黑曜巖的開發(fā)和利

1、黑曜巖的開發(fā)和利用孫廷儉（原武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部）黑耀巖，大都分布在我國火山巖地區(qū)。這種礦石呈黑色 或灰黑色，全玻璃質(zhì)且有光澤，班狀構(gòu)造，俗稱黑巖石，在 工業(yè)上統(tǒng)稱珍珠巖。這種礦石由于人們很少接觸和不常見， 所以，在開發(fā)利用的12 0余種非金屬礦石資源中不見有黑 曜巖。據(jù)資料報導(dǎo)；廣東省的和平縣水泥廠由于水渣緊缺， 便利用本地豐富的黑曜巖代替水渣作水泥混合材，取得了成 功的經(jīng)驗。他們用黑曜巖作水泥混合材，與高爐礦渣相比， 摻入等量后，不僅各齡期的強度都有提高，同時，成本也下 降了三分之一。黑曜巖這種礦石資源，從地質(zhì)資料查明：除 了廣東省有黑曜巖外，我國廣西的溶縣、福建的周寧以及淅 江、江蘇

2、等地都產(chǎn)黑曜巖。黑曜巖的礦體大都在白惡紀的凝 灰?guī)r及熔結(jié)凝灰角礫巖中。在遼寧省的建平縣沙海鎮(zhèn)，經(jīng)省 地質(zhì)勘探黑曜巖的儲量僅上店、南洼、四節(jié)梁三處就有50 0萬噸以上。此外，當(dāng)?shù)氐呐驖櫷痢⒄渲閹r、陶土等非金屬 礦產(chǎn)資源也很豐富。當(dāng)?shù)氐恼惩劣捎诤卸喾N非金屬礦元 素，因此，粘土實心磚質(zhì)量好，曾占據(jù)了省際邊緣的大量市 場，與其他非金屬礦產(chǎn)品加工一樣，磚瓦生產(chǎn)成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟 的一個重要組成部份。近年耒，燒磚取土制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展，全鎮(zhèn)8座磚廠，關(guān)閉了6座。面臨嚴峻的市場形勢，他們依靠高新技術(shù)，大膽探索，用了一年多的時間研制，終于 用黑曜巖燒出了清水墻磚。這一創(chuàng)舉，不僅使他們有了用黑 曜巖替代粘土燒磚的信

3、心，同時也推動了縣鎮(zhèn)的墻體材料改 革。現(xiàn)在，他們把開發(fā)利用黑曜巖，作為鎮(zhèn)的新的經(jīng)濟增長 點。本文主要以介紹黑曜巖燒制清水墻磚的半工業(yè)加工試驗 基本情況，來展示開發(fā)利用黑曜巖這種礦石資源前景。一， 黑曜巖的形成及理化性能。 黑曜巖與其類型的松脂巖、珍珠巖一樣，都是火山噴發(fā) 出來的酸性熔巖。這種熔巖經(jīng)急速冷卻后便形成了玻璃質(zhì)巖 石。是一種天然產(chǎn)的玻璃。性脆，莫氐硬度57。貝殼狀 斷口，具有玻璃光澤，碎片及薄的邊緣部份透明至半透明， 全玻璃結(jié)構(gòu)。密度為2. 22 . 4（克/立方厘米）。耐火度1 3 0 01 3 8 0 攝司度。在顯微鏡下可見含少量長石、 石莢斑晶及極少量磁鐵礦和黑云毋。含水率一般

4、小于2。 沙海鎮(zhèn)產(chǎn)的黑曜巖化學(xué)成份如下：二氧化硅：67. 4%、三氧化鋁：14.29%、三氧化二鐵：1 . 9%、二氧化鈦：0 . 2 5%、氧化鈣：1 . 0 9%、 氧化鉀：3 .3%、氧化鈉：4.16%。二， 黑曜巖燒制清水墻磚的半工業(yè)加工試驗 在完成了試驗室的試驗后，對黑進行了半工業(yè)試驗；2 1原材料配比：根據(jù)試驗室配制的三種配料比，選用 了2號配比試樣，進行半工業(yè)加工實驗。先將呈黑 色的己粉細到小于2伽的黑曜巖（8 2%重量比） 和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的膨潤土（12伽。18%重量比）混 合。其混合料的粒度級配如下：<1 .0 mm7 520%1.7 1 .0 m18 .70%2 .0 1 .

5、 7m3 .70%>2 . 0m2 . 4 0%2 . 2混合后的混合料塑性指數(shù)：9 . 10從混合料的粒度級配和塑性指數(shù)可以看出坯體成型不會困難，但考慮到膨潤土的特性，對成型水份還是作了嚴格控制和調(diào)整。2 .3 膨潤土的化學(xué)成份：二氧化硅：6 5 . 6 7 %三氧化二鋁：14 .70%三氧化二鐵：1.68%氧化鈣：2.18%氧化鈉：0.25%2 .4半工業(yè)加工試驗：產(chǎn)品規(guī)格： 240X1 15X53 m直角六面體型口采用尺寸；253X121X59 mm。（磚坯大面兩排共10個直圣 12 mm園孔，空心率v 10%）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)： 國標(biāo) GB5101-1988 燒結(jié)普通磚 。工藝流程： 混

6、料t給料t粉碎t碾壓t侖儲t輸 送T加水?dāng)嚢?t擠壓成型t切條T切坯T輸送T碼坯 T干燥 T燒成 T出窯 T成品撿測。原料加工：將粉碎好的黑曜巖粉料和膨潤土，按比例稱 量好， 用鏟車進行予混。 均勻后， 再用鏟車送入箱式給料機。 混合料由箱式給料機輸送到細碎對輥機再進行一次粉細混 合，而后送入強力攪拌杌加水?dāng)嚢瑁ń咏尚退荼壤嚢杈鶆虻哪嗔?，再送入輪碾機進行碾練。泥料經(jīng)輪碾機的 碾練、捏和、均勻化等作用下，可有效的提高制磚泥料的質(zhì) 量。輾壓后的泥料由輸送帶送入儲料侖困存、陳化（4 8 小時）。泥料經(jīng)過儲倉陳化，可使表面水份滲入泥料最小顆 粒外殼，使泥料所有塑性部份得到膨賬，使泥料發(fā)生化學(xué)

7、和 生物（細菌）變化，這時泥料會更加均勻，保證擠坯質(zhì)量。成型工藝：雖然泥料塑性較好，但考慮到坯體受成型水 份形響；水份超過限度時擠出的泥條會軟，會使坯體變形。 因此，將試驗室測定的成型水份作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整后的 坯體型況很好， 擠出的泥條比較理想。 擠磚機為美制 75AD 。擠出時的工藝參數(shù)是；5擠出壓力：1 .4 MPa真 空 度：7 10 mmHg成型水份：14 . 9%（調(diào)整后的水份）型口尺寸：252X122X59 mm （孔洞率V10%）。干燥工藝： 由于黑曜巖親水性差，磚坯干燥性能不強， 但磚坯干燥過程中并末出現(xiàn)過坯體裂紋、掉角、毛邊等現(xiàn) 象。磚坯干燥很好。經(jīng)測定干坯含水率為05%

8、。坯體干 燥時工藝參數(shù)是；干燥溫度：118攝氏度。干燥周期：55 h干燥車速：2 . 5 h 車干坯尺寸：248X120X55 mm干燥收縮率：2 .4%燒成工藝：泥料的鉀、鈉含量較高，燒成溫度較低，燒 成范圍較窄。 焙燒燃料由煤氣發(fā)生爐供給煤 氣，進行外燃。燒成時工藝參數(shù)如下；燒結(jié)溫度：1030 攝司度燒成周期：72 .5 h車速：2 .5 h/車成品尺寸：240X1 13X53 mm （孔洞率V1燒成收縮率：3 . 2%產(chǎn)品撿測：經(jīng)半工業(yè)加工試驗的產(chǎn)品，送國家建筑材料測試中心撿測，其結(jié)果如下：試樣名稱：黑曜巖燒結(jié)承重空心飾面磚。撿測方法：GB /T 5 1 0 5 - 1 9 9 8體積密

9、度：1697 kg / m 3抗壓強度：3 6 . 2 Mpa單塊最小值：29 . 0 Mpa石灰爆裂：v 1 .0 mm泛霜：無泛霜。吸水率：7 . 9% （平均值）凍融：經(jīng)15次凍融試驗，末出現(xiàn)裂紋、分層、掉皮、缺棱、掉角等現(xiàn)象。質(zhì)量無損失，從石灰爆裂和泛霜 指標(biāo)的測定，產(chǎn)品巳達優(yōu)等品。經(jīng)過半工業(yè)加工試驗的燒結(jié)磚，產(chǎn)品邊梭角整齊，磚體 六個面平整無損，磚體呈深紅色。美觀大方，作承重、飾面 磚，砌筑墻體，應(yīng)該說是很理想的。用黑曜巖摻少量膨潤土作粘結(jié)劑，生產(chǎn)燒結(jié)承重飾面 磚，經(jīng)過半工業(yè)加工試驗取得了成功。這是開發(fā)利用當(dāng)?shù)刭Y 源替代粘土燒磚的好辦法。符合國家產(chǎn)業(yè)政策和墻體材料改 革方向。它具有良

10、好社會效益和經(jīng)濟效益。對需用墻體材料 大而又缺泛粘土資源的沙海鎮(zhèn)來說，更有重大的現(xiàn)實意義； 同時給類似資源的地區(qū)，提供了信息和成功的經(jīng)驗。用黑曜巖摻少量膨潤土作膠結(jié)劑制作承重飾面磚。經(jīng)有 關(guān)專家評審以及國家建材工業(yè)局技術(shù)情報研究所“查新”證 實：目前，在國內(nèi)外，還沒有撿索到有關(guān)黑曜巖燒結(jié)磚方面 探討和研究的資料。 也沒有這方面的文獻和成果。 “查新”證實 了黑曜巖燒結(jié)承重飾面磚，在國內(nèi)外尚屬首例，它填補了我 國新型墻體材料的空白；也是遼寧省、朝陽市、建平縣等， 重視開發(fā)利用黑曜巖的一項值得推廣應(yīng)用的省級科技成果。 有關(guān)黑曜巖燒結(jié)磚，半工業(yè)加工試驗中的幾個問題分述如 下；（1 ）黑曜巖這種材料，

11、在1 3 0 0攝氏度的高溫下， 體積可膨脹3倍以上。如果不超過這個溫度線，其材質(zhì)結(jié)構(gòu) 上是穩(wěn)定的。所以，它和膨潤土（膠結(jié)料）均勻混合，控制 好燒成溫度（不超過其膨賬溫度線） ，不僅是一種穩(wěn)定的磚 體填充料；同時又能使磚體獲得較高的強度。（ 2）膨潤土是一種以蒙脫石為主要成份的粘土巖（含蒙脫石50%以上）。吸水性強，能吸收自身體積815 倍的水量。吸水后體積膨賬數(shù)倍至30倍。其塑性指數(shù)、干 燥敏感性系數(shù)、干燥收縮等都很高，只要使用量適當(dāng)，它作 為制磚原料的膠結(jié)劑，能有利于改善混合料的塑性。但摻量 過大（指含蒙脫石在混合料中占的比例）時就會產(chǎn)生負面影 響。國外一些學(xué)者研究為；在制磚粘土中，蒙脫石

12、含量不超 過3%時是有益的。它能提高硬質(zhì)粘土原料的塑性，使干坯 獲得較高的抗壓和抗折強度；而在石灰質(zhì)的粘土制磚中，蒙 脫石還能提高磚體強度。研究還認為；在制磚粘土中，只有 當(dāng)原料中含有大量細顆粒方解石時，蒙脫石的最高含量允許 達到10%。否則，會引起坯體干燥裂紋，同時，由于坯體 在干燥后很快吸收空氣中水份，而使坯體再膨賬；并在窯中 快速干燥而產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。另外，蒙脫石含量過高 時，由于它的膨賬性能，成型時需要很高的拌和水，由此帶 來很大的干燥收縮。 其次，蒙脫石含量高的粘土具有觸變性， 它的混合料從表面看似乎是一般塑性泥料，但加工后便呈液 態(tài)流動， 如果水份控制不好， 給擠出成型帶來相

13、當(dāng)大的困難， 甚至無法成型?；谏鲜?，用黑曜巖為原材料，以膨潤土作 膠結(jié)，制磚時應(yīng)嚴格控制配料，使蒙脫石在混合料中的含量 保持在允許范國；混合料的顆粒應(yīng)有足夠的細度和級配，而 且保證混合均勻。在穩(wěn)定配料前堤下調(diào)整合適的成型水份是 非常必要的。（3）考慮到原材料及膠結(jié)料的特殊性。兩種材料的含 水率都很低，為了達到混合料均勻，加工試驗中采取了干混 方法；即兩種原料分別進行粗、中、細碎。將達到細度要求 的干粉，由強力攪拌機攪拌均勻，而后按接近成型水份比例 加水?dāng)嚢?，混合泥料攪拌均勻后送入輪碾機碾煉、再用細碎 對輥機粉細混均， 然后再送入儲料侖陳化 （不少于 48 小時）4）黑曜巖在粉細后，其顆粒呈片

14、狀和纖維狀，因此，泥料通過擠出機過程中，片狀微粒將沿絞刀的旋轉(zhuǎn)方向定 向，往往在泥條內(nèi)形成螺旋形紋理（螺旋紋） ，切成坯后， 在后步工序的干燥、焙燒時會產(chǎn)生無法禰補缺陷。如果生產(chǎn) 多孔磚或空心磚要比實心磚好一些。一是可使磚的單塊重量 減輕，二是豎孔空心磚抗壓強度比同一泥料生產(chǎn)的實心磚要 高。這是因為豎孔空心磚， 在機口中的泥料有顯著改向變形， 增強了泥料微粒的定向作用，從而有效的降底了紋理指數(shù) （TZ ）。實踐證明， 用黑曜巖作原材料生產(chǎn)多孔磚或空心磚、 地面磚都是非常適宜的。如果生產(chǎn)燒結(jié)劈離磚或是壓花、噴 砂的飾面磚、各種規(guī)格的花色薄磚等，其效果會更佳。（5）用黑曜巖燒結(jié)磚的原材料，雖然經(jīng)半

15、工業(yè)加工試 驗成功，但還未能獲得全部的工業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)；例如，在穩(wěn)定 配料的前堤下，確定最合適的成型水份和可允許的波動范圍 以及如何在生產(chǎn)過程中采取措施嚴加控制；尤其對產(chǎn)品的燒 成溫度的控制以及盡量減小窯體斷面溫差，保障產(chǎn)品燒成質(zhì) 量等方面的數(shù)據(jù)都不夠完善；其次，在有條件的情況下還應(yīng) 測定幾種可以應(yīng)用的配料及其燒結(jié)溫度范圍，以利進行焙燒 窯熱工系統(tǒng)的設(shè)計和制定焙燒工作制度等，都是十分必要 的。三 開發(fā)利用黑曜巖 用黑曜巖這種礦石資源替代粘土燒結(jié)普通磚，經(jīng)半工業(yè) 加工試驗，己取得成功的經(jīng)驗。但除了燒制各種磚類外，利 用這種礦產(chǎn)資源能否開發(fā)板材類的。或是利用黑曜巖自身 在一定溫度作用下，能膨脹的特性，

16、開發(fā)人造輕集料，比如 說燒脹淘粒一類的產(chǎn)品等，其可能性如何。本文就此兩種產(chǎn) 品的試制作方法提出一些設(shè)想，以期黑曜巖這種礦產(chǎn)資源得 到充分利用和開發(fā)。（1）用黑曜巖制作高強度硅酸鈣板： 高強度硅酸鈣板，是以硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料經(jīng)水化反應(yīng) 合成，并又以生成的托勃莫來石為主要結(jié)晶體， 結(jié)合膠結(jié)料、 增強纖維而形成制品的高強度。硅酸鈣板的硅質(zhì)材料，大都 以石英粉、硅藻土、陶土或粉煤灰等。鈣質(zhì)材料，包括生石 灰、消石灰、電石渣和水泥等。從黑曜巖礦石中二氧化硅的 含量（一般在6572% ）和三氧化二鋁的含量（12.4515.2% ）來看，黑曜巖作為硅質(zhì)材料生產(chǎn)硅鈣板是可行的。 根據(jù)硅酸鈣板強度形成機理；即在

17、常溫常壓下，黑曜巖中的 硅鋁玻璃體水化活性很低，很難與氫氧化鈣化合反應(yīng)。既便 是制板初期，氫氧化鈣膠粒形成的凝聚結(jié)構(gòu)向晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化 時，這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，也只是板坯蒸壓養(yǎng)護前形成初期強度的 骨架而不能承受載力。但當(dāng)板坯送入蒸壓釜后，在高溫高壓 作用下，黑曜巖微細顆輕表面二氧化硅和三氧化二鋁與氫氧 化鈣便會發(fā)生激烈反應(yīng)，生成各種類型的水化硅酸鈣結(jié)晶 體，這時在增強纖維大量吸附氫氧化鈣和其它水化產(chǎn)物情況 下，加速了板坯的水化合成，於是同增強纖維形成了一個共 同連生體，這時才真正具備了黑曜巖硅酸鈣板的高強度?；?于這個機理，可以認為，用黑曜巖作原材料配以堿性激發(fā)劑 （生石灰類） 和增強紆維 （玻璃纖維或

18、石棉等） 經(jīng)蒸壓養(yǎng)護， 生產(chǎn)高強度的硅酸鈣板是可能的。這里主要問題是如何處理 好黑曜巖的原料粉細問題。按照制板要求，原材料的技術(shù)條 件是；制板顆粒應(yīng)在 180目以上。二氧化硅50%。二氧化 硅+三氧化二鋁大于 70%。三氧化硫V 3%。燒失量V 8%。 這些原材料技術(shù)條件，黑曜巖都具備；同時黑曜巖粉細后， 由于顆粒呈片或纖維狀，在制板中又可起到自身纖維增強作 用而相應(yīng)減少增強紆維的用量。基于上述，黑曜巖不僅可以生產(chǎn)硅酸鈣板，同時用黑曜 巖作原材料還可以生產(chǎn)石棉吸音板、黑曜巖石膏板、成型壁 材、纖維壁材等等。（2）用黑曜巖制作燒脹陶粒： 以輕集料砼替代普通砂石集料砼，是國內(nèi)外普遍關(guān)住的 一種新型砼。由于它密度小、強度高、隔熱、保溫、耐火、 抗震性能好而得到了迅速發(fā)展。輕集料分為人工、天然和工 業(yè)廢渣三個類型。根據(jù)黑曜巖自身可以膨脹的特性，又可以 制作人工骨料，即燒賬型陶粒。按照成陶工藝，先將黑曜巖 磨成微細粉狀顆粒，再摻配適量的膨潤土 （ 11.5 %重量比）和煤粉（0.5重量比）分別計量后， 送入強力攪拌機拌合 （攪拌時可噴水霧濕潤， 達到成球程度， 水份不大于 10% ）均勻。 螺旋輸送喂料。成球盤造球（直徑810伽）。然后由皮帶輸送機送入回轉(zhuǎn)窯進行燒成。料球經(jīng)回轉(zhuǎn)窯的烘干、予熱、 分解、燒脹和冷卻后， 便制成了燒脹型的高強度黑曜巖陶粒。 關(guān)于粘