山西省天镇县灰窑沟霞石正长岩矿石特征及其矿石性能探讨

摘要：天镇县灰窑沟霞石正长岩矿位于山西省天镇县东南，本区内霞石正长岩矿床类型属高碱性岩矿床。矿体主要由两个矿带组成，规模较大，矿石主要为流霞正长岩、正霞正长岩，通过实验分析结果表明，这两类矿石可以为主要原料制备以石英和霞石为主晶相铝硅酸盐微晶玻璃。

关键词：流霞正长岩正霞正长岩 微晶玻璃

中图分类号：TF041 文献标识码：A 文章编号：

引言：霞石正长岩是一种不含游离SiO 2 的结晶岩石, 主要由碱性长石、霞石及少量镁铁质硅酸盐组成。岩石以其SiO 2 不饱和、富铝富碱质, 矿物组合中出现似长石为特征。霞石正长岩具有熔点低与助熔性, 并起代碱节能作用, 故在玻璃、陶瓷、化工等部门应用广泛。在对本区霞石正长岩矿做了大量勘探工作和实验分析工作之后，认为本区霞石正长岩矿能后用作生产微晶玻璃原料，本文将从以下几个方面对本区矿产岩矿石特征及矿石性能进行探讨。

1 霞石正长岩特征

1.1 岩体规模与产状

天镇县灰窑沟霞石正长岩矿共有两条矿带：Ⅰ矿带为流霞正长岩，分布于罗老庄北东至灰窑口村东，呈北北西至南东走向，断续出露长约8.0km，呈岩床状、似层状赋存于长城系高于庄组一、二段地层底部与太古界集宁群右所堡组地层之上。矿层产状为倾向15°－30°，倾角20°左右；Ⅱ矿带分布于罗家沟南西至武家山一带，矿区内出露长约6.0km，向西矿体埋深浅，上覆地层为第四系黄土及玄武岩（浮石），一般出露宽度为6―10m，向东南进入河北省阳原县境内，矿体埋深较大，一般在80―120m，上覆地层为长城系高于庄组白云岩，矿体厚度大，一般出露宽度为20―40m。该矿带由二层矿体组成即下部Ⅱ－1流霞正长岩、上部Ⅱ－2正霞正长岩，呈岩床状、似层状赋存于长城系高于庄组一～二段地层底部。二层矿呈平行排列，其间夹约20―60m厚薄层白云岩。矿层产状为倾向190°，倾角20°左右。

1.2 矿石特征

本区内共发现两种类型矿石即流霞正长岩、正霞正长岩，流霞正长岩一般呈浅肉红色，半自形中粒结构，细斑状及似粗面状构造，主要矿物成份为：霞石10%左右、正长石20％左右、霓石1－2％、霓辉石5－10%、条纹长石20－25％、钠长石25％、黑云母1％，次生矿物为方沸石、方钠石、方解石，三者含量可达2－5％；正霞正长岩一般呈暗灰色，半自形细粒结构，细斑状及粗面状构造，主要矿物成份为：霞石50－55％、霓石10－15％、正长石25－30％、钠长石5－10％、条纹长石1－3％、霓辉石3－5％，次生矿物主要为钠沸石、方钠石、方解石、褐铁矿，总含量2－3％。

2.矿石加工技术性能

中国地质大学（北京）材料工程学院对本区内的霞石正长岩进行了分析认为灰窑沟矿区霞石正长岩富含K2O和Na2O，可以由该类矿石为主要原料制备以石英和霞石为主晶相铝硅酸盐微晶玻璃。但是在作为生产普通玻璃的原料岩石中含铁量偏高，

2.1实验步骤

（1）、将两种原料用锤子砸碎成小块（边长小于5cm），之后放入颚式破碎机内破碎，最后放入振动磨中磨碎（小于200目）。

（2）、将磨碎的原料放入小坩埚中，放入炉子中烧结。在200℃前为手动升温，之后变为自动升温。炉子自动烧结程序设置为两个阶段：第一阶段为200-900℃，升温速率为10℃/min，保温时间为1min，功率为25w；第二阶段为900-制定温度（按情况制定），升温速率为4℃/min，保温时间为30min，功率为30w。

流霞正长岩烧制1110℃、1150℃、1160℃、1170℃、1200℃，1250℃，1280℃，1300℃，1325℃、1400℃共10个温度；正霞正长岩烧制1100℃、1140℃、1150℃、1170℃、1200℃，1250℃，1280℃，1300℃，1325℃、1400℃共10个温度。

（3）、在保温时间结束后，迅速把坩埚从炉子中取出，在常温下淬冷。

2.2、实验结果

经XRD分析结果表明。在1100℃ 时，流霞正长岩粉末只是紧密的压实在一起，与未烧结原料并无差别，从1100℃到1200℃之间烧制的玻璃表面粗糙、有玻璃熔融体，但内部沙粒感强，无玻璃态，整体玻璃表面呈圆球顶凸起，说明并未完全形成玻璃融体。从1250℃到1325℃玻璃表面光滑度上升，玻璃最上层表面从与坩埚相平到呈凹下状态，岩石开始形成大量的玻璃体，到1325℃时由于坩埚口小，玻璃融体中间有大气泡，认为玻璃形成，对流霞正长岩1325℃烧制玻璃做XRD测试，结果如图1a所示。由图1a可以看出，经1325℃烧制的流霞正长岩呈玻璃态，里面还有少量未熔融的SiO2晶体。将温度提高到1400℃所以将流霞正长岩玻璃烧制温度定为1400℃。烧制得玻璃融体，用做制备微晶玻璃使用。

图1 流霞正长岩1325℃(a)和1375℃(b)烧制玻璃XRD图

同流霞正长岩一样，正霞正长岩在1100℃ 时，烧结粉末只是紧密的压实在一起，与未烧结原料并无差别，从1100℃到1200℃之间烧制的玻璃表面粗糙、有玻璃熔融体，但内部沙粒感强，无玻璃态，整体玻璃表面呈圆球顶凸起，说明并未完全形成玻璃融体。从1250℃到1375℃玻璃表面光滑度上升，玻璃最上层表面从与坩埚相平到呈凹下状态，岩石开始形成大量的玻璃体，到1375℃时玻璃融体全部粘在坩埚壁上，玻璃体中有大量下气泡存在，对正霞正长岩1375℃烧制玻璃做XRD测试，结果如图3b所示，经1375℃烧制的流霞正长岩呈玻璃态，里面还有少量未熔融的SiO2晶体。将温度提高到1400℃所以将正霞正长岩玻璃烧制温度定为1400℃。烧制得玻璃融体，用做制备微晶玻璃使用。

将流霞正长岩和正霞正长岩玻璃烧制温度均定为1400℃。依据两种矿石的化学成分，计算了它们在1400℃时的粘度，分别为：正霞正长岩的粘度，312.4pa.s；流霞正长岩的粘度，164.8pa.s。资料显示，硅酸盐玻璃熔体的粘度应在102-106 pa.s之间。可以看出，两种矿石的高温粘度符合制备硅酸盐玻璃的要求。

2.3 微晶玻璃的制备

对两种霞石正长岩样品进行差热分析，由差热图2(a),(b)可得，流霞正长岩在670℃有一个吸热谷，为矿物的成核温度，正霞正长岩在594℃有一个吸热谷，为矿物的成核温度，核化温度一般高于成核温度，所以将流霞正长岩的核化温度定为700℃，将正霞正长岩的核化温度定为600℃，晶化温度均为1000℃。

图2流霞正长岩（a）及正霞正长岩(b)差热图

经过1400℃烧制成流霞石正长岩玻璃块，流霞正长岩玻璃粉末（小于200目），正霞正长岩玻璃块，正霞正长岩玻璃粉末（小于200目）。将玻璃试样以5℃/mim的升温速率升温至核化温度，保温2小时。然后以2℃/mim的升温速率升温到晶化温度,分别保温1小时和3小时，最后自然冷却到室温。通过对比两组晶化时间不同的样品，可知晶化时间越长则微晶玻璃晶化程度越好。

综上所述，本区内的流霞正长岩、正霞正长岩可以作为制作微晶玻璃的原料，但是目前只限于在实验室内进行的结果，若应用到工业生产中还需要进行工业化或半工业化实验。

3.开发前景

根据资料显示，我国每年对建筑装饰石材的需求量约为5亿m3。从目前的装饰饰面材料市场发展情况看，对具有显著装饰效果的微晶玻璃的需求量正逐年增加。在日本，微晶玻璃板材已占到装饰花岗石市场的1/3。当前，微晶玻璃在国际市场的价格约在100-200美元/m2之间。

山西省天镇县灰窑沟矿区霞石正长岩的成分、物相与结构特点表明，该类型矿石不适宜作为无色玻璃和白色陶瓷的原料以及白色填料等使用，而适合作为微晶玻璃的原料。这类矿石作为微晶玻璃的原料，不需进行选矿和除铁加工，不需再添加纯碱、氧化铝等其他化工原料。以霞石正长岩为原料制备微晶玻璃，无需研制专用设备，采用现有成熟的技术与设备即实现工业化生产，不存在明显的技术障碍。

参考文献：

1、刘中杰,王学贞等 安阳市霞石正长岩开发利用方向与前景，2003，矿产与地质。

2、薛步高,个旧霞石正长岩地质特征及其开发途径探讨,1999,非金属矿。

3、韩海龙，山西省天镇县灰窑沟霞石正长岩矿普查地质报告。2009