浙江省仙居县许山叶蜡石矿地质特征与应用研究

吴 凯，王立豪

（浙江省有色金属地质勘查局，浙江绍兴312000）

浙江省叶蜡石资源丰富，主要分布在浙东南火山岩区，多为火山热液蚀变及火山沉积变质型矿床。浙江省仙居县许山叶蜡石矿位于浙江省仙居县双庙乡南东侧的大岙、大加坑、紫金庵、许山、双和尖一带。矿床产于早白垩世西山头组酸性火山碎屑岩中，是由火山热液蚀变形成的叶蜡石矿。经普查工作对矿区的两层矿体进行了控制，A层（上层）矿化带中圈出2个矿体（Ⅰ、Ⅱ），B层（下层）矿化带中圈出1个矿体（Ⅲ），是一个初具规模的大型叶蜡石矿。根据矿石的基本特性，本次开展了耐火材料——高炉用无水炮、玻璃纤维、超细粉碎、表面有机改性等方面的应用试验研究。

1 矿区地质特征

矿区位于华南褶皱系(Ⅰ2)之浙东南隆起区(Ⅱ4)黄岩—象山坳断束(Ⅳ9)南西段，属于浙江省四级成矿区(Ⅳ19)范围[1-2].

矿区地层主要为西山头组（K1x）凝灰岩等酸性火山碎屑岩，总体倾向北西，局部（北部）倾向北东，倾角多为10°～30°。西山头组酸性火山碎屑岩受燕山期岩浆活动影响，蚀变较普遍，以次生石英岩化(硅化)、叶蜡石化最为强烈，次有高岭土化、绢云母化、黄铁矿化等。区内岩浆岩发育，主要为钾长花岗斑岩，次为花岗斑岩、流纹斑岩、辉绿玢岩等。

矿区主要发现了两层（A、B）较好的叶蜡石矿化体，赋矿层位为西山头组一段（K1x1）含晶屑岩屑玻屑熔结凝灰岩、晶屑熔结凝灰岩，呈似层状沿等高线平缓分布，较严格的受西山头组一段（K1x1）地层控制。见图1。

矿床成因为热液沿西山头组流纹质含晶屑岩屑玻屑熔结凝灰岩层贯入，使流纹质含晶屑岩屑玻屑熔结凝灰岩中的火山碎屑物、火山灰等进行热液变质作用，原岩组分重新形成新的矿物：叶蜡石、石英等。归属于似层状酸性凝灰岩热液蚀变型矿床。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿区内圈定出3个矿体，Ⅰ、Ⅱ号矿体赋存于上层矿化带（A）；Ⅲ号矿体赋存于下层矿化带（B）。各矿体展布方向与矿化带基本一致，呈似层状或透镜状产出，产于西山头组一段（K1x1）地层中。

2.1.1 Ⅰ号矿体

Ⅰ号矿体地表出露长度约250m，出露宽（假厚度）10～50m，围岩主要为含叶蜡石次生石英岩，其次为硅化蚀变晶屑熔结凝灰岩，部分地段被花岗斑岩、霏细斑岩及辉绿玢岩穿插。

矿体呈似层状之透镜体，走向北西，倾向北东，倾角约10°；矿体东边厚、西边薄，但总体较平直。矿体最大厚度为74.94m，最小厚度为1.97m，平均厚度为29.04m。矿体赋存标高为400～470m，主要集中于420～450m。矿体产于次生石英岩中，内无夹石，Al2O3含量平均为15.44%。

2.1.2 Ⅱ号矿体

Ⅱ号矿体地表出露长度约500m，出露宽（假厚度）10～40m，围岩为含叶蜡石次生石英岩，其次为硅化蚀变晶屑熔结凝灰岩，部分地段被钾长花岗斑岩穿插。

矿体呈似层状，走向北西，倾向北东，倾角约20°，走向方向上工程大致控制长约500m，东边薄、西边厚，整体较平直。最大厚度为9.19m，最小厚度为2.17m，平均厚度为4.36m。矿体赋存标高为400～470m，主要集中于440～450m。矿体产于次生石英岩中，内无夹石，Al2O3含量平均为15.73%。

2.1.3 Ⅲ号矿体

Ⅲ号矿体地表出露长度约150m，出露宽（假厚度）10～45m，围岩为含叶蜡石次生石英岩，其次为硅化蚀变晶屑熔结凝灰岩，部分地段被花岗斑岩、钾长花岗斑岩、辉绿玢岩穿插。

矿体呈似层状，走向北西，倾向北东，倾角约20°，东边薄，西边厚，整体较平直。矿体最大厚度为70.03m，最小厚度为4.86m，平均厚度为25.24m。矿体赋存标高为370～420m，主要集中于380～410m。矿体产于次生石英岩中，内无夹石，Al2O3含量平均为16.31%。

2.2 矿石结构、构造和矿石成分

（1）矿石的结构、构造：矿石的结构主要为显微鳞片变晶结构、变余凝灰结构、变余塑变凝灰结构；矿石的构造以块状构造为主，其次有变余假流纹构造、团块状构造、脉状构造等。

（2）矿石成分。

①矿石矿物成分：矿石矿物成分以石英、叶蜡石为主，其次为高岭石、明矾石、水铝石、绢云母、长石等，仙居许山叶蜡石为石英型叶蜡石。含铁矿物以黄铁矿为主等。

②矿石化学成分：矿石化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3等为主，次为MgO、CaO、FeO、Na2O等；其中SiO2和Al2O3含量总和可达到90%～95%；Fe2O3含量多为0.4%～1.7%；TiO2含量普遍较低。

2.3 矿石自然类型

根据矿石中叶蜡石矿物与其它矿物的不同组合，参考中国叶蜡石矿石类型分类表[3]，矿区内矿石自然类型属硅铝质叶蜡石型，可细分为：石英叶蜡石型、含石英叶蜡石型和叶蜡石型。

3 矿石应用试验研究

为研究仙居许山叶蜡石矿石的应用方向，对矿区叶蜡石矿石做了物性测试，仙居许山叶蜡石破碎至200目后，白度为62.08%；吸油量为49.65g/100g；耐火度为1630℃，表明仙居许山叶蜡石具有较好的耐火度。

3.1 耐火材料——高炉用无水炮泥应用试验研究

矿区叶蜡石的耐火度达到1630℃，经高炉用无水炮泥试验表明：矿区叶蜡石在最小添加量为10%时，产品的烧后线变化率在1350℃时为+0.3%～+0.6%，属于微膨胀。永久线变化率低于《高炉用无水炮泥》（YB/T4196-2018）中等级最高的PN-3质量指标（-1.0%～+1.0%），明显优于不添加矿区叶蜡石所生产的高炉用无水炮泥的质量指标（-0.6%～-0.7%）。结合体积密度和耐压强度指标试验结果，表明矿区叶蜡石可用于生产高炉用无水炮泥，具有良好的质量指标，矿区叶蜡石最小添加量可到达10%。

3.2 玻璃纤维应用试验研究

根据矿区叶蜡石的化学成分和矿物组成等特征，巨石集团玻璃研究中心对矿区叶蜡石用于玻璃纤维进行初步评估。

玻璃纤维应用试验表明：仙居许山叶蜡石原料可用于玻璃纤维生产，但由于氧化铝含量较低，氧化铁含量较高，故此原料在用于玻璃纤维生产时，需与高品位（氧化铝含量较高）的矿石（如高岭石等）合理配矿后进行磨粉应用。

3.3 叶蜡石原矿超细粉碎试验研究

本次主要采用超细气流粉碎和机械冲击式超细粉碎，对矿石进行加工，探索仙居许山超细叶蜡石产品在橡胶塑料中的应用情况。

3.3.1 超细气流粉碎试验

本次依最佳研磨条件采用气流粉碎机设备，制备了近4.0kg的超细叶蜡石产品供橡胶塑料应用试验。本次超细叶蜡石在橡胶中的应用配方试验采用超细叶蜡石分别替代超细碳酸钙、通用炭黑进行。

通过超细气流粉碎试验得知：①超细叶蜡石配方试验300%定伸强度、扯断强度高于超细碳酸钙，但低于通用炭黑；②超细叶蜡石的扯断伸长率略低于通用炭黑和超细碳酸钙；（3）超细叶蜡石试样经热空气老化（70℃×72h）后，强度变化率、伸长变化率大于超细碳酸钙，但与通用炭黑大致相当。综合橡胶应用配方试验结果，初步认为采用超细叶蜡石替代超细碳酸钙是可行的，但相对于通用炭黑补强性能有所降低，这需要进一步表面改性处理才能得到改善。

3.3.2 机械冲击式超细粉碎试验

本次选择简易机械冲击式超细粉碎机对叶蜡石原矿超细粉碎，粉碎机转速为25000r/min，研究不同粉碎时间对叶蜡石样品粒度、白度、吸油量等影响。

随着粉碎时间的增加，样品粒度逐步减小，当粉碎20min后，样品的平均粒径从4.54μm降低到了3.22μm，效果十分明显。随着粉碎时间增加，样品粒径分布逐渐宽化，特别是粉碎20min后出现了两个明显的双峰。因此采用机械冲击粉碎最好再增加分级设备，这样就可以得到粒径分布较窄的超细粉碎样品，使超细样品更适宜作为填料应用于橡胶、塑料制品。

非金属超细粉体作为填料应用于橡胶、塑料制品时，样品的白度对其应用于浅色制品是一个主要指标。由于仙居许山叶蜡石白度不高，因白度随样品粒度减小会有所提高，所以考察了不同粉碎时间对样品白度的影响。

随着粉碎时间的增加，样品白度逐渐增加，但增加不明显，在粉碎20min后，样品白度最高，仅为67.00%。所以仙居许山叶蜡石样品最好应用于深色橡胶、塑料制品。

3.4 叶蜡石粉体表面有机改性试验研究

为了改善和提高仙居许山超细叶蜡石粉体的应用性能，甚至赋予其新的功能或应用性能，进行了表面有机改性。

经试验得出：改性叶蜡石样品在不同硫化时间，拉伸强度和扯断伸长率均高于轻质碳酸钙样品；但定伸应力均低于轻质碳酸钙样品，这可能是由于叶蜡石样品粒度分布较宽所致；撕裂强度和硬度与轻质碳酸钙相近。该实验表明仙居叶蜡石通过超细粉碎并进行分级，得到粒径分布范围较窄的样品，经过有机改性后，替代轻质碳酸钙用于橡胶制品是可行的。

4 结论

经应用试验研究得出：许山叶蜡石矿可用于耐火材料、玻璃纤维、橡胶及塑料制品等。

但是，应用于玻璃纤维时，需与高品位（氧化铝含量较高）的矿石（如高岭石等）合理配矿后进行磨粉应用；代替超细碳酸钙制作橡胶时，需超细粉碎加工；应用于橡胶及塑料制品时，采用机械冲击粉碎后，最好再添加分级设备，并主要应用于深色橡胶及塑料制品；替代轻质碳酸钙制作橡胶制品时，需超细粉碎并结合分级、有机改性处理。