露天礦山實(shí)習(xí)專題報(bào)告

廣東茂名高嶺土礦一.高嶺土礦業(yè)簡(jiǎn)史中國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用高嶺土制瓷的國(guó)家。早在殷商時(shí)代,在安陽(yáng)出圖1中國(guó)高嶺土礦分布圖土的印紋白陶就是由高嶺土燒制的,到了元代,景德鎮(zhèn)地區(qū)開(kāi)始在坯料中摻入一定量的高嶺土,用高嶺石、瓷石二元配方燒制瓷器,使瓷器質(zhì)量有很大改善,創(chuàng)造出“白如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄”的精美瓷器,使景瓷馳名中外。雖然中國(guó)的高嶺土開(kāi)發(fā)利用歷史悠久,但礦山地質(zhì)工作在中華人民共和國(guó)成立前僅限于地質(zhì)調(diào)查,如候德封(1931)對(duì)河北彭城鎮(zhèn)粘土的調(diào)查,郁國(guó)城(1940)、李悅(1941)對(duì)四川敘永粘土的調(diào)查等。高嶺土礦的地質(zhì)工作得以發(fā)展是中華人民共和國(guó)成立以后,尤其是70年代后,地質(zhì)勘探工作發(fā)展迅速,到1980年止,全國(guó)保有高嶺土礦產(chǎn)地達(dá)160處,其中詳查勘探礦區(qū)近80處。保有礦石儲(chǔ)量8億t。到1996年止,保有礦產(chǎn)地208處,保有礦石儲(chǔ)量為14.32億t。有關(guān)地質(zhì)研究工作也隨著整個(gè)地質(zhì)工作的開(kāi)展而日益深入。出版了有關(guān)高嶺土礦物學(xué)、礦床學(xué)的專著。二．礦床地質(zhì)條件廣東茂名高嶺土礦位于茂名市北郊金塘、山閣、羊角一帶。高嶺土產(chǎn)于第三紀(jì)盆地內(nèi)。盆地總體為不對(duì)稱向斜構(gòu)造,走向北西,盆地下部為下第三系油柑窩組,為一套砂礫巖、砂巖和油頁(yè)巖沉積,夾褐煤和泥質(zhì)薄層。厚度為26-116m。其上部為第三系中新統(tǒng)黃牛嶺組,為一套砂礫巖、砂巖、砂質(zhì)粘土夾泥巖沉積。其下部是主要的高嶺土含礦層。黃牛嶺組厚75-157m。再上為中新統(tǒng)老虎嶺組,是一套砂礫巖、泥巖和粘土沉積,其下部含高嶺土礦層。這組總厚為450m。圖2高嶺土礦床地質(zhì)圖高嶺土礦層呈層狀、似層狀產(chǎn)出。出露面積約30km2,含礦層巖性均勻,為含礫長(zhǎng)石石英砂巖,長(zhǎng)石大部分已轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石。礦石結(jié)構(gòu)松散、經(jīng)過(guò)淘洗,高嶺石很易富集。茂名高嶺土礦物以石英和高嶺石為主,僅含少量伊利石,不含埃洛石和蒙脫石。原礦中高嶺石含量較低,占20%~40%,石英含量約占50%~80%。經(jīng)過(guò)精選,得到小于2μm精土后,石英含量可降至1%以下。淘出精礦中鐵、鈦含量小于1%,有機(jī)質(zhì)含量一般為0.02%~0.03%。茂名高嶺土原礦化學(xué)成分見(jiàn)表4.22.15。表4.22.15廣東茂名高嶺土原礦化學(xué)成分精礦經(jīng)化學(xué)漂白處理,白度可達(dá)83%~88%。高嶺石粒度細(xì)小,自然解理好,疊片狀和書(shū)冊(cè)狀集合體少見(jiàn)。在-320目的粗精礦中小于2μm粒級(jí)片狀高嶺土含量可達(dá)54%~55%。茂名高嶺土礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源是盆地周圍的片麻巖、混合巖、花崗巖及酸性火山巖。它們?cè)诘谌o(jì)濕熱氣候條件下,遭受強(qiáng)烈風(fēng)化。石英、微斜長(zhǎng)石、白云母以及花崗質(zhì)巖屑的風(fēng)化和半風(fēng)化物質(zhì),經(jīng)河流的短距離搬運(yùn),在盆地中沉積下來(lái)。這種以長(zhǎng)石、石英為主要成分的砂礫層,透水性良好,砂礫層中常夾有煤線和含黃鐵礦。砂礫層之上下皆有油頁(yè)巖、褐煤層。綜合來(lái)看,是一個(gè)富含有機(jī)質(zhì)的酸性還原沉積環(huán)境,有機(jī)酸有利于鐵質(zhì)的淋濾。這些成礦作用的疊加,就形成粒度細(xì)、純度高,含鐵低的片狀高嶺石的巨大、優(yōu)質(zhì)涂布級(jí)高嶺土礦床。三．開(kāi)拓運(yùn)輸我國(guó)高嶺土礦露天開(kāi)采的開(kāi)拓運(yùn)輸用得較多的有3種:一為鐵路窄軌開(kāi)拓,用7t,或10t,或14t電機(jī)車牽引1m3礦車。原蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽(yáng)東、陽(yáng)西的露天開(kāi)采都曾用過(guò)。圖3高嶺土露天礦場(chǎng)二是公路開(kāi)拓汽車運(yùn)輸,如福建龍巖高嶺土礦,是風(fēng)化殘積型高嶺土礦砂性高嶺土,但由于水資源不豐富,因此仍用一般露天開(kāi)采方法公路開(kāi)拓,用17t自卸汽車將礦石由回采工作面運(yùn)至選礦廠。又如廣東潮州飛天燕瓷土礦也是用公路開(kāi)拓汽車運(yùn)輸。三是配合水槍開(kāi)采用砂泵進(jìn)行水力輸送,將礦漿從設(shè)于礦塊中的集漿池用砂泵輸送至精選廠,廣東茂名高嶺土公司便是用的此法。四．開(kāi)采工藝我國(guó)高嶺土礦露天開(kāi)采，礦山規(guī)模小的多用手鎬或風(fēng)鎬挖掘,工作面運(yùn)輸用窄軌鐵路,由于礦車車幫矮,可用人工裝車,剝離仍用鑿巖爆破進(jìn)行,原蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽(yáng)東、陽(yáng)西礦區(qū)的淺部開(kāi)采都曾用過(guò)。大型礦山礦石直接用挖掘圖4高嶺土礦選場(chǎng)機(jī)挖掘,例如福建龍巖礦用WK-2型挖掘機(jī),湛江山岱礦用WY-32型電動(dòng)液壓挖掘機(jī)。挖后裝入自卸汽車送至選礦廠,例如福建龍巖礦用17t的自卸汽車,湛江山岱礦用10t自卸汽車。硬性巖石剝離用鑿巖爆破法,例如福建龍巖礦用CLQ-80A型履帶式潛孔鑿巖機(jī)鑿巖,硝銨炸藥爆破,然后用挖掘機(jī)裝上自卸汽車外運(yùn)至排土場(chǎng)。表土層的剝離,有用挖掘機(jī)反鏟挖掘及裝車也有用推土機(jī)先集堆,再用挖掘機(jī)裝車的。砂質(zhì)高嶺土可利用礦石松軟含砂率高遇水易崩解的特點(diǎn)采用水采水運(yùn),廣東茂名高嶺土公司和廣東茂名南方高嶺土公司,鑒于當(dāng)?shù)責(zé)o冰凍期,水資源又豐富,都采用水采水送。礦石經(jīng)水槍沖采,礦漿通過(guò)沖礦溝至集漿池。集漿池布置在礦塊中部,一個(gè)礦塊一個(gè)。礦漿輸送用碴漿泵通過(guò)直徑為250mm塑料管輸送至粗選廠。水槍技術(shù)性能見(jiàn)表4.22.21。高嶺土礦的水采水運(yùn)在英國(guó)用的也較多,它的主要優(yōu)點(diǎn)是:開(kāi)采工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備簡(jiǎn)單,勞動(dòng)生產(chǎn)率高,將選礦廠的制漿工序提前進(jìn)行,采選一體化。其上部覆蓋物的剝離是采用干剝干運(yùn)。表4.22.21水槍技術(shù)性能表水力開(kāi)采的一般方法：水力開(kāi)采主要是沖采,有時(shí)要進(jìn)行殘礦回收,在有些砂土中需預(yù)先松動(dòng)和清理廢石。沖采水槍的進(jìn)水管直徑為150～200mm，噴嘴直徑常用38～65mm，壓頭為50～150m;耗水量為采砂量的1.7～14倍,在高山缺水地區(qū),控制在3倍以下。水槍距工作面的最小距離,通常與\o"階段"階段高度值相近。水槍移動(dòng)步距為4～6m,砂泵移動(dòng)步距為50～200m；或先將礦漿池前移,當(dāng)砂泵吸入管加長(zhǎng)至50～90m后，再移動(dòng)砂泵。

水力開(kāi)采一般不適用于嚴(yán)寒地區(qū)。在氣溫低于5℃的地區(qū)，應(yīng)有防寒措施，如對(duì)水泵、砂泵和水管等進(jìn)行防凍；在水管較低點(diǎn)設(shè)放水閘門，工作停止時(shí)注意放水；設(shè)置備用水管；采用高階段時(shí),采取減少水量的措施,將水壓提高50～60％；采場(chǎng)底板坡度比夏季加大25～30％等。

沖采法

有逆向、側(cè)向、順向及聯(lián)合沖采法，以逆向沖采法應(yīng)用較多。該法系將水槍對(duì)準(zhǔn)工作面,用射流在臺(tái)階底部掏槽，使砂土坍陷,與水混合成礦漿，逆向流往礦漿池和沖礦溝，可充分利用射流沖擊力，減少耗水量。由于部分殘礦不能回收，采場(chǎng)底板有裂隙或溶洞時(shí)，又有部分礦石沉積，礦石損失率一般為5～10％。沖采時(shí)表土和夾層混入,使出礦品位降低；但同時(shí)有部分廢石被篩出，又可使出礦品位相對(duì)提高，一般實(shí)際\o"貧化率"貧化率為5～10％。砂礦的預(yù)松動(dòng)

可提高水槍效率，降低水電消耗和采礦成本。松動(dòng)方法有爆破法和水壓法。前者使用較多，經(jīng)濟(jì)效果良好，在高山缺水地區(qū)更為顯著，每噸砂礦的耗水量可降至1.7t。后者適用于具有滲透性的砂礦，在距階段坡頂線2～3m處插入一排鋼管，插深約2m,管距約3m，壓入高壓水。經(jīng)數(shù)小時(shí)可使土巖塌落，采一噸砂礦耗水0.5～0.7t。此法與底部掏槽相結(jié)合,效果良好。

圖5逆向沖采法殘礦回收

有的殘礦是由于工作面底板坡度而形成，有的則為殘留于喀斯特溶洞中的砂礦。前者一般先用爆破法松動(dòng)殘礦，然后用水槍逆向沖采，再調(diào)整噴嘴直徑，用順向沖采法清掃底板殘礦，并用小型移動(dòng)砂泵揚(yáng)送礦漿至主砂泵的礦漿池內(nèi)或沖礦溝中;不能沖走的廢石,可用人工或機(jī)械清理。后者可用膠管小水槍沖采，配合小型移動(dòng)砂泵；如溶洞狹小，可用水力射流提升器回收。供水

水力開(kāi)采需大量用水，供水方法有自流、機(jī)械加壓和聯(lián)合法。為節(jié)約用水，采場(chǎng)用水主要取自選廠尾礦池（或水力排土場(chǎng)）。將用過(guò)的水澄清回收，循環(huán)使用，水源來(lái)水作為生產(chǎn)過(guò)程耗損水量的補(bǔ)充，僅占總用水量15％左右。旱季耗損多，占20～25％，雨季只占5～10％。加壓泵站的位置定在礦區(qū)中央的高地為宜,以便充分利用靜水壓頭和縮短管道長(zhǎng)度，減少壓頭損失。泵站貯水池的容積，應(yīng)能貯備4～5小時(shí)的用水量。五．高嶺土礦的用途高嶺土礦的傳統(tǒng)用途是制作陶瓷，近現(xiàn)代還將高嶺土用于造紙、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國(guó)防等幾十個(gè)行業(yè)。有報(bào)道稱，日本將高嶺土用于代替鋼鐵制造切削刀具、車床鉆頭和內(nèi)燃機(jī)外殼等方面的應(yīng)用。特別是最近幾年，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，使得高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，一些高新技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)始大量運(yùn)用高嶺土作為新材料，甚至原子反應(yīng)堆、航天飛機(jī)和宇宙飛船的耐高溫瓷器部件，也用高嶺土制成。目前，全球高嶺土總產(chǎn)量約為4000萬(wàn)噸(該數(shù)據(jù)屬于簡(jiǎn)單圖6高嶺土礦用途之一的國(guó)與國(guó)產(chǎn)量的相加，其中沒(méi)有統(tǒng)計(jì)原礦的貿(mào)易量，包含較多的重復(fù)計(jì)算)，其中精制土約為2350萬(wàn)噸。造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的消費(fèi)部門，約占高嶺土總消費(fèi)量的60%。據(jù)加拿大Temanex咨詢公司提供的數(shù)據(jù)，2000年全球紙和紙板總產(chǎn)量約為31900萬(wàn)噸，全球造紙涂料用高嶺土總用量為約1360萬(wàn)噸。對(duì)于一般文化紙，填料量占紙重量的10-20%。對(duì)于涂布紙和紙板(主要包括輕量涂布紙、銅版紙和涂布紙板)，除了需要填料外，還需要顏料，填、顏料用的高嶺土所占比重為紙重的20-35%。高嶺土應(yīng)用于造紙，能夠給予紙張良好的覆蓋性能和良好的涂布光澤性能，還能增加