陕西透闪石矿「山西方山透闪石矿开发利用的思考」

摘要

山西省方山县的透闪石矿具有相对的硅低钙高及储量大的特点，用其单纯磨制透闪石粉存在尾矿排出量较大与资源利用水平较低的问题；采用一种透闪石配制玉石建材的技术，具体用胀裂与切割开采，两次真空渗胶、拼接复合和叠垒式荒料成型的工艺，能够以玉石建材的高品位创造较大的价值，在粉板平行的战略调整中形成规模效应。

关键词

方山透闪石 尾矿量大 玉石建材 真空渗胶 拼接复合 荒料成型 品各价值 粉板平行

1、概述

山西方山县的透闪石矿是储量大、纹理与色彩秀美的透闪石与大理石的混合矿物。现行的透闪石的转化利用办法，无论从理念上，还是技术上，都是用其针状特点加工成600～3000网目的细粉而用于陶瓷、微晶玻璃及涂料等行业的填充料。透闪石的纤维束状与其节理裂隙较多的问题，使其不能直接运用现行的石材加工技术进行装饰板材的生产，甚至在其矿物结构疏松的特性下即使加工工艺摆件及观赏石也难以保证其成品率。在石材行业人造大理石的生产中，大致要配用20%质量比的400～1250网目的钙质石粉。若将透闪石浮选加工中排出的尾矿用于人造大理石生产，可使其产品硬度偏低与低树脂用量时强度较低的缺陷得到有效的克服，同时为其尾矿提供了可创造价值的转化途径。我国的树脂基人造大理石生产经历了近三十年的发展历程，其中的真空振动成型技术已延伸到刚起步的玉石建材生产中，设法将这种技术再进一步改造及升级，对透闪石、透辉石及叠层石矿物的转化利用将有变废为宝的效应。我们可以借鉴石英质玉制作玉石建材产品的真空渗胶、拼接复合和叠垒式荒料成型等系列性的生产方案，以此解决矿物的裂隙及聚合成材问题。透闪石是大多具有山水画图案与秀美色调及生态效应的矿物，用其从磨粉的传统做法提升到加工玉石建材及生态用品的层次，对合成岗石的技术进步与珍贵矿物的转化利用两方面都是有益或相得益彰之举。将磨粉与加工玉石板材两大项目平行推进，不仅能使矿山碎石与选矿的尾矿实现就地转化，也能在两者相互支撑中易于做大做强。

2、方山透闪石矿的地质及资源

山西省方山县透闪石矿赋存于元古界（吕梁）岚河群，主要由变泥砂岩和白云大理岩组成，局部大理岩中夹石英脉，岩石中存在石榴石，也见石墨。大理岩以厚层状或条带状产出，局部存在透闪石、透辉石，向钙硅酸盐过渡。矿区位于东经111°52′25″ —111°52′34″，北纬37°36′55″—37°36′59″。在岚河群两角村组的大理岩中富含透闪石－－阳起石，有时形成透闪石棉，伴生有铁矿，下部偶见燧石条带。透闪石呈白色、灰白、浅绿等色，玻璃或丝绢光泽。矿石为链状－－纤维状变晶结构，块状或花斑状构造，4.5~6°。其主要化学分百分数是

SiO2 29.0%~44.73%;MgO 17.95%~24.74%;CaO 15.15%~24.4%;Al2O3 1.0%~1.5%;Fe2O3 0.95%~6.0%。

针柱状透闪石含量约65%，粒状方解石约35%，方解石充填于束状分布的透闪石晶体之间。透闪石矿平均厚度88.4m，倾角51°，初步探明资源量为2874万t。现由山西省方山县宝塔山非金属材料有限公司取得开采权。

3、浮选选矿及其改进办法

现行的透闪石浮选式选矿方法，经二段破碎，一段筛分全部通过200目，分别通过粗选、扫选、磁选等流程得到精矿粉。采用氢氧化钠作为pH调节剂，胺类阳离子捕收剂E609，对方解石、滑石脉石矿物进行浮选。该工艺大致是用2t原矿（标准透闪石矿）加工1t精粉，排出的尾矿粉比例要达一半以上，这在尾矿大量堆积时势必形成环境影响问题。

方山透闪石矿基本属于透闪石与大理石的混合矿，在其浮选提纯精粉后排出的尾矿是钙、镁成份占主体的大理石细砂（粉），仅因为其不是针状体而被作为尾矿废料。如果在逐渐浮选及分离的工序中，对这些排出的尾矿再增设冲洗和烘干环节，所谓的尾矿便是一种粒状矿物多而针状矿物为少数的仍然具有补强作用的填充料。例如用其作为人造大理石的填充料而代替碳酸钙粉，对提高其产品的物理强度等指标，尤其是提高其产品硬度及降低其生产成本方面具有重要的作用，同时在其变废为宝中产生较大的经济效益。

4、胀裂与切割并行的矿山开采

方山透闪石从目前的开采面来看：其矿物多为块状叠合体，块体之间存在较多的粉状物；块体自身不仅存在较多的原生节理，也有用炸药爆破产生的次生缝隙；矿物尤其是浅绿色的呈现纤维束状，局部呈疏松状；矿山主体的开采及加工方式局限于爆破－破碎－磨粉－浮选，已有年产60万t透闪石精粉的计划。

对透闪石－阳起石这种密度较大与纤维结晶较好的矿物，设法用专用渗胶及聚合设备并用高分子材料进行聚合及合成，则从矿山开采开始应该采用现行的石材开采的先进技术。在开采前期对数立方至数十立方且在块体之间存在明显裂隙及粉末状填充物的矿体，宜用液压劈裂方式进行胀裂开采。这在打排孔及孔间隔为40~80cm时，采用Q L-P40/450A液压劈裂器能够实现其较齐整的分离，在多台设备交叉工作时也能形成较大的荒料开采量。在矿山开采进入中层与深层及清理出开采面时，采用花岗石用的串珠绳锯机、例如用DWS-45AX-8P型号的设备，能够以20~80m的串珠绳长度及10~30m/s的线速度进行垂直或水平的切割。在矿山进行规模性开采时，还需配置凿岩机、钩机、装载车、起吊设备及水电设施。开采出的矿山碎石是极好的高档合成岗石的生产原料，也存在规模性转化为高档次合成岗石荒料的条件。

5、两次渗胶的薄板加工

透闪石的纤维束状结晶体及裂隙较多的特点，虽然不能直接应用天然石材的工艺进行板材加工，但用高分子胶液及真空条件实现其聚合无疑是一种可行的方案。对于具有一定块度即料体高度大于40cm的石料的加工工艺为：柱体分切工序是用绳锯圆盘锯将不规则荒料切割成横截面为（15~60)×(15~30)cm的方柱体；胶液浸泡工序是用不饱和树脂与固化剂混合的热固化树脂液，对排放干模箱中目相互隔离的柱体进行一定温度下的浸泡；真空渗胶工序是用-0.1MPa的真空度对树脂液及料体进行真空抽制，并用2~3次的抽制一释放的真空负压循环冲击方式进行其真空参胶，而后排出树脂液;加温固化工序是用90℃的温度及30~40min时间进行加温，使得方柱体周边强化，并使其锯出的薄板是边框锁固的结构；锯切工序是用中型组合圆盘锯对长柱体进行8~12mm厚度的薄板(砖)分切;第二次渗胶工序是用不饱和或环氧树脂液对薄板表面进行喷涂，再送入多层的真空设备进行真空渗胶与加温固化;研磨抛光工序是经定厚、粗磨和精磨设备及6000~10000目的磨块进行抛光加工。这种两次真空渗胶的薄板，可使其裂隙及松散部位用高分子胶愈合及填充而具有12MPa以上的弯曲强度。

两次真空渗胶的专用设备需用多层组合成型装置的技术自行制作，以其上面压缩、各层模板弹性支撑、下部振动、抽制真空及一体加温的特点，实现无机矿物与有机高分子材料充分结合，并配合于前段锯切，后段的研磨环节，形成透闪石方砖及薄板生产的流水线。

6、拼接复合的聚合大板

现行的采用石英质玉石薄片进行拼接复合的产品已在市场上出现，但其延用实体面材的用低收缩树脂与氢氧化铝粉混合的透明胶液，对拼接板进行整体覆盖而成基体层的工艺，存在树脂用量过大与易翘曲的缺陷。采用上述的多层组合成型装置，利用其弹性压缩与下部振动的特点，可在树脂液中配加2倍以上质量比的透闪石与电气石的石粒，甚至在其基体料成为松散状时也能致密成型。

拼接复合的制作工艺是:用小型圆锯将块度小于30cm的石料逐片锯切成6~12mm厚度的形状各异的薄片，对其边缘按设定图案修整而接近圆弧形；以一定的色彩、形状配合方案，将薄板在带有边框的模板

上面进行拼接组合，对高档产品要用水刀进行边缘切割而成艺术性图案；用5~80目透闪石石粒、60~200目的电气石与尖晶石及200~800目的氢氧化铝粉，同不饱和树脂及固化剂混合的料体对拼接的表层进行覆盖而成基体层，并以10~12层的模板叠放及弹性支撑方式成组地送入成型装置;启动真空泵进行真空抽制，降下油缸联动的压具并以0.2Hz的升降频率对弹性支撑的多层模板进行压缩，同时用下部的振动器以4×50Hz的激振频率及3~8min的振动；释放真空后用热风循环及90℃左右的温度进行加温固化，并在其加温的25~35min时段内复合板产生翘曲变形前，降下压具以80~200kN压缩力阻止其固化中的变形;固化后的研磨加工同于现行工艺。这种拼接复合工艺在其石料的选择、边缘修整和缝隙填充具有一定的工艺美术性时，其245×(125~165)cm的板面可作为整辐的背景墙装饰品。采用逐片刮胶的分切大板并进行渗胶强化，其美石如画的内涵将具有更大的观赏价值。

7、垒式的荒料成型

采用现行合成岗石的荒料成型设备，虽然可对块度为12cm以下的碎块及石粉进行规模性地转化利用。并且其设备及工艺均较成熟。但合成岗石采用一体搅与上压式振动的设备结构，使其成型及锯切的板面

是石块占少数而填充料居多的相似于彩色混凝土以观感。一种曲折联动型聚合成型装置的设计方案是:采用两个并列的卧式双轴搅拌机，其中之一以其1~3r/min低速及较大的搅拌杆距离使其能够对块度为15~30cm石块进行拌合;在快速搅拌机与慢速搅拌机的下部用两条倾斜并对称设置的滑板进行曲折形态的布料;用压制室下面设置的四台振动器对模箱下面进行频率叠加的下部振动，其上部的压具仅用干料体整平或轻微的压缩。在石块粒径较大且是密切叠垒时，自然会形成一种高雅的观感，尤其在石块进行滚圆加工后形成卵石体时，其密切与圆融的聚合图案将更上一个层次。在矿山就地将透闪石碎块及选矿剩余的尾矿加工成合成荒料并出售荒料，也以其矿物的生态性与废料转化可产生较大的经济效益。

8、矿物的生态性及制作家居用品

阳起石是透闪石中的镁离子2%以上被二价铁离子置换而成浅绿色至暗绿色的矿物。晶体呈针状、毛发状、细放射状或纤维状的集合体。块状、致密的阳起石被中医认为性温咸，有温肾状阳的功效。其中: Fe0为6%~13%，Ca0为13.8%，Mg0为24.6%，SiO2为58.8%，H2O为2.8%，透闪石就其化学成份，晶体结构同传统意义上的软玉是很接近的，惟一的区别仅在其细度及润性不够。玉养人是传统的说法，矿物养人的内在原因应该归结为其电磁性能及振荡频率同人体的生物场产生谐振及元素扩散所致。在上述的拼接复合与荒料成型工艺中都有配用其它生态矿物的条件，例如配加黑电气石、锗石、尖晶石等电磁能量较强的矿物，以此在透闪石较好的电磁传导特性下使其聚合产品具有辐射红外线、释放负离子的净化环境效应。

用阳起石制作类似于玉石组合枕、平安扣摆件、坐垫等穿联制品及家居用品，是相得益彰的一种生产工艺品的方案。对锯切出的2～6cm边长的小方块并在其中部钻出小孔，而后用高分子聚合物进行渗胶及复合处理后，能够以其较好的耐磨性及强度使其用细绳穿联的制品成为一种生态型的家居用品，也具有先行开拓市场及小往大来的效应。

9 、综述

现行的将透闪石磨制成细粉作为填充料的理念及工业生产方案，或多或少地存在珍贵资源的低水平利用问题，采用磨粉与做板两大项目平行推进并相互支撑的战略易于做大做强。采用专用的渗胶与聚合成型设备及高分子材料将裂隙较多及结构松散的透闪石矿物加工为装饰用材，从理念与技术上都是一种创新。方山宝塔山的山峰上有一座唐代宝塔的遗址，或许其立足高端与多重组合对我们是一种良好的启示。所述的胀裂开采、两次渗胶、叠垒成型、拼接复合及穿联组合的生产方案，均有一种设法保持其块度或将裂开矿物重新聚合而使其发扬光大的内涵。目前的玉石建材基本上是用国外进口的钙质玉石或高档大理石进行生产的，山西的透闪石矿山不仅能为这种朝阳产业提供丰富及具有生态性的资源，也能在原构聚合技术与生态矿物配制技术的研发中，促进人造合成石产业的技术进步及企业自身的发展。

全文完

作者：刘建平 山西省五台县经贸局 原创首发《石材》2014年2期，经作者授权转

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