江南第一沸石矿——缙云沸石矿

20

缙云的非金属矿产极为丰富,有沸石、凝灰岩、珍珠岩、澎润土、英石沙、萤石等,其中沸石居全国第四,质量第一,是江南第一大沸石矿。缙云沸石的最早发现,对全国起到推进作用,使中国天然沸石成为世界第一。
一、天然沸石在缙云首先被发现
1972年春,早年毕业于杭州大学地理系地质地貌专业的缙云县工业局干部陈南奎,在该年《科学实验》第一期杂志上看到题为《分子筛》的学术报告,讲的是用珍珠岩能够人工合成沸石,使之成为一种新型的吸附剂、交换剂、催化剂,在石油化工、冶金、国防工业有着广泛的用途。这一信息引起他极大的兴趣和关注。他了解到国外已在火山岩发育地区发现了沸石矿。缙云是火山发育地区,缙云也应该能够发现沸石矿。于是,他一次又一次地携带地质锤、放大镜、罗盘、地图上山,对各种石头都进行细致认真的观察。6月的一天,陈南奎在东方马鞍山发现了一种珍珠脱玻的岩石,有淡黄、灰白、粉红、褐灰等各种颜色。当时他弄不清这岩石的矿物成分,就迫不及待的敲了六块标本背下山。县里无法鉴定,他就送到金华地质大队鉴定。后来寄回来的鉴定报告上写着:“在裂缝中几乎大部分变为沸石矿物”,这样一句鉴定描述,表示这是一种次生矿物。为了进一步证实岩石标本的矿物成分,1972年6月下旬,陈南奎采了三套标本(每套11块),分别寄给中国科学院地质所、浙江省地质矿产局实验室、浙江大学地质系要求给予鉴定。1972年12月27日,中科院地质所的第一封回信寄来了:“经鉴定,确属天然沸石。”
中科院地质所对缙云沸石矿样标本十分重视和关注,委派技术力量组成了踏勘组专程到缙云矿山进行实地勘查,开展野外地质工作,采用半定量快速分析法鉴定矿石,扩大矿区找矿范围。经过两个多月艰苦细致的工作,初步确定了我国第一个较大规模沸石矿藏远景区,从而填补了我国天然沸石的空白。
二、在缙云建立沸石实验室
为了准确、快速确定矿石中沸石含量,中科院地质所六室委派张铨昌、杨华蕊、曾树荣、高浩中等专家于1974年冬来缙云帮助建立实验室,并无偿提供实验室的设备、仪器、化学剂和资金等。缙云县抽调科委干部陈怀钦、县计量所干部王兆林参与矿物综合实验室工作。实验室的任务是:第一,对沸石钾离子的交换量、铵离子的交换量进行测定,确定出露地表的矿区的范围。第二,由陈怀钦、王兆林两人负责,组织五云镇东门、壶镇农兴、新建五村、大筠农科队等30多个村庄、单位,指定沸石在农业方面的应用试验方案:对不同数量的沸石砂(或粉),采用不同的试用方法看其结果。这项实验历时两年,试验了320余组,总面积100余亩,对水稻、小麦、油菜、蔬菜等都进行对比试验,平均增产8-25%,增收10-26%。第三,县化肥厂用30%的沸石粉和70%碳铵混合,对农作物进行对比试验。结果表明,沸石碳铵、氮肥利用率提高15%,有效成分挥发降低损失率达20%,碳铵价格降低10%,水稻平均增产16%。沸石碳铵不会刺激人畜,不损伤农作物,储存、运输方便。用沸石对氨水进行多项试验,也取得了良好的效果。第四,缙云县良种场在饲料中添加5%沸石粉,料内比从3.65:1,下降到2.95:1,降低19.2%,而经济效益提高12%;在鸡蛋饲料中掺入6%沸石粉,产蛋率提高18%。第五,在靖岳、胪膛山塘中使用13毫米的沸石砂,能除去水中氨95%,还能除去硫化氢、二氧化碳,调整水中PH值,亩产鱼3000公斤,增长19%。
三、在缙云探明了一个大型、三个中型沸石矿床
在测定矿石成分、发现沸石和进行相关试验的同时,探明沸石矿床蕴量工作也在抓紧进行。1972年11月,浙江省非金属地质队首先来缙云对天井山珍珠岩进行勘探时,就发现珍珠岩的底板就是沸石矿层,再经过钻孔加深,探明天井山沸石储量为781.12万吨。
1975年8月,丽水地质大队、浙江省地质三大队,又分别对老虎头、岱石、保华山等三个矿段5.66平方公里进行历时四年的地质勘探,槽探16891立方米,打钻孔86个,累计进尺10460米,采集分析样品5829个,水文地质6.45平方公里,于1979年9月完成《浙江省缙云县老虎头沸石矿区详细普查地质报告》,探明这三个矿段累计储量为11894.39万吨。
以上三个地质大队在四个矿段共计打钻孔94个,投入勘探资金100余万元,探明老虎头沸石矿储量为5991.27万吨,属大型矿床;岱石沸石矿储量3230.26万吨,保华山为2672.9万吨,天井山为781.12万吨,属中型矿床,共探明储量为1.27亿吨。加上普查(未打钻孔)的仙岩、田村、洪岭脚、梅宅、周星塘、横塘岸、上东方、马鞍山、马石桥等10个矿点,预测沸石的资源量为3亿吨。斜发沸石点占三分之二,丝光沸石占三分之一(其中大孔丝光沸石占丝光沸石的三分之一),还有一定量的混合沸石(即斜发石中含有丝光沸石或丝光沸石含有斜发沸石)、片沸石。矿石中沸石的总含量在60-80%,比省内其他矿区高15-20%。钾离子平均交换量为15mg/g,铵离子的平均交换量为150meg/100g。其质之优,储量之多为国内之首。
经过对钻孔岩芯取样分析及成矿研究,找出了沸石成矿规律。缙云沸石是在中生代侏罗纪和白垩纪的地层中,经过地质作用由珍珠岩蚀变而成。即在火山喷发后期,火山碎屑、火山熔岩,在地表水、地下水参与下发生水化。若水介质中K+、Ca2+离子浓度高,反应后生成是斜发沸石,化学分子式为:CaO·Al2O3·7SiO2·6H2O
若水介质中Na+、Ca2+离子高,反应后生成丝光沸石。化学分子式为:NaO·Al2O3·10SiO2·6H2O。天然沸石是由SiO2·Al2O3·H2O和碱或碱土金属四部分组成,SiO2和Al2O3两种成分占沸石总量的80%。
沸石是一族多孔铝硅酸盐晶体的总称,人工合成沸石100余种。1756年,世界首次发现天然沸石有辉沸石、毛沸石、菱沸石、钠沸石、钙十字沸石、方沸石、浊沸石等34种。原缙云的天然沸石原定名为片沸石,一叫就是几年。但通过大量沸石矿样的化验、分析,从构造、成分、性能来看,应定名缙云斜发沸石和丝光沸石是准确的。这也是目前工业上用量最大的两种天然沸石。
缙云沸石大矿的发现,成了全国各大报刊争相报道的内容。全国各地大批大批的人员来缙云要求供应矿石及标本,以满足他们生产和科研的需要。山东、内蒙、黑龙江、新疆、河北、广西、云南等省在短短几年时间里就相继发现沸石矿共约150余个,沸石储量达四、五十亿吨。其中亿吨以上储量就有“缙云、河北省独石口、黑龙江省海林”三个。但在江南,还只有缙云是大矿。缙云沸石的“典型”,对全国沸石的发现起到了推进作用。中国天然沸石的储量,从零到50亿吨,成了世界第一。
四、缙云沸石研发成果及应用领域
天然沸石在缙云被发现后,引起了中科院、地质部、各高等院校的地质学家、矿学家、化学家、农业专家对天然沸石的普遍关注,因此也出现了大量的研究成果。利用沸石制成酸性气体干燥及吸附;改良水质;处理有机废气的催化剂;造制工业的填充剂;沸石远红外辐射元件;沸石水泥;营养性添加剂;板栗保鲜剂及保鲜纸等,研发成果在工农业生产及人们生活中广泛应用和推广,社会效益、生态效益和经济效益明显。
浙江大学吴平东副教授在对缙云岱石口的丝光沸石进行了认真、仔细、反复多次实验、分析、测定以后,发现丝光沸石十二元环的主通道孔径截面积尺寸为6.7×7A,能够吸附苯(苯的尺寸为6A,A是亿分之一米或写成10-8米),与上世纪60年代美国学者山德合成的丝光沸石孔径一样大,后就定名为“缙云大孔丝光沸石”。因它具有催化功能,在“三废”处理方面及高科技方面有着广泛应用,而它的成本只是人工合成的1%左右,所以,缙云大孔丝光沸石,被浙江地质矿产厅列为重点保护性矿种名单。1983年,杭州大学化学系催化研究室制成NZp-1型催化剂,生产2.5立方米,获效益77万元;1984年生产12立方米,获效益372万元,节电1700万度,节省铂金324-696两,社会效益、生态效益都十分显著。美国利用天然沸石处理酸性矿山废水,德国应用沸石净化油漆车间气体及废液,墨西哥将碳化天然沸石除去废水中的铅,日本用沸石从废液中除去有机分子(如苯等),古巴用天然沸石作为过渡介质制成医药粉末等。
沸石在防止核辐射方面有着巨大的潜力和良好效果。在过去三十年里,英国三里岛核电站、英国核燃料有限公司、美国俄勒冈州T矿产公司、乌克兰的切尔诺贝利核电站4号反应堆都在利用沸石防止核辐射方面取得良好成效。北师大辐化研究室刘正浩教授对缙云沸石做了大量基础实验后,发表了《斜发沸石在核燃料处理中的应用》一文,指出:对放射性铯回收率达99%,产品放射化学纯99%。斜发沸石在回收137Cs无机离子交换剂,有其实用价值。从以上大量的事实证明,天然沸石在防核辐射方面有着良好的效果和巨大潜力。
缙云丝光沸石是世上独一无二的大孔丝光沸石。
近年来,缙云县委县政府全面实施“科技兴矿”战略,积极鼓励沸石加工企业加强与高校、科研、院所的联姻,大力开展沸石深度的新产品开发研究,提高沸石原料的科技附价值,使有限的沸石矿源成为缙云县新的经济增长点。

供稿:缙云县专家咨询委员、高级经济师陈振鼎
责任编辑:赵宗和