陶粒原料淺析(一)
　　人造輕集料（骨料）——陶粒自1956年在我國問世以來，已有50多年的歷史，這幾十年中經(jīng)過了研發(fā)、初具規(guī)模至快速發(fā)展的歷程。目前，我國不僅是陶粒生產(chǎn)大國之一，而且在生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)方面也都得到了較快發(fā)展。如陶粒成球（制粒）工藝從干法、半干法到塑化法；裝備向大型化，控制向自動化方向發(fā)展，陶粒品種由超輕陶粒、普通陶粒發(fā)展到高強(qiáng)陶粒；除粉煤灰陶粒、黏土、頁巖陶粒外，逐步開發(fā)出其他廢渣陶粒、火山巖陶粒。同時(shí)陶?；炷良捌渲破返膽?yīng)用發(fā)展也很快，從陶?；炷羶?nèi)、外墻板、樓板到橋梁工程；從保溫隔熱、防腐墊層到陶?；炷疗鰤K。隨著高層和節(jié)能建筑的快速發(fā)展，陶?；炷烈矎V泛用于高層與節(jié)能建筑。此外，陶粒在石油、化工、農(nóng)業(yè)、填料、濾料等領(lǐng)域也開發(fā)了新的用途。
　　但是，對燒制陶粒的原料（資源）的研究不夠，或者說對原料研究滿足不了陶粒產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的需要，具體表現(xiàn)在以下幾方面。
　?。?）陶粒礦產(chǎn)地質(zhì)工作至今無工作規(guī)范，只有“陶粒礦產(chǎn)”一般工業(yè)要求，如何開展陶粒礦產(chǎn)地質(zhì)工作，怎樣評審陶粒礦產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告，缺乏依據(jù)。
　　（2）全國有140多家陶粒生產(chǎn)企業(yè)，其陶粒礦山進(jìn)行過地質(zhì)工作或地質(zhì)評價(jià)的不多。既然是礦產(chǎn)，開發(fā)前務(wù)必進(jìn)行地質(zhì)評價(jià)！否則企業(yè)對礦石的質(zhì)量、資源量、焙燒工藝性能的依據(jù)是什么呢？
　?。?）凡可用來燒制陶粒的物質(zhì)（料）叫陶粒原料，或稱陶粒資源，包括陶料礦產(chǎn)資源、廢渣資源及其他資源三大類。由于對陶粒原料研究不多，不少單位研發(fā)與建設(shè)陶粒生產(chǎn)線時(shí)也難免走些彎路。如優(yōu)選陶粒原料不當(dāng)，可能造成舍近求遠(yuǎn)或取劣棄優(yōu)的失誤；又如本可不需外加劑或添加一種外加劑就能燒制陶粒的原料，卻往往選用多元配方，增加工藝復(fù)雜性和生產(chǎn)成本；再如廢渣與其他資源不是陶粒礦產(chǎn)，其性能、用途另有所長，擬用它們研發(fā)陶粒時(shí)應(yīng)該用其所長，避其所短。但因?qū)@類資源不甚了解，常為利廢而出現(xiàn)功半事倍的事例。
　　要使陶粒原料研究能適應(yīng)陶粒生產(chǎn)與技術(shù)不斷發(fā)展的需要，就必須在擬建陶粒生產(chǎn)線前對陶粒原料作正確評價(jià)。對陶粒礦產(chǎn)資源應(yīng)健全地質(zhì)工作規(guī)范及評審地質(zhì)報(bào)告制度；對廢渣及其他資源要研究其物質(zhì)組成、理化及工藝性能、排放與儲存量、生產(chǎn)陶粒的可行性等。使研發(fā)的陶粒具有最佳的經(jīng)濟(jì)與社會效益。
　　我們在大量查閱國內(nèi)期刊文獻(xiàn)與全國陶粒礦產(chǎn)調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合我們陶粒礦產(chǎn)地質(zhì)工作與陶粒生產(chǎn)實(shí)踐，撰寫成文，供有關(guān)人員參考。
　　2　陶粒礦產(chǎn)資源
　　地球上能滿足陶粒礦產(chǎn)要求的巖、土較多，概括起來有黏土質(zhì)巖類和火山巖兩類。
　　2.1　黏土質(zhì)巖類陶粒礦產(chǎn)陶粒用黏土質(zhì)類礦產(chǎn)是由母巖（沉積巖、巖漿巖、火山巖、變質(zhì)巖等）風(fēng)化、崩解作用后的巖石、礦物細(xì)屑經(jīng)重力、水力、風(fēng)力及冰川等外力搬運(yùn)至適當(dāng)?shù)沫h(huán)境沉積下來，再經(jīng)成巖作用而形成的巖、土。
　　陶粒用黏土質(zhì)巖類礦產(chǎn)主要特點(diǎn)：一是以黏土礦物（伊利石、水母、蒙脫石、高嶺石、絹云母、綠泥石、沸石等）為主，一般含量應(yīng)大于40%；二是巖、土的顆粒度應(yīng)以泥級為主，小于0.005mm粒級應(yīng)大于50%，而大于0.05mm粒級應(yīng)小于25%；再者不需加外加劑就能燒脹，且燒脹溫度范圍為1100~1250℃。
　　這類陶粒礦產(chǎn)由于成巖作用的強(qiáng)弱不同，又可分未成巖的陶粒黏土與成巖的頁巖陶粒礦產(chǎn)兩類。
　　2.1.1　未成巖的陶粒黏土（泥）礦產(chǎn)這類礦產(chǎn)多在地質(zhì)時(shí)期的第四紀(jì)（Q）形成，其成巖時(shí)間短，成巖作用也弱，黏土未成巖，為松散狀，遇水即成泥，各種水域中的泥，均多屬現(xiàn)代沉積，即全新世（Q4）。這類礦產(chǎn)多為可耕地，為了節(jié)土、節(jié)地和國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，不少地方已開始禁止使用黏土制品，上世紀(jì)雖然開發(fā)并大量生產(chǎn)了黏土陶粒，而現(xiàn)在已經(jīng)不宜發(fā)展了。但作為礦產(chǎn)資源而論，不能不予以介紹。
　　陶粒黏土礦產(chǎn)根據(jù)搬動外力的不同，有殘積、坡積、洪積、沖積、風(fēng)積、淤積等之分。
　　2.1.1.1　殘積黏土礦所謂殘積黏土是指母巖風(fēng)化、分解成黏土后尚未被搬運(yùn)，殘存在母巖的表層，所以又稱原生土或山土。此類黏土礦隨母巖巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，風(fēng)化層厚薄不一，若母巖為泥巖、頁巖等較軟，風(fēng)化層就厚些，這類黏土礦主要分布在我國南方，多以褐灰、黑灰色為主，具有燒脹性。如云南可保煤礦的覆蓋層。
　　2.1.1.2　坡積黏土礦是母巖風(fēng)化成黏土后，因受重力與雨水作用短距離搬運(yùn)，由山體上搬運(yùn)至山麓低平處。此類黏土，因分選差，土中常夾有粗碎屑顆粒，很少形成礦床，只有在陶粒頁巖礦山的外圍低洼處才有少量礦點(diǎn)分布。
　　2.1.1.3　洪積黏土是暴雨與洪水將黏土物質(zhì)搬動至較長距離的平坦處。洪積物經(jīng)過分選，黏土分布在洪積裾或扇或河漫灘邊緣。黏土多為褐灰、草灰、黃灰色，多數(shù)洪積黏土都具有燒脹性，如烏魯木齊市華興陶粒廠的黏土礦就是洪積形成的。這類礦產(chǎn)多分布在山前、山間盆地。
　　2.1.1.4　沖積黏土母巖風(fēng)化產(chǎn)物（巖礦碎屑）沿江、河、溪流等水系，經(jīng)過長期、長距離搬運(yùn)分選，在水系的平緩或中、下游地段沉積下來形成沖積平原，我國地勢西高東低，東部有華北平原、長江中下游平原，廣東的珠江三角洲平原，潮汕平原及陜西關(guān)中平原等。這些沖積平原中就賦存有大量的陶粒黏土礦產(chǎn)。由于這些平原多屬肥沃的可耕地，為了節(jié)土、節(jié)地和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，不宜發(fā)展黏土陶粒。但我國20世紀(jì)開發(fā)與發(fā)展的陶粒主要是黏土陶粒，作為礦產(chǎn)資源而言，不能不介紹。沖積黏土并非都能滿足陶粒礦產(chǎn)要求，隨著風(fēng)化物質(zhì)來源不同及沉積環(huán)境各異，有的地段沖積黏土也不具燒脹性，如上海金山黏土就不能燒脹，而天津的黏土不添加膨脹劑就能燒制超輕陶粒。
　　2.1.1.5　風(fēng)積黏土風(fēng)積黏土是指母巖風(fēng)化產(chǎn)物的細(xì)屑和先期形成的黏土，經(jīng)風(fēng)力搬在適當(dāng)環(huán)境沉積形成的黏土礦，一般稱黃土。此類黏土含粉砂量略高，一般不具燒脹性。如北方的黃土高原的黏土就不能滿足陶粒礦要求，只有在賦含有機(jī)質(zhì)或腐植質(zhì)的黃土才能燒陶粒。一般陶粒用黏土多為褐黃、姜黃、褐灰色，塑性指數(shù)大于7。
　　2.1.1.6　陶粒用泥陶粒用泥是指各種水域里沉積的泥積物，如江、河、海、湖、港、塘、水庫等水域下的泥、淤泥、海泥、河泥、湖泥等，之所以將泥劃規(guī)陶粒黏土礦產(chǎn)，是因?yàn)樗堑刭|(zhì)年代的第四紀(jì)全新世沉積物，這些泥質(zhì)物多以SiO2、Al2O3為主要成分，不少水域里的泥，不需添加劑也能直接燒制陶粒。開發(fā)泥類陶粒原料，有疏竣航道、開拓水域、凈化水體、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是陶粒黏土類礦產(chǎn)唯一值得開發(fā)的。我國有較多的水域：港灣、湖泊（如太湖、滇池、博斯騰湖）、河流、水庫、魚塘等資源十分豐富，不少淤泥不需添加膨脹劑就能直接燒脹，如廣州華穗陶粒用的江河淤泥就能燒脹。又如表1中的淤泥化學(xué)成分及燒陶粒情況。

　　2.2.2　陶粒用黏土巖礦產(chǎn)黏土巖類陶粒礦產(chǎn)，就是松散的黏土堆積或未固結(jié)的黏土層在200℃左右溫度與幾十個(gè)大氣壓條件下，經(jīng)漫長的脫水、擠壓等成巖作用形成的沉積巖。這類巖石的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3，礦物成分仍以黏土礦物為主，所以總稱黏土質(zhì)巖類。根據(jù)成巖與變質(zhì)作用由弱至強(qiáng)，依次所形成泥巖—頁巖—板巖—千枚巖等。

　　2.1.2.1　陶粒用泥巖礦泥巖礦是黏土沉積物已固結(jié)成巖，無明顯層理而成土狀結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造，局部失去塑性，遇水即軟，且黏土顆粒向水域分散，其化學(xué)成分與礦物組成和原黏土成分一樣，無重結(jié)晶等變質(zhì)現(xiàn)象。泥巖也和黏土礦一樣，根據(jù)泥巖的含粉砂量多少分為：泥巖（泥級顆粒95%）；含粉砂泥巖（含粉砂5%~10%）；粉砂質(zhì)泥巖（粉砂粒級占10%~25%）。紅色、棕紅色泥巖多數(shù)不能燒脹。如我國南方特別是四川盆地的紅、棕紅色泥巖（石股子）均不宜作陶粒礦來開發(fā)。
　　一是屬可耕地，二是膨脹性極差。只有深灰、灰黑、姜黃等色泥巖才具有燒脹性，這類泥巖多賦存在中生界及新生界的老第三系地層中。如甘肅蘭州的醬紅色泥巖。泥巖的化學(xué)成分為（%）：SiO249~55，Al2O314~20，F(xiàn)eO35~9，CaO+MgO6~10，R2O2~4燒失量8~10，燒制的陶粒堆積密度700~1100kg/m3。
　　2.1.2.2　陶粒用頁巖按巖石科學(xué)而言，頁巖與泥巖均是以黏土礦物為主，礦物或巖屑顆粒粒徑多在0.01mm以下的碎屑沉積巖。頁巖是比泥巖的成巖程度更深的巖石，頁巖比泥巖堅(jiān)硬，具有葉理或微層理。遇水不易軟也不染手是與泥巖的根本別區(qū)。置于水中在短時(shí)間內(nèi)水不會渾濁。不是風(fēng)化程度較深的頁巖不宜耕種。頁巖的化學(xué)成分與礦物組成與原來的黏土或泥巖一樣，沒有變質(zhì)即沒有新礦物產(chǎn)生。頁巖命名的依據(jù)不同，其品種繁多，根據(jù)有關(guān)資料介紹有170多種?，F(xiàn)將可燒陶粒的主要品種簡介如下：
　?。?）頁巖根據(jù)含粉砂量多少分為泥質(zhì)頁巖（含粉砂<5%），含粉砂頁巖（粉砂占5%~10%）及粉砂質(zhì)頁巖（粉砂占含量10%~25%）。一般泥質(zhì)頁巖燒脹性最好，含粉砂頁巖的燒脹次之，粉砂質(zhì)頁巖的燒脹性最差。但例外的也有粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖也能燒脹，那是因?yàn)榈V物組成不同。
　?。?）按頁巖中黏土礦物的易熔性可將頁巖分為易熔性和耐熔性頁巖兩種。易熔性頁巖中的黏土礦物主要是伊利石、水云母、蒙脫石，另含少量石英、長石、方解石、白云石、黃鐵礦、褐鐵礦和有機(jī)質(zhì)等。這類頁巖多數(shù)燒脹性好，且燒脹溫度較低（1050~1190℃），而耐熔性頁巖中的黏土礦物主要是高嶺石，粒狀礦物與易熔性頁巖相近，此種頁巖的燒脹性差，甚至不膨脹，且燒脹溫度范圍較高（多在1150~1250℃）。
　　（3）根據(jù)頁巖中特殊混入物可將頁巖分為以下幾種：
　?、偬抠|(zhì)頁巖：這種頁巖含有大量分散的炭化了的有機(jī)物，但其灰分含量高達(dá)30%~50%，多呈黑、灰黑色，摸著染手，但不宜作燃料，作陶粒原料具燒脹性。這種頁巖主要分布在煤系地層中，多為煤礦的圍巖。如在新疆、山東、山西、陜西均有。
　?、诤谏搸r：這種頁巖中富含機(jī)質(zhì)及細(xì)分散的炭質(zhì)或黃鐵礦、菱鐵礦而呈黑色、褐黑色。頁巖質(zhì)純，具有極薄的層理，葉狀構(gòu)造發(fā)育，莫氏硬度3~4，外貌好似炭質(zhì)頁巖，但不染手，新鮮頁巖不滲水，多數(shù)賦存在早古生界地層中。
　?、垅}質(zhì)頁巖：指頁巖中CaCO3含量在10%~20%，黏土礦物占75%~80%。此種頁巖燒脹溫度較低，但燒脹性也差。這種頁巖主要分布在石灰?guī)r的頂、底板。如廣東、廣西、內(nèi)蒙、山東、天津等省市。
　?、荑F質(zhì)頁巖：頁巖中含有二價(jià)鐵的氧化物（赤鐵礦、褐鐵礦）時(shí)，頁巖為醬灰色、紫紅色，若含二價(jià)鐵的硅酸鹽（海綠石）、硫化鐵（黃鐵礦）時(shí)，頁巖呈灰綠色，此種頁巖的燒脹性差，燒脹溫度范圍也較低，主要分布在湖南、湖北及山東、山西等省。
　?、莨P石頁巖：此種頁巖是指頁巖中含有較多的筆石化石，主要賦存在奧陶、志留系地層中，頁巖多赭灰色、黑灰色，燒脹性較好，可以燒制普通陶粒與超輕陶粒。主要分布于廣東、湖北及長江三峽地區(qū)。
　?、抻晚搸r“是指頁巖中含有5%~15%瀝青或石油，常呈黑色或棕黑色，風(fēng)化后為黃灰色，巖石易成巖片，比重輕，巖含油較多時(shí)，新鮮薄巖片可以點(diǎn)燃。此種頁巖具有燒脹性但污染環(huán)境較重。必須綜合開發(fā)，先蒸鎦石油后，再利用廢渣生產(chǎn)陶粒最好。
　　2.1.2.3　板巖板巖是黏土沉積物在漫長地質(zhì)時(shí)代中，由于成巖作用，構(gòu)造變動，巖石經(jīng)受了一定程度的變質(zhì)作用，比頁巖的成巖程度更深，巖石堅(jiān)硬，變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，也叫淺變質(zhì)巖。板巖的化學(xué)成分與頁巖相近，但礦物組成有重結(jié)晶及新礦物產(chǎn)生，如有水云母、高嶺石、黃鐵礦、綠泥石等。燒脹溫度更高，多在1150~1300℃之間。如甘肅省靖遠(yuǎn)縣刀楞山陶粒粉砂質(zhì)板巖的燒脹溫度為1050~1300℃，最佳膨脹溫度是1250℃。膨脹率1.11~5.43，平均2.38。
　　最佳燒脹時(shí)間5~11min。該板巖的化學(xué)成分（%）：
　　SiO259.82，Al2O316.89，F(xiàn)e2O37.14，CaO+MgO4.37，K2O+Na2O4.53，燒失量5.64。板巖也因含粉砂量而分為：板巖（含粉砂<5%）含粉砂板巖（粉砂占5%~10%）及粉砂質(zhì)板巖（粉砂含10%~25%）。
　　2.1.2.4　千枚巖陶粒用千枚巖也是黏土沉積物在漫長的地質(zhì)時(shí)代中，經(jīng)成巖作用，構(gòu)造變動，變質(zhì)作用形成的中變質(zhì)巖。巖石特征：具絲絹光澤，變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造。礦物組成多數(shù)重結(jié)晶，產(chǎn)生較多的新礦物。如水云母、絹云母、綠泥石等。此種礦產(chǎn)一般不宜燒陶粒，因?yàn)闊洔囟容^高，除失去結(jié)晶水后，還要破壞晶格能后才能燒脹，所以，一般燒脹溫度1200~1350℃左右。如新疆的尼勒克河中上游及塔爾巴哈山南坡就有陶粒用千枚巖礦分布。
　　2.2　陶粒用火山巖用火山巖生產(chǎn)陶粒是上世紀(jì)末開始研發(fā)，本世紀(jì)初就已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，可作為陶粒礦用的火山巖主要是珍珠巖、流紋巖、粗面巖等。
　　2.2.1　陶粒用珍珠巖礦1940年首次用酸性火山玻璃質(zhì)熔巖生產(chǎn)膨脹珍珠巖輕集料后，開發(fā)應(yīng)用范圍和用量不斷增加，作為隔熱保溫材料、輕質(zhì)建筑材料、助濾劑等。隨著工業(yè)技術(shù)和建筑業(yè)的發(fā)展，膨脹珍珠巖的用途更加廣泛，已成為發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的原料。但這種膨脹珍珠巖輕集料雖然是由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖，經(jīng)破碎、預(yù)熱、焙燒而成，但無釉質(zhì)或玻璃質(zhì)表殼，多孔結(jié)構(gòu)開放，堆積密度<250kg/m3，強(qiáng)度也低于0.2MPa，吸水率極大，重量吸水率一般為200%，體積吸水率為30%，不具陶粒特征。直到20世紀(jì)末才有人研發(fā)出珍珠巖陶粒。人們把能生產(chǎn)膨脹珍珠巖的礦物原料在工業(yè)上統(tǒng)稱為“珍珠巖”，它與巖石學(xué)上的“珍珠巖”的含義不同。前者是指生產(chǎn)膨脹珍珠巖的火山玻璃質(zhì)熔巖的總稱，它包括巖石學(xué)中的珍珠巖，黑曜巖、松脂巖等，而巖石學(xué)中的“珍珠巖”是把具有同心圓狀或圓弧裂紋（珍珠結(jié)構(gòu)）的天然酸性玻璃質(zhì)熔巖叫“珍珠巖”，它與黑曜巖、松脂巖都是酸性的玻璃質(zhì)火山巖，化學(xué)成分大致相同，主要是在含水率和顏色及結(jié)構(gòu)方面有差別。
　　凡是能生產(chǎn)膨脹珍珠巖的珍珠巖、黑曜巖、松脂巖不宜生產(chǎn)陶粒，因?yàn)槟苌a(chǎn)膨脹珍珠巖的礦石作陶粒原料不僅熱工操作困難，而且是大材小用。
　　凡不宜生產(chǎn)膨脹珍珠巖的礦石或膨脹珍珠巖的尾礦渣恰好是生產(chǎn)超輕陶粒的理想原料。這類酸性玻璃質(zhì)火山巖的理化性能如下。2.2.1.1　一般性能陶粒珍珠巖包括黑曜巖、珍珠巖、松脂巖。
　　黑曜巖：一般多為深色，有黑、深灰、深褐色等，玻璃光澤，具貝殼狀斷口，碎片不透明或半透明。常有少量透長石斑晶、雛晶，斑晶較多時(shí)叫黑曜斑巖。
　　一般含水<1%，當(dāng)含水1%~2%時(shí)稱為水化黑曜巖，也具有膨脹性。
　　珍珠巖：多為淡綠、淡灰、綠色、珍珠或臘狀光澤，具有珍珠結(jié)構(gòu)或同心圓狀裂隙，一般沒有或很少有斑晶，含水2%~6%。其變種有沸石化珍珠巖，沸石含量<20%；水化珍珠巖，含有較多的黑曜巖殘留體。
　　松脂巖：一般呈深色，有灰黑橄欖綠、褐紅色等。
　　松脂或?yàn)r青光澤，參差狀斷面，含水>6%。其變種有水解松脂巖，含有較多的沸石成分；水化松脂巖，由黑曜巖變質(zhì)而成，含有黑曜巖殘留體。
　　在自然界，上述三種巖石常常共生在一起，可呈多種顏色，多為綠、褐、黑色。無解理，具不規(guī)則狀和同心圓形旋渦狀裂紋，貝殼狀斷口。粉末為白色，莫氏硬度5.2~6.4，比重2.32~2.34，耐火度為1300~1380℃。驟然加高溫能膨脹4~30倍。
　　珍珠巖的主要成分是酸性火山玻璃，其次有一定量的結(jié)晶水，還有數(shù)量不多的透長石，石英斑晶或雛晶及微量的角閃石、黑云母、磷灰石等礦物晶體。礦石常具玻璃質(zhì)、玻璃質(zhì)雛晶、玻璃質(zhì)隱晶等結(jié)構(gòu)；并具珍珠狀構(gòu)造、松脂巖的構(gòu)造特征。塊狀構(gòu)造是黑曜巖的構(gòu)造特征。
　　黑曜巖、珍珠巖、松脂巖均是酸性火山玻璃質(zhì)熔巖，穩(wěn)定性差，隨著物理化學(xué)條件的變化，往往發(fā)生變化，形成星點(diǎn)、梅花狀、串珠狀、放射狀和團(tuán)塊等雛晶和微晶，強(qiáng)烈時(shí)形成玉髓、長英質(zhì)、沸石、黏土類礦物，從而失去玻璃質(zhì)特征。
　　2.2.1.2　化學(xué)成分（1）珍珠巖礦的化學(xué)成分接近流紋巖范圍，化學(xué)上屬酸性，在水中的pH值大致為7，典型的化學(xué)成分為（%）：SiO271~76；Fe2O31.0左右；Al2O312~18；K2O+Na2O6~9；FeO+CaO+MgO1~4；H2O+3左右；金屬氧化物少量。
　　（2）世界上部分珍珠巖礦的化學(xué)成分為（%）：
　　SiO268~75；Al2O312~14.34；Fe2O30.2~1.5左右；CaO0.3~2.5；MgO0.1~0.8；K2O+Na2O3.5~9.0；H2O+0.1~9。
　?。?）由于我國珍珠巖的成礦時(shí)代較早，礦石普遍經(jīng)受了次生變化，如沸石化、蒙脫石化，化學(xué)成分也有所變化。據(jù)我國20多個(gè)礦區(qū)統(tǒng)計(jì)，其化學(xué)成分為（%）：SiO261.8~79.05，一般在71左右；Al2O39.13~15.61一般在12左右；Fe2O30.15~8.03，多為1.65左右；FeO0.06~2.53；TiO20.03~0.55；MnO20.02~0.45；MgO0.02~1.05，平均為0.43；CaO0.40~5.47，平均為1.16；Na2O0.05~5.06，平均為3.46；K2O1.21~5.40，平均為3.25；H2O+0.01~11.96，平均為4.8；燒失量2.5~8.28。膨脹倍數(shù)1.7~38，一般在15~25倍左右。膨脹倍數(shù)低于15倍的珍珠巖礦，適宜生產(chǎn)陶粒用。
　　我國沸石化珍珠巖的化學(xué)成分一般為（%）：
　　SiO262.99~69.25；Al2O312.34~13.39；Fe2O30.88~1.55；CaO0.28~4.38；Na2O0.34~2.77；K2O0.45~3.64；H2O+6.54~10.07。
　　以上成分表明，我國珍珠巖的化學(xué)成分比世界珍珠巖的化學(xué)成分變化大。反映了我國珍珠巖礦床形成時(shí)代較早，在漫長的地質(zhì)歷史中次生變質(zhì)深的特點(diǎn)。
　　2.2.1.3　礦石類型珍珠巖礦石按原巖性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和成因的不同，可劃分不同的礦石類型。
　?。?）按原巖性質(zhì)可分為三種類型：
　?、俸陉讕r型：主要是黑曜巖、黑曜斑巖和水化黑曜巖。后者也具有膨脹性，是理想的陶粒原料。
　　②珍珠巖型：有塊狀、多孔狀和浮石狀、珍珠狀珍珠巖，變種有水解（沸石化）和水化珍珠巖。此類型礦石具有較好的燒脹性，是生產(chǎn)膨脹珍珠巖的主要原料，也是生產(chǎn)陶粒的原料。
　?、鬯芍瑤r型：主要是松脂巖，其次有水解和水化松脂巖。此類型礦石也具有燒脹性，可作為生產(chǎn)陶粒的原料。
　?。?）按礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為六種類型：
　?、俨Ａз|(zhì)塊狀珍珠巖：礦石為玻璃質(zhì)塊狀，有時(shí)含有數(shù)量不等的礦物斑晶、雛晶，主要有透長石、石英、云母及次生礦物沸石、蒙脫石等，含量超過3%時(shí)稱為玻基斑狀珍珠巖，是生產(chǎn)膨脹珍珠巖的主要礦石類型，但一般不宜作陶粒原料。
　?、诹骷y質(zhì)珍珠巖：礦石的玻質(zhì)或結(jié)晶礦物成定向分布呈流紋狀構(gòu)造，是生產(chǎn)膨脹珍珠巖的工業(yè)類型，也是陶粒的次要礦石類型。
　?、劭谞钫渲閹r：礦石的玻璃質(zhì)中有明顯的氣孔狀構(gòu)造，根據(jù)氣孔多少可分為氣孔狀、多孔狀和浮巖狀等類。我國內(nèi)蒙古有此種礦石類型，氣孔多影響燒脹性，但可滿足燒制陶粒要求。
　　④碎屑珍珠巖：屬噴發(fā)沉積成因，礦石多見重熔結(jié)構(gòu)，碎屑狀構(gòu)造，碎屑有玻璃、巖屑、晶屑。一般燒脹性不好，只宜作陶粒原料用。
　?、萃翣钫渲閹r：主要是水解珍珠巖，其次是沸石化珍珠巖。礦石表面呈污濁狀、土狀，有一定燒脹性，可作陶粒原料。
　?、藿堑[狀珍珠巖：礦石具有角礫狀構(gòu)造，角礫有珍珠巖、流紋巖等，此種礦石燒脹性差，但作陶粒原料是可以的。
　?。?）按成因可分為四種類型：
　?、僭渲閹r：主要分布在噴溢火山巖中，常見有珍珠巖、黑曜巖、松脂巖型和混合型礦石，多為玻璃質(zhì)塊狀、珍珠狀和玻璃斑狀構(gòu)造，是生產(chǎn)膨脹珍珠巖的主要工業(yè)礦石類型，但不宜生產(chǎn)陶粒。
　?、谒渲閹r：主要產(chǎn)于次火山巖和噴發(fā)火山巖中，常見有松脂巖、珍珠巖型等。多為玻質(zhì)塊狀、流紋狀和凝灰狀構(gòu)造，陶粒用礦石質(zhì)量好，但不宜生產(chǎn)膨脹珍珠巖。
　　③再生珍珠巖：是原生珍珠巖被后期地質(zhì)作用破壞—搬運(yùn)—再堆積成礦的礦石類型。主要分布在火山噴發(fā)巖中，常見有黑曜巖、松脂巖型礦石，多為角礫狀，碎屑狀構(gòu)造。成礦規(guī)模雖大，但質(zhì)量欠佳。
　?、芩庹渲閹r：是原生珍珠巖經(jīng)水解作用形成的礦石類型。主要是沸石化珍珠巖礦石，在我國此類型占重要位置，是生產(chǎn)膨脹珍珠巖及陶粒的主要礦石類型。
　　2.2.1.4　燒陶粒的工藝性能用于生產(chǎn)膨脹珍珠的礦石其燒脹4~35倍，若燒脹倍數(shù)低于4倍的礦或尾礦渣用來生產(chǎn)陶粒，其燒脹性也算是好的。只因珍珠巖的化學(xué)成分SiO2很高，而Fe2O3很低，故燒脹溫度較高，且易粘結(jié)。陶粒表殼多為薄玻璃釉，且色淺，根據(jù)清華大學(xué)土木工程系馮乃謙教授用珍珠巖試制超輕陶粒成功。添加5%鐵粉，以預(yù)熱溫度600~700℃，焙燒時(shí)間20min，焙燒溫度1150~1200℃，焙燒時(shí)間3~10min，燒出了超輕陶粒。也有人選用水解珍珠巖、黑曜巖、松脂巖，以預(yù)熱溫度600~650℃，預(yù)熱時(shí)間10~15min，燒焙溫度1165~1175℃，焙燒時(shí)間7~9min，也燒出了超輕——普通密度陶粒。因膨脹珍珠巖的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較生產(chǎn)陶粒高，故用珍珠巖來生產(chǎn)陶粒，尚未見產(chǎn)業(yè)化。
　　2.2.2　陶粒用火山流紋巖、粗面巖流紋巖、粗面巖都是酸性火山巖，其分布、化學(xué)成分與珍珠巖接近。單獨(dú)用（不添外加劑）流紋巖、粗面巖來生產(chǎn)陶粒還未產(chǎn)業(yè)化，按陶粒礦產(chǎn)定義，這兩種巖石還不是陶粒礦產(chǎn)，但因這兩種巖石的化學(xué)成分與花崗巖相近，特別是SiO2、Al2O3含量在陶粒原料要求范圍內(nèi)；又有以純花崗巖粉在溫度1200℃以上燒制出輕質(zhì)骨材的事實(shí)，我們也曾以新疆富蘊(yùn)縣卡口爾得珍珠巖的圍巖——流紋斑巖在實(shí)驗(yàn)室里燒脹過。燒脹的熱工制度為：預(yù)熱溫度650℃，預(yù)熱時(shí)間11min，焙燒溫度1260℃，焙燒時(shí)間15min，燒出陶粒為黃灰色，次棱角狀，強(qiáng)度高，吸水率低。鑒此，可把流紋巖、粗面巖視為陶粒礦產(chǎn)。有企業(yè)將這兩種礦石添加粘結(jié)劑、助熔劑生產(chǎn)高強(qiáng)陶粒，添加外加劑目的是提高成球效率，降低燒脹溫度，促進(jìn)膨脹，節(jié)能經(jīng)濟(jì)。
　　流紋巖、粗面巖均是酸性火山巖類，多賦存于火山巖帶的火山巖、火山碎屑巖中（如英安巖、霏細(xì)巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、火山角礫巖等）。從火山巖形成的時(shí)空來看，我國的火山巖礦床主要產(chǎn)于大陸活動頻繁的中生代，這個(gè)時(shí)代的火山活動形成北起黑龍江，南達(dá)海南，長3000km，寬300~800km的火山巖帶。此巖帶可以劃分成三個(gè)亞帶；第一亞帶——大興安嶺、燕山亞帶，產(chǎn)地有河北、遼寧、山西、河南、內(nèi)蒙、新疆等地：第二亞帶——東北北部、山東亞帶，產(chǎn)地有黑龍江、吉林、山東等??；第三亞帶——東南沿海亞帶，產(chǎn)地有浙江等。
　　流紋巖、粗面巖礦石多為灰白、肉灰色、粉紅色，玻質(zhì)斑雜結(jié)構(gòu)、粗面結(jié)構(gòu)、流紋狀與塊狀構(gòu)造。
　　主要礦物成分有石英、長石，次有玻璃質(zhì)，有時(shí)還有少量暗色礦物黑云母、角內(nèi)石。石英、長石有呈斑晶，也有呈隱晶質(zhì)與玻璃質(zhì)組成基質(zhì)。其主要化學(xué)成分與花崗巖成分相近，一般為（%）：SiO265~73；Al2O311~15；Fe2O32~3；CaO0.5~2；MgO0.3~0.6；K2O4~6；Na2O2~5；燒失量0.5%~2%，兩種巖石硬度較大，莫氏硬度5~6。比重2.3~2.5。因?yàn)榱骷y巖與粗面巖的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3，所以具有優(yōu)良的耐火性和耐酸性能。又因火山巖噴發(fā)凝結(jié)時(shí)，SiO2及硅酸鹽礦物多以纖維狀、海綿狀的融熔體存在，故又具有強(qiáng)的韌性和耐久性。礦石比起黏土質(zhì)巖的燒脹性差。焙燒溫度一般在1150~1200℃，流紋巖、粗面巖樣粒的體積膨脹不明顯，但在1200℃以后繼續(xù)升溫，其樣粒開始軟化膨脹，當(dāng)溫度升到1280℃恒溫15~20min，可燒出普通密度陶粒。陶粒為黃灰、古銅灰色，玻璃釉，次棱角——次圓狀，表觀密度950~1200kg/m3，吸水率低，強(qiáng)度高。
　　2.3　陶粒用沸石礦產(chǎn)2.3.1　概念沸石是由瑞典礦物學(xué)家克朗斯特德1756年研究冰島玄武巖時(shí)在其杏仁孔洞中發(fā)現(xiàn)。因其具有美好的自形晶體和吹管加熱時(shí)發(fā)泡而取名沸石。但直到20世紀(jì)30、40年代，人們才對沸石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。沸石是一種含水的堿或堿土金屬的架狀鋁硅酸鹽礦物。已鑒定的天然沸石族礦物有43種，其中比較常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、鈣十字沸石、毛沸石、片沸石、濁沸石等。其化學(xué)通式如下：
　　（NaK）X（Mg、Ca、Sr、Ba）Y[AlmSinO（m+n）2]
　　WH2O，式中X為堿金屬離子個(gè)數(shù)，Y為堿土金屬離子個(gè)數(shù)，m為鋁離子個(gè)數(shù)，n為硅離子個(gè)數(shù)，W為水分子個(gè)數(shù)。由上式可以看出，天然沸石的化學(xué)成分是由SiO2、Al2O3、H2O和堿及堿土金屬4個(gè)部分構(gòu)成。SiO2和Al2O3兩種成分約占沸石總量的80%，在不同的沸石礦物中，硅和鋁的含量比例不一致。
　　僅硅和鋁及水含量不同，就可以構(gòu)成不同的沸石礦物。據(jù)報(bào)道，沸石最大的硅鋁比值可達(dá)100∶1，而最小者為1∶1，硅和鋁呈現(xiàn)出有序排列。按照硅鋁比值的不同，將天然沸石Al劃為高硅沸石（Si∶Al>4∶1），如絲光沸石；中硅沸石（Si∶Al=2∶1~4∶1），如柱沸石；低硅沸石（Si∶Al=2∶1），如鎂沸石。硅鋁比值的大小直接影響沸石的某些性能。
　　堿金屬或堿土金屬數(shù)量有限，其氧化物的含量有限，一般為4%~6%，呈離子狀態(tài)與SiO2和Al2O3結(jié)合在一起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，53種沸石礦物中含鈣的30種，其次是含鈉的21種，不含鈉和鈣的沸石僅2種。
　　H2O也是沸石的主要成分之一，含量一般在10%左右，最低在2%~6%之間，最高為13%~15%，個(gè)別可達(dá)18%以上。
　　沸石晶體構(gòu)造比較特殊，硅氧四面體和替代的鋁氧四面體是沸石的基本構(gòu)造單元。由此基本單元逐級組成單元環(huán)、雙元環(huán)，再由這些元環(huán)構(gòu)成主要為三維空間的架狀構(gòu)造的沸石晶體。這種晶體構(gòu)造內(nèi)部存在著排列規(guī)律、大小均勻、彼此相通，并與外界相連的大量孔穴和通道。沸石水就充填于晶體格架的孔穴和通道中，不進(jìn)入結(jié)晶格架，與內(nèi)部的引力比較弱，隨外界條件改變時(shí)，沸石可以較自由地排除或重新吸入而不破壞沸石晶體的結(jié)構(gòu)。
　　沸石晶體之所以含堿或堿土金屬，是因?yàn)楣铻?價(jià)，替代的鋁為3價(jià)，在鋁氧四面體中出現(xiàn)電價(jià)不平衡，要由金屬陽離子來補(bǔ)償。
　　沸石礦物主要構(gòu)成斜方和單斜晶系，少數(shù)為等軸及三方晶系。沸石礦物大多組成纖維狀、針狀、葉片狀、放射狀或鱗片狀集合體，有時(shí)也可成薄板狀或薄片狀單晶。
　　2.3.2　礦床成因分類沸石是地殼巖石圈深度不超過7.5km的近地表的標(biāo)型礦物，是一種常見的鋁硅酸鹽。它在巖石圈分布的廣度和數(shù)量僅次于長石、石英、云母、黏土礦物和碳酸鹽礦。凡沸石含量40%以上或NH+交換量大于100mg當(dāng)量/100g的巖石才可稱作沸石礦，礦床種類繁多，成因復(fù)雜。
　　我國對沸石成因類型沒有進(jìn)行全國性的劃分，僅對某區(qū)域或某省的沸石進(jìn)行了劃分，錢祖廉等在《沸石礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略分析》中以成礦地質(zhì)作用為主，其次考慮到地質(zhì)環(huán)境，原巖類型兼顧一般礦床學(xué)的分類及世界已經(jīng)流行的分類，將沸石成因類型重新劃分出晚期巖漿型、接觸變質(zhì)型、熱液型、陸相開放水型（包括火山熔巖亞型、火山碎屑巖亞型、火山及正常碎屑巖亞型）、陸相封閉水型（鹽堿湖型）、海相型、風(fēng)化殘余型、隕石沖擊型、埋藏淺變質(zhì)型等九大類型。這給我國進(jìn)行沸石分類研究打下了基礎(chǔ)，也給國內(nèi)的沸石找礦勘探提供了資料。
　　2.3.3　我國沸石礦產(chǎn)資源狀況2.3.3.1　沸石的性能及用途在研發(fā)天然沸石燒制陶粒之前，沸石在國內(nèi)外早已用作水泥的硬凝劑、造紙?zhí)盍稀⑻幚砉I(yè)廢水等方面。隨著開發(fā)應(yīng)用范圍擴(kuò)大，我國用于海水提鉀、制取鉀鹽和甲苯歧化、生產(chǎn)化工原料等方面。沸石之所以有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，主要是它具有獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，使其具有吸附性、離子交換性、催化性能、化學(xué)反應(yīng)性、耐酸、耐熱和耐輻射等性能。這些性能已廣泛應(yīng)用到建材、環(huán)保、石油化工、尖端技術(shù)及農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域。
　　2.3.3.2　我國沸石礦產(chǎn)的分布我國的沸石資源十分豐富，自1972年在浙江發(fā)現(xiàn)沸石以來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沸石的產(chǎn)地遍布我國各地區(qū)，全國除寧夏和貴州兩省未見報(bào)導(dǎo)外，其他24個(gè)省、自治區(qū)均有沸石礦分布。從地理分布看，沸石產(chǎn)地多集中在東北、華北、山東及東南沿海省區(qū)，主要分布在中新代斷陷盆地中，有火山熔巖和火山碎屑巖發(fā)育的地區(qū)，特別是沿塔里木——中朝古板塊南北縫合線、華南古板塊西部邊緣和亞州現(xiàn)代板塊東緣造山帶地區(qū)分布。
　　我國沸石產(chǎn)出時(shí)代較世界上沸石產(chǎn)出時(shí)代相對早一些，主要集中在侏羅和白堊紀(jì)，其次石炭、三迭系、第三和第四紀(jì)地層中也有少量分布，沸石巖產(chǎn)出時(shí)代大致呈現(xiàn)出由西向東、由北而南有逐漸變新的趨勢。在沸石種類方面較老地層中的沸石為相對穩(wěn)定的沸石，如方沸石、濁沸石；而侏羅、白堊系地層中主要是斜發(fā)沸石和絲光沸石，更新地層如第三、第四系地層中多為菱沸石、鈣十字沸石。
　　2.3.4　天然沸石陶粒的研制用天然沸石生產(chǎn)陶粒是清華大學(xué)馮乃謙教授于1995年研發(fā)成功的，并通過工廠生產(chǎn)窯試產(chǎn)，既為天然沸石礦開發(fā)了新用途，也為陶粒生產(chǎn)提供了新資源。馮教授對天然沸石的燒脹規(guī)律作了系統(tǒng)研究，研究采用天然絲光沸石作試樣，將沸石礦樣制成Φ3mm的圓柱粒，干燥后在實(shí)驗(yàn)室里試燒，以10℃/min的速度升溫，從窯溫加熱至1500℃。結(jié)果：
　　試件隨著溫度的升高，體積也發(fā)生變化。在加熱到600℃以下，沒有發(fā)現(xiàn)體積變化；到930℃左右，由于沸石的結(jié)構(gòu)破壞，試件的體積收縮；升溫到1150℃左右，體積收縮約20%。進(jìn)一步加熱發(fā)生膨脹；至1265℃左右，試件迅速熔融，體積膨脹增大，這是試件內(nèi)部發(fā)生的氣體壓力與試件表層液相的黏度保持平衡狀態(tài)。由于液相的表面張力作用，試件膨脹成球狀。這時(shí)體積膨脹率約4.5倍，但超過這個(gè)溫度以后，試件進(jìn)一步熔融，液相的黏度太低，試件內(nèi)部氣體逸散，體積又進(jìn)一步收縮，在1500℃時(shí)，試件全部熔融液化。又以斜發(fā)沸石為試件，按上述順序加熱，獲得的最佳膨脹溫度為1200~1350℃，比絲光沸石的燒脹溫度稍低，但其膨脹規(guī)律大體相同。
　　用天然沸石生產(chǎn)陶粒時(shí)，因料粒表面黏度大，易粘結(jié)，給燒陶粒帶來困難，研究成果采用高灰分、灰分熔點(diǎn)高的煤為燃料，可解決天然沸石燒制陶粒粘結(jié)問題。1998年中國建材地質(zhì)新疆總隊(duì)也用吉木薩爾縣五彩灣的絲光沸石在實(shí)驗(yàn)室燒出了普通密度陶粒。
　　目前研發(fā)成果尚未產(chǎn)業(yè)化，隨著節(jié)地、節(jié)能政策的貫徹，沸石資源的豐富，開發(fā)沸石陶粒在不久的將來即可實(shí)現(xiàn)。

本文由 武漢陶粒價(jià)格 整理編輯。