湘西卡棚紫砂陶土矿地质特征及开发应用

高利军，孙际茂，游先军，罗卫，鲍振襄

（湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007）[1]

摘 要：卡棚大型紫砂陶土矿主要赋存于下志留统紫红色黏土质含铁泥岩和灰绿色黏土质页岩中，分上、下2个含矿岩系，4个矿层。多年生产实践表明，本矿石具有可塑性高、配料简单、成型好、干燥与烧成收缩性小、生料及成品强度高、渗透性极小等特点，具有很高的开发利用价值。

关键词：紫砂陶土矿；地质特征；开发应用；湘西

卡棚紫砂石陶瓷原料矿位于湖南省保靖县境，是本队近年探明的一处远景资源量达亿吨的大型紫砂陶土矿床。经多年实际利用，其品质优良，大有开发利用价值，前景广阔。

1 矿床地质特征

本区位于扬子准地台滇黔川鄂古台坳之马蹄寨 拨茅寨向斜的南西端，次级野竹坪向斜的南东翼。区域出露地层包括下古生界寒武系—志留系、上古界泥盆系—二叠系等。紫砂陶土矿赋存于下志留统一套厚大的杂色碎屑岩、黏土页岩（泥岩）中，属滨海—浅海相沉积的、稳定的层状矿床[1]。区域分布广泛，往东北经白云山、拨茅寨至龙山县境，呈NE向延伸，长达100余千米。矿区为一单斜构造，地层总体走向50°，倾向NW，倾角30°～65°以上。断裂构造不发育。紫砂陶土矿走向延展10km以上，面积100余平方千米。

1.1 含矿岩系及其岩性特征

区内赋矿地层下志留统（S1）中有2个含矿岩系，赋存4个矿层[2]。其岩性剖面自上而下如下。

（1）上含矿岩系，罗惹坪组（S1lr）。

灰绿—墨绿色薄层粉砂岩、页岩及钙质页岩，厚130～160m。

⑩灰绿色薄层黏土质页岩夹少量紫红色页岩，厚15.3m。

⑨紫红色薄层黏土质页岩夹蓝绿色薄层页岩或互层，厚8.7m。

⑧紫红色薄层黏土质含铁页岩（泥岩），系Ⅰ层矿，厚18.9m。

⑦灰绿—蓝绿色黏土质页岩夹紫红色黏土质含铁页岩，厚9.95m。

⑥紫红色薄层—中层黏土质含铁泥岩，系Ⅱ层矿，厚20.8m。

⑤灰绿色粉砂页岩、泥质粉砂岩，具波痕构造，厚200～250m。

④灰绿色页岩或粉砂岩夹薄层泥岩或扁豆状灰岩，厚100m。

③紫红色薄层状黏土质含铁页岩，系Ⅲ层矿，厚8.9m。

②灰绿—黄绿色泥质粉砂岩，厚100m。

（2）下含矿岩系，龙马溪组（S1l）。

①墨绿色、蓝灰—灰绿色页岩（泥岩），系Ⅳ层矿，厚度＞600m。

1.2 矿层形态产状

本区紫砂陶土矿是一种颗粒极细的含铁泥岩，主要分为红色黏土质含铁泥岩和灰绿色黏土质页岩2种类型，赋存于下志留统之上、下2个含矿岩系中，平行分布有4层矿，产状与围岩产状一致。其中Ⅰ、Ⅱ层矿地表风化条件最佳，形成了规模较大的含铁泥岩，形态规则，产状稳定，呈层带状展布。Ⅳ层矿分布面积最广，厚度最大，其形态取决于地形地貌。Ⅲ层矿次之，规模较小，伴随Ⅰ、Ⅱ层矿分布。4层矿中的Ⅱ层矿为保靖县陶瓷厂的主要矿石原料。

1.3 矿石质量

1.3.1 矿石矿物成分

矿石的矿物成分简单，主要为绢云母、水云母、黏土矿物，约占92%，碎屑成分（粒径≤0.05mm）占5%，氧化铁质物占3%。其中绢云母呈显微鳞片状至细片状，分布于黏土矿物基质中，无方向性杂乱分布。黏土矿物为隐晶—显微鳞片状，彼此紧密结合在一起，组成岩石基底。由于受氧化铁质污染，多为黄褐色。碎屑成分为微细石英粉砂，不均匀分布于黏土矿物基质中，局部集中呈层纹状分布。氧化铁质呈尘埃尘土状，分散污染岩石矿物。

1.3.2 矿石化学成分

矿石的化学成分（表1）主要为Si O2、Al2O3、Fe2O3等，其含量与变化稳定。按江苏省宜兴紫砂陶土矿工业指标衡量，均符合制陶要求。微量元素方面，经光谱分析，有害杂质含量未超出规范要求，对环境不会造成危害。

表1 矿层化学成分分析结果（%）

1.3.3 矿物成分和化学成分及在制陶中的作用

由于陶瓷原料矿在沉积过程中混入有机质以及黏土中的吸附残存水并含腐殖酸、碳质、石英及铁的氧化物、铁的硫化物等，致使陶石受到污染，从而影响其工业使用价值，故对其各种化学成分含量、颗粒大小等都有严格要求，各自有着不同的作用。

（1）Si O2和Al2O3：Si O2在陶石中呈砂状，起瘠化作用而降低陶石的可塑性、坯体的干燥、收缩和黏结力，在制陶过程中起有益作用。在坯体未烧成前能减少坯体干燥收缩和变型作用，在烧成过程中起瘠化作用，由于加热膨胀可补偿部分坯体收缩。一部分在高温下生成莫来石，成为坯体的骨架，以提高成品的机械强度和化学稳定性。另一部分则以碱金属和碱土金属氧化物在高温下形成玻璃质，填充于胎体骨架之间，从而使产品致密；其次，部分游离的Si O2起骨架作用。若含量超过70%，易使成品的热稳定性降低，一般要求57%～65%。本矿Si O2含量为59.87%～62.52%，含量适中，符合制陶要求。Al2O3在坯料中主要与Si O2在高温下生成莫来石，起骨架作用，并能提高坯料的烧成温度与大坯料的烧结作用，提高成品的机械强度、化学稳定性和热稳定性。如含量低于15%时，则降低烧成温度，并缩小烧结范围，易造成制品变形和热稳定性降低。一般要求16%～25%，本矿Al2O3含量为16.15%～17.94%，较为理想。

（2）Fe2O3和Ti O2、Mn O：在陶土中属着色矿物，在精陶制品中被视为有害杂质，含量不宜过高，而制彩色陶瓷制品时应根据色泽控制Fe2O3的含量。一般控制在5%～15%。本矿Fe2O3含量为7.15%～7.45%，能满足制精陶要求。

（3）Mg O和Ca O：Mg O在高温下与Si O2和Al2O3能生成熔点低的堇青石，起助熔作用；又由于其膨胀系数较小，同时又起乳浊作用。但其含量不能超过3%，否则易引起坯与釉的膨胀系数不和而造成釉面龟裂，光泽度减弱。本矿Mg O含量为1.66%～1.94%。Ca O在高温下能与Si O2形成偏硅酸钙，起助熔作用，能降低坯料的烧成温度，提高制品的机械强度、热稳定性，其含量不宜超过1%，否则易引起制品的变形，烟熏、釉面结晶而失透。本矿Ca O含量为0.34%～0.48%，十分理想。

（4）K2O和Na2O：都是碱金属的氧化物，易溶于水，能降低制品的烧成温度，在陶瓷坯料中能熔融部分Si O2和Al2O3玻璃相，并能加速莫来石的生长，故能提高成品机械强度，促进坯体烧结，含量为5%～7%。本矿含量为4.91%，略低于5%。

（5）烧失量：如坯料的烧失量大，则引起釉层中的气泡增多，降低釉面的光泽度，无论是坯料或釉料均要求烧失量为8%～11%。本矿石为5.4%～6.36%。

综上所述，可见该矿区的矿石质量较佳，各项化学成分均能满足制陶工艺要求，具有我国南方陶瓷原料的特色。

2 矿石技术加工性能

紫砂是制陶的重要原料，目前，保靖县陶瓷厂利用卡棚紫砂陶土矿主要生产酒瓶，其工艺流程和试验结果如下。

2.1 工艺流程

原矿→配方→球磨→沉淀→加水玻璃→陈腐→注浆→成型→接嘴→上釉→烧成。

2.2 配方

（1）坯方。调试范围：紫砂石30%，高岭石20%。

（2）釉料。9123，调节范围：长石30%～60%，玻璃粉10%～15%，石灰石15%～20%，陶石10%～12%，助溶调节着色剂5%～8%。

（3）坯式。

2.3 注浆料水分和吃浆速度的控制

陶石球磨后颗粒间包含大量水分，约占总量的65%，通常注浆水分应控制在30%～50%，调整K2O、Na2O控制到0.24%，水玻璃为0.25%，使吃浆速度保持在0.18g/（min·cm），达到泥浆的理想状态，以解决坯釉结合不良而产生后期龟裂，使膨胀系数一致。

改变泥浆性能，使泥浆球磨后颗粒细度符合快速原件注浆要求，调整球、料、水的比例关系，一般为1∶1.5∶1，添加电解质，一般出磨前1～2h加入水玻璃，保持泥浆有较好的性能，陈腐24h以上，减少含水量，严格控制泥浆的颗粒度，使幅变性适中，流动性合理；解决产品产生开裂、垮坯，脱模均匀，亦改变泥浆工艺性能不佳的问题。

2.4 烧成试验

生坯干燥后推入板窑烧成，升温速度为10℃/min，烧成温度1150～1170℃，保温20～30min。

经生产实践，该矿石可塑性高，配料简单，成型好，干燥与烧成收缩性小，生坯抗折强度大，烧成后强度渗透性极小，成品合格率达95%，各项指标均达部颁GB872—82标准检测产品质量的要求。本矿具有很高的使用和开发价值。

3 开发应用

保靖县陶瓷产业已具雏形，现已成为全国最大的陶瓷包装容器生产基地。其产品已遍及全国各地。据统计，保靖县陶瓷生产企业已由1994年的3家发展到目前的9家，陶瓷瓶年综合设计生产能力由1994年300余万件发展到现在的8500万件左右；从业人员由1994年的不足400人发展到现在的4000余人；上缴税利由1994年的30万元增长到现在的近1000万元；其经济效益和社会效益十分显著。可以预见，随着陶瓷整体工艺技术提高，产品结构的调整，产品附加值的增值等，保靖陶瓷业的明天将会更加美好。

参考文献

[1]陈民苏，车勤建.湖南滑石矿床类型的划分及找矿方向[J].湖南地质，1989，8（1）：35-43.

[2]陈永明.保靖县卡棚里滑石矿床地质特征[J].湖南地质，1992，11（1）：37-41.

[1]文章来源：《中国非金属工业导刊》，2006年第6期。作者简介：高利军（1962—），男，湖南吉首人，工程师，主要从事管理工作。