè)是貴州省的特色，而重晶石礦中的化學(xué)成分對(duì)鋇鹽的產(chǎn)率和質(zhì)量有較大的影響。張煜等人[12]研究了貴州鎮(zhèn)寧泥盆系重晶石礦的礦物組成與化學(xué)成分，礦石中脈石礦物主要是石英、絹云母、褐鐵礦，其中以石英含量最高。礦石化學(xué)成分中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等均會(huì)參與鋇鹽生產(chǎn)中復(fù)雜的固相反應(yīng)，導(dǎo)致BaSO4向BaS相轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)化率低[13]。由此可見，礦物學(xué)特征研究是重晶石礦綠色開發(fā)利用的重要前提，然而，由于貴州省重晶石礦礦物學(xué)特征缺少系統(tǒng)研究，導(dǎo)致貴州省內(nèi)重晶石礦的利用主要集中在生產(chǎn)初級(jí)鋇鹽產(chǎn)品，反而限制了重晶石礦的開發(fā)利用。

1—Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元界線及編號(hào)；2—Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元界線及編號(hào)；3—構(gòu)造變形區(qū)界線及編號(hào)；4～7—Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元；8—沉積型重晶石礦床；9—熱液型重晶石礦床；10—砂礦型重晶石礦床

本文通過對(duì)貴州省主要重晶石礦區(qū)——鎮(zhèn)寧縣、天柱縣、麻江縣、凱里市四處的重晶石礦進(jìn)行礦物組成分析、化學(xué)成分分析、白度測(cè)試、硬度測(cè)試、密度測(cè)試、熱學(xué)性能和耐酸堿性能等屬性研究，總結(jié)貴州省重晶石礦的礦物學(xué)特征，并根據(jù)各地區(qū)重晶石礦特點(diǎn)提出開發(fā)利用建議，為貴州省重晶石礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用方向提供數(shù)據(jù)支撐。

1 貴州省典型礦床

1.1 鎮(zhèn)寧縣樂紀(jì)重晶石礦床

鎮(zhèn)寧樂紀(jì)重晶石礦床位于上揚(yáng)子陸塊之南盤江—右江印支造山帶的普安—貞豐北東及北西向變形區(qū)。該區(qū)域在廣西造山運(yùn)動(dòng)后，同時(shí)受西部特提斯與東部濱太平洋構(gòu)造域的共同控制，發(fā)生強(qiáng)烈拉張活動(dòng)，導(dǎo)致沿水城—紫云—南丹深大斷裂形成晚古生代裂谷槽盆(即晚古生代裂陷槽)[14]。裂陷槽中晚泥盆世主要沉積了硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖及硅質(zhì)白云巖沉積建造，以及樂紀(jì)式熱水噴流型重晶石礦。

礦區(qū)出露地層有中泥盆統(tǒng)火烘組、上泥盆統(tǒng)榴江組、五指山組及石炭系、二疊系。賦礦層位為上泥盆統(tǒng)榴江組，容礦巖層以灰色、灰黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖為主，厚度6.84～19.87 m。

含礦巖系剖面可分為下、中、上三個(gè)含礦層。下含礦層的下部以角礫狀、碎屑狀重晶石為主，碎屑物粒徑1～2 mm；中部以條帶狀、紋層狀重晶石為主，表面具黑色碳質(zhì)薄膜。中含礦層的下部為深灰色塊狀重晶石；中部為角礫狀重晶石，角礫直徑1～2 mm，其上有0.05 m厚的白云質(zhì)硅質(zhì)巖層；上部以紋層狀及塊狀重晶石為主，厚度6.1 m；頂部呈條帶狀重晶石，含鐵較高，厚度1.4 m。上含礦層的下部為灰白色角礫狀重晶石，上部為條帶狀重晶石互層產(chǎn)出，厚度2.05 m。每個(gè)含礦層之間有硅質(zhì)巖或硅質(zhì)白云巖相隔。礦層底板為泥灰?guī)r，頂板為硅質(zhì)巖。

鎮(zhèn)寧樂紀(jì)重晶石礦床屬沉積型礦床，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，自上而下產(chǎn)出Ⅲ礦化層、Ⅱ礦化層、Ⅰ礦層。其中，Ⅲ、Ⅱ礦化層僅分布于兩用、納盤礦段，僅有少量透鏡狀重晶石礦產(chǎn)出，礦體厚度、品位變化較大[15]。Ⅰ礦層分布于全區(qū)，厚度大，品位高，為本礦區(qū)勘查、開采層位。

1.2 天柱縣大代白重晶石礦床

天柱縣大代白重晶石礦床位于揚(yáng)子陸塊東南緣，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造以褶皺及斷裂為主要表現(xiàn)形式。褶皺有貢溪復(fù)式向斜、南明向斜，斷裂則以北東向斷裂在礦區(qū)延伸的規(guī)模較大，主要有新寨斷層、坪地?cái)鄬?、云洞斷層、平磨斷層等，?duì)于區(qū)內(nèi)重晶石、釩、鉛鋅多金屬等礦產(chǎn)資源具有控礦作用[16]。

礦區(qū)出露地層有元古界青白口系淺變質(zhì)巖、南華系冰磧礫巖、震旦系-寒武系碳酸鹽巖夾陸源碎屑巖。大代白礦區(qū)中最為常見的地層為寒武系，尤其是在貢溪向斜的核部一帶出露最多，占總體的60%左右。賦礦層位為震旦系至寒武跨系地層留茶坡組頂部或近頂部，礦體厚度為3.5～11.34 m，平均厚6.32 m，厚度變化系數(shù)為44.4%[17]。

在大代白重晶石礦區(qū)內(nèi)，礦體直接頂板為黑色炭質(zhì)頁巖夾重晶石透鏡體和磷質(zhì)、硅質(zhì)結(jié)核，含少量重晶石，重晶石品位小于30%；礦體直接底板為黑色薄層硅質(zhì)巖、含炭質(zhì)硅質(zhì)巖，局部為黑色薄層含重晶石結(jié)核炭質(zhì)黏土巖，礦體和上下頂?shù)装褰佑|關(guān)系均為整合接觸[18]。礦區(qū)的重晶石類型屬于單一的重晶石型，礦石中基本無夾石。

1.3 麻江-凱里重晶石礦床

麻江-凱里重晶石礦床位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔南凹陷之貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)東側(cè)，區(qū)內(nèi)發(fā)育有北西西向斷層。礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為婁山關(guān)組，礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有雞窩沖斷層(F1)、雞冠嶺斷層(F2)和茶沖斷層(F3)，其次還發(fā)育一系列與重晶石有關(guān)的層間剪切斷層。礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)2個(gè)主要礦體，均產(chǎn)于婁山關(guān)組白云巖中，圍巖可見明顯的重晶石化、方解石化等蝕變現(xiàn)象，屬低溫?zé)嵋旱V床，其特征分述于下：

Ⅰ礦體：總體呈NE-SW向展布，平面上呈中間大兩端變小直至尖滅的透鏡體，礦體呈單脈、復(fù)脈、團(tuán)塊、透鏡狀充填于斷裂破碎帶中。礦體形態(tài)嚴(yán)格受裂隙、節(jié)理控制，形態(tài)復(fù)雜，部分交代白云巖。礦體走向長約650 m，傾向305°～340°，傾角70°，平均厚1.13 m，平均含礦系數(shù)0.7。礦體與頂?shù)装鍘r石邊界模糊，礦體上部基本采空。

Ⅱ礦體：總體呈NNE-SSW向展布，走向長約150 m，平均厚度1.03 m，傾向85°，傾角70°。礦體(脈)呈單脈、復(fù)脈、團(tuán)塊及透鏡狀產(chǎn)于破碎帶之張、剪裂面中。礦體與頂?shù)装暹吔缒：?，沿走向、傾向厚度變化大，總體形態(tài)復(fù)雜。平均含礦系數(shù)0.8。

2 試驗(yàn)與表征

2.1 礦石樣品的采集

重晶石礦石樣品分別采自鎮(zhèn)寧縣樂紀(jì)鄉(xiāng)、天柱縣大代白、麻江縣大沖、麻江縣谷硐鎮(zhèn)羊蹄山(凱里市)四個(gè)典型礦床，主要為沉積型礦床和層控型礦床，每個(gè)地區(qū)采集礦石4份，分別編號(hào)為ZN-n、TZ-n、MJ-n、KL-n。

2.2 試驗(yàn)

2.2.1 樣品的酸浸試驗(yàn)

將每個(gè)地區(qū)所取的四份礦石粉末樣品分別混合，取10 g樣品，加入50 mL摩爾濃度為1.84 mol/L的硫酸溶液，80 ℃下反應(yīng)2 h，冷卻后過濾并用超純水洗滌至中性，烘干獲得酸浸過后的樣品，分別編號(hào)為ZN-AL、TZ-AL、MJ-AL、KL-AL。

2.2.2 樣品的煅燒試驗(yàn)

取5 g酸浸后的樣品，在950 ℃煅燒2 h，獲得煅燒后的重晶石樣品，分別編號(hào)為ZN-AL-950、TZ-AL-950、MJ-AL-950、KL-AL-950。

2.3 表征手段

采用日本株式會(huì)社生產(chǎn)的D/max-ⅢA 型X-射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行物相分析，測(cè)試條件：Cu靶，管壓40 kV，管流40 mA，X’ Clelerator超能探測(cè)器；掃描方式：連續(xù)掃描；狹縫系統(tǒng)DS 1/2°，SS 0.04 rad，AAS 5.5 mm。采用荷蘭波長色散型X射線熒光光譜儀(XRF)對(duì)微晶石墨灰分進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，高壓發(fā)生器最大功率為2.4 kW，陶瓷X射線光管，Rh靶，多道分析器，含量范圍10-6～100%。采用莫氏硬度為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試礦石硬度，以標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦石作為參照，用劃痕法測(cè)試樣品的硬度。采用上海悅豐儀器儀表有限公司的SBDY-1P型數(shù)顯白度儀測(cè)試樣品的白度。

礦石的密度采用靜力稱衡法測(cè)試，具體步驟為：將礦石在110±5 ℃烘箱中烘至恒重，稱取質(zhì)量m，隨后將礦石完全浸入蒸餾水中，稱取水飽和后礦石在水中的質(zhì)量m1，取出礦石并擦去表面多余水，稱取水飽和后礦石在空氣中的質(zhì)量m2，礦石的密度按照公式(1)計(jì)算。每個(gè)樣品取三塊樣本進(jìn)行測(cè)試，樣品的體積密度為三次的平均值。

ρ=m/(m2-m1)×ρ水

(1)

式中：m為干燥樣品在空氣中的質(zhì)量(g)；m1為水飽和樣品在空氣中的質(zhì)量(g)；m2為水飽和樣品在水中的質(zhì)量(g)；ρ水為室溫下蒸餾水的密度(mg/cm3)。

礦石的耐酸堿性能按照陶瓷耐酸堿測(cè)試國標(biāo)(GB/T 6005—2008)進(jìn)行測(cè)試，具體步驟為：(1)將礦石破碎至0.9～2.0 mm，用水將表面灰塵沖洗干凈后烘干備用；(2)將濾紙和樣品在110±5 ℃干燥箱中烘至恒重，稱取濾紙的質(zhì)量(m0)并記錄；(3)準(zhǔn)確稱取1 g干燥好的試料(ma)于三角燒瓶(三角燒瓶連接冷凝管并開啟冷凝水)中，加入25±0.5 mL的10%硫酸溶液或10%NaOH溶液，加熱至微沸保持1 h，自然冷卻后倒出上層溶液，用去離子水將未溶解的顆粒洗滌至中性后，將顆粒轉(zhuǎn)入濾紙中濾去多余水分，在100±5 ℃干燥箱中烘至恒重，冷卻后稱取質(zhì)量mb。樣品的耐酸堿性能根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算，R越大，樣品的耐酸堿性能越好。

R=(mb-m0)/ma×100%

(2)

式中：m0為干燥濾紙的質(zhì)量(g)；ma為干燥試樣的質(zhì)量(g)；mb為酸或堿處理后的干燥試樣與濾紙的質(zhì)量(g)。

3 礦石礦相結(jié)構(gòu)特征

圖2為采集礦石樣品的手標(biāo)本圖片，四個(gè)地區(qū)的重晶石礦石在外觀、形貌上有較大差別。鎮(zhèn)寧縣位于黔桂湘粵成礦區(qū)中的黔西南成礦區(qū)，樣品采自沉積型礦床泥盆系硅質(zhì)巖中，所采集的重晶石礦石樣品顏色主要為灰褐色，表面為淺黃色，少量樣品帶淺紅色，礦石剖面帶有明顯的層狀白色條紋。天柱縣位于揚(yáng)子地臺(tái)南緣成礦帶中的黔東-湘西成礦分區(qū)，樣品采自沉積型礦床輕變質(zhì)炭質(zhì)巖中，所采集的重晶石礦石樣品為致密塊狀，顏色為深灰色，表面有白色紋絡(luò)。麻江-凱里位于武陵-苗嶺成礦帶中的黔中成礦分區(qū)，為層控型礦床，其中麻江縣所采集的重晶石礦石樣品顏色從白色至灰白色不一，凱里市所采集的重晶石礦石樣品顏色為米白色至土黃色。

圖2 貴州重晶石礦石照片(a，鎮(zhèn)寧縣；b，天柱縣；c，麻江縣；d，凱里市)

3.1 礦物組成

圖3為采集樣品的XRD圖，由圖可知，貴州省重晶石礦中的主要礦物相為重晶石、石英、方解石、白云石等，重晶石均為斜方晶系，純度較高，結(jié)晶程度高。其中，鎮(zhèn)寧縣和天柱縣的重晶石礦中主要的脈石礦物為石英，麻江縣和凱里市的重晶石礦中主要的脈石礦物為石英和白云石。部分采集樣品中還含有少量方解石。

圖3 貴州重晶石礦樣品的XRD圖譜(a，鎮(zhèn)寧縣；b，天柱縣；c，麻江縣；d，凱里市)

圖4 貴州重晶石樣品酸浸(a)和焙燒(b)后的XRD圖譜

圖4為貴州四處重晶石樣品經(jīng)過酸浸和950 ℃焙燒處理后的XRD圖譜。經(jīng)過酸浸處理后，樣品中除石英外的脈石礦物的特征衍射峰完全消失，可見酸浸能除去重晶石礦石中大部分脈石礦生物，其中，鎮(zhèn)寧縣樣品中石英含量最高，沒有完全除去。焙燒過后樣品的物相沒有發(fā)生變化，可見焙燒沒有改變重晶石的結(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

圖5為貴州四處重晶石樣品薄片的顯微鏡下照片，貴州省重晶石礦石均具有晶粒狀結(jié)構(gòu)，礦物成分單一，質(zhì)純，主要由重晶石、石英、白云石、炭泥質(zhì)和鐵泥質(zhì)礦物組成。

圖5 貴州省重晶石樣品薄片在顯微鏡下的照片(ab，鎮(zhèn)寧縣；cd天柱縣；ef，麻江縣；gh凱里市)Brt—重晶石；Qtz—石英；Dol—白云石

鎮(zhèn)寧縣重晶石為板狀、粒狀、條狀，顆粒大小不均，大者粒度約0.05～1.50 mm，板狀、條狀的重晶石單體呈連晶放射狀分布，組成球粒狀集合體，呈條帶狀分布，具有波狀或十字消光現(xiàn)象；小者粒度約0.01～0.05 mm，多呈粒狀，集合體以條帶狀分布。粗、細(xì)顆粒條帶狀集合體相間排列，構(gòu)成條帶狀構(gòu)造，顯示巖石層狀構(gòu)造特征。天柱縣重晶石為粒狀、板狀、條狀，大小約0.05～0.50 mm，顆粒間緊密鑲嵌或嵌布接觸，其集合體呈條帶狀定向分布。麻江縣和凱里市重晶石為自形厚板狀，粒度大于1 mm，具粗晶結(jié)構(gòu)，顆粒間緊密鑲嵌接觸，可見兩組相互垂直解理，后期構(gòu)造裂紋穿切重晶石顆粒。重晶石顆粒表面因含鐵質(zhì)或炭泥質(zhì)略顯渾濁，顆粒間有形態(tài)不規(guī)則的溶蝕孔洞分布。

石英為自形柱狀、粒狀、半自形粒狀，大小約0.40～1.50 mm，表面干凈光亮，可見自形白云石嵌晶，呈單體或不規(guī)則狀集合體分布在重晶石顆粒間，或分布在穿切重晶石顆粒裂隙中。白云石為自形菱面體、細(xì)粒狀、半自形粒狀，因含鐵泥質(zhì)，表面略顯渾濁，多呈團(tuán)塊狀集合體與重晶石毗鄰接觸。鐵質(zhì)及炭泥質(zhì)以粉塵狀、細(xì)粒狀分布在重晶石顆粒表面及顆粒間，或呈條帶狀、細(xì)脈狀集合體與重晶石帶狀集合體相間定向排列構(gòu)成層狀構(gòu)造，或充填在后期構(gòu)造裂紋中。

3.3 化學(xué)成分

表2為貴州四處重晶石樣品的XRF測(cè)試結(jié)果，重晶石礦石樣品的主要化學(xué)成分為BaO、SO3、SiO2、SrO、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O等，不同地區(qū)樣品中除BaO、SO3、SiO2外，其余元素或氧化物含量均小于10%。

鎮(zhèn)寧縣采集的四件樣品BaO的含量在56.46%～68.28%之間，換算成BaSO4含量為84.27%～95.76%，除ZN-1樣品外，其余樣品的BaSO4含量均在90%以下。SiO2含量為3.36%～14.15%，為四個(gè)地區(qū)中最高，其中ZN-2樣品中SiO2含量較低，為3.36%，SiO2的主要礦物形態(tài)為石英。ZN-3樣品中CaO、MgO含量較高，CaO以CaCO3的形式存在于方解石和白云石中，MgO以MgCO3的形式存在于白云石中。

天柱縣采集的四件樣品BaO的含量在66.60%～68.64%之間，換算成BaSO4含量為94.33%～96.62%，SiO2含量為1.66%～2.91%，Al2O3含量為0.41%～0.53%。在所采集的四處地區(qū)樣品中，天柱縣樣品中BaSO4的純度最高，雜質(zhì)最少，但其雜質(zhì)中，F(xiàn)e2O3的含量為四個(gè)地區(qū)中最高。

麻江縣采集的四件樣品BaO的含量在68.51%～77.91%之間，換算成BaSO4含量為90.65%～94.54%；SiO2含量為1.58%～5.09%；CaO含量為1.39%～2.45%，以CaCO3的形式存在于白云石中；麻江縣樣品中Sr的富集較為明顯，含量為0.79%～1.10%。

凱里市采集的四件樣品BaO的含量在59.66%～62.68%之間，換算成BaSO4含量為87.67%～92.73%，SiO2含量為2.85%～6.49%，Al2O3含量為0.42%～0.61%，CaO含量為0.87%～4.40%，MgO含量為0.52%～2.80%，分別以CaCO3、MgCO3的形式存在于白云石中。

表2 貴州各處重晶石礦石樣品的XRF測(cè)試結(jié)果 /% Table 1 XRF of barite ore samples from various places in Guizhou

4 礦石的物理性質(zhì)研究

4.1 礦石的密度與耐酸堿性能

表3為貴州重晶石樣品的密度與耐酸、耐堿性能測(cè)試結(jié)果。鎮(zhèn)寧縣樣品的密度為4.08～4.36 g/cm3；天柱縣樣品的密度4.02～4.35 g/cm3；麻江縣樣品由于含有較多的白云石，密度略低于其余地區(qū)樣品，為3.95～4.38 g/cm3；凱里市樣品的密度為4.33～4.42 g/cm3。四處地區(qū)的重晶石樣品的耐酸堿性能均很好，大部分樣品在煮沸的酸、堿溶液中基本沒有質(zhì)量損失或形變，但白云石不耐酸，因此白云石的存在使樣品的耐酸性能下降。

表3 樣品的密度與耐酸堿性

4.2 礦石的白度

表4為貴州各處重晶石樣品經(jīng)過酸浸和焙燒之后的白度變化。樣品在酸浸后白度均增大，其中麻江縣和凱里市的樣品白度增加較多，因?yàn)檫@兩處的重晶石原樣中主要脈石礦物為白云石，酸浸處理除去白云石后導(dǎo)致樣品的白度提升。焙燒過后，重晶石樣品的白度得到了大幅度提升，鎮(zhèn)寧縣樣品從50.08%增大到79.07%，天柱縣樣品從31.28%增大到74.43%，麻江縣和凱里市樣品的白度均增大到85%以上，這是因?yàn)楸簾^程中除去了樣品中的有機(jī)質(zhì)，使樣品的白度得到大幅度提升，達(dá)到了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

表4 貴州重晶石樣品的白度變化 /%

5 貴州省重晶石礦的開發(fā)利用建議

貴州省麻江縣和凱里市兩處的樣品中，重晶石均為厚板狀，粒度大于1 mm，屬于易選礦石，能通過浮選輕松地提純重晶石。樣品的白度高，密度較高，樣品中由于存在白云石導(dǎo)致其耐酸性能下降。在酸浸和焙燒后，樣品的白度達(dá)到了85%以上，樣品最終的硫酸鋇含量、鐵含量、105 ℃揮發(fā)物含量、水溶物含量和吸油量均滿足精細(xì)重晶石粉理化性能要求，可作為無機(jī)填料用于橡膠、塑料、油漆、防輻射涂料中。麻江縣重晶石礦石原樣的BaSO4含量在90.65%～94.54%范圍內(nèi)，凱里市重晶石礦石原樣BaSO4含量在87.67%～92.73%范圍內(nèi)，符合化工用重晶石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)一步除硅提純后，大部分能達(dá)到優(yōu)等品-1的標(biāo)準(zhǔn)[19]。此外，凱里市樣品的密度均在4.2 g/cm3以上，但鈣的含量較高，所有樣品在酸浸處理后可用作鉆井用重晶石，并且大部分能達(dá)到特級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。

鎮(zhèn)寧縣和天柱縣的重晶石樣品在酸浸和焙燒處理后白度依然小于85%，無法用作精細(xì)重晶石粉。其中，天柱縣重晶石礦石樣品的BaSO4含量為94.33%～96.62%，SiO2含量低，均能達(dá)到化工用重晶石優(yōu)等品-2的標(biāo)準(zhǔn)，可直接用于化工相關(guān)行業(yè)。鎮(zhèn)寧縣重晶石的BaSO4含量為84.27%～95.76%，但SiO2含量較高，在除去SiO2后也可用于化工行業(yè)。

貴州省重晶石礦開發(fā)的重點(diǎn)在于其精細(xì)化、功能化、復(fù)合化等方面的應(yīng)用，并尋找新的途徑開發(fā)高附加值重晶石產(chǎn)品，這對(duì)貴州乃至全國非金屬礦物未來的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。結(jié)合貴州省重晶石的礦物學(xué)特征，對(duì)其未來的開發(fā)利用提出以下建議：

(1)繼續(xù)開發(fā)高純鋇鹽，如鋇鹽精細(xì)化學(xué)品。貴州省重晶石礦品位普遍較高，基本都能達(dá)到化工用重晶石合格品要求(BaSO4含量大于83%)，在進(jìn)行簡(jiǎn)單的提純后即可達(dá)到化工用重晶石精品的質(zhì)量，鋇化工目前是重晶石應(yīng)用最多的領(lǐng)域，仍然是貴州省重晶石資源開發(fā)利用的重要方向。

(2)對(duì)重晶石改性，改善精細(xì)重晶石粉的性能，制備高性能復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，貴州省重晶石中，BaSO4含量大于95%的礦石在煅燒后白度基本都能達(dá)到85%以上，可作為精細(xì)重晶石粉添加到涂料、塑料、橡膠、油漆油墨等材料中。例如重晶石作為與二氧化鈦復(fù)合的內(nèi)核材料，能有效解決二氧化鈦易團(tuán)聚的特性，改善二氧化鈦的光催化性質(zhì)，同時(shí)重晶石也可替代二氧化鈦添加在涂料中。此外，改性重晶石粉的添加還能提高有機(jī)物之間的相容性，增強(qiáng)涂料、塑料、橡膠等的各種性能。如用硬脂酸和硬脂酸鹽對(duì)重晶石改性后添加到涂料中，可改善涂料的流平性和光澤度；將納米重晶石添加到樹脂涂層中，可改善涂層的T彎和應(yīng)變性能，并極大地提高了涂層的耐腐蝕性能。

(3)利用重晶石屏蔽輻射的特性，開發(fā)高附加值的重晶石防輻射混凝土材料。

(4)開發(fā)下一代磁性材料鋇鐵氧體。目前通常使用硝酸鋇作為鋇源制備鋇鐵氧體，貴州省重晶石純度高，特別是麻江縣重晶石極易提純，提供了優(yōu)良的鋇源，可能作為鋇源直接制備鋇鐵氧體。在不加碳的情況下，1 200 ℃溫度下焙燒赤鐵礦和重晶石礦的混合物20 h，雖然獲得產(chǎn)品的矯頑力明顯低于純物質(zhì)所燒制的產(chǎn)品，但兩者的比飽和磁化強(qiáng)度幾乎接近。

6 結(jié)論

(1)貴州省重晶石礦中的主要礦物相為重晶石、石英、方解石、白云石等，重晶石樣品純度高，BaSO4含量均在80%以上。鎮(zhèn)寧縣和天柱縣礦石中重晶石多為板狀、粒狀、條狀，顆粒大小不均，其集合體呈條帶狀定向分布；麻江縣和凱里市礦石中重晶石為自形厚板狀，粒度大于1 mm，具粗晶結(jié)構(gòu)，顆粒間緊密鑲嵌接觸，后期構(gòu)造裂紋穿切重晶石顆粒。

(2)重晶石礦的密度大部分高于4 g/cm3，礦石的耐酸堿性能均很好，礦石中較多的白云石會(huì)導(dǎo)致密度降低和耐酸性降低。礦石的白度差異較大，麻江-凱里的礦石白度明顯高于鎮(zhèn)寧縣和天柱縣礦石，經(jīng)過酸浸和煅燒后，礦石的白度均有明顯提升，麻江-凱里的礦石樣品白度增大到85%以上，達(dá)到了精細(xì)重晶石粉的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)基于礦石的礦物學(xué)特征，對(duì)貴州省四處重晶石礦的開發(fā)利用提出以下建議：麻江-凱里重晶石礦白度高，可在酸浸—煅燒處理后直接用作精細(xì)重晶石粉用于化工相關(guān)行業(yè)，麻江縣重晶石礦石密度大，可作為鉆井用重晶石；天柱縣重晶石礦石中BaSO4純度最高，雜質(zhì)最少，可直接用于化工相關(guān)行業(yè)；鎮(zhèn)寧縣重晶石礦石中SiO2較高，需除硅后考慮其工業(yè)應(yīng)用。