壹、概述
珍珠巖礦包括珍珠巖、黑曜巖和松脂巖。
珍珠巖是壹種由火山噴發的酸性熔漿，經急劇冷卻形成的玻璃質巖石。其成分相當於流紋巖，因其具有珍珠裂隙結構而得名。珍珠巖含水2%～6%。
松脂巖（Pitchstone）亦為酸性玻璃質火山巖，具有獨特的松脂光澤，含水量高於珍珠巖，為6%～10%。
黑曜巖（Obsidian）是成分相當於花崗巖的玻璃質火山巖，含水量少，小於2%。
珍珠巖、松脂巖和黑曜巖三種巖石均具有在瞬時高溫條件下（1200℃左右）體積可膨脹數倍至30倍以上的特性，是制作優質輕質建材和保溫絕熱材料的重要礦物原料。
珍珠巖類礦石類型見表3-2-1。
表3-2-1 珍珠巖的礦石類型
珍珠巖礦石品級的劃分見表3-2-2。
表3-2-2 珍珠巖礦石類型、品級劃分
二、膨脹珍珠巖的主要用途
珍珠巖的用途主要是指膨脹珍珠巖的主要用途。由於膨脹珍珠巖具有容重輕、導熱系數低、耐火性強、隔音性能好、孔隙微細、化學性質穩定、無毒無味等優異的物理、化學性質，使其廣泛應用於各工業部門，尤其是重要的輕質建材和保溫隔熱原料。膨脹珍珠巖的主要用途見表3-2-3。
表3-2-3 膨脹珍珠巖的主要用途
表3-2-4和表3-2-5列出日本和美國的膨脹珍珠巖的消費結構。
表3-2-4 日本膨脹珍珠巖的消費構成
表3-2-5 美國膨脹珍珠巖的消費構成及消費量
三、珍珠巖的質量標準
作為生產膨脹珍珠巖原料的質量評價主要是根據其在高溫下膨脹倍數和產品容重決定的。壹般要求膨脹倍數大於7～10（黑曜巖＞3即可）。實驗室獲得的膨脹倍數與工業生產的膨脹倍數按下式換算：
K0=5.2（K-0.8）
式中K0——工業生產的膨脹倍數；K——實驗室簡易焙燒膨脹倍數。
松散密度（容重）≤80～250kg/m3。
此外要求礦石中SiO2含量達到70%,H2O為4%～6%,Fe2O3+FeO＜1%為優質。礦石為全玻璃質體，沒有或僅有輕微脫玻化、無斑晶。
表3-2-6和表3-2-7列出了珍珠巖的質量要求。
珍珠巖原礦需經破碎篩分工藝處理，獲得適合入爐膨脹的珍珠巖礦砂，壹般破碎篩分多采用圖3-2-1所示的工藝流程。美國諾阿瓜珍珠巖選礦工藝流程見圖3-2-2。
表3-2-6 實驗室簡易焙燒膨脹系數K與工業生產膨脹系數K0對照
表3-2-7 珍珠巖的質量分級標準
圖3-2-1 破碎篩分原則工藝流程圖
圖3-2-2 美國諾阿瓜珍珠巖選礦工藝流程圖
工業上應用壹級珍珠巖礦石，不能用三級礦石。膨脹珍珠巖用礦砂的標準按國家建築材料工業局頒布的標準，見表3-2-8。
表3-2-8 膨脹珍珠巖用礦砂的技術要求（ZBQ25002-88）
表3-2-9給出了河南省地方標準。
表3-2-9 膨脹珍珠巖用礦砂技術指標要求（DB/410000D63001-86）
四、膨脹珍珠巖的生產工藝
膨脹珍珠巖的生產工藝包括破碎、預熱、焙燒三個工序，原則工藝流程見圖3-2-3，主要生產工藝見表3-2-10。
圖3-2-3 膨脹珍珠巖的生產原則工藝流程
表3-2-10 膨脹珍珠巖的主要生產工序
預熱的熱源原料壹般是煤或者其他熱工作業的余熱。
焙燒熱源有燃煤、燃氣、燃油和電。
五、上天梯珍珠巖礦的開發利用
信陽珍珠巖礦是我國珍珠巖資源的重點礦床，其探明儲量占我國珍珠巖探明儲量的75%。其開發利用水平是我國同類資源利用水平的壹個縮影。
1.上天梯珍珠巖的物化性質
上天梯珍珠巖比較純，含有很少量的長石、石英斑晶，極少量磁鐵礦和黑雲母。劉沖珍珠巖呈白偏綠色，俗稱青礦，石嘴珍珠巖呈白偏微紅色，俗稱白礦。化學成分見表3-2-11。
表3-2-11 上天梯珍珠巖試樣化學成分
我國部分珍珠巖礦的化學成分見表3-2-12。
珍珠巖粉礦在不同粒級的化學成分見表3.2-13。
對比表3-2-11和表3-2-13可看出，無論是石嘴還是劉沖的珍珠巖粉礦和原礦的化學成分均無明顯的變化，各粒級的化學成分均達到I級品要求，說明沒有必要進行分級提純。
2.上天梯膨脹珍珠巖的質量
當焙燒時，珍珠巖砂因突然受熱達到軟化程度，玻璃質中的結合水汽化產生很大壓力，體積迅速膨脹，形成了具有空腔結構的多孔膨脹珍珠巖。珍珠巖膨脹的基礎條件是玻璃質，而水受熱汽化是引起珍珠巖膨脹的內在原因。玻璃質體內的水量通常用燒失量表示。預熱是為了控制水量的最佳值（有效水量），水量過大會使礦砂炸裂成粉狀物，水量不足則膨脹不足。通過控制預熱時間、溫度以及焙燒的時間、溫度、礦砂粒度等來控制膨脹珍珠巖的質量。
表3-2-12 我國部分產地珍珠巖、松脂巖、黑曜巖的化學成分
表3-2-13 上天梯珍珠巖粉礦在不同粒級的化學成分
在燒煤氣的立窯（中南助濾劑廠）進行生產膨脹時，膨脹條件為：預熱溫度450℃、預熱時間12min、焙燒溫度1100℃、焙燒時間3～5s。膨脹結果：容重（kg/m3）由膨脹前的1030變為膨脹後的60.1，膨脹倍數（K0）為17.14。
膨脹前後粒度組成及粒度容量見表3-2-14。
表3-2-14 生產膨脹前後粒度組成及粒度容量的測定
由表3-2-14可見：膨脹產品粗粒級明顯增加，＋60目由膨脹前的12.88%增至67.17%；粒度愈粗容重愈小。
膨脹珍珠巖的導熱系數測定結果見表3-2-15。
表3-2-15 上天梯珍珠巖粉礦導熱系數檢驗報告
測試單位：國家建材局保溫與密封材料產品質量監督檢驗中心。
根據國家標準GB5211.15-88（等效國際標準ISO787/5-1980）測定了膨脹珍珠巖對精制亞麻仁油的吸收量，用質量/質量的百分數表示，測定結果：0～280μm膨脹珍珠巖的吸油量為248%；1～150μm膨脹珍珠巖的吸油量為210%。
建材行業對膨脹珍珠巖的質量要求見表3-2-16。
表3-2-16 膨脹珍珠巖的建材行業標準（JC/T209-92）
參照表3-2-16，上天梯膨脹珍珠巖的技術性能已達到70標號，但粒度組成偏細，粒度下限＜0.15mm的占12.12%，已超過合格品允許的最大值（6%）。可通過在膨脹焙燒末端單獨收集＜0.15mm粒級產品解決粒度偏細問題。
3.-60目珍珠巖粉礦的利用
信陽上天梯珍珠巖砂的加工工藝流程見圖3-2-4。
圖3-2-4 信陽上天梯非金屬礦珍珠巖加工工藝流程
珍珠巖原礦礦山售價40元/t，礦砂80元/t，膨脹珍珠巖26元/m3。在加工礦砂工藝過程中，－60目的粉礦作為尾礦丟棄，產率為40%，即每加工1t珍珠巖原礦就要丟掉400kg的－60目粉礦，每年丟掉的－60目尾礦達18～20萬t。這不僅造成資源的巨大浪費，而且還造成環境汙染。這個問題壹直困擾礦山企業。為此，國家科委和河南省科委組織了由國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心等單位對上天梯多種非金屬礦綜合開發利用進行了攻關研究（項目號分別是960441034和971140201）。其中對－60目的珍珠巖粉礦的利用取得了以下成果。
（1）作塑料、橡膠制品中的功能性填料
－60目的珍珠巖粉礦，直接給入懸輥磨、高速沖擊磨進行細粉碎，或進入氣流粉碎機進行超細粉碎，獲得的珍珠巖微粉（細粉碎100%＜40μm、超細粉碎100%＜20μm）經矽烷、鈦酸酯、脂肪酸等表面改性劑進行改性處理後，可作塑料、橡膠制品中的功能性礦物填料。
在橡膠板的制作工藝中，用珍珠巖微粉替代原配方中的PNT補強劑，獲得的產品物理機械性能見表3-2-17。
表3-2-17 制品物理機械性能實測結果
在生產橡膠管的工藝中，用珍珠巖微粉代替原配方中的Si-Al炭黑，制品的物理機械性能見表3-2-18。
表3-2-18 制品物理機械性能實測結果
在生產電纜的工藝過程中，用珍珠巖微粉代替原配方中的活性煆燒高嶺土，產品的物理機械性能見表3-2-19。
表3-2-19 制品物理機械性能測試結果
用表面改性的珍珠巖微粉替代PNT、Si-Al炭黑、活性煆燒高土作橡膠制品、電纜中的填料，不僅產品的物理機械性能達到了有關國標要求，而且具有明顯的價格優勢。
（2）珍珠巖拋光粉
目前用量最多的珍珠巖拋光粉是100#珍珠巖拋光粉，如安陽玻殼廠每年用量約300多噸，其質量要求為：①粒度 ＋150μm=0，-44μm＜15%；②比重 2.2～2.4；③硬度（摩斯硬度） 5.5～6。
采用幹式篩分的方法，從－60目珍珠巖尾礦粉中分離出的珍珠巖拋光粉產品的產率僅有30%，而且粉塵大。采用濕法作業，用棒磨磨礦、分級、脫泥工藝，細篩和磨機形成閉路，可獲得合格的珍珠巖拋光粉，產率達70%。拋光粉粒度篩析結果：＋150μm=0，-44μm＝8.54，-150μm～＋44pm=91.46。比重為2.27g/cm3。
（3）作普通印刷紙的填料
替代滑石粉作普通印刷紙的填料，除紙白度不如滑石粉作填料的紙外，其余各項指標均超過滑石粉作填料的紙。
（4）球形玻殼膨脹珍珠巖
膨脹珍珠巖主要是作輕質建材和保溫材料，我國生產的膨脹珍珠巖產品單壹，僅有多孔膨脹珍珠巖。多孔膨脹珍珠巖吸水率大，抗壓強度低、砂漿流動性差，往往導致產品在使用過程中出現質量、性能下降，使用壽命短等問題，多孔膨脹珍珠巖產品的這些弱點嚴重制約了珍珠巖工業的發展。
球形玻殼無孔珍珠巖的產品避免了多孔膨脹珍珠巖的上述缺陷。但是，目前國際上僅美國、日本、法國三個國家掌握了該項技術。信陽師範學院承擔了河南省科委攻關項目——球形閉孔膨脹珍珠巖生產技術（項目編號971140204），經課題組同誌三年數百次試驗研究，自行設計、制造出國內首臺自動控溫的電膨化爐，用－60目珍珠巖礦粉成功地生產出球形閉孔膨脹珍珠巖，即球形玻殼膨脹珍珠巖，產品性能已達到國際同類產品先進水平，獲得專利（公開號CN123200A）。玻殼膨脹珍珠巖與多孔膨脹珍珠巖的性能指標對比見表3-2-20。
表3-2-20 閉孔和多孔膨脹珍珠巖的性能
與國外同類產品的性能比較見表3.2.21。
球形玻殼閉孔膨脹珍珠巖適用於輕質保溫節能領域和輕質填料，特別適用於要求有壹定強度、吸水率和砂漿流動性能的建築節能領域或在液體系統中使用，如外墻保溫材料、裝飾板、復合保溫板等各種輕質建築板材；也適合作加工飲料用的助濾劑。
用－60目珍珠巖礦粉膨脹成玻殼閉孔球形珍珠巖是解決－60目珍珠巖粉用途的主要途徑。因為這種膨脹產品性能優異，市場大，成本低。如建壹個年產5000t的球形玻殼閉孔膨脹珍珠巖工廠，設備投資需68萬元，生產成本為396元/t，出廠價1000元/t，年利稅可達300萬元。
表3-2-21 本產品與國外同類產品性能比較
4.珍珠巖助濾劑
膨脹珍珠巖的主要用途是作輕質建材和保溫材料，約占膨脹珍珠巖產量的70%，其次是作助濾劑，約占20%。珍珠巖作助濾劑適用於酒類、飲料、食用油、味精、醫藥及化學藥品的生產中。膨脹後的珍珠巖經細粉碎（－325目）和分級的產品就成為珍珠巖助濾劑。珍珠巖助濾劑粉料堆積以後形成壹種不壓縮的餅狀體，即形成了濾床。這種濾床中有80%～90%是空氣。液體通過其間得到過濾，那些處於懸浮狀態的極細固體粒子被截留下來，從而達到較高的濾速和澄清度。
信陽中南助濾劑廠生產的珍珠巖助濾劑主要用於味精生產中，在啤酒業中尚未打開市場。80年代以前，我國的啤酒成品過濾壹直采用較落後的棉餅過濾方法。進入80年代，我國引進了矽藻土過濾技術，被我國啤酒行業普遍采用。近幾年又出現了珍珠巖過濾技術，但市場占有率較小。過濾在啤酒生產中占有極重要的地位。在啤酒生產的工藝過程中組合了壹系列固－液分離的過程，其中包括糖化後的麥芽汁過濾、發酵後啤酒的澄清過濾以及封裝前啤酒的精制過濾。濾除啤酒中固體粒子的能力基本上僅與助濾劑粒子和孔隙相對的大小以及結構的形狀有關，表3-2-22列出了常見助濾劑的特征。
表3-2-22 常見助濾劑的特征
用助濾劑作為過濾介質時，必須選壹種支撐物，以便能將助濾劑塗在支撐物，形成過濾層，即濾餅。這種支撐物本身也是過濾介質。支撐物主要有濾布、濾紙和濾網。在用矽藻土作助濾劑的過濾工藝中常采用濾布，濾布選擇的主要因素見表3-2-23。濾紙是類似無紡布的壹種過濾物。濾紙的特點為：對於因過濾中壓力的變動而使濾餅粒子泄漏的危險較小，因而使壹些啤酒廠在大板框過濾機中使用濾紙做支撐物。但存在因紙板的孔隙復雜細小，易堵塞和強度較差的不足。濾網壹般是由不銹鋼絲或黃銅絲編織而成的，用目數表示。
表3-2-23 濾布選擇的主要因素
①丙烯腈和氯乙烯的***聚物。②S，短纖維；F，復絲；M，單絲。
從表3-2-22可以看出，在啤酒工業中珍珠巖助濾劑可替代矽藻土助濾劑。濮陽市中原啤酒廠使用三種助濾劑。效果對比見表3-2-24。
表3-2-24 三種助濾劑過濾形式比較
用珍珠巖作助濾劑整個濾酒系統與矽藻土完全相同，但珍珠巖助濾劑價格比矽藻土助濾劑低，每噸啤酒可節約費用1.5元。
助濾劑在啤酒工業中用量大。為了使啤酒廠能廣泛使用珍珠巖助濾劑，除了精細加工珍珠巖助濾劑原料外，還必須建立適合使用上天梯珍珠巖助濾劑的操作程序，從預塗、添加、壓差，直到更換支撐物等每壹個作業都應有科學合理的操作參數，此外還應選擇合適的支撐物。在啤酒工業中逐漸推廣珍珠巖助濾劑。
主要參考文獻
[1] 《非金屬礦工業手冊》編輯委員會，非金屬礦工業手冊（上冊、下冊），冶金工業出版社，1992。
[2] 黃成彥等，中國矽藻土及其應用，科學出版社，1993。
[3] 李好銘等，珍珠巖過濾技術在啤酒工業中的應用，河南科技，1997,1期，P.20～22。