非金屬礦產資源節約與綜合利用技術進展

吳小緩，王文利，于延棠，袁 鵬

（1.建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024；2.中國非金屬礦工業協會，北京 100831）

非金屬礦產資源節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.建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024；2.中國非金屬礦工業協會，北京 100831）

非金屬礦產在社會發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資源節約和綜合利用的主要技術途徑，介紹了目前非金屬礦產資源節約與綜合利用技術的進展。

非金屬礦；資源節約；綜合利用技術；途徑；進展

1 概述

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

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

總體而言，我國非金屬礦產資源比較豐富，查明資源儲量較多、品種比較齊全，礦石質量一般較好，是世界上少數幾個非金屬礦產資源條件較好的國家之一，多數非金屬礦產資源基本上可以滿足我國社會發展的需求。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只有石膏、膨潤土、石墨等少數幾種。另外我國有些非金屬礦產如金剛石、優質高嶺土(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，我國對非金屬礦產資源的需求和開采量成倍增長，據統計，2009年我國非金屬礦礦石產量達到36.52億t，占全國固體礦產開采總量的52.72%。

長期的粗放式開發給我國非金屬礦工業的發展帶來許多的問題，主要表現在：

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

(2) 資源浪費的問題嚴重，就全行業來看，采富棄貧、采厚棄薄、大礦小開等現象，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) 行業總體技術水平低，企業規模小、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) 生態環境問題突出。由于經濟利益驅使，許多企業重生產、輕環保，礦山廢石、尾礦隨意堆放，占用大量田地，一些選礦廠未經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，以及邊坡的開挖活動誘發地層塌陷、滑坡等地質災害，甚至對當地人民生命財產帶來重大危害。

上述問題的存在不僅影響我國非金屬礦工業的可持續的健康發展，而且制約了對非金屬礦產資源的節約開發和高效利用。要解決這一問題，除了進一步推進礦產資源的開發整合工作、調整產業結構、推動產業升級外，更需要從技術層面上，規范礦產資源的開發，鼓勵推廣先進技術，淘汰、限制落后的技術，提升礦產資源開發的總體技術水平，提高資源的利用率。

2 非金屬礦產資源節約與綜合利用技術途徑

2.1 資源節約的開采技術途徑

當前，我國非金屬礦產資源開發，資源回收利用率低的主要影響因素有三方面：首先是礦山規模小、大礦小開、生產分散；其次是生產粗放、礦山缺乏規劃和設計、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。對于前兩個影響因素，應從整頓礦山生產秩序、規范礦產開發準入門檻等生產管理方面來加強治理。第三個因素是純技術問題，即非金屬礦產資源節約的開采技術途徑，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設計建設的，其開采工藝技術比較規范，資源的回采率也比較高。但是，對于大量小礦山的生產，缺乏正規的礦山開采設計，開采工藝技術的不規范，采富棄貧，采厚棄薄現象普遍存在，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，乃是非金屬礦產資源節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，非金屬礦行業機械裝備開發制造能力薄弱，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 資源節約的選礦加工技術途徑

非金屬礦產資源節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，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，調整工藝過程的技術參數，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。在當前生產現狀條件下，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，分別產出不同等級的石棉產品。纖維較長的石棉產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。

實現非金屬礦產的高效利用，也是節約資源的一個重要方面。通過采用適合不同礦產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，是非金屬礦產資源節約的選礦加工的主要技術途徑。

(3) 研發低品位非金屬礦產的選礦提純技術，擴大非金屬礦產可利用資源儲量。

我國的非金屬礦產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種重要非金屬礦產為例，全部原礦石需要進行選礦提純后才能利用的礦產有鱗片石墨、溫石棉，其他的為需要對部分原礦石進行選礦提純或不經過任何選礦提純。

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

高嶺土只對砂質高嶺土原礦和部分熱液變質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。水洗高嶺土產品產量約占高嶺土總產量的三分之一，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，而且給生態環境帶來危害。因此，研究開發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，是資源節約的又一技術途徑。

3 非金屬礦產資源節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分散、數量大、規模小，生產技術水平比較落后。近年來，通過治理整頓和重組，企業數量有所減少，生產技術水平不斷提高，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，對節約資源發揮了重要作用。

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、碎云母等開發相對較晚的非金屬礦產，也研發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；隱晶質石墨的高溫提純技術已研發成功。

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，以往只作為低檔產品加以利用或棄之不用，造成資源的浪費。近年來，也相繼研發成功針對不同非金屬礦的選礦提純技術，使之變為有用的高附加值產品。

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為主的階段，設備處理能力、單位產品能耗、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裝備，主體攪拌磨的規格由2000年前后的500L、2003年的3 000L，發展到2005年的3500～5 000L；單機生產能力擴大，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，取得了顯著的節能效果，同時產品質量也得到改善和提高：產品細度-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，現已形成1萬t/a的生產線裝備，能耗由180kW·h/t降低到90kW·h/t，節能50%。而煅燒設備，回轉煅燒窯由隔焰式發展到直焰式，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是能耗集中的環節，強力粉碎干燥技術具有顯著的節能效果。強力粉碎干燥技術，突破了傳統的單一加熱干燥方式，集粉碎與干燥兩大功能為一體，在產品干燥過程中不斷將料塊粉碎，一次作業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，新近開發成功的SLG連續粉體表面改性機，實現了非金屬礦粉體干法連續表面改性工業化集成技術。該技術特點是：①連續生產、負壓運行，無粉塵污染、操作簡便、單位產品能耗低(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，通常會產生大量的尾礦。為了進一步綜合利用這些尾礦，近年來行業內開展了許多研究工作：首先是對尾礦的物理性質、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；第二針對不同性質的尾礦開發具有良好社會經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，而且不同地區不同礦種發展亦不平衡。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，我國中東部經濟發展較高地區對尾礦的資源化和再利用的效果要好一些，西部地區相對要差一些。

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

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