非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用技術進展

吳小緩，王文利，于延棠，袁 鵬

（1.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京 100024；2.中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會，北京 100831）

非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用技術進展

吳小緩1，王文利2，于延棠2，袁 鵬1

（1.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京 100024；2.中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會，北京 100831）

非金屬礦產(chǎn)在社會發(fā)展和技術進步中的地位越來越重要。本文總結了非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約和綜合利用的主要技術途徑，介紹了目前非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用技術的進展。

非金屬礦；資源節(jié)約；綜合利用技術；途徑；進展

1 概述

礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。隨著科學技術的進步和生活水平的不斷提高，人類對各種礦產(chǎn)資源的需求日益增長。我國改革開放以來，對礦產(chǎn)資源的開發(fā)量更是與日俱增。礦產(chǎn)資源的粗放開發(fā)和大量消耗，不僅導致資源的加速枯竭，還帶來一系列環(huán)境問題。當前，加快礦業(yè)發(fā)展方式的轉變、強化礦產(chǎn)資源的節(jié)約開發(fā)和高效利用，已成為我國礦業(yè)界重要的研究內(nèi)容和任務。

非金屬礦產(chǎn)是我國開采礦種最多、開采量最大的一類礦產(chǎn)。長期以來，非金屬礦產(chǎn)品是建材、冶金、化工、輕工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重要的原輔材料。近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技進步，電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥、航天航空等高新技術產(chǎn)業(yè)的興起，以及人們對環(huán)境保護和生態(tài)建設的日益重視，非金屬礦產(chǎn)品的應用領域越來越廣，已不僅局限于為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供原輔材料，非金屬礦深加工產(chǎn)品已成為高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐材料、環(huán)境保護和生態(tài)建設的高效廉價材料，非金屬礦產(chǎn)在社會發(fā)展和技術進步中的地位越來越重要。非金屬礦產(chǎn)的開發(fā)利用水平已成為反映一個國家經(jīng)濟發(fā)展程度的重要標志之一，非金屬礦產(chǎn)的節(jié)約開發(fā)和高效利用更是人們關注的熱點。

總體而言，我國非金屬礦產(chǎn)資源比較豐富，查明資源儲量較多、品種比較齊全，礦石質(zhì)量一般較好，是世界上少數(shù)幾個非金屬礦產(chǎn)資源條件較好的國家之一，多數(shù)非金屬礦產(chǎn)資源基本上可以滿足我國社會發(fā)展的需求。但是，由于我國人口眾多，從人均占有資源量來看，超過世界人均擁有量的非金屬礦產(chǎn)只有石膏、膨潤土、石墨等少數(shù)幾種。另外我國有些非金屬礦產(chǎn)如金剛石、優(yōu)質(zhì)高嶺土(造紙涂料級)、鈉基膨潤土等，查明資源儲量明顯不足，有些資源質(zhì)量欠佳或地理分布不夠均衡。

改革開放以來，我國對非金屬礦產(chǎn)資源的需求和開采量成倍增長，據(jù)統(tǒng)計，2009年我國非金屬礦礦石產(chǎn)量達到36.52億t，占全國固體礦產(chǎn)開采總量的52.72%。

長期的粗放式開發(fā)給我國非金屬礦工業(yè)的發(fā)展帶來許多的問題，主要表現(xiàn)在：

(1) 資源消耗速度過快，一些非金屬礦產(chǎn)資源保證程度降低，優(yōu)質(zhì)滑石、隱晶質(zhì)石墨、硅灰石、溫石棉等資源儲量在減少。

(2) 資源浪費的問題嚴重，就全行業(yè)來看，采富棄貧、采厚棄薄、大礦小開等現(xiàn)象，依然具有普遍性，資源破壞浪費嚴重，非金屬礦資源的利用率平均只有20%～30%。

(3) 行業(yè)總體技術水平低，企業(yè)規(guī)模小、分散，集約化程度低，許多小礦仍然采用原始的手工開采和落后的生產(chǎn)工藝，機械化和自動化程度低，資源的回收率和綜合利用率不高。

(4) 生態(tài)環(huán)境問題突出。由于經(jīng)濟利益驅使，許多企業(yè)重生產(chǎn)、輕環(huán)保，礦山廢石、尾礦隨意堆放，占用大量田地，一些選礦廠未經(jīng)處理的尾礦廢水外排，對河道和土壤造成嚴重污染。一些礦山超常地下開采，造成大量采空區(qū)，以及邊坡的開挖活動誘發(fā)地層塌陷、滑坡等地質(zhì)災害，甚至對當?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)帶來重大危害。

上述問題的存在不僅影響我國非金屬礦工業(yè)的可持續(xù)的健康發(fā)展，而且制約了對非金屬礦產(chǎn)資源的節(jié)約開發(fā)和高效利用。要解決這一問題，除了進一步推進礦產(chǎn)資源的開發(fā)整合工作、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構、推動產(chǎn)業(yè)升級外，更需要從技術層面上，規(guī)范礦產(chǎn)資源的開發(fā)，鼓勵推廣先進技術，淘汰、限制落后的技術，提升礦產(chǎn)資源開發(fā)的總體技術水平，提高資源的利用率。

2 非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用技術途徑

2.1 資源節(jié)約的開采技術途徑

當前，我國非金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)，資源回收利用率低的主要影響因素有三方面：首先是礦山規(guī)模小、大礦小開、生產(chǎn)分散；其次是生產(chǎn)粗放、礦山缺乏規(guī)劃和設計、采富棄貧、采厚棄??；第三是開采技術落后、開采工藝不合理、裝備水平低，許多小礦仍處于手工開采和半機械化狀態(tài)。對于前兩個影響因素，應從整頓礦山生產(chǎn)秩序、規(guī)范礦產(chǎn)開發(fā)準入門檻等生產(chǎn)管理方面來加強治理。第三個因素是純技術問題，即非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約的開采技術途徑，主要包括開采方法和技術裝備兩個方面。

(1) 推廣適用于非金屬礦床賦存條件和特點的開采技術，提高開采效率和資源的回采率。

包括軟質(zhì)高嶺土、滑石等非金屬礦松軟礦體地下開采工藝技術。石膏等厚礦體非金屬礦地下開采工藝技術在一些大、中型非金屬礦山都是按正規(guī)設計建設的，其開采工藝技術比較規(guī)范，資源的回采率也比較高。但是，對于大量小礦山的生產(chǎn)，缺乏正規(guī)的礦山開采設計，開采工藝技術的不規(guī)范，采富棄貧，采厚棄薄現(xiàn)象普遍存在，資源回收率較低。推廣先進的開采技術，對小礦山進行技術改造，乃是非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約開采技術途徑之一。

(2) 推廣非金屬礦山適用的專用技術裝備，提高非金屬礦山機械化水平。

非金屬礦山技術裝備水平，機械化、自動化程度不僅與國外大型非金屬礦山有很大差距，而且與國內(nèi)煤炭、金屬礦山相比也存在較大差距。長期以來，非金屬礦行業(yè)機械裝備開發(fā)制造能力薄弱，適合非金屬礦山的專用設備不多，許多露天或地下開采裝備，仍采用金屬礦山的通用設備。當前，首先是推廣較先進的通用礦山設備，改變許多非金屬礦小礦的半機械化或手工開采的落后狀況，提高礦山開采的機械化水平，改善工人勞動條件，提高非金屬礦開采的勞動效率和資源的回收率。

2.2 資源節(jié)約的選礦加工技術途徑

非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約的選礦加工主要技術途徑，包括：提高選礦加工的回收率、保護礦物的天然結晶特性和晶體結構、低品級礦石的利用等方面。

(1) 提高選礦加工的回收率。

目前已開展選礦提純的非金屬礦產(chǎn)，如鱗片石墨礦石、高嶺土礦石、螢石礦石等選礦回收率仍存在提高的空間，尤其是廣泛分布的小型礦山，其選礦回收率普遍偏低，與技術水平較先進的大、中型礦相比差距很大。

通過推廣采用先進技術進一步完善選礦提純工藝流程，改進技術裝備，調(diào)整工藝過程的技術參數(shù)，降低選礦加工過程的跑、冒、滴、漏造成的損失等技術措施，選礦加工的回收率是可以提高的。在當前生產(chǎn)現(xiàn)狀條件下，提高有用非金屬礦物或組分的回收率，仍然是非金屬礦資源節(jié)約的選礦加工主要技術途徑。

(2) 保護礦物的天然晶體特性和晶體結構，提高非金屬礦產(chǎn)品的利用性能。

非金屬礦選礦加工的特點之一就是要保護礦物的天然晶體結構。這是為了保證某些非金屬礦物發(fā)揮其更高的利用價值。例如：溫石棉選礦加工，為保護石棉纖維的長度和抗拉強度，采用多段破碎解離石棉纖維、多段選別，按纖維長度分級除塵、凈化，分別產(chǎn)出不同等級的石棉產(chǎn)品。纖維較長的石棉產(chǎn)品可作為石棉水泥制品、橡膠制品等增強材料，而低級石棉產(chǎn)品增強效果差，利用價值低，只能用作保溫材料。其他諸如保護鱗片石墨的片徑、提高高嶺土的白度及亮度、提高硅灰石纖維的長徑比等都是為了發(fā)揮礦物天然結晶特性和晶體結構的利用價值，獲得更佳的利用效果。

實現(xiàn)非金屬礦產(chǎn)的高效利用，也是節(jié)約資源的一個重要方面。通過采用適合不同礦產(chǎn)特殊要求的先進選礦加工工藝流程、專用的技術設備，更好地保護非金屬礦物的天然晶體結構特性，提高其利用價值，是非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約的選礦加工的主要技術途徑。

(3) 研發(fā)低品位非金屬礦產(chǎn)的選礦提純技術，擴大非金屬礦產(chǎn)可利用資源儲量。

我國的非金屬礦產(chǎn)絕大部分是直接利用開采出來的原礦石，不進行選礦提純。以常見的11種重要非金屬礦產(chǎn)為例，全部原礦石需要進行選礦提純后才能利用的礦產(chǎn)有鱗片石墨、溫石棉，其他的為需要對部分原礦石進行選礦提純或不經(jīng)過任何選礦提純。

螢石只對貧礦石(工業(yè)品位CaF2＞30%)進行浮選提純，生產(chǎn)螢石粉產(chǎn)品。對富礦石(CaF2≥65%)進行手選后，生產(chǎn)螢石塊產(chǎn)品，直接利用。目前，螢石塊產(chǎn)品產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的三分之二，螢石粉約占三分之一。

高嶺土只對砂質(zhì)高嶺土原礦和部分熱液變質(zhì)高嶺土原礦進行水力分選加工，而其他高嶺土原礦則直接用于低檔陶瓷原料或其他領域。水洗高嶺土產(chǎn)品產(chǎn)量約占高嶺土總產(chǎn)量的三分之一，主要用于造紙涂料、高檔陶瓷填料等領域。

硅質(zhì)原料礦石只對部分礦石進行浮選，水力分級或進一步化學提純，用于建筑玻璃、工業(yè)技術玻璃、太陽能電池等領域，其他原礦則不進行選礦加工直接利用。

石膏礦石一般直接利用原礦石，只對纖維石膏采用手選方法富集。

滑石、菱鎂礦、膨潤土、硅藻土、硅灰石等礦產(chǎn)目前一般不進行選礦提純，絕大部分原礦按品位高低分級，用于不同的領域。

從以上分析可看出，對原礦進行選礦提純的非金屬礦產(chǎn)所占比重很小，大部分直接利用原礦，尤其是大量的低品位礦石，目前尚無法利用，例如：低品位滑石、菱鎂礦、硅藻土、膨潤土、土狀石墨等。

目前各開采礦山都有大量積存，不僅造成資源的浪費，而且給生態(tài)環(huán)境帶來危害。因此，研究開發(fā)低品位礦石選礦提純技術，對低品位礦石進行選礦提純和綜合利用，是資源節(jié)約的又一技術途徑。

3 非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用技術進展

3.1 非金屬礦開采技術

我國非金屬礦山企業(yè)分散、數(shù)量大、規(guī)模小，生產(chǎn)技術水平比較落后。近年來，通過治理整頓和重組，企業(yè)數(shù)量有所減少，生產(chǎn)技術水平不斷提高，適合非金屬礦床賦存特點的開采技術也取得一些進展。如高嶺土地下開采的軟巖支護和開采技術；高嶺土露天開采砂型礦的水力開采技術；石膏厚礦體房柱法地下開采技術；石膏地下開采大面積采空區(qū)處理技術；金剛石巖管露天開采轉地下開采技術；松軟礦體滑石礦地下開采技術；大理石花崗石飾面石材開采的分離、分割、整形等技術；片狀云母的保護晶體開采技術等。

這些開采技術在不同賦存特點的非金屬礦山都取得了成功。有些技術形成了只適合于某些礦山的專用的開采技術，有效地提高了采礦回收率，對節(jié)約資源發(fā)揮了重要作用。

3.2 選礦提純技術

我國對鱗片石墨、螢石、高嶺土、金剛石、溫石棉等重要非金屬礦，大多進行選礦提純，多年來已經(jīng)形成較為成熟的專用設備和工藝流程。例如鱗片石墨的多段磨礦、多段精選的生產(chǎn)工藝，精礦品位可達到98%，回收率也可達到85%以上；螢石礦的浮選工藝技術，精礦CaF2含量97%以上，回收率也可達到85%以上；藍晶石族礦物、碎云母等開發(fā)相對較晚的非金屬礦產(chǎn)，也研發(fā)了專用的選礦工藝流程設備；膨潤土、凹凸棒石等粘土礦物的提純技術亦取得了新的進展；隱晶質(zhì)石墨的高溫提純技術已研發(fā)成功。

對于大量存在的低品位滑石、低品位硅藻土、低品位菱鎂礦等非金屬礦產(chǎn)，以往只作為低檔產(chǎn)品加以利用或棄之不用，造成資源的浪費。近年來，也相繼研發(fā)成功針對不同非金屬礦的選礦提純技術，使之變?yōu)橛杏玫母吒郊又诞a(chǎn)品。

3.3 超細粉碎和精細分級技術

近年來，我國超細粉碎和精細分級技術發(fā)展較快。20世紀90年代以來，在引進技術消化吸收的基礎上，進入了引進為輔自主研發(fā)為主的階段，設備處理能力、單位產(chǎn)品能耗、耐磨性能、工藝配套和自動控制等綜合性能顯著進步。

例如超細碳酸鈣漿料生產(chǎn)裝備，主體攪拌磨的規(guī)格由2000年前后的500L、2003年的3 000L，發(fā)展到2005年的3500～5 000L；單機生產(chǎn)能力擴大，電耗降低，2000年為500kg/h、180kW·h/t，2003年1 000kg/h、120kW·h/t，2005年達到2 000kg/h、90kW·h/t。隨著裝備水平的提高，取得了顯著的節(jié)能效果，同時產(chǎn)品質(zhì)量也得到改善和提高：產(chǎn)品細度-2μm含量≥97%、最大粒徑3～5μm、平均粒徑0.3～0.5μm。

又如超細煅燒高嶺土生產(chǎn)技術：超細研磨設備，2000年采用BP500研磨剝片機，2001年到2005年，隨著CYM3000和CYM5000大型攪拌磨相繼問世，現(xiàn)已形成1萬t/a的生產(chǎn)線裝備，能耗由180kW·h/t降低到90kW·h/t，節(jié)能50%。而煅燒設備，回轉煅燒窯由隔焰式發(fā)展到直焰式，熱效率大大提高，處理能力亦可以與研磨設備配套。

3.4 干燥和表面改性技術

非金屬礦濾餅的干燥作業(yè)是能耗集中的環(huán)節(jié)，強力粉碎干燥技術具有顯著的節(jié)能效果。強力粉碎干燥技術，突破了傳統(tǒng)的單一加熱干燥方式，集粉碎與干燥兩大功能為一體，在產(chǎn)品干燥過程中不斷將料塊粉碎，一次作業(yè)可獲得水分含量低于0.5%的粉體，熱效率可達65%，比其他類型的干燥技術熱效率提高10%。

粉體表面改性技術以往都是間歇式工作，新近開發(fā)成功的SLG連續(xù)粉體表面改性機，實現(xiàn)了非金屬礦粉體干法連續(xù)表面改性工業(yè)化集成技術。該技術特點是：①連續(xù)生產(chǎn)、負壓運行，無粉塵污染、操作簡便、單位產(chǎn)品能耗低(30～50kW·h/t)；②對粉體的改性劑的分散性好，顆粒表面包覆均勻；③依靠自摩擦加熱，不需要單設粉體加熱裝置；④可以在一機上實現(xiàn)二種以上改性劑的覆合改性和兩種以上粉體的復合改性。

3.5 尾礦綜合利用技術

石墨、高嶺土、螢石、溫石棉、藍晶石礦物等非金屬礦山的選礦，通常會產(chǎn)生大量的尾礦。為了進一步綜合利用這些尾礦，近年來行業(yè)內(nèi)開展了許多研究工作：首先是對尾礦的物理性質(zhì)、化學成分、物相組成、工藝技術性能進行評價，為合理高效利用尾礦提供理論依據(jù)；第二針對不同性質(zhì)的尾礦開發(fā)具有良好社會經(jīng)濟效益的利用途徑及應用的新工藝及配套技術裝備。

目前，我國對非金屬礦尾礦的綜合利用尚處于起步階段，而且不同地區(qū)不同礦種發(fā)展亦不平衡。對石墨、高嶺土、螢石、溫石棉尾礦的利用技術主要包括：回收有用的伴生礦物和有用組分技術、利用尾礦制造建筑材料技術等?？傮w而言，我國中東部經(jīng)濟發(fā)展較高地區(qū)對尾礦的資源化和再利用的效果要好一些，西部地區(qū)相對要差一些。

崔越昭，戎培康，章少華，等.中國非金屬礦業(yè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

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2011-11-15