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我國重晶石資源概況 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-02-03 15:13:18 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/薛強)重晶石是鋇的最常見礦物,主要成分為硫酸鋇(BaSO4)。純重晶石呈白色、有光澤,由于雜質及混入物的影響也常呈灰色、淺紅色、淺黃色等。結晶相當好的重晶石還可呈透明晶體出現。重晶石的莫氏硬度為3~3.5。比重為4.3~4.7,性脆。重晶石化學性質穩定,難溶于水,不溶于鹽酸,無磁性和毒性,易吸收χ射線和γ射線,在H2SO4中粉末狀的重晶石才慢慢溶解。
我國重晶石資源分布情況及其特點
我國重晶石資源豐富,儲量和產量均居世界首位,我國的重晶石資源廣泛分布于全國24個省(區),探明儲量的礦區有195處,總查明資源儲量礦石3.9億t。就省(區)而論,以貴州省重晶石礦最多,保有儲量占全國的34%;湖南、廣西、甘肅、陜西等省(區)次之。以上五?。▍^)儲量占全國的80%以上。
國內重晶石成礦時代以古生代為主,震旦紀及中-新生代也有重晶石礦形成。礦床類型有沉積型、層控(內生)型、火山-沉積型、熱液型和風化(殘坡積)型五類,其中,以沉積型為主,占總儲量的60%以上。依重晶石成礦類型及成礦區域地質條件的不同,可分為14種典型的礦床式,詳見表1。
我國的重晶石礦具有幾個明顯的特點:在量的方面主要分布在中部地區;在品位方面幾乎所有富礦主要集中在貴州、廣西;礦床以大、中型為主,僅貴州天柱大河邊與湖南新晃貢溪就占大中型產地儲量的一半以上,常與石英、方解石、螢石、硫化礦、鐵礦等共生或伴生,部分地區的重晶石含有數量不等的黏土、巖石碎屑等雜質;礦石中常見有Sr、Ca的類質同象混入物。
我國主要的大型、特大型礦床常以單一的重晶石類型為主要的礦石類型,屬層狀重晶石礦床,礦石具有明顯的沉積構造和結構,礦物成分和化學成分比較簡單。如湖南新晃貢溪重晶石礦,礦體一般為層狀、似層狀,長幾十米至幾十公里,厚0.3~7m,一般1~2m。礦石主要由重晶石及方解石組成,重晶石含量55%~99%。
我國重晶石資源開發利用現狀及存在的主要問題
重晶石是一種重要的非金屬礦物原料,具有體積質量大、化學性質穩定等特點,被廣泛應用于石油、化工、涂料、填料、醫藥等多個行業,在國計民生中發揮了重要作用。
1.1 主要應用領域
中國重晶石年供應總量350~400萬t,年消費量約150~200萬t,其中用于油氣勘查的70~80萬t,占總消費量的40%左右;用于鋇化工產品80~110萬t,約占50%;其他用項10余萬t,約占10%。 具體開發利用情況如下:
1.油、氣勘察與鉆探:石油鉆探行業是重晶石的一個重要應用領域,將重晶石磨細成粉,用作鉆井泥漿的加重劑,可以抵抗地層的壓力防止塌陷,并阻止地層流體侵入井孔。上個世紀80、90年代,重晶石的初級加工產品,一度有80%被用于油、氣勘察與鉆探行業。如今,國內地面淺表石油已開采殆盡,而我國經濟建設又處于高速增長時期,汽車、化工行業對石油的需求在今后相當長的一段時期內將呈現高增長態勢,我國對石油的依賴程度也將越來越深。為滿足我國經濟發展的需要和保障國內能源安全,一方面,國內大型油企必須走出去,積極參與國外油田的開發,擴展油、氣的海外供應地;另一方面,國內必須加大油、氣的勘查力度,老的石油基地要實現周邊和深部挖潛,油、氣勘探和開采必須逐漸向4570米以上的深井和6100米的超深井發展。做鉆井泥漿用的重晶石一般細度要達到325目以上,如重晶石細度不夠則易發生沉淀。鉆井泥漿用重晶石要求比重大于4.2,BaSO4含量不低于95%,可溶性鹽類小于1%。
2.各種鋇化工原料:鋇化工目前是重晶石應用最多的領域,占重晶石年消費量的50%以上。以重晶石為原料可以制造氧化鋇、碳酸鋇、氯化鋇、硝酸鋇、沉淀硫酸鋇、氫氧化鋇等化工原料。這些鋇化合物被廣泛應用于試劑、催化劑、糖的精制、紡織、防火、各種焰火、合成橡膠的凝結劑、塑料、殺蟲劑、鋼的表面淬火、熒光粉、熒光燈、焊藥、油脂添加劑等。如化學純的硫酸鋇是測量白度的標準;碳酸鋇是光學玻璃的重要原料,它向玻璃中引入BaO,從而增大玻璃的折光率,并改善其光學性能;在陶瓷中用來配制釉料;氯化鋇是一種農用殺蟲劑;硝酸鋇用于焰火和玻璃工業中;高錳酸鋇是一種綠色顏料。
3.填料:在油漆工業中,重晶石粉填料可以增加漆膜厚度、強度及耐久性。鋅鋇白顏料也用于制造白色油漆,在室內使用比鉛白、鎂白具有更多的優點。油漆工業用重晶石要求有足夠的細度和較高的白度。
造紙工業、橡膠和塑料工業也用重晶石作填料,這種填料能提高橡膠和塑料的硬度、耐磨性及耐老化性。
橡膠、造紙用重晶石填料一般要求BaSO4大于98%,CaO小于0.36%,不許含有氧化鎂、鉛等成分。
4.建筑材料:重晶石可以用作水泥工業的礦化劑。在水泥生產中摻入重晶石、螢石復合礦化劑對促進C3S形成、活化C3S具有明顯的效果,熟料質量得到了改善,水泥早期強度大約可提高20~25%,后期強度約提高10%,熟料燒成溫度由1450℃降低到1300±50℃。重晶石摻量為0.8~1.5%時,效果最好。在白水泥生產中,采用重晶石、螢石復合礦化劑后,燒成溫度從1500℃降至1400℃,游離CaO含量低,強度和白度都有所提高。在以煤矸石為原料的水泥生料中加入適量的重晶石,可使熟料飽和比低的水泥強度,特別是早期強度得到大幅度的提高,這就為煤矸石的綜合利用,為生產低鈣、節能、早強和高強水泥提供了一條有益途徑。
此外,利用重晶石具有吸收χ射線的性能,可以用重晶石制做鋇水泥、重晶石砂漿和重晶石混凝土,用以代替金屬鉛板屏蔽核反應堆和建造科研、醫院防X射線的建筑物。
5.其它:重晶石和油料調和后涂于布基上制造油布;重晶石粉用來精制煤油;在醫藥工業中做消化道造影劑等。此外,重晶石還用作提取金屬鋇,用作電視和其它真空管的吸氣劑、粘接劑。鋇與其它金屬(鋁、鎂、鉛、鈣)制成合金,用于軸承制造。
1.2 主要加工技術
重晶石的應用領域不同,相對應的加工技術也不同。目前,重晶石的主要加工技術有三種:選礦提純、超細粉碎和鋇化合物的制備。
2.2.1 選礦提純
由于重晶石常與石英、方解石、螢石、硫化礦、鐵礦等共生或伴生,部分地區的重晶石還含有數量不等的黏土、巖石碎屑等雜質,要想加以利用,必須對重晶石進行選礦提純,將這些雜質去掉。重晶石的主要選礦提純方法見表2。
表2 重晶石的主要選礦提純方法
選礦方法 |
選礦原理 |
應用范圍 |
手選 |
重晶石與伴生礦的顏色、密度等差別 |
選出塊狀重晶石 |
重選 |
重晶石與伴生礦物的密度差別 |
包括洗礦、脫泥、篩分、搖床等工藝方法,多適用于殘積型礦石 |
浮選 |
重晶石與伴生礦物的表面物理化學性質差異 |
常用于沉積型重晶石礦以及硫化礦、螢石等伴生的熱液型重晶石礦石 |
磁選 |
重晶石與氧化鐵類礦物的磁性差異 |
主要用于除掉氧化鐵類礦物雜質 |
化學提純 |
重晶石與伴生礦物化學性質的差異 |
用于除碳及鐵、錳、釩、鎳等雜質 |
2.2.2 超細粉碎
用作涂料、塑料、橡膠等的填料的重晶石粉及醫藥級重晶石產品,不僅純度要求高,而且粒度要求細。因此,除了要進行選礦提純外,還需要進行超細粉碎加工。
重晶石莫氏硬度較低,而且密度大、脆性好,容易粉碎,因此,重晶石的超細粉碎大多采用干法工藝,常用的設備有氣流磨、機械沖擊磨、振動磨等。其中采用氣流粉碎機可將重晶石粉碎到d97≤5μm。如果在濕式選礦提純后接著進行超細粉碎加工,也可采用濕法超細粉碎工藝,設備可選用攪拌磨、振動磨、球磨機等。
2.2.3 鋇化合物制備技術
根據所要制取的鋇化合物的不同,制取技術也有不同,用的最多的是硫化鋇和沉淀碳酸鋇的制取。
(1)硫化鋇 硫化鋇的制備常采用煤粉還原法。
煤粉還原法是將重晶石(BaSO4≥85%)和煤(固定碳>75%)按100:(25-27)(以質量計)的配比混合均勻,經粉碎、篩分后,連續加入轉爐在1000-1300℃進行還原反應,主要反應式如下:
(2)沉淀碳酸鋇 用重晶石制備碳酸鋇一般采用碳化法。
首先在回轉窯中,用炭粉將重晶石還原為硫化鋇,然后用水浸取,再用二氧化碳碳化制得沉淀碳酸鋇。
碳化過程分兩步。第一步預碳化:將碳化過程中產生的硫化氫氣體導入反應塔中,與硫化鋇水解產物中的氫氧化鋇反應,生成硫氫化鋇。
第二步為主碳化,其反應式為:
碳化至終點后,再加入適量純堿,通入蒸汽加熱至90℃以上,使部分沒有來得及反應的BaSO4轉化為BaCO3。
1.3 存在的主要問題
我國重晶石行業發展迅速,重晶石產品類別豐富,但也存在著一些問題,主要問題如下:
(1)資源利用效率低,浪費嚴重。重晶石是我國的優勢資源,然而在長期的開采中,往往采富礦和采單礦物礦,對貧礦和伴生礦不予開采或采而不選,低價賤賣;有的地方,如河南某地,更是存在著重晶石礦產權責不明確,村民僅向村委會交出一點好處費,便將礦石據為己有,私采倒賣現象嚴重,造成資源嚴重浪費和流失,然而一旦出現地面和礦洞塌陷,小礦主便卷財而逃,找不到人影。盡管近年有所改善,但總體開采狀況仍不樂觀,主要表現為高消耗、高污染、低效率的粗放式開采經營模式,循環經濟產業鏈尚未形成,生態環境面臨較大壓力。開采企業普遍存在“小、散、亂”的現象,資源回收率低,選礦水平低,廢石和尾礦亂堆亂放;資源未能有效利用,特別是大中型礦床未能做到規?;图s化開發,浪費嚴重。
(2)選礦技術有待提高。我國的重晶石礦常與螢石礦、方解石礦共生,而螢石又是國家戰略資源,因此,如何很好地實現它們的有效分離,發揮各自的功用,是選礦工作者研究探討的重要課題之一。重晶石與螢石的分離常采用浮選的方法,用油酸作為捕收劑,碳酸鈉作為調整劑,水玻璃、六偏磷酸鈉、檸檬酸等作為抑制劑,調整pH值至合適數值,從而實現重晶石和螢石的分離。然而,重晶石與螢石的可浮性相近,目前的浮選藥劑很難實現重晶石和螢石的徹底分離,所以,開發捕收能力更強的專用捕收劑,將成為今后工作的重點。
(3)產品結構不夠合理。目前,我國工業利用的重晶石,主要是初級產品,即破碎成74μm或44μm后作填料用。我國是重晶石的主要出口國,而出口到國外的重晶石產品也多是原礦和重晶石粉等初級加工產品,這部分產品每噸售價僅數十美元,而我國急需的化工級和光學玻璃級重晶石產品,卻要從國外進口,進口價格每噸高達1000美元以上。理應在國際市場上具有絕對話語權的我國重晶石(天然硫酸鋇)資源,未被深加工就被迫不及待地以低賤的身價運出了國門,使國內的這種稀缺資源嚴重流失。
2.1 重晶石產業發展思路
針對當前我國重晶石開發利用中存在的問題,特提出以下思考:
(1)明確產權責,促進產權市場化。為保障國家和礦業企業雙方的財產及收益基本權利,可通過招投標、公開拍賣等方式促進探礦權和采礦權出讓進一步市場化,使一級市場向著公開化、公平化的方向發展。這樣有助于明確產權責任,適宜建立產權問責制度,利于重晶石礦產資源的合理開發。對二級市場交易問題進一步探索,逐步完善礦業權二級市場交易流轉制度,培育礦業權二級市場,實現礦業權的有序流轉,以加快探礦資本的回收,有利于緩解礦業資金的緊張狀況,促進礦產資源的順利開發。同時,要積極培育礦產資源市場交易評估的中介組織,使礦業權市場交易及礦產資源稅的征收都建立在科學評估的基礎上,在政府有效監管下健康運行。
(2)利用資源稅杠桿,調節產能。我國目前資源稅平均費率較低,加大對自然資源流量征稅,可以提高企業入主資源行業的準入門檻,便于企業實現規?;图s化生產,便于依據國內外市場情況,調控企業產能,避免低端產品無序競爭;另一方面,通過出口退稅率的調整,可以加大對重晶石的出口調控力度,盡可能地保護重晶石這種稀缺資源不流失。
(3)鼓勵技術進步,優化產品結構。對重晶石的開發要突破傳統技術,不斷尋求新的開發利用途徑。要從出售原礦和重晶石粉的初級階段,逐漸過渡到鋇化工和防輻射建材等領域,優化產品結構,加大出口產品的技術含量;同時,積極開拓重晶石性能相近產品的替代研究工作,使重晶石產業向縱深領域發展。
(4)發展生態工業,減少環境破壞。重晶石的開發利用要遵循生態工業、循環經濟的發展模式,以低消耗、低(或無)污染、工業發展與生態協調為目標,在給當地增收創效的同時,盡可能地減少對當地生態環境的破壞,降低社會成本。
3.1 結語
重晶石是不可再生性資源,用一點,少一點,我們對重晶石資源的開發利用一定要科學規劃,充分利用,避免浪費;同時,要加強政府監管,倡導技術革新,合理配置產能和優化產品結構,最大限度地利用重晶石資源。
(廈門非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志)
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