珍珠岩

珍  珠  岩

一、矿产名称：珍珠岩  Perlite

二、矿床类型及其分布

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具有珍珠裂隙结构而得名。珍珠岩矿包括珍珠岩，黑曜岩和松脂岩。三者的区别在于珍珠岩具有因冷凝作用形成的圆弧形裂纹，称珍珠岩结构，含水量2~6%；松脂岩具有独特的松脂光泽，含水量6~10%；黑曜岩具有玻璃光泽与贝壳状断口，含水量一般小于2%。

1、矿床的成因类型

我国珍珠岩矿床主要产于我国大陆地壳活动频繁的中生代。这个代的火山形成了北起黑龙江，南达南海海滨和海南岛，长3000公里，宽300~800公里的火山岩带。此岩带可进一步划分为三个亚带。第一亚带也叫大兴安岭、燕山亚带。这个亚带中的主要珍珠岩产地有河北的宽城、平泉以及张家口，围场，沽源；辽宁的凌源、法库、建平以及锦州、锦西义县、黑山；山西的灵丘；河南的罗山、信阳；内蒙的多伦、太仆寺旗、正兰旗、中后旗等。第二亚带名叫东北北部、山东亚带。这个亚带中的珍珠岩矿床有吉林九台、黑龙江穆棱等。第三亚带名叫东南沿海亚带。这个亚带中的矿床有浙江宁海松脂岩矿床等。

 

2、矿床的工业类型

地质上对珍珠岩的划分有三种。这三种划分除对比化学成分上的限制略有不同外，其他各项或是互相类似，或是互相补充的。三种划分的具体内容见下列三表：

（1）第一种分级：k₀指由工厂焙烧炉试验得到的矿石膨胀倍数、通常为实验室焙烧试验倍数k的2倍左右，如表1 所示。

（2）第二种分级：见表2。

（3）第三种分级：见表3。

上面三种对矿石级别的划分，主要是按照矿石膨胀性能好坏进行的。实际应用何种品级应根据需要具体决定。

上面三种划分都把岩石的化学成份同其膨胀倍数联系在一起。我们认为珍珠岩的膨胀倍数不一定完全取决于其化学成份。因为根据我国山西灵丘县珍珠岩矿的资料，有膨胀倍数k大于10而其Na₂O/K₂O=1~1.5的珍珠岩存在。

 

表 1

 

表 2

 

表 3

 

3、矿产分布情况

膨胀珍珠岩原料矿床主要为酸性火山喷发岩产物。中国自中生代以来，各类岩浆大量喷出，在侏罗系、白垩系、第三系、第四系内均形成有膨胀珍珠岩矿床。已在山西、辽宁、内蒙古、河南、吉林、黑龙江、江苏、浙江、山东、江西、湖北、河北等十多个省、自治区发现膨胀珍珠岩矿床，其中产于山西的储量最大。已开发的较大的矿床有：河南信阳上天梯、河南罗山、辽宁建平、浙江缙云、吉林九台、山西灵丘等处。

 

三、矿床的主要工业指标

决定膨胀珍珠岩原料工业价值的，主要是它们在高温焙烧后的膨胀倍数和产品誉重。

1、 膨胀倍数k₀>5~15倍

2、 容重≤80kg/m³~200 kg/m³

质量要求：

1、 玻璃质纯洁，透明度好，颜色浅的多属优质。

2、 没有或有轻微脱玻璃化作用，严重的属劣质。

3、 不含或少含晶质物，含量多的属劣质。

4、 化学成分：SiO₂ 70%±，H₂0 4~6%，Fe₂O₃<1%为优质，>1%为中劣质。

四、矿石性质

1、矿石的矿物组成

珍珠岩、松脂岩和黑曜岩三种类型的岩石均具有在瞬间高温条件下膨胀的性能。珍珠岩的矿石类型、物质组成、特征、含水量见表4。

 

表4 珍珠岩的矿物组成及矿石特征

 

2、珍珠岩的矿物特征

1） 珍珠岩的主要物理性质，见表5。

 

表5  珍珠岩的主要物理性质

 

2） 珍珠岩矿石的一般化学成份 见表6。

 

表6 珍珠岩矿石的一般化学成分，%

 

3)我国部分产地珍珠岩、松脂岩、黑曜岩的化学成分，见表7。

 

表7 我国部分产地珍珠岩、松脂岩、黑曜岩的化学成分

 

五、工艺特性及主要用途

1、 工艺特性

当酸性熔岩喷发出地表时，由于岩浆骤冷而有很大粘度，使大量水蒸气未能从岩浆逸散而存于玻璃质中。当焙烧时，因突然受热达到软化程度，玻璃质中结合水汽化产出很大压力，体积迅速膨胀。在玻璃质冷却至软化温度以下时，便凝成空腔结构，形成多孔的膨胀珍珠岩。因此玻璃质是引起矿石膨胀的基础条件，水是引起矿石膨胀的内在原因，铁质是影响矿石膨胀的不利因素之一。

珍珠岩矿石类型、品级划分见表8。

 

表8 珍珠岩矿石类型、品级划分

 

2、 主要用途

珍珠岩原砂经细粉碎和超细粉碎，可用于橡塑制品、颜料、油漆、油墨、合成玻璃、隔热胶木及一些机械构件和设备中作填充料。

珍珠岩经膨胀而成为一种轻质、多功能新型材料。具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音等特点，广泛应用于多种工业部门。见表9。

 

表9  膨胀珍珠岩的主要用途

 

六、产品质量标准

1、 有用元素及主要伴生元素对原料的影响

目前，珍珠岩的主要用途以生产膨胀珍珠岩及制品，膨胀的效果是影响制品质量的主要因素。影响珍珠岩膨胀性能的因素见表10。

 

表10  影响珍珠岩膨胀性能的因素

 

2、 地质上常用的对珍珠岩质量划分标准，见表11。

 

表11  珍珠岩的质量分级标准^①

 

工业上应采用一级珍珠岩矿石。三级矿石不准使用。对化学成分的要求为SiO₂占70%左右；H₂O占4~6%；Fe₂O₃ + FeO必须<1%。

3、 国家标准

膨胀珍珠岩用矿砂采用国家建筑材料工业局1988年9月批准的中华人民共和国专业标准，其技术要求见表12。

表12  膨胀珍珠岩用矿砂的技术要求（ZBQ25002—88）

注：对于特殊要求，由供需双方商定。

4、地方标准

 《DB/410000D63001-86》系河南省地方标准，该标准对膨胀珍珠岩用矿砂的技术指标要求见表13：

表13  膨胀珍珠岩用矿砂技术指标要求（DB/410000D63001-86）

七、综合利用工艺技术

1、 综合利用技术方法及工艺流程

珍珠岩按加工程度的不同，其产品可分为珍珠岩原矿、珍珠岩矿砂、膨胀珍珠岩及表面处理的膨胀珍珠岩四类。

由于珍珠岩矿石的选矿目的是将入选原矿加工成粒度、水分等指标均达到工业要求的产品，即珍珠岩矿砂，因而决定了珍珠岩的选矿工艺非常简单，通常为破碎—分级—干燥。

目前，我国尚无正规的选矿工艺流程，一般破碎筛分多采用图1所示的工艺流程。

 

                          原矿

 

                    粗  碎

 

                    筛 分

            筛下

              中  碎   

 

               筛 分

          筛上       筛下

                 筛  分

           粗矿砂

             筛下      筛上

               尾矿 细矿砂

 

图1  破碎筛分原则工艺流程图

 

2、 开发生产实例

1） 信阳上天梯非金属矿

信阳上天梯非金属矿位于我国河南省信阳县和罗山县交界处的上天梯矿区。该矿为珍珠岩与膨润土共生矿床。矿山生产能力60万吨/年，原矿性质表14。1978年矿山筹建珍珠岩加工车间，1979年建成投产。现两个加工车间为一系列，一车间为二段闭路破碎筛分流程；二车间为三段闭路破碎筛分流程。生产加工工艺流程见图2，主要加工设备见表15，主在产品规格、性能、用途见表16。

表14  原矿性质

 

表15 主要加工设备

 

                     

                       原 矿  

 

                        粗碎D_max=210mm

                             e=40mm

 

                        中碎e=5mm

 

                     筛 分

             -50目            +20目

                             细碎

                尾矿  -20+50目   e=1mm

                     产品

 

 

图2 信阳上天梯非金属矿珍珠岩加工工艺流程

 

表16 主要产品规格、性能、用途

 

2） 建平珍珠岩矿

建平珍珠岩矿位于辽宁省建平县奎德素南山，1973年建矿。年产矿石3.4万吨。现有一加工车间，生产珍珠岩矿砂、膨胀珍珠岩及其制品。图3为珍珠岩加工工艺流程。

 

            破碎      筛分       装袋      入库

 

                大颗粒

               

图3 加工工艺流程图

 

建平珍珠岩矿珍珠岩加工所用的主要设备见表17。

 

表17    主要加工设备

 

3） 北京窦店砖瓦厂

北京市窦店砖瓦厂位于北京市房山县附近，1953年建厂，隶属于北京市建筑材料总公司。主要产品有粘土砖、膨胀珍珠岩粉料及其制品、珍珠岩助滤剂。其中膨胀珍珠岩粉料生产量居全国首位，达18~20万m³，产品获国家银质奖。其生产工艺比较先进，用立式炉焙烧并采用微机控制。膨胀珍珠岩的加工工艺流程见图4。产品质量标准如表18。

 

            原料      破碎      破碎      破碎       筛分

        （粒度1~40 mm）

                               颚式破碎机           锤式破碎机

             出厂       装袋        焙烧       预热

          （粒度0.2~1mm）

 

图4 窦店砖瓦厂膨胀珍珠岩加工工艺流程

 

表18  膨胀珍珠岩产品质量标准

 

4)国外珍珠岩加工

国外珍珠岩加工的原则工艺流程见图5。

 

          原矿       破碎    干燥     破碎     储料仓

 

                           回转炉

          产品      焙烧     预热     分级     混合搅拌

 

         抽风机        卧式回转加热炉        空气分级机

      旋风分离排料      立式固定加热炉     

 

图5 珍珠岩加工的原则工艺流程

八、开发利用现状及发展趋势

1、 开发利用现状、存在问题及解决对策

国内外珍珠岩矿占主导地位的用途是生产膨胀珍珠岩及其制品。目前我国膨胀珍珠岩的年产量已超过400万m³，占我国保温材料年产量的5%左右，是国内使用最为广泛的一类轻质保温材料。据有关部门统计，目前我国膨胀珍珠岩在市场上的应用比例为建筑工程约60%，热管道保温约30%，装饰材料约10%，故主要还是用于建筑节能和设备及管道保温。

尽管珍珠岩广泛地应用于各个领域，是一个方兴末艾的工业，但它在某些领域已面临严峻的挑战，不久的将来，许多材料将取代珍珠岩。在代用材料方面，用作灰浆和建筑领域的隔热材料，片状蛭石是一种最有竞争性的材料。轻质骨料如：浮石、膨胀粘土、页岩和火山灰岩、火山灰渣、或泡沫水泥，它们成本低、结构强度高、超过珍珠岩。

在隔热方面，玻璃纤维、矿棉、硅藻土、石棉、纤维和塑料泡沫也是有力的竞争对手。

膨胀珍珠岩用于过滤材料时，虽然也使用硅石砂、有机纤维和其它材料，但硅藻土是主要的代用材料。

用作填料和添加剂的还有粉状滑石、硅石砂、粘土、硅藻土和石灰石。

在农业上，与珍珠岩相抗衡的有蛭石、泥灰和锯末。

珍珠岩做吸附剂、磨料和添加剂时最容易受到各种矿物制品的挑战。

在冷冻工程上，不透明气溶胶和一种由铝和玻璃布组成的薄膜可取代珍珠岩。

为迎接其它制品与材料的挑战，珍珠岩及珍珠岩加工业首先要降低生产成本提高制品性能，充分利用其自身的优点不断开发研制新的功能性制品，如：

轻质防水隔热建筑材料    产品质量轻，不易老化，防水隔热，适于高层建筑以及轻质墙体、管道保温、冷库墙体保冷等。

复合轻质功能性板材    产品容重轻，强度高，可切割成适合现场需要的不同形状，抛光处理后表面平整度高的产品。

玻璃质建筑装饰板    其特点是具有优异的物理化学性能，质感豪华，装饰性能好；其力学性能、耐气候性、光泽度等优于大理石接近花岗岩。

无土载培基质    是农业、植物、园艺方面很有发展前途的应用领域。

助滤剂，实践表明珍珠岩和硅藻土并用，效果优于任何一种助滤剂单独使用。

2、 发展趋势

1）为了提高膨胀珍珠岩的制品性能，应尽快开发球形非多孔膨胀珍珠岩的研制。首先入炉珍珠岩矿要尽可能地按近球形而不是以前的粒度适宜的不规则状；第二是改善窑炉的结构，提高膨胀珍珠岩的强度。

2）珍珠岩原矿经细粉碎，超细粉碎和表面化学处理而成为具一定功能的矿物填料，可广泛地应用于橡胶、塑料、电缆、油漆、油墨等行业。

3）珍珠岩用于动物饲料和种植农作物，已取得初步效果，无论是作动物饲料的添加剂、鸡笼中的铺垫料、填料、防板结和改善流动性的添加剂，或作为兽医制剂、杀虫剂、肥料、微量元素的载体、吸收剂或吸附物，或用于分离培养基质及其它目的。

总之，滤纸和助滤剂，园艺和填料的进一步利用，将使我国珍珠岩工业跃上新的台阶。我国珍珠岩工业是有发展前途的。