珍珠岩

我國珍珠岩礦床主要產於我國大陸地殼活動頻繁的中生代。這個代的火山形成了北起黑龍江，南達南海海濱和海南島，長3000公里，寬300~800公里的火山岩帶。此岩帶可進一步劃分為三個亞帶。第一亞帶也叫大興安嶺、燕山亞帶。這個亞帶中的主要珍珠岩產地有河北的寬城、平泉以及張家口，圍場，沽源；遼寧的凌源、法庫、建平以及錦州、錦西義縣、黑山；山西的靈丘；河南的信陽；內蒙的多倫、太僕寺旗、正蘭旗、中后旗等。第二亞帶名叫東北北部、山東亞帶。這個亞帶中的珍珠岩礦床有吉林九台、黑龍江穆棱等。第三亞帶名叫東南沿海亞帶。這個亞帶中的礦床有浙江寧海松脂岩礦床等。

礦床工業類型

地質上對珍珠岩的劃分有三種。這三種劃分除對比化學成分上的限制略有不同外，其他各項或是互相類似，或是互相補充的。三種劃分的具體內容見下列三表：

（1）第一種分級：k0指由工廠焙燒爐試驗得到的礦石膨脹倍數、通常為實驗室焙燒試驗倍數k的2倍左右，如表1 所示。

（2）第二種分級：見表2。

（3）第三種分級：見表3。

上面三種對礦石級別的劃分，主要是按照礦石膨脹性能好壞進行的。實際應用何種品級應根據需要具體決定。

上面三種劃分都把岩石的化學成份同其膨脹倍數聯繫在一起。我們認為珍珠岩的膨脹倍數不一定完全取決於其化學成份。因為根據我國山西靈丘縣珍珠岩礦的資料，有膨脹倍數k大於10而其Na2O/K2O=1~1.5的珍珠岩存在。

表1

主要成分為塊狀、多孔狀、浮石狀珍珠岩，含少量透長石、石英的斑晶、微晶及各種形態的雛晶、隱晶質礦物、角閃石等圓弧形裂紋，斷口呈參差狀，珍珠光澤，風化後為油脂光澤，條痕白色。

主要成分為松脂岩，水解松脂岩和水化松脂岩，含少量透長石和白色凝灰物質，呈不規則分佈，斷口呈貝殼狀，松脂光澤，條痕白色。

主要成分為黑曜岩、黑曜斑岩和水化黑曜岩，含少量石英、長石斑晶，極少量不透明的磁鐵礦、剛玉等，斷口平坦或貝殼狀，部分參差狀，玻璃光澤，風化後為油脂光澤，條痕白色。

1）珍珠岩的主要物理性質，見表5。

表2 珍珠岩的主要物理性質

2）珍珠岩礦石的一般化學成份 見表6。

表3 珍珠岩礦石的一般化學成分（%）

膨脹珍珠岩原料礦床主要為酸性火山噴發岩產物。中國自中生代以來，各類岩漿大量噴出，在侏羅系、白堊系、第三系、第四系內均形成有膨脹珍珠岩礦床。已在山西、遼寧、內蒙古、河南、吉林、黑龍江、江蘇、浙江、山東、江西、湖北、河北等十多個省、自治區發現膨脹珍珠岩礦床，其中產于山西的儲量最大。已開發的較大的礦床有：河南信陽上天梯、河南羅山、遼寧建平、浙江縉雲、吉林九台、山西靈丘等處。

礦床的主要工業指標

決定膨脹珍珠岩原料工業價值的，主要是它們在高溫焙燒后的膨脹倍數和產品容重。

1．膨脹倍數k0>5~15倍

2．容重≤80kg/m3~200 kg/m3

質量要求：

1．玻璃質純潔，透明度好，顏色淺的多屬優質。

2． 沒有或有輕微脫玻璃化作用，嚴重的屬劣質。

3．不含或少含晶質物，含量多的屬劣質。

4． 化學成分：SiO2 70%±，H20 4~6%，Fe2O3<1%為優質，>1%為中劣質。

當酸性熔岩噴發出地表時，由於岩漿驟冷而有很大粘度，使大量水蒸氣未能從岩漿逸散而存於玻璃質中。當焙燒時，因突然受熱達到軟化程度，玻璃質中結合水汽化產出很大壓力，體積迅速膨脹。在玻璃質冷卻至軟化溫度以下時，便凝成空腔結構，形成多孔的膨脹珍珠岩。因此玻璃質是引起礦石膨脹的基礎條件，水是引起礦石膨脹的內在原因，鐵質是影響礦石膨脹的不利因素之一。

珍珠岩的氧化與熔融溫度為：開始收縮溫度為1025℃，軟化溫度為1175℃，熔融溫度大於1500℃，軟化溫度範圍為150℃，熔化溫度範圍為325℃。珍珠岩開始收縮的溫度比長石低120℃，軟化溫度低75℃，軟化範圍加寬95℃。由於這些特性，珍珠岩在陶瓷製品燒成中可以大大降低燒成溫度，改進燒結的質量。通過進一步深入研究，珍珠岩還有一種特性，即含有珍珠岩的陶瓷坯體中，莫來石晶體形成較早，從而有利於燒結過程的展開。這樣一來，含珍珠岩坯體除具有與長石-石英-黏土(高嶺礦物)三元系坯體配方相同的工藝特性之外，還能降低燒成溫度(從原來的1280℃降低為1180℃-1160℃)，並且具有良好的熱穩定性。

珍珠岩礦石類型、品級劃分見表8。

表3 珍珠岩礦石類型、品級劃分

形態是珍珠岩最醒目的外觀特徵之一。不同的珍珠岩征性形態，同一種珍珠岩，因為形成條件不同，由於內部結構、成分等不同，往往有其他特徵也可能以不同的形態出現是識別珍珠岩的標誌，也是分析珍珠岩成因的依據。

對晶質珍珠岩形態的研究以單體和集合體為主形態。因此，珍珠岩的形態不僅。對固態非晶質准(或似)珍珠岩，則只有集合體珍珠岩的單體形態珍珠岩單體即珍珠岩的單個晶體。珍珠岩單體形態主要包括珍珠岩晶體結晶習性(具體體現在晶體形狀上)及晶面花紋兩個方面.

結晶習性

生長條件一定時，同種晶體總能發育成一定的形狀，這種性質稱晶體的結晶習性，簡稱晶習或晶癖。根據珍珠岩晶體在三維空間的發育特徵，通常將結晶習性分為三種荃本類型，即，一向延長型：晶體沿一個方向特別發育，呈柱狀、針狀、纖維狀等形態，如柱狀石英、針狀普通角閃石、纖維狀石膏、石棉等；二向延長型：晶體沿兩個方向特別發育，呈鱗片狀、片狀、板狀等形態，如片狀雲母、板狀石膏等，三向等長型：晶體在三維空間發育程度近於相等，呈等軸狀或粒狀，如立方體石鹽、黃鐵礦等。

除了上述三種基本類型外，珍珠岩的結晶習性還有一些過渡類型。如介於一向延長與二向長型之間的板柱狀，介於二向延長與三向等長型之間的厚板狀，介於三向等長與一向延長型之間的短柱狀等。

珍珠岩單體的形狀首先與其結構、成分等內部因素有關。如角閃石等結構中其有鏈狀絡陰離子團的珍珠岩，常沿著鏈的方向發育成柱狀、針狀、纖維狀。另外，珍珠岩單體形狀還受晶休生長時的外部環境控制。如由於生長時的溫度不同，軸的切面呈菱形。再如方解石由於生長溫度不同，其晶體可呈800多種形狀。

珍珠岩原砂經細粉碎和超細粉碎，可用於橡塑製品、顏料、油漆、油墨、合成玻璃、隔熱膠木及一些機械構件和設備中作填充料。

珍珠岩經膨脹而成為一種輕質、多功能新型材料。具有表觀密度輕、導熱係數低、化學穩定性好、使用溫度範圍廣、吸濕能力小，且無毒、無味、防火、吸音等特點，廣泛應用於多種工業部門。見表9。

表4膨脹珍珠岩的主要用途

精緻物品及污染物品的包裝材料，寶石、彩石、玻璃製品的磨料，炸藥密度調節劑、污水處理

1．有用元素及主要伴生元素對原料的影響

珍珠岩的主要用途以生產膨脹珍珠岩及製品，膨脹的效果是影響製品質量的主要因素。影響珍珠岩膨脹性能的因素見表5。

表6 影響珍珠岩膨脹性能的因素

2．地質上常用的對珍珠岩質量劃分標準，見表7。

表7珍珠岩的質量分級標準①

工業上應採用一級珍珠岩礦石。三級礦石不準使用。對化學成分的要求為SiO2佔70%左右；H2O佔4~6%；Fe2O3 + FeO必須<1%。

3．國家標準

膨脹珍珠岩用礦砂採用國家建築材料工業局1988年9月批准的中華人民共和國專業標準，其技術要求見表12。

表12 膨脹珍珠岩用礦砂的技術要求

註：對於特殊要求，由供需雙方商定。

4．地方標準

《DB/410000D63001-86》系河南省地方標準，該標準對膨脹珍珠岩用礦砂的技術指標要求見表13：

表8 膨脹珍珠岩用礦砂技術指標要求（DB/410000D63001-86）

珍珠岩按加工程度的不同，其產品可分為珍珠岩原礦、珍珠岩礦砂、膨脹珍珠岩及表面處理的膨脹珍珠岩四類。

由於珍珠岩礦石的選礦目的是將入選原礦加工成粒度、水分等指標均達到工業要求的產品，即珍珠岩礦砂，因而決定了珍珠岩的選礦工藝非常簡單，通常為破碎—分級—乾燥。

我國尚無正規的選礦工藝流程，一般破碎篩分多採用圖1所示的工藝流程。

原礦--粗碎-篩 分-篩下-中碎 -篩分-篩上 篩下-篩分-粗礦砂--篩下 篩上--尾礦細礦砂

圖1 破碎篩分原則工藝流程圖

1）信陽上天梯非金屬礦

信陽上天梯非金屬礦位於我國河南省信陽市工業城東部的上天梯礦區。該礦為珍珠岩與膨潤土共生礦床。礦山生產能力60萬噸/年，位居亞洲第一，原礦性質表14。1978年礦山籌建珍珠岩加工車間，1979年建成投產。現兩個加工車間為一系列，一車間為二段閉路破碎篩分流程；二車間為三段閉路破碎篩分流程。生產加工工藝流程見圖2，主要加工設備見表15，主在產品規格、性能、用途見表16。

表9 原礦性質

表10 主要加工設備

原 礦--粗碎Dmax=210mm--e=40mm--中碎e=5mm--篩 分-50目+20目---細碎尾礦 -20+50目 e=1mm--產品

圖2 信陽上天梯非金屬礦珍珠岩加工工藝流程

表16 主要產品規格、性能、用途

2）建平珍珠岩礦

建平珍珠岩礦位於遼寧省建平縣奎德素南山，1973年建礦。年產礦石3.4萬噸。現有一加工車間，生產珍珠岩礦砂、膨脹珍珠岩及其製品。圖3為珍珠岩加工工藝流程。

破碎篩分 裝袋入庫

大顆粒

圖3 加工工藝流程圖

建平珍珠岩礦珍珠岩加工所用的主要設備見表17。

表11 主要加工設備

3）北京竇店磚瓦廠

北京市竇店磚瓦廠位於北京市房山縣附近，1953年建廠，隸屬於北京市建築材料總公司。主要產品有粘土磚、膨脹珍珠岩粉料及其製品、珍珠岩助濾劑。其中膨脹珍珠岩粉料生產量居全國首位，達18~20萬m3，產品獲國家銀質獎。其生產工藝比較先進，用立式爐焙燒並採用微機控制。膨脹珍珠岩的加工工藝流程見圖4。產品質量標準如表18。

原料破碎-破碎-顎式破碎機錘式破碎機-（粒度1~40 mm）-篩分-出廠 裝袋焙燒 預熱（粒度0.2~1mm）

圖4 竇店磚瓦廠膨脹珍珠岩加工工藝流程

表12膨脹珍珠岩產品質量標準

4)國外珍珠岩加工

國外珍珠岩加工的原則工藝流程見圖5。

原礦破碎- 乾燥破碎--儲料倉--迴轉爐--產品焙燒--預熱分級--混合攪拌--抽風機--卧式迴轉加熱爐--空氣分級機-- 旋風分離排料--立式固定加熱爐

6.1堆積密度和堆積密度均勻性試驗方法

6.1.1設備 a.烘箱和乾燥器。 b.天平：精度為0.01g。 c.量筒徠：圓柱形金屬筒（尺寸為內徑108mm、高100mm）容積為0.001m3，要求內壁光潔，並具有足夠的剛度，量筒應經常進行校核。 d.漏斗：見下圖。 6.1.2試驗步驟

6.1.2.1將按7.2.2方法取出的試樣，在383±5K(110±5℃)下烘乾至恆重，隨後移至於乾燥器中冷卻至室溫。 6.1.2.2將烘乾后的試樣注入漏斗，啟動活動門，將試樣注入量筒。

6.1.2.3用直尺刮平量筒試樣表面，刮平時直尺應緊貼量筒上表面邊緣。

6.1.2.4稱量量筒及試樣質量 6.1.2.5試驗過程中應保證試樣呈鬆散狀態，防止任何程度的振動。

6.1.3結果計算

6.1.3.1堆積密度按式(1)計算： m2-m1ρ=────……………………(1)υ式中：ρ——試樣堆積密度，kg/m3;m1——量筒的質量，kg;m2——量筒和試樣的質量，kg;υ——量筒的容積，m3。

6.1.3.2試驗結果取兩次試驗結果的算術平均值，保留三位有效數字。

6.1.3.3記錄五個試樣中的堆積密度最大值、最小值和算術平均值，保留三位有效數字。

6.2質量含水率試驗方法

6.2.1設備 a.烘箱和乾燥器。 b.天平：精度為0.001g。

6.2.2試驗步驟從7.2.2製備的試樣中每袋取出約10g試樣，混合后稱量，在383±5K(110±5℃)下烘乾至恆重，隨後移至於乾燥器中冷卻至室溫，稱量，直至恆重。

6.2.3結果計算

6.2.3.1質量含水率按式(2)計算： m3-m4 m=─────×100……………………………(2) m4式中：m——試樣質量含水率，%； m3——試樣乾燥前質量，g； m4——試樣乾燥后質量，g。

6.2.3.2試驗結果取三鎰試驗結果的算術平均值，保留二位有效數字。 6.3粒度試驗方法

6.3.1設備 a.烘箱。 b.天平：精度為0.01g。 c.標準篩：篩孔尺寸為5,2.5,1.2,0.6,0.3,0.15mm篩各一個，其中2.5,1.2,0.6,0.3mm篩為輔助篩。 d.搪瓷盤或其他容器。 e.毛刷。

6.3.2試驗步驟

6.3.2.1從7.2.2製備的5袋試樣混合，取出約0.001m3試樣，在383±5K(110±5℃)溫度下烘乾至恆重，稱量。

6.3.2.2將各層篩按順序安裝好，試樣放在篩子內，蓋緊蓋子，採用機械或手工方法進行篩分。手篩時應使試樣在篩網上充分運動（即一手握住篩子略微傾斜，用另一手以每分鐘150次左右的頻率敲擊篩壁，每25次轉動60度），篩至篩分終點。 6.3.2.3仲裁時以機械篩分為準。

6.3.2.4稱量5mm篩孔篩余量和0.15mm篩孔的通過量，每次稱重前均應使試樣靜止幾分鐘。

6.3.3結果計算

6.3.3.1 5mm篩孔篩余量按式(3)計算： m6ω1=───×100…… ………………………(3) m5式中：ω1——篩余量，%； m5——試樣質量，g; m6——篩余物質量，g；

6.3.3.2 0.15mm篩孔通過量按式(4)計算： m6ω2=───×100……………………………(4) m5式中：ω2——通過量，%； m5——試樣質量，g; m6——通過物質量，g；

6.3.3.3試驗結果取兩次試驗結果算術平均值，保留二位有效數字。

6.4導熱系統試驗方法

6.4.1從7.2.2製備的5袋試樣中任取3袋，每袋中取出約0.004m3的試樣。

6.4.2按GB10294、GB10295或GB11833規定的方法進行。仲裁時按GB10294方法進行。

6.4.3試驗報告中應寫明產品推積密度和測試時的裝填密度。

7.1檢驗分類產品檢驗分出廠檢驗和型式檢驗兩類。

7.1.1出廠檢驗項目：堆積密度、堆積密度均勻性、質量含水率和粒度。

7.1.2型式檢驗項目：堆積密度、堆積密度均勻性、質量含水率、粒度和導熱係數。有下列情況之一時，應進行型式檢驗： a.當原材料和生產工藝有變化時。 b.正常生產時每半年進行一次型式檢驗。 c.經長期停產後，恢復生產時。 d.出廠檢驗結果與上次型式檢驗有較大差異時。 e.國家質量監督機構提出進行型式檢驗的要求時。

7.2檢驗批量和抽樣方案

7.2.1檢驗批量：以100m3為一個檢驗批量，不足100m3者亦視為一個檢驗批量。

7.2.2抽樣方案：從每檢驗批量貨堆上的不同位置隨機抽取5包試樣，將每包試樣按四分法縮分到0.008m3，放入袋中，分別存放在乾燥容器中。

7.3判定規則每檢驗批量產品均應經過檢驗，檢驗結果應全部符合表1規定。若有一項指標不符合表1規定時，允許二次抽樣，對全部指標進行復驗，以復驗結果作為最終判定結果。 8標誌、包裝、運輸與貯存

8.1.1產品應有質量合格證、質量等級標誌。

8.1.2包裝袋上應標有產品名稱、註冊商標、製造廠名、防水標記?8.1.3產品標記、標號、生產日期可用說明書或標籤形式提供。

8.2包裝： 8.2.1產品必須採用編織袋、麻袋包裝，包裝袋容積為0.1m3。有特殊要求可採用其他包裝形式。 8.2.2包裝袋不允許扎口，必須用針縫。尺可能採用機械縫包。

8.3運輸：運輸中應防水、離散漏，嚴禁踩踏。

8.4貯存：產品應按標號、等級在室內堆放，堆放場地應平整、乾燥。附加說明：本標準由河南建築材料研究設計院歸口。本標準由河南建築材料研究設計院負責起草。本標準主要起草人瞿鎮華、黃亦農。

開發利用現狀、存在問題及解決對策

國內外珍珠岩礦佔主導地位的用途是生產膨脹珍珠岩及其製品。目前我國膨脹珍珠岩的年產量已超過400萬m3，占我國保溫材料年產量的5%左右，是國內使用最為廣泛的一類輕質保溫材料。據有關部門統計，目前我國膨脹珍珠岩在市場上的應用比例為建築工程約60%，熱管道保溫約30%，裝飾材料約10%，故主要還是用於建築節能和設備及管道保溫。

儘管珍珠岩廣泛地應用於各個領域，是一個方興末艾的工業，但它在某些領域已面臨嚴峻的挑戰，不久的將來，許多材料將取代珍珠岩。在代用材料方面，用作灰漿和建築領域的隔熱材料，片狀蛭石是一種最有競爭性的材料。輕質骨料如：浮石、膨脹粘土、頁岩和火山灰岩、火山灰渣、或泡沫水泥，它們成本低、結構強度高、超過珍珠岩。

在隔熱方面，玻璃纖維、礦棉、硅藻土、石棉、纖維和塑料泡沫也是有力的競爭對手。其中最具有代表性的是信陽市平橋區中信保溫建材廠，擁有中國最大的珍珠岩生產車間，具有二條膨脹珍珠岩生產線，生產工藝過程採用DCS(DISTRIBUTE CONTROL SYSTEM)系統使用公司的TPS系統對整個裝置進行過程式控制制、實時操作和工廠信息一體化，其中以煤氣為燃料的膨脹珍珠岩生產線，是國內最大的膨脹珍珠岩產品的生產線，專門生產珍珠岩助濾劑原料。充分顧及膨脹珍珠岩質量是影響珍珠岩助濾劑的主要因素。由於膨脹珍珠岩質量穩定，顆粒強度高，從根本上保證了BN(AG)型珍珠岩助濾劑的產品質量。膨脹珍珠岩用於過濾材料時，雖然也使用硅石砂、有機纖維和其它材料，但硅藻土是主要的代用材料。

用作填料和添加劑的還有粉狀滑石、硅石砂、粘土、硅藻土和石灰石。

在農業上，與珍珠岩相抗衡的有蛭石、泥灰和鋸末。

珍珠岩做吸附劑、磨料和添加劑時最容易受到各種礦物製品的挑戰。

在冷凍工程上，不透明氣溶膠和一種由鋁和玻璃布組成的薄膜可取代珍珠岩。

為迎接其它製品與材料的挑戰，珍珠岩及珍珠岩加工業首先要降低生產成本提高製品性能，充分利用其自身的優點不斷開發研製新的功能性製品，如：

輕質防水隔熱建築材料產品質量輕，不易老化，防水隔熱，適於高層建築以及輕質牆體、管道保溫、冷庫牆體保冷等。

複合輕質功能性板材 產品容重輕，強度高，可切割成適合現場需要的不同形狀，拋光處理后表面平整度高的產品。

玻璃質建築裝飾板其特點是具有優異的物理化學性能，質感豪華，裝飾性能好；其力學性能、耐氣候性、光澤度等優於大理石接近花崗岩。

無土載培基質是農業、植物、園藝方面很有發展前途的應用領域。一些較大顆粒珍珠岩漸漸被用於在蔬菜育苗中，作為育苗土的必備成分，以增加營養基質的透氣性和吸水性。

助濾劑，實踐表明珍珠岩和硅藻土並用，效果優於任何一種助濾劑單獨使用。

發展趨勢

1）為了提高膨脹珍珠岩的製品性能，應儘快開發球形非多孔膨脹珍珠岩的研製。首先入爐珍珠岩礦要儘可能地按近球形而不是以前的粒度適宜的不規則狀；第二是改善窯爐的結構，提高膨脹珍珠岩的強度。

2）珍珠岩原礦經細粉碎，超細粉碎和表面化學處理而成為具一定功能的礦物填料，可廣泛地應用於橡膠、塑料、電纜、油漆、油墨等行業。

3）珍珠岩用於動物飼料和種植農作物，已取得初步效果，無論是作動物飼料的添加劑、雞籠中的鋪墊料、填料、防板結和改善流動性的添加劑，或作為獸醫製劑、殺蟲劑、肥料、微量元素的載體、吸收劑或吸附物，或用於分離培養基質及其它目的。

總之，濾紙和助濾劑，園藝和填料的進一步利用，將使我國珍珠岩工業躍上新的台階。我國珍珠岩工業是有發展前途的。