户外大型矿石标本防护技术方法研究

郭海燕 韩树聪

（国土资源实物地质资料中心）

一、采集的大型标本矿石亟待防护

近年来，国土资料实物地质资料中心（以下简称实物中心）依托“危机矿山勘查实物集成”等项目，采集大型岩矿石标本近150块。这些大型岩矿石标本是全国各个重要矿山的主矿体上的矿石，代表了该矿山的主要矿石类型和矿物类型。通过对多个矿山不同矿石类型的对比研究，可进一步认识矿山的地质特征，对今后矿产勘查具有重要意义；同时，为地质教学提供一个良好的实习基地，可以使学生在实物馆观察到不同矿山的矿石类型，了解不同矿床成因特点；而且对于公众来说，全国重要矿山的矿石标本展示，也具有重要的科普教育意义。因此，这些采自各大矿山的大型岩矿石标本具有重要价值。

采集的大型岩矿石标本，体积和重量大，多数5-10吨，大的达到15吨。置于户外标本园内，在风吹雨淋日晒下，仅经过二、三年时间，一些大型岩矿石标本已出现了不同程度的氧化和风化现象。例如，从四川省里伍铜矿采集的大型标本中的黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿等矿物，其矿物晶体很小，表面出现较深的氧化层，影响到标本的地质现象观察；从山东招远金矿采集的黄铁矿化含金石英脉矿石，黄铁矿的粒度达到微粒，含较多硫化物，在户外发生氧化、泛碱、锈蚀、崩裂、粉化现象严重（图1）；从四川省满阴沟铁矿区采集的铁矿石标本，已断裂为两块；从宁夏太西采集的煤标本，2009年10月运送至国家实物地质资料馆，到2010年6月，仅8个月的时间，煤的表面即已发生风化，多数地方出现裂纹，有的碎裂为小块。其他发生损变的岩矿石还有很多，损变种类主要有：碎裂、盐析泛碱、锈斑和黄斑。

由于标本表面受到损害，颜色、结构、矿物成份等发生变化或模糊不清，直接影响到岩矿石标本的观察研究，所以，迫切需要对这些标本采取保护措施。

图1 山东招远金矿含金石英脉矿石标本的黄铁矿发生锈蚀和盐析泛碱现象

（左下部为黄铁矿发生氧化锈蚀，右上部为雨水淋滤后的盐析泛碱）

二、岩矿石标本防护现状

国内多家地质类博物馆收集了多种类型的大型岩矿石标本，比如，河南省地质博物馆收集了近70块大型岩矿石标本，中国地质博物馆也收集了30块大型岩矿石标本。这些大型标本多数置于户外，也都出现了不同程度的风化现象，有的基本失去了标本的原始面貌，无法对标本进行岩性描述，直接影响到标本的价值。但目前，大型岩矿石标本的防护研究在国内还没有开展，也没有相关的资料。

国内虽然没有大型岩矿石标本防护经验，但有很多关于观赏石的养护经验。比如较纯的方解石矿、石英晶体、黄铁矿等用于观赏的自然晶体，多数置于室内，没有雨淋和日晒，相对于户外的岩矿石标本来说，防护比较简单；虽然与户外标本所处环境存在很大差别，并且它们所含矿物纯度差别很大，但是部分防护技术方法仍可以借鉴。另外很多建筑物表面采用大理石等石材来装饰，这些石材多采用化学防护剂做养护，防止发生各种黄斑，这些方法对户外标本的防护也可以借鉴。

三、户外大型岩矿石标本表面病变清除的技术方法

对大型岩矿石标本表面分二步进行防护处理——首先，清除标本表面已经产生的各种锈蚀和风化物，然后对标本表面进行防护。具体措施如下：

1、高压水枪冲刷标本表面

采用此种方法，可有效去除标本表面的泥土和严重风化的小颗粒。例如，采自山东招远金矿的大型标本，在风吹雨淋下，表面部分氧化铁微小颗粒完全风化为粉末状，高压水枪可以很好的清除这些微小的杂质。使用高压水枪还可以冲掉标本表面盐析泛碱的碱类物质。例如，采自安徽省铜山铜矿的大标本，遭雨淋后，表面出现大片的白色碱类物质，用高压水枪可以直接冲掉。但是，高压水枪冲刷对标本表面的锈斑和黄斑没有效果。

2、黄斑和锈斑的处理

黄斑和锈斑是由岩矿石标本表面的物质经过氧化作用形成的一种物质。黄斑和锈斑属于标本表面的一部分，往往这些斑点比较坚硬，并且与标本本身的物质相互掺杂，很难清除。目前有几种办法清除这些斑点。

1. 石材除锈剂

   石材除锈剂是一种化学试剂，是专门用于石材的深层清洁剂，可以渗透进入石材的微孔中清除锈斑、黄斑和水渍等。使用方法是，先用石材除锈剂刷在标本表面有锈蚀的地方，经30分钟后再用钢丝刷刷掉黄斑和锈斑，最后再用清水冲洗掉标本上的除锈剂。

   需要说明的是，采用除锈剂清洗标本的方法存在污染问题——除锈剂有很大的刺激性气味，所含的化学成分对人体有危害；如果这种除锈剂被雨水冲到植物根部，容易造成植物枯死；还有更重要的是，除锈剂涂抹于大型岩矿石标本表面后，少量除锈剂可通过微孔渗入标本内部，对岩矿石标本内部的矿物晶体和矿物结构造成一定程度的危害。

   （2）电钢丝刷

   高速旋转的电钢丝刷与岩矿石表面相互摩擦，可以有效的刷掉其表面的各种斑点；但是在钢丝刷的高速打磨下，表面的矿物晶体变得圆滑，并可能改变标本表面的颜色，影响标本表面矿物的岩性特征。因此，经这种技术方法处理的岩矿石表面效果不好，一般不采用。

   （3）高压金刚砂

   金刚砂在高压下直接打击标本表面锈蚀的部位，锈蚀的表面受到很大的冲击，从而脱落下来，露出新鲜面。金刚砂打击标本力量的大小可以自动调节。因此，这种方法可以有效去除表面发生锈蚀的斑点，并且对岩矿石表面矿物晶体的特征没有明显的破坏。目前我们采用此种方法去除各种斑点。

   通过几种方法对比，多数情况下，采用高压金刚砂冲击打磨的方法较为适宜。

   四、户外大型岩矿石标本的防护方法

   1、防护途径

   对标本进行清洁后，为了有效防止标本再次发生各种风化，需要采取一定措施对标本表面进行有效防护。防护的目的为：

   （1）阻止水分渗入标本内部，避免标本内部矿物在水的作用下发生化学反应，从而产生锈斑、黄斑和泛碱；

   （2）通过采取防护措施，提高标本对气温高低变化的耐受程度，减轻标本热胀冷缩，发生裂隙；

   （3防止化学物质入侵和污染标本；

   （4）使标本与空气隔绝，防止标本风化；

   （5）尽量减小苔藓、地衣及霉菌在岩矿石表面生长的可能性，避免生物风化作用。

   2、防护剂种类及效果

   通过市场调查了多种防护剂、养护剂，也做了部分实验，最终，我们选定石材密封剂和氟硅全效防护剂两种。石材密封剂能渗入标本毛细孔及微裂缝内，并在标本表面形成一层坚韧透明的防护膜，阻塞石材的微裂缝及毛细孔，能有效防止泛碱、黄斑、水斑等病症的发生。氟硅全效防护剂具有极强的渗透性能，可有效渗入标本内部，且表面不留任何痕迹，不改变石色，表面重涂性好，可防止苔藓、地衣及霉菌的生长，冬天不会因吸水结冰膨胀而脱落。

   对于坚硬的岩矿石标本，用氟硅全效防护剂基本能够满足防护的需要；但是，对于较松散的岩石标本，在岩矿石标本表面涂过氟硅全效防护剂后，还需要另涂石材密封剂，以阻塞标本的微裂缝及毛细孔，防止雨水进入。

   3、防护措施与步骤

   总结已有经验，户外大型标本的防护措施是：首先，用高压水枪冲掉岩矿石标本表面的碎屑和泥土；然后，用高压金刚砂撞击除掉表面各种蚀变产生的斑点；最后，涂刷氟硅全效防护剂和石材密封剂，可以防水、防风化和防紫外线等；此外，一些标本还采取遮档、局部密封等措施进行防护。

   五、防护效果与实例

   采用上述防护技术与措施，取得了初步效果。

   1、山东招远金矿大标本

   处理之前风化非常严重，出现了锈斑和泛碱现象，而且，微粒的黄铁矿已风化为粉末状。第一次，我们采用氟硅全效防护剂，涂刷在其表面，一个星期后，其表面又出现新的锈斑和泛碱现象。这说明，所采用的防护剂没能很好的阻止水分的入侵。因此，必须采取二次防护处理。清除表面各种病变的斑点后，在其表面涂刷石材密封剂，处理一个月后，其表面没有再出现粉末、锈蚀和盐析泛碱现象。这说明，所采用的防护技术能够较好的防水、防风化和防紫外线。

   2、宁夏回族自治区的太西煤标本

   该标本置于室外，多处出现了裂隙，整个表层已松散。对其表面进行简单的清洁处理后，涂刷ky10水性防护剂，过三天后，又涂刷ky50油性密封剂。一个星期后，其效果非常好，松散的煤块紧紧的相互粘贴，非常坚硬；有效的阻止雨水的侵入（图2）。

    

   图2 宁夏太西煤标本防护处理半年后裂缝被牢固粘合，没有进一步风化

   3、贵州戈唐金矿大型标本

   是已风化的角砾岩，经过雨淋后，风化破碎现象非常严重，经过防护处理一年后，该标本再没出现风化现象（图3、图4）。

    

   图3 防护处理前的贵州戈塘金矿大标本

    

   图4 防护处理后的贵州戈塘金矿大标本

   六、存在的问题与进一步工作建议

   1、存在的主要问题

   ——采用的防护剂较粘稠，导致标本表面颜色加深，整个表面呈现出油脂光泽，一定程度影响了标本矿物晶体的观察效果。

   ——有的标本锈蚀比较严重，比如黄铁矿化石英岩，黄铁矿氧化锈蚀在硅质岩上，形成较深的黄斑，采用目前清除表面锈斑的方法，还不能完全清除掉。

   ——有的岩矿石标本存在较大的缝隙，为了防止进一步裂开，曾采用向缝隙处打进一种粘性的防护剂，但是效果并不好。

   2、进一步工作建议

   目前实物中心所做的大标本防护工作，主要是对含较高氧化物、硫化物的标本的防水、防风化问题采取的表面防护措施，取得的初步成果还远不能满足需要。今后进一步工作主要包括下列方面：

   ——改进防护剂品质，减少对标本颜色、结构、质感的影响，提高保护效果。

   ——拓宽防护方法，探索防护剂以外的途径。

   ——开展深入系统的防护研究，适应室内、室外各种类型实物地质资料的保管需要。