珍珠岩

我国珍珠岩矿床主要产于我国大陆地壳活动频繁的中生代。这个代的火山形成了北起黑龙江，南达南海海滨和海南岛，长3000公里，宽300~800公里的火山岩带。此岩带可进一步划分为三个亚带。第一亚带也叫大兴安岭、燕山亚带。 这个亚带中的主要珍珠岩产地有河北的宽城、平泉以及张家口，围场，沽源;辽宁的凌源、法库、建平以及锦州、锦西义县、黑山;山西的灵丘;河南的信阳;内蒙的多伦、太仆寺旗、正兰旗、中后旗等。第二亚带名叫东北北部、山东亚带。这个亚带中的珍珠岩矿床有吉林九台、黑龙江穆棱等。第三亚带名叫东南沿海亚带。这个亚带中的矿床有浙江宁海松脂岩矿床等。

矿床工业类型

地质上对珍珠岩的划分有三种。这三种划分除对比化学成分上的限制略有不同外，其他各项或是互相类似，或是互相补充的。三种划分的具体内容见下列三表:

(1)第一种分级:k0指由工厂焙烧炉试验得到的矿石膨胀倍数、通常为实验室焙烧试验倍数k的2倍左右，如表1 所示。

(2)第二种分级:见表2。

(3)第三种分级:见表3。

上面三种对矿石级别的划分，主要是按照矿石膨胀性能好坏进行的。实际应用何种品级应根据需要具体决定。

上面三种划分都把岩石的化学成份同其膨胀倍数联系在一起。我们认为珍珠岩的膨胀倍数不一定完全取决于其化学成份。 因为根据我国山西灵丘县珍珠岩矿的资料，有膨胀倍数k大于10而其Na2O/K2O=1~1.5的珍珠岩存在。

表

珍珠岩、松脂岩和黑曜岩三种类型的岩石均具有在瞬间高温条件下膨胀的性能。珍珠岩的矿石类型、物质组成、特征、含水量见表4。

表4 珍珠岩的矿物组成及矿石特征

矿物组成

主要成分为块状、多孔状、浮石状珍珠岩，含少量透长石、石英的斑晶、微晶及各种形态的雏晶、隐晶质矿物、角闪石等圆弧形裂纹，断口呈参差状，珍珠光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色。

主要成分为松脂岩，水解松脂岩和水化松脂岩，含少量透长石和白色凝灰物质，呈不规则分布，断口呈贝壳状，松脂光泽，条痕白色。

主要成分为黑曜岩、黑曜斑岩和水化黑曜岩，含少量石英、长石斑晶，极少量不透明的磁铁矿、刚玉等，断口平坦或贝壳状，部分参差状，玻璃光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色。

1)珍珠岩的主要物理性质，见表5。

表5 珍珠岩的主要物理性质

2)珍珠岩矿石的一般化学成份 见表6。

表6 珍珠岩矿石的一般化学成分(%)

3)我国部分产地珍珠岩、松脂岩、黑曜岩的化学成分，见表7。

表7 我国部分产地珍珠岩、松脂岩、黑曜岩的化学成分

膨胀珍珠岩原料矿床主要为酸性火山喷发岩产物。中国自中生代以来 ，各类岩浆大量喷出，在侏罗系、白垩系、第三系、第四系内均形成有膨胀珍珠岩矿床。已在山西、辽宁、内蒙古、河南、吉林、黑龙江、江苏、浙江、山东、江西、湖北、河北等十多个省、自治区发现膨胀珍珠岩矿床，其中产于山西的储量最大。已开发的较大的矿床有:河南信阳上天梯、河南罗山、辽宁建平、浙江缙云、吉林九台、山西灵丘等处。

矿床的主要工业指标

决定膨胀珍珠岩原料工业价值的，主要是它们在高温焙烧后的膨胀倍数和产品容重。

1.膨胀倍数k0>5~15倍

2.容重≤80kg/m3~200 kg/m3

质量要求:

1.玻璃质纯洁，透明度好，颜色浅的多属优质。

2. 没有或有轻微脱玻璃化作用，严重的属劣质。

3.不含或少含晶质物，含量多的属劣质。

4. 化学成分:SiO2 70%±，H20 4~6%，Fe2O3<1%为优质，>1%为中劣质。

当酸性熔岩喷发出地表时，由于岩浆骤冷而有很大粘度，使大量水蒸气未能从岩浆逸散而存于玻璃质中。当焙烧时，因突然受热达到软化程度，玻璃质中结合水汽化产出很大压力，体积迅速膨胀。在玻璃质冷却至软化温度以下时，便凝成空腔结构，形成多孔的膨胀珍珠岩。因此玻璃质是引起矿石膨胀的基础条件，水是引起矿石膨胀的内在原因，铁质是影响矿石膨胀的不利因素之一。

珍珠岩的氧化与熔融温度为:开始收缩温度为1025℃，软化温度为1175℃，熔融温度大于1500℃，软化温度范围为150℃，熔化温度范围为325℃。珍珠岩开始收缩的温度比长石低120℃，软化温度低75℃，软化范围加宽95℃。由于这些特性，珍珠岩在陶瓷制品烧成中可以大大降低烧成温度，改进烧结的质量。通过进一步深入研究，珍珠岩还有一种特性，即含有珍珠岩的陶瓷坯体中，莫来石晶体形成较早，从而有利于烧结过程的展开。这样一来，含珍珠岩坯体除具有与长石-石英-黏土(高岭矿物)三元系坯体配方相同的工艺特性之外，还能降低烧成温度(从原来的1280℃降低为1180℃-1160℃)，并且具有良好的热稳定性。

珍珠岩矿石类型、品级划分见表8。

表8 珍珠岩矿石类型、品级划分

形态是珍珠岩最醒目的外观特征之一。不同的珍珠岩征性形态，同一种珍珠岩，因为形成条件不同，由于内部结构、成分等不同，往往有其他特征也可能以不同的形态出现是识别珍珠岩的标志，也是分析珍珠岩成因的依据。

对晶质珍珠岩形态的研究以单体和集合体为主形态。因此，珍珠岩的形态不仅。对固态非晶质准(或似)珍珠岩，则只有集合体珍珠岩的单体形态珍珠岩单体即珍珠岩的单个晶体。珍珠岩单体形态主要包括珍珠岩晶体结晶习性(具体体现在晶体形状上)及晶面花纹两个方面.

结晶习性

生长条件一定时，同种晶体总能发育成一定的形状，这种性质称晶体的结晶习性，简称晶习或晶癖。根据珍珠岩晶体在三维空间的发育特征，通常将结晶习性分为三种荃本类型，即，一向延长型:晶体沿一个方向特别发育，呈柱状、针状、纤维状等形态，如柱状石英、针状普通角闪石、纤维状石膏、石棉等;二向延长型:晶体沿两个方向特别发育，呈鳞片状、片状、板状等形态，如片状云母、板状石膏等，三向等长型:晶体在三维空间发育程度近于相等，呈等轴状或粒状，如立方体石盐、黄铁矿等。

除了上述三种基本类型外，珍珠岩的结晶习性还有一些过渡类型。如介于一向延长与二向长型之间的板柱状，介于二向延长与三向等长型之间的厚板状，介于三向等长与一向延长型之间的短柱状等。

珍珠岩单体的形状首先与其结构、成分等内部因素有关。如角闪石等结构中其有链状络阴离子团的珍珠岩，常沿着链的方向发育成柱状、针状、纤维状。另外，珍珠岩单体形状还受晶休生长时的外部环境控制。如由于生长时的温度不同，轴的切面呈菱形。再如方解石由于生长温度不同，其晶体可呈800多种形状。

珍珠岩原砂经细粉碎和超细粉碎，可用于橡塑制品、颜料、油漆、油墨、合成玻璃、隔热胶木及一些机械构件和设备中作填充料。

珍珠岩经膨胀而成为一种轻质、多功能新型材料。具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音等特点，广泛应用于多种工业部门。见表9。

表9 膨胀珍珠岩的主要用途

精致物品及污染物品的包装材料，宝石、彩石、玻璃制品的磨料，炸药密度调节剂、污水处理

1.有用元素及主要伴生元素对原料的影响

珍珠岩的主要用途以生产膨胀珍珠岩及制品，膨胀的效果是影响制品质量的主要因素。影响珍珠岩膨胀性能的因素见表10。

表10 影响珍珠岩膨胀性能的因素

2.地质上常用的对珍珠岩质量划分标准，见表11。

表11 珍珠岩的质量分级标准①

工业上应采用一级珍珠岩矿石。三级矿石不准使用。对化学成分的要求为SiO2占70%左右;H2O占4~6%;Fe2O3 + FeO必须<1%。

3.国家标准

膨胀珍珠岩用矿砂采用国家建筑材料工业局1988年9月批准的中华人民共和国专业标准，其技术要求见表12。

表12 膨胀珍珠岩用 矿砂的技术要求

注:对于特殊要求，由供需双方商定。

4.地方标准

《DB/410000D63001-86》系河南省地方标准，该标准对膨胀珍珠岩用矿砂的技术指标要求见表13:

表13 膨胀珍珠岩用矿砂技术指标要求(DB/410000D63001-86)

珍珠岩按加工程度的不同，其产品可分为珍珠岩原矿、珍珠岩矿砂、膨胀珍珠岩及表面处理的膨胀珍珠岩四类。

由于珍珠岩矿石的选矿目的是将入选原矿加工成粒度、水分等指标均达到工业要求的产品，即珍珠岩矿砂，因而决定了珍珠岩的选矿工艺非常简单，通常为破碎-分级-干燥。

我国尚无正规的选矿工艺流程，一般破碎筛分多采用图1所示的工艺流程。

原矿--粗碎-筛 分-筛下-中碎 -筛分-筛上 筛下-筛分-粗矿砂--筛下 筛上--尾矿细矿砂

图1 破碎筛分原则工艺流程图

1)信阳上天梯非金属矿

信阳上天梯非金属矿位于我国河南省信阳市工业城东部的上天梯矿区。该矿为珍珠岩与膨润土共生矿床。矿山生产能力60万吨/年，位居亚洲第一，原矿性质表14。1978年矿山筹建珍珠岩加工车间，1979年建成投产。现两个加工车间为一系列，一车间为二段闭路破碎筛分流程;二车间为三段闭路破碎筛分流程。生产加工工艺流程见图2，主要加工设备见表15，主在产品规格、性能、用途见表16。

表14 原矿性质

表15 主要加工设备

原 矿--粗碎Dmax=210mm--e=40mm--中碎e=5mm--筛 分-50目+20目---细碎尾矿 -20+50目 e=1mm--产品

图2 信阳上天梯非金属矿珍珠岩加工工艺流程

表16 主要产品规格、性能、用途

2)建平珍珠岩矿

建平珍珠岩矿位于辽宁省建平县奎德素南山，1973年建矿。年产矿石3.4万吨。现有一加工车间，生产珍珠岩矿砂、膨胀珍珠岩及其制品。图3为珍珠岩加工工艺流程。

破碎筛分 装袋入库

大颗粒

图3 加工工艺流程图

建平珍珠岩矿珍珠岩加工所用的主要设备见表17。

表17 主要加工设备

3)北京窦店砖瓦厂

北京市窦店砖瓦厂位于北京市房山县附近，1953年建厂，隶属于北京市建筑材料总公司。主要产品有粘土砖、膨胀珍珠岩粉料及其制品、珍珠岩助滤剂。其中膨胀珍珠岩粉料生产量居全国首位，达18~20万m3，产品获国家银质奖。其生产工艺比较先进，用立式炉焙烧并采用微机控制。膨胀珍珠岩的加工工艺流程见图4。产品质量标准如表18。

原料破碎-破碎-颚式破碎机锤式破碎机-(粒度1~40 mm)-筛分-出厂 装袋焙烧 预热(粒度0.2~1mm)

图4 窦店砖瓦厂膨胀珍珠岩加工工艺流程

表18 膨胀珍珠岩产品质量标准

4)国外珍珠岩加工

国外珍珠岩加工的原则工艺流程见图5。

原矿破碎- 干燥破碎--储料仓--回转炉--产品焙烧--预热分级--混合搅拌--抽风机--卧式回转加热炉--空气分级机-- 旋风分离排料--立式固定加热炉

图5 珍珠岩加工的原则工艺流程

6.1堆积密度和堆积密度均匀性试验方法

6.1.1设备 a.烘箱和干燥器。 b.天平:精度为0.01g。 c.量筒:圆柱形金属筒(尺寸为内径108mm、高100mm)容积为0.001m3，要求内壁光洁，并具有足够的刚度，量筒应经常进行校核。 d.漏斗:见下图。 6.1.2试验步骤

6.1.2.1将按7.2.2方法取出的试样，在383±5K(110±5℃)下烘干至恒重，随后移至于干燥器中冷却至室温。 6.1.2.2将烘干后的试样注入漏斗，启动活动门，将试样注入量筒。

6.1.2.3用直尺刮平量筒试样表面，刮平时直尺应紧贴量筒上表面边缘。

6.1.2.4称量量筒及试样质量 6.1.2.5试验过程中应保证试样呈松散状态，防止任何程度的振动。

6.1.3结果计算

6.1.3.1堆积密度按式(1)计算: m2-m1ρ=────……………………(1)υ式中:ρ--试样堆积密度，kg/m3;m1--量筒的质量，kg;m2--量筒和试样的质量，kg;υ--量筒的容积，m3。

6.1.3.2试验结果取两次试验结果的算术平均值，保留三位有效数字。

6.1.3.3记录五个试样中的堆积密度最大值、最小值和算术平均值，保留三位有效数字。

6.2质量含水率试验方法

6.2.1设备 a.烘箱和干燥器。 b.天平:精度为0.001g。

6.2.2试验步骤从7.2.2制备的试样中每袋取出约10g试样，混合后称量，在383±5K(110±5℃)下烘干至恒重，随后移至于干燥器中冷却至室温，称量，直至恒重。

6.2.3结果计算

6.2.3.1质量含水率按式(2)计算: m3-m4 m=─────×100……………………………(2) m4式中:m--试样质量含水率，%; m3--试样干燥前质量，g; m4--试样干燥后质量，g。

6.2.3.2试验结果取三镒试验结果的算术平均值，保留二位有效数字。 6.3粒度试验方法

6.3.1设备 a.烘箱。 b.天平:精度为0.01g。 c.标准筛:筛孔尺寸为5,2.5,1.2,0.6,0.3,0.15mm筛各一个，其中2.5,1.2,0.6,0.3mm筛为辅助筛。 d.搪瓷盘或其他容器。 e.毛刷。

6.3.2试验步骤

6.3.2.1从7.2.2制备的5袋试样混合，取出约0.001m3试样，在383±5K(110±5℃)温度下烘干至恒重，称量。

6.3.2.2将各层筛按顺序安装好，试样放在筛子内，盖紧盖子，采用机械或手工方法进行筛分。手筛时应使试样在筛网上充分运动(即一手握住筛子略微倾斜，用另一手以每分钟150次左右的频率敲击筛壁，每25次转动60度)，筛至筛分终点。 6.3.2.3仲裁时以机械筛分为准。

6.3.2.4称量5mm筛孔筛余量和0.15mm筛孔的通过量，每次称重前均应使试样静止几分钟。

6.3.3结果计算

6.3.3.1 5mm筛孔筛余量按式(3)计算: m6ω1=───×100…… ………………………(3) m5式中:ω1--筛余量，%; m5--试样质量，g; m6--筛余物质量，g;

6.3.3.2 0.15mm筛孔通过量按式(4)计算: m6ω2=───×100……………………………(4) m5式中:ω2--通过量，%; m5--试样质量，g; m6--通过物质量，g;

6.3.3.3试验结果取两次试验结果算术平均值,保留二位有效数字。

6.4导热系统试验方法

6.4.1从7.2.2制备的5袋试样中任取3袋，每袋中取出约0.004m3的试样。

6.4.2按GB10294、GB10295或GB11833规定的方法进行。仲裁时按GB10294方法进行。

6.4.3试验报告中应写明产品推积密度和测试时的装填密度。

7.1检验分类产品检验分出厂检验和型式检验两类。

7.1.1出厂检验项目:堆积密度、堆积密度均匀性、质量含水率和粒度。

7.1.2型式检验项目:堆积密度、堆积密度均匀性、质量含水率、粒度和导热系数。有下列情况之一时，应进行型式检验: a.当原材料和生产工艺有变化时。 b.正常生产时每半年进行一次型式检验。 c.经长期停产后，恢复生产时。 d.出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。 e.国家质量监督机构提出进行型式检验的要求时。

7.2检验批量和抽样方案

7.2.1检验批量:以100m3为一个检验批量，不足100m3者亦视为一个检验批量。

7.2.2抽样方案:从每检验批量货堆上的不同位置随机抽取5包试样，将每包试样按四分法缩分到0.008m3，放入袋中，分别存放在干燥容器中。

7.3判定规则每检验批量产品均应经过检验，检验结果应全部符合表1规定。若有一项指标不符合表1规定时，允许二次抽样，对全部指标进行复验，以复验结果作为最终判定结果。 8标志、包装、运输与贮存

8.1.1产品应有质量合格证、质量等级标志。

8.1.2包装袋上应标有产品名称、注册商标、制造厂名、防水标记?8.1.3产品标记、标号、生产日期可用说明书或标签形式提供。

8.2包装: 8.2.1产品必须采用编织袋、麻袋包装，包装袋容积为0.1m3。有特殊要求可采用其他包装形式。 8.2.2包装袋不允许扎口，必须用针缝。尺可能采用机械缝包。

8.3运输:运输中应防水、离散漏，严禁踩踏。

8.4贮存:产品应按标号、等级在室内堆放，堆放场地应平整、干燥。附加说明:本标准由河南建筑材料研究设计院归口。本标准由河南建筑材料研究设计院负责起草。本标准主要起草人瞿镇华、黄亦农。

开发利用现状、存在问题及解决对策

国内外珍珠岩矿占主导地位的用途是生产膨胀珍珠岩及其制品。目前我国膨胀珍珠岩的年产量已超过400万m3，占我国保温材料年产量的5%左右，是国内使用最为广泛的一类轻质保温材料。据有关部门统计，目前我国膨胀珍珠岩在市场上的应用比例为建筑工程约60%，热管道保温约30%，装饰材料约10%，故主要还是用于建筑节能和设备及管道保温。

尽管珍珠岩广泛地应用于各个领域，是一个方兴末艾的工业，但它在某些领域已面临严峻的挑战，不久的将来，许多材料将取代珍珠岩。在代用材料方面，用作灰浆和建筑领域的隔热材料，片状蛭石是一种最有竞争性的材料。轻质骨料如:浮石、膨胀粘土、页岩和火山灰岩、火山灰渣、或泡沫水泥，它们成本低、结构强度高、超过珍珠岩。

在隔热方面，玻璃纤维、矿棉、硅藻土、石棉、纤维和塑料泡沫也是有力的竞争对手。其中最具有代表性的是信阳市平桥区中信保温建材厂，拥有中国最大的珍珠岩生产车间，具有二条膨胀珍珠岩生产线，生产工艺过程采用DCS(DISTRIBUTE CONTROL SYSTEM)系统使用公司的TPS系统对整个装置进行过程控制、实时操作和工厂信息一体化,其中以煤气为燃料的膨胀珍珠岩生产线，是国内最大的膨胀珍珠岩产品的生产线,专门生产珍珠岩助滤剂原料。充分顾及膨胀珍珠岩质量是影响珍珠岩助滤剂的主要因素.由于膨胀珍珠岩质量稳定，颗粒强度高,从根本上保证了BN(AG)型珍珠岩助滤剂的产品质量。膨胀珍珠岩用于过滤材料时，虽然也使用硅石砂、有机纤维和其它材料，但硅藻土是主要的代用材料。

用作填料和添加剂的还有粉状滑石、硅石砂、粘土、硅藻土和石灰石。

在农业上，与珍珠岩相抗衡的有蛭石、泥灰和锯末。

珍珠岩做吸附剂、磨料和添加剂时最容易受到各种矿物制品的挑战。

在冷冻工程上，不透明气溶胶和一种由铝和玻璃布组成的薄膜可取代珍珠岩。

为迎接其它制品与材料的挑战，珍珠岩及珍珠岩加工业首先要降低生产成本提高制品性能，充分利用其自身的优点不断开发研制新的功能性制品，如:

轻质防水隔热建筑材料产品质量轻，不易老化，防水隔热，适于高层建筑以及轻质墙体、管道保温、冷库墙体保冷等。

复合轻质功能性板材 产品容重轻，强度高，可切割成适合现场需要的不同形状，抛光处理后表面平整度高的产品。

玻璃质建筑装饰板其特点是具有优异的物理化学性能，质感豪华，装饰性能好;其力学性能、耐气候性、光泽度等优于大理石接近花岗岩。

无土载培基质是农业、植物、园艺方面很有发展前途的应用领域。一些较大颗粒珍珠岩渐渐被用于在蔬菜育苗中，作为育苗土的必备成分，以增加营养基质的透气性和吸水性。

助滤剂，实践表明珍珠岩和硅藻土并用，效果优于任何一种助滤剂单独使用。

发展趋势

1)为了提高膨胀珍珠岩的制品性能，应尽快开发球形非多孔膨胀珍珠岩的研制。首先入炉珍珠岩矿要尽可能地按近球形而不是以前的粒度适宜的不规则状;第二是改善窑炉的结构，提高膨胀珍珠岩的强度。

2)珍珠岩原矿经细粉碎，超细粉碎和表面化学处理而成为具一定功能的矿物填料，可广泛地应用于橡胶、塑料、电缆、油漆、油墨等行业。

3)珍珠岩用于动物饲料和种植农作物，已取得初步效果，无论是作动物饲料的添加剂、鸡笼中的铺垫料、填料、防板结和改善流动性的添加剂，或作为兽医制剂、杀虫剂、肥料、微量元素的载体、吸收剂或吸附物，或用于分离培养基质及其它目的。

总之，滤纸和助滤剂，园艺和填料的进一步利用，将使我国珍珠岩工业跃上新的台阶。我国珍珠岩工业是有发展前途的。

珍珠岩膨胀炉是生产珍珠岩玻化微珠的专用设备，可应用在耐火材料行业可用于生产0.6g/cm3轻质节能耐火砖，和各种超轻质节能耐火材料，可取代50%的漂珠，是替代漂珠的新型换代产品，不但可提高产品质量，而且可降低生产成本。由于漂珠价格昂贵，真空球型膨胀珍珠岩不到漂珠价格的2/3，而煤气发生炉性能优于漂珠，所有耐火材料厂逐渐开始大量应用真空球型膨胀珍珠岩，而我国生产真空球型膨胀珍珠岩，生产量仅为需求量的万分之二，市场前景广阔，需求量大。