開發非傳統礦產資源：通向綠色礦業的有效途徑

趙鵬大

摘 要:新型非傳統礦產資源的發現與開發研究可以促進礦業生產無廢化，推動地球物質流進入良性循環，有利于提高礦業自身價值和降低用于環保的成本。非傳統礦產資源的發現與開發研究為礦產資源的可持續供給提供新的保證，并為新興產業提供新的礦產資源支撐。非傳統礦產資源開發基礎理論研究和實際工作的進行需要多學科交叉聯合，需要產、學、研結合，需要政府支持和企業參與，也需要廣泛的國際合作與交流。這是一項跨世紀的工程，是為子孫后代創造發展基礎的事業。

關鍵詞：非傳統礦產資源；綠色礦業；研究動態；前景展望

中圖分類號：F062.1 文獻標識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)01-0001-06

1 資源現狀、問題與資源安全戰略

1.1 人口增長與地球承載力

根據朱大奎等的研究，世界人口2000年前為3億人，1700年為6億，2000年為60億，而到2030年，世界人口將達到120億，這就引出了地球的承載力問題。

地球的承載力問題實際上是地球能養活多少人的問題。生命支撐系統包括有：糧食、氣候、水、土壤、金屬、建筑及陶瓷礦物、礦物肥料、化石燃料及能源、動植物等，因此，除了糧食和水等這些基本所需，我們還需要考慮礦物資源。

1.2 礦產資源作用與地位

礦產資源是人類賴以生存和發展的物質基礎。目前，我國95％的能源和80％的工業原料都取自礦產資源。極而言之，整個人類的發展史從某種角度來說就是人類開發利用天然巖礦材料的歷史。

資源的巨大消耗表現：發達國家人均年消耗20t天然巖礦材料，如100億人達到先進生活水平，年需消耗21 014 kg巖礦材料，相當年消耗100 km³地球物質。從自然資源消耗來看，如果全世界人都達到美國人的生活水平，至少需要20個地球。

一些礦產資源大國，其礦業部門或資源工業對國家發展和社會進步起著突出的作用。澳大利亞，礦產及石油工業是使國家財富持續增長的最重要因素。其礦產及石油部門出口產值達365億美元，占商品出口總數的60%。南非，國家和政府制定了一系列政策和措施，以保證礦業具有更大的國際競爭力。美國，礦產在國民經濟中也發揮著巨大的作用。固體礦產礦業對1995年美國國民經濟收入做出5240億美元的直接和間接雙重貢獻。如果沒有礦業，美國國民經濟滿足人民需要和保持其全球地位的能力就會受到嚴重的削弱。

俄羅斯 “論固體礦物原料生產國的排序”對世界6個礦業生產大國據20種糧食和礦產的礦業產值（美元）的排序為：

美國578.56億元

中國328.49億元

澳大利亞185.87億元

南非170.00億元

俄羅斯 126.79億元

加拿大 114.21億元

中國礦業產值排序雖位居第二，但人均礦業產值僅為31美元；澳大利亞雖位居第三，但人均產值高達1 147.3美元；南非礦業產值雖位居第四，但因其國土面積遠遠小于其它礦業大國，因而其單位面積產值居世界之首，每平方公里達14 166.7美元，而中國每平方公里國土的礦產值僅為3 421.8美元。

1.3 我國礦產資源現狀與問題

1.3.1 總量多——人均少

中國已探明的礦產資源總量很大，約占世界的12％，僅次于美國和前蘇聯，居世界第3位，但人均占有量僅為世界人均占有量的58％，居世界第53位。

1.3.2 需求增大保障不足

礦產資源出現“入不敷出”的境況，儲量增長<產量增長<消費增長，后備儲量嚴重不足，已經危及到礦產資源的可持續供給。

需求增大表現在：到2020年，我國人口將達到15億，需要生產糧食6億噸，城市化將從現在的40％提高到55％，城鎮建設用地預計增加360萬公頃，我國經濟總量將在2000年基礎上翻兩番，對能源的需求急速增長。煤炭要新增產能7～10億噸。石油對外依存度將超過60％。

1.3.3 后備資源不足，產能消失嚴重，危機礦山問題突顯

25種主要金屬，415個大中型礦山中，已關閉礦山38個，占大中型礦山總數的9%；嚴重危機礦山54個，占13%；中度危機礦山35個，占8%；潛在危機礦山82個，占20%。上述各項總數已達50%。

另據調查，全國將有47個礦業城市和400多個礦山面臨探明儲量枯竭，直接涉及300多萬礦工和1000余萬家屬的工作和生活，因此這是一個很嚴重的問題。

1.3.4 資源開發不合理、利用不充分并且嚴重污染環境

我國礦產資源特點之一是共伴生組分復雜、貧礦及難選礦多。礦產的有效綜合利用問題十分突出。我國金屬礦山采選回收率比國際水平低20％，9種有色金屬綜合回收率為35％～67％，伴生、共生礦利用率僅20％。此外，在礦床開采、選冶、加工及消費過程中，所排放的廢水、廢氣、固體廢物造成的環境污染嚴重，并占用大量土地。礦山廢棄物日益增多，利用率低造成資源浪費，環境污染日益加劇。人類每年采出170-180億噸礦石+廢石，而最終產品僅占其總體積的3%，95%以上成廢棄物。

據不完全統計，至1995年中國金屬礦山積存的尾礦已達53.8億噸，并以每年3―5億噸的排放量增長，到2000年達到60億噸以上，侵占農田3―5萬畝。

1.3.5 新興產業對新型礦物原料的新需求

新興產業如：納米產業——天然納米礦物原料，環保產業——環境礦物原料，航天工業——某些稀有分散金屬元素等等。納米技術與信息技術、生物技術一道被譽為新世紀的三大主流新興技術，正在引起一場新的產業革命。

1.3.6 21世紀礦產資源勘查面臨新局面

21世紀礦產資源勘查面臨新局面可以概括為“三難”、“三新”?！叭y”：難識別、難發現、難開發；“三新”：新類型、新深度、新領域。具體表現為：礦山后備資源不足、部分礦山瀕臨倒閉、找礦深度日益加大，找礦難度日益增大、資源勘查越來越依賴于新理論、新技術、新方法。

1.4 資源安全戰略

資源安全戰略主要從以下幾方面展開：從實際國情出發，走資源節約型的發展道路；重視資源儲備戰略，實行“兩種資源及兩個市場”的戰略；努力尋求各種替代資源，認知、發現、開發和利用非傳統礦產資源。

2 非傳統礦產資源

非傳統礦產資源（Nontraditional mineral resources）是指受目前經濟、技術以及環境因素的限制，尚難發現和尚難工業利用的礦產資源，以及尚未被看作礦產和尚未發現其用途的潛在礦產資源。 它的研究體系包括：非傳統礦產，非傳統礦產勘查理論與方法，非傳統礦業，非傳統礦業經濟。

2.1 非傳統礦產資源分類

非傳統礦產資源包括：各種新類型、新領域、新深度、新工藝、新用途的礦產資源。

非傳統礦產資源是一個動態的概念，隨著技術、經濟、環境、市場及需求的變化，非傳統礦產資源可以轉化為傳統礦產資源。非傳統礦產資源的發現與開發是礦產資源可持續供給的重要保障。

近數十年來，找礦與開發生產實踐證明，非傳統礦產資源發現和開發的潛力很大。

2.1.1 非傳統礦產資源——新類型

在新類型方面，如：紅土型金礦、黑色頁巖中的鉑族礦產、超高壓變質帶中的金剛石等，都是當今非傳統礦產新類型的典例。

2.1.2 非傳統礦產資源——新領域

在新領域方面，如：深海鐵錳結核、深海金屬軟泥、深海鈷結殼以及天然氣水合物等資源潛力巨大。

海洋礦產資源的潛力巨大：①油氣。美國1/6以上，世界1/4以上石油產量來自海洋大陸架。此外，大陸斜坡等海水更深部位也有油氣，目前開采成本較高。②天然氣水合物。未來海底新能源，是天然氣（含甲烷等氣體96.5%）與水(水分子3.5%)的類冰固態簡單化合物。1 m³天然氣水合物=164 m³甲烷。估算資源量可達2×10¹⁶m³，相當于2×10⁵億噸油當量。③錳結核。含Mn25%，Fe15%，Ni2%，Cu2%以及Co等。④富鈷結殼。2003年對近10座海山重點進行了加密調查，在尖頂海山發現了品位高、厚度大、分布淺的富鈷結殼。⑤金屬軟泥及沉積物。紅海沉積物含Cu>1%，Zn>3%；其它，Ag，Au及Pb等（1983年估計價值25億美元）。⑥其它。如Mg，世界產量約2/3來自海水；此外，NaCl，P，Au，Ti，金剛石等。

2.1.3 非傳統礦產資源——新深度

在新深度方面，據報導，南非蘭德金礦盆地一采金豎井將加深至4 117 m，這將是世界最深的礦井，要開發的新礦層是世界級的礦體。在我國，埋深大于500 m的礦床被稱為大深度礦床，目前還很少勘查和評價。

2.1.4 非傳統礦產資源——新工藝

在新工藝方面，如微生物浸礦工藝、天然納米礦物開發利用技術等都有巨大的發展潛力，并將使那些低品位、難選冶、低價值的“呆滯型”非傳統礦產資源潛力予以充分體現。我國已成功地進行了鈾礦原地破碎堆浸開采，用堆浸法生產天然鈾和常規水冶生產天然鈾相比，生產成本有了大幅度降低，而原地浸出技術的應用，在降低成本方面又有了新的突破。新型潛在鉀資源——我國鉀長石類資源十分豐富，資源量達數十億噸，K₂O含量7-13%；新型潛在磷資源--目前，我國占儲量75%的中低及低品位磷礦未利用，它們可能是21世紀重要的磷資源。

2.1.5 非傳統礦產資源——新用途

不斷深入研究和發掘天然巖礦材料的新用途，是不斷開拓新型礦產資源的必要途徑，也是滿足新興產業對礦產資源的新要求所不可缺少。環保事業的發展和災害防治要求的提高為許多非金屬礦產開辟了應用的新領域。利用非金屬礦物原料制造農藥、肥料、土壤改良劑、豐產劑、保水劑、蓄水劑、污水處理劑、生物保健劑、營養劑等等的潛力是很大的。比如電氣石，長期以來，電氣石礦主要用于研磨材料和寶玉石（碧璽）的加工原料。近期研究還發現，在室溫條件下，電氣石能夠發射峰值波長為9.5 μm的紅外線（楊如增等，2002）是天然的紅外輻射材料，根據這一特性，電氣石被用于制造具有保健功能的紡織品、陶瓷產品和節能產品等。此外，電氣石還廣泛用于電子機械、橡塑化工、化裝美容等領域，作為新型環保材料，電氣石的開發利用正越來越受到重視。

2.1.6 非傳統礦產資源——人工礦床

近年來人們正在探索開發利用過去采礦和選礦廢棄的廢石堆和尾礦壩，這類“人工礦床”的二次開發，對延長礦山壽命、提高經濟效益和保護環境等，從某種意義上講，比建設一座新礦山的經濟與社會效益更為重大。

2.1.7 非傳統油氣資源

非傳統（非常規）油氣資源：系指目前技術經濟條件下，無法采用常規方法進行勘探開發的那部分油氣資源。主要包括：煤層甲烷、根緣氣（致密砂巖天然氣）、水溶氣、甲烷水合物、頁（泥）巖氣、重油瀝青和油頁巖。

2.2 非傳統礦產資源勘查的理論與方法

為確保礦產資源的可持續供給，特別是面對難識別、難發現、難勘探、難開發的找礦對象，積極探索礦產資源勘查的非傳統理論和方法具有重要意義。

傳統：以“相似類比”為基礎的“礦床模型預測”理論。非傳統：以“求異”為基礎的“地質異常成礦預測理論與方法”、“非線性成礦預測理論與方法”等。

20世紀80年代后期發展起來的地氣法（Geo-gas prospecting），是一種有別于傳統氣體地球化學方法的深部隱伏礦找礦新方法，該方法是捕集并測定地下上升氣流中痕量金屬和非金屬元素來揭示地下深部礦產資源體的信息。國內外已有研究成果表明（童純菡等，1996、1999）：地氣測量可以探測埋深300—400 m以下的金屬礦和埋深4 000 m以下的含油氣環型構造，地氣異常所反映的是深部礦化信息，而與地表土壤元素異常分布截然不同。

2.3 非傳統礦業經濟

21世紀，礦業面臨重大變革：礦業的國際性與全球性、礦業的市場競爭性、礦業的高新技術性、礦業的高效性、礦業的綜合服務性、礦業的環保性礦業事事都關系到礦業經濟，礦業經濟是度量礦業發展的基礎。正是礦業經濟學確定了什么是礦石，決定建什么樣的礦山、選礦廠或冶煉廠。礦業經濟貫穿礦業的各個方面。因此，非傳統礦業經濟所面臨的是：兩種資源（國際、國內）與兩個市場(國際、國內)的經濟選擇，戰略資源與國家安全的政治考慮，資源開發與生態環境保護的可持續發展戰略。所以我們應實行：資源—環境—技術—經濟聯合評價。

3 非傳統礦產資源研究動態

礦產資源短缺是當今世界各國所面臨的緊迫問題，非傳統礦產資源研究倍受各國重視！

國內外研究動態大體如下：

3.1 美國非傳統礦產資源研究

早在20世紀60年代，石油和天然氣領域就注意到了非傳統能源和非傳統勘查方法的研究(Heroy-W-B,ed.,1969)。70年代后期，美國地質調查局和能源部就開始聯合進行非傳統能源資源的前期研究。

經過20年的工作后于1997年提出，美國的未來能源，尤其是天然氣，將主要由目前認為非傳統的低滲透率儲藏類型提供。并強調：盡管它們并非全新的，但人類對它們的有限了解程度根本不可能使其成為美國未來能源的重要構成部分，因此建議加快開展相關的基礎和應用研究。1982年美國經濟地質學家協會召開“非常規礦床”學術討論會;1987年美國地調局在俄勒岡州召開“非常規礦床找礦”研討會;1989年第28屆國際地質大會上，美國學者R.I.格勞奇發表“早中元古代不整合：非傳統鉑族元素及貴金屬的來源”；1991年美國地調局公報形式發表“黑色頁巖中非傳統鉑族元素資源前景：中國華南與加拿大育空地區實例及對美國資源的啟示”。

美國礦業局在俄勒岡州阿爾尼市建立了規?？捎^的研究院，專門研究目前經濟上尚不具備工業價值、尚不能開采或利用的礦床和礦石類型，為的是一旦傳統礦產資源枯竭，即可能有新類型資源接替。

美國礦產資源調查計劃（1998）明確寫到“還有許多另外的、迄今尚未被識別的礦床類型”。“發展新的和非傳統礦床成因理論，用以查明新的特別是非傳統礦床的遠景區，以及通過新礦床理論對區域研究和檢驗來查明新的礦床遠景區”。

3.2 俄羅斯非傳統礦產資源研究

在非金屬方面：“非傳統鎂硅酸鹽陶瓷原料礦床的成因分類”（羅曼諾維奇,1991）；“粗片狀石墨：吉爾吉斯天山的非傳統礦物原料”（金屬礦床地質，1992）；“砂礦非傳統找礦方法”（舒爾科夫等，1993）。

有色及貴金屬方面：“中西伯利亞非傳統鉑礦化”（少佐諾夫等，1997）；“有色及稀有金屬非傳統類型：潛力及發現前景”（科奇涅夫等，1999）；“低品位和非傳統礦物原料開發前景”（拉特金等，1997）。

近年來，發現黑色頁巖中的Au-Pt-硫化物-碲化物-滑石菱鎂片巖建造（干谷礦床）及Au-Pt族-石英-硫化物黃鐵細晶巖建造（伊羅京達礦床）等非傳統大型金鉑礦床已引起廣泛重視。俄羅斯自然資源部下屬的“有色及貴金屬地質勘查研究所”其研究領域包括：金剛石、貴金屬及有色金屬非傳統資源。