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一、概述

珍珠岩矿包括珍珠岩、黑曜岩和松脂岩。

珍珠岩是一种由火山喷发的酸性熔浆，经急剧冷却形成的玻璃质岩石。其成分相当于流纹岩，因其具有珍珠裂隙结构而得名。珍珠岩含水2%～6%。

松脂岩（Pitchstone）亦为酸性玻璃质火山岩，具有独特的松脂光泽，含水量高于珍珠岩，为6%～10%。

黑曜岩（Obsidian）是成分相当于花岗岩的玻璃质火山岩，含水量少，小于2%。

珍珠岩、松脂岩和黑曜岩三种岩石均具有在瞬时高温条件下（1200℃左右）体积可膨胀数倍至30倍以上的特性，是 *** 优质轻质建材和保温绝热材料的重要矿物原料。

珍珠岩类矿石类型见表3-2-1。

表3-2-1　珍珠岩的矿石类型

珍珠岩矿石品级的划分见表3-2-2。

表3-2-2　珍珠岩矿石类型、品级划分

二、膨胀珍珠岩的主要用途

珍珠岩的用途主要是指膨胀珍珠岩的主要用途。由于膨胀珍珠岩具有容重轻、导热系数低、耐火性强、隔音性能好、孔隙微细、化学性质稳定、无毒无味等优异的物理、化学性质，使其广泛应用于各工业部门，尤其是重要的轻质建材和保温隔热原料。膨胀珍珠岩的主要用途见表3-2-3。

表3-2-3　膨胀珍珠岩的主要用途

表3-2-4和表3-2-5列出日本和美国的膨胀珍珠岩的消费结构。

表3-2-4　日本膨胀珍珠岩的消费构成

表3-2-5　美国膨胀珍珠岩的消费构成及消费量

三、珍珠岩的质量标准

作为生产膨胀珍珠岩原料的质量评价主要是根据其在高温下膨胀倍数和产品容重决定的。一般要求膨胀倍数大于7～10（黑曜岩＞3即可）。实验室获得的膨胀倍数与工业生产的膨胀倍数按下式换算：

K0=5.2（K-0.8）

式中K0——工业生产的膨胀倍数；K——实验室简易焙烧膨胀倍数。

松散密度（容重）≤80～250kg/m3。

此外要求矿石中SiO2含量达到70%,H2O为4%～6%,Fe2O3+FeO＜1%为优质。矿石为全玻璃质体，没有或仅有轻微脱玻化、无斑晶。

表3-2-6和表3-2-7列出了珍珠岩的质量要求。

珍珠岩原矿需经破碎筛分工艺处理，获得适合入炉膨胀的珍珠岩矿砂，一般破碎筛分多采用图3-2-1所示的工艺流程。美国诺阿瓜珍珠岩选矿工艺流程见图3-2-2。

表3-2-6　实验室简易焙烧膨胀系数K与工业生产膨胀系数K0对照

表3-2-7　珍珠岩的质量分级标准

图3-2-1　破碎筛分原则工艺流程图

图3-2-2　美国诺阿瓜珍珠岩选矿工艺流程图

工业上应用一级珍珠岩矿石，不能用三级矿石。膨胀珍珠岩用矿砂的标准按国家建筑材料工业局颁布的标准，见表3-2-8。

表3-2-8　膨胀珍珠岩用矿砂的技术要求（ZBQ25002-88）

表3-2-9给出了河南省地方标准。

表3-2-9　膨胀珍珠岩用矿砂技术指标要求（DB/410000D63001-86）

四、膨胀珍珠岩的生产工艺

膨胀珍珠岩的生产工艺包括破碎、预热、焙烧三个工序，原则工艺流程见图3-2-3，主要生产工艺见表3-2-10。

图3-2-3　膨胀珍珠岩的生产原则工艺流程

表3-2-10　膨胀珍珠岩的主要生产工序

预热的热源原料一般是煤或者其他热工作业的余热。

焙烧热源有燃煤、燃气、燃油和电。

五、上天梯珍珠岩矿的开发利用

信阳珍珠岩矿是我国珍珠岩资源的重点矿床，其探明储量占我国珍珠岩探明储量的75%。其开发利用水平是我国同类资源利用水平的一个缩影。

1.上天梯珍珠岩的物化性质

上天梯珍珠岩比较纯，含有很少量的长石、石英斑晶，极少量磁铁矿和黑云母。刘冲珍珠岩呈白偏绿色，俗称青矿，石嘴珍珠岩呈白偏微红色，俗称白矿。化学成分见表3-2-11。

表3-2-11　上天梯珍珠岩试样化学成分

我国部分珍珠岩矿的化学成分见表3-2-12。

珍珠岩粉矿在不同粒级的化学成分见表3.2-13。

对比表3-2-11和表3-2-13可看出，无论是石嘴还是刘冲的珍珠岩粉矿和原矿的化学成分均无明显的变化，各粒级的化学成分均达到I级品要求，说明没有必要进行分级提纯。

2.上天梯膨胀珍珠岩的质量

当焙烧时，珍珠岩砂因突然受热达到软化程度，玻璃质中的结合水汽化产生很大压力，体积迅速膨胀，形成了具有空腔结构的多孔膨胀珍珠岩。珍珠岩膨胀的基础条件是玻璃质，而水受热汽化是引起珍珠岩膨胀的内在原因。玻璃质体内的水量通常用烧失量表示。预热是为了控制水量的更佳值（有效水量），水量过大会使矿砂炸裂成粉状物，水量不足则膨胀不足。通过控制预热时间、温度以及焙烧的时间、温度、矿砂粒度等来控制膨胀珍珠岩的质量。

表3-2-12　我国部分产地珍珠岩、松脂岩、黑曜岩的化学成分

表3-2-13　上天梯珍珠岩粉矿在不同粒级的化学成分

在烧煤气的立窑（中南助滤剂厂）进行生产膨胀时，膨胀条件为：预热温度450℃、预热时间12min、焙烧温度1100℃、焙烧时间3～5s。膨胀结果：容重（kg/m3）由膨胀前的1030变为膨胀后的60.1，膨胀倍数（K0）为17.14。

膨胀前后粒度组成及粒度容量见表3-2-14。

表3-2-14　生产膨胀前后粒度组成及粒度容量的测定

由表3-2-14可见：膨胀产品粗粒级明显增加，＋60目由膨胀前的12.88%增至67.17%；粒度愈粗容重愈小。

膨胀珍珠岩的导热系数测定结果见表3-2-15。

表3-2-15　上天梯珍珠岩粉矿导热系数检验报告

测试单位：国家建材局保温与密封材料产品质量监督检验中心。

根据国家标准GB5211.15-88（等效国际标准ISO787/5-1980）测定了膨胀珍珠岩对精制亚麻仁油的吸收量，用质量/质量的百分数表示，测定结果：0～280μm膨胀珍珠岩的吸油量为248%；1～150μm膨胀珍珠岩的吸油量为210%。

建材行业对膨胀珍珠岩的质量要求见表3-2-16。

表3-2-16　膨胀珍珠岩的建材行业标准（JC/T209-92）

参照表3-2-16，上天梯膨胀珍珠岩的技术性能已达到70标号，但粒度组成偏细，粒度下限＜0.15mm的占12.12%，已超过合格品允许的更大值（6%）。可通过在膨胀焙烧末端单独收集＜0.15mm粒级产品解决粒度偏细问题。

3.-60目珍珠岩粉矿的利用

信阳上天梯珍珠岩砂的加工工艺流程见图3-2-4。

图3-2-4　信阳上天梯非金属矿珍珠岩加工工艺流程

珍珠岩原矿矿山售价40元/t，矿砂80元/t，膨胀珍珠岩26元/m3。在加工矿砂工艺过程中，－60目的粉矿作为尾矿丢弃，产率为40%，即每加工1t珍珠岩原矿就要丢掉400kg的－60目粉矿，每年丢掉的－60目尾矿达18～20万t。这不仅造成资源的巨大浪费，而且还造成环境污染。这个问题一直困扰矿山企业。为此，国家科委和河南省科委组织了由国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心等单位对上天梯多种非金属矿综合开发利用进行了攻关研究（项目号分别是960441034和971140201）。其中对－60目的珍珠岩粉矿的利用取得了以下成果。

（1）作塑料、橡胶制品中的功能性填料

－60目的珍珠岩粉矿，直接给入悬辊磨、高速冲击磨进行细粉碎，或进入气流粉碎机进行超细粉碎，获得的珍珠岩微粉（细粉碎100%＜40μm、超细粉碎100%＜20μm）经硅烷、钛酸酯、脂肪酸等表面改性剂进行改性处理后，可作塑料、橡胶制品中的功能性矿物填料。

在橡胶板的 *** 工艺中，用珍珠岩微粉替代原配方中的PNT补强剂，获得的产品物理机械性能见表3-2-17。

表3-2-17　制品物理机械性能实测结果

在生产橡胶管的工艺中，用珍珠岩微粉代替原配方中的Si-Al炭黑，制品的物理机械性能见表3-2-18。

表3-2-18　制品物理机械性能实测结果

在生产电缆的工艺过程中，用珍珠岩微粉代替原配方中的活性煅烧高岭土，产品的物理机械性能见表3-2-19。

表3-2-19　制品物理机械性能测试结果

用表面改性的珍珠岩微粉替代PNT、Si-Al炭黑、活性煅烧高土作橡胶制品、电缆中的填料，不仅产品的物理机械性能达到了有关国标要求，而且具有明显的价格优势。

（2）珍珠岩抛光粉

目前用量最多的珍珠岩抛光粉是100#珍珠岩抛光粉，如安阳玻壳厂每年用量约300多吨，其质量要求为：①粒度　＋150μm=0，-44μm＜15%；②比重　2.2～2.4；③硬度（摩斯硬度）　5.5～6。

采用干式筛分的 *** ，从－60目珍珠岩尾矿粉中分离出的珍珠岩抛光粉产品的产率仅有30%，而且粉尘大。采用湿法作业，用棒磨磨矿、分级、脱泥工艺，细筛和磨机形成闭路，可获得合格的珍珠岩抛光粉，产率达70%。抛光粉粒度筛析结果：＋150μm=0，-44μm＝8.54，-150μm～＋44pm=91.46。比重为2.27g/cm3。

（3）作普通印刷纸的填料

替代滑石粉作普通印刷纸的填料，除纸白度不如滑石粉作填料的纸外，其余各项指标均超过滑石粉作填料的纸。

（4）球形玻壳膨胀珍珠岩

膨胀珍珠岩主要是作轻质建材和保温材料，我国生产的膨胀珍珠岩产品单一，仅有多孔膨胀珍珠岩。多孔膨胀珍珠岩吸水率大，抗压强度低、砂浆流动性差，往往导致产品在使用过程中出现质量、性能下降，使用寿命短等问题，多孔膨胀珍珠岩产品的这些弱点严重制约了珍珠岩工业的发展。

球形玻壳无孔珍珠岩的产品避免了多孔膨胀珍珠岩的上述缺陷。但是，目前国际上仅美国、日本、法国三个国家掌握了该项技术。信阳师范学院承担了河南省科委攻关项目——球形闭孔膨胀珍珠岩生产技术（项目编号971140204），经课题组同志三年数百次试验研究，自行设计、制造出国内首台自动控温的电膨化炉，用－60目珍珠岩矿粉成功地生产出球形闭孔膨胀珍珠岩，即球形玻壳膨胀珍珠岩，产品性能已达到国际同类产品先进水平，获得专利（公开号CN123200A）。玻壳膨胀珍珠岩与多孔膨胀珍珠岩的性能指标对比见表3-2-20。

表3-2-20　闭孔和多孔膨胀珍珠岩的性能

与国外同类产品的性能比较见表3.2.21。

球形玻壳闭孔膨胀珍珠岩适用于轻质保温节能领域和轻质填料，特别适用于要求有一定强度、吸水率和砂浆流动性能的建筑节能领域或在液体系统中使用，如外墙保温材料、装饰板、复合保温板等各种轻质建筑板材；也适合作加工饮料用的助滤剂。

用－60目珍珠岩矿粉膨胀成玻壳闭孔球形珍珠岩是解决－60目珍珠岩粉用途的主要途径。因为这种膨胀产品性能优异，市场大，成本低。如建一个年产5000t的球形玻壳闭孔膨胀珍珠岩工厂，设备投资需68万元，生产成本为396元/t，出厂价1000元/t，年利税可达300万元。

表3-2-21　本产品与国外同类产品性能比较

4.珍珠岩助滤剂

膨胀珍珠岩的主要用途是作轻质建材和保温材料，约占膨胀珍珠岩产量的70%，其次是作助滤剂，约占20%。珍珠岩作助滤剂适用于酒类、饮料、食用油、味精、医药及化学药品的生产中。膨胀后的珍珠岩经细粉碎（－325目）和分级的产品就成为珍珠岩助滤剂。珍珠岩助滤剂粉料堆积以后形成一种不压缩的饼状体，即形成了滤床。这种滤床中有80%～90%是空气。液体通过其间得到过滤，那些处于悬浮状态的极细固体粒子被截留下来，从而达到较高的滤速和澄清度。

信阳中南助滤剂厂生产的珍珠岩助滤剂主要用于味精生产中，在啤酒业中尚未打开市场。80年代以前，我国的啤酒成品过滤一直采用较落后的棉饼过滤 *** 。进入80年代，我国引进了硅藻土过滤技术，被我国啤酒行业普遍采用。近几年又出现了珍珠岩过滤技术，但市场占有率较小。过滤在啤酒生产中占有极重要的地位。在啤酒生产的工艺过程中组合了一系列固－液分离的过程，其中包括糖化后的麦芽汁过滤、发酵后啤酒的澄清过滤以及封装前啤酒的精制过滤。滤除啤酒中固体粒子的能力基本上仅与助滤剂粒子和孔隙相对的大小以及结构的形状有关，表3-2-22列出了常见助滤剂的特征。

表3-2-22　常见助滤剂的特征

用助滤剂作为过滤介质时，必须选一种支撑物，以便能将助滤剂涂在支撑物，形成过滤层，即滤饼。这种支撑物本身也是过滤介质。支撑物主要有滤布、滤纸和滤网。在用硅藻土作助滤剂的过滤工艺中常采用滤布，滤布选择的主要因素见表3-2-23。滤纸是类似无纺布的一种过滤物。滤纸的特点为：对于因过滤中压力的变动而使滤饼粒子泄漏的危险较小，因而使一些啤酒厂在大板框过滤机中使用滤纸做支撑物。但存在因纸板的孔隙复杂细小，易堵塞和强度较差的不足。滤网一般是由不锈钢丝或黄铜丝编织而成的，用目数表示。

表3-2-23　滤布选择的主要因素

①丙烯腈和氯乙烯的共聚物。②S，短纤维；F，复丝；M，单丝。

从表3-2-22可以看出，在啤酒工业中珍珠岩助滤剂可替代硅藻土助滤剂。濮阳市中原啤酒厂使用三种助滤剂。效果对比见表3-2-24。

表3-2-24　三种助滤剂过滤形式比较

用珍珠岩作助滤剂整个滤酒系统与硅藻土完全相同，但珍珠岩助滤剂价格比硅藻土助滤剂低，每吨啤酒可节约费用1.5元。

助滤剂在啤酒工业中用量大。为了使啤酒厂能广泛使用珍珠岩助滤剂，除了精细加工珍珠岩助滤剂原料外，还必须建立适合使用上天梯珍珠岩助滤剂的操作程序，从预涂、添加、压差，直到更换支撑物等每一个作业都应有科学合理的操作参数，此外还应选择合适的支撑物。在啤酒工业中逐渐推广珍珠岩助滤剂。

主要参考文献

[1]　《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上册、下册），冶金工业出版社，1992。

[2]　黄成彦等，中国硅藻土及其应用，科学出版社，1993。

[3]　李好铭等，珍珠岩过滤技术在啤酒工业中的应用，河南科技，1997,1期，P.20～22。

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