我國耐火粘土礦資源可持續(xù)利用對策研究

秦正，杜春彥，王二鋒，趙軍偉，苑帥

(1.河南省國土資源科學研究院，河南 鄭州 450053；2.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，河南 鄭州 450006)

耐火粘土是我國的優(yōu)勢礦產資源，是主要的耐火材料原料之一，在研磨工業(yè)、化學工業(yè)、陶瓷工業(yè)和石油鉆井支撐劑、農業(yè)促肥劑、抗滑抗磨鋪路材料等方面也有廣泛用途。耐火粘土屬于重要的戰(zhàn)略性非金屬礦資源。由于開采技術較為簡單，耐火粘土的開采經歷了大干快上、快速擴張、大幅萎縮的發(fā)展過程。近年來，隨著冶煉行業(yè)景氣指數的波動、資源開發(fā)條件的變化、資源節(jié)約意識的不斷增強、節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴格以及人工合成耐火原料的沖擊，耐火粘土礦產資源的可持續(xù)開發(fā)利用也面臨著很大壓力和新的發(fā)展形勢。

1 我國耐火粘土資源概況

耐火粘土是多種礦物的混合物，通常將耐火度＞1580℃的粘土稱為耐火粘土。依其理化性能、礦石特征和工業(yè)用途，通常將耐火粘土分為軟質粘土、半軟質粘土、硬質粘土和高鋁粘土[1]。我國耐火粘土資源儲量僅次于俄羅斯、英國、美國、澳大利亞和巴西。

1.1 資源分布

根據《中國礦產資源報告2019》[2]，全國耐火粘土查明資源儲量為26.38億t。我國耐火粘土資源分布于全國27個省（市、自治區(qū)），礦區(qū)數510余處，其中山西、河南、山東、內蒙古、河北等地資源集中，探明的儲量占全國的60%以上。其中高鋁粘土主要分布于山西、河南及貴州，查明資源儲量在3.2億t左右。

我國耐火粘土礦床可分為沉積型和風化殘余型兩大類[3]。

1.2 我國耐火粘土礦石工業(yè)類型

耐火粘土礦石分為軟質粘土、半軟質粘土、硬質粘土和高鋁粘土。四種不同工業(yè)類型的耐火粘土礦成分、用途見表1[4]。

表1 耐火粘土礦石工業(yè)類型Table 1 Industrial types of fire clay ore

1.3 我國耐火粘土礦資源特點

（1）資源豐富，分布廣泛，相對集中。我國耐火粘土礦資源儲量位居世界前列。截至2018年底，我國保有儲量超過20億t，遠景資源總量高于100億t。我國耐火粘土資源分布既廣泛又相對集中，除青海、西藏、天津、上海等少數地區(qū)外，全國其余27個省（市、自治區(qū)）均有發(fā)現。另一方面，全國耐火粘土資源又相對集中于山西、河南、山東、內蒙古、河北5省區(qū)，探明的儲量占全國的60%。80%的高鋁粘土集中于山西、河南二省；80%的硬質粘土分布在山西、內蒙古、河北、遼寧、山東、河南及湖北7個省（區(qū)）；近7成的軟質、半軟質粘土分布在吉林、河北、山西、湖南及廣東5個省。

（2）種類齊全，特色突出。我國軟質粘土、半軟質粘土、硬質粘土和高鋁粘土四種類型耐火粘土礦均有探明資源儲量，種類齊全。其中，以一水硬鋁石-高嶺石型鋁礬土為主要成分的硬質粘土和高鋁粘土更是我國的優(yōu)勢特色礦產。我國氧化鋁生產與耐火材料生產的原料相爭問題突出。作為煉鋁原料，我國的鋁土礦鋁硅比低，加工難度大，能耗高，然而作為高鋁耐火材料的原料則更具有優(yōu)勢。

（3）中低檔礦多，優(yōu)質礦少。我國耐火粘土資源的一個不足之處是，中低檔礦多，優(yōu)質礦少，對于高檔耐火材料的生產有較大影響。據統(tǒng)計，可作為高級耐火材料原料的高鋁粘土占全國耐火粘土總儲量的不足1/6，其余多為硬質耐火粘土和半軟質粘土；在高鋁粘土儲量中，特級品只占7.1%，Ⅰ級品占22%，并且多數優(yōu)質高鋁粘土資源被作為鋁土礦用于氧化鋁生產；硬質粘土中，特級品僅占3%，Ⅰ級品占35%；軟質粘土及半軟質粘土中，Ⅰ級品占17%。因此，無論是高鋁粘土，還是硬質粘土和軟質（半軟質）粘土，Ⅱ級品和Ⅲ級品占絕大多數[5]。

（4）與煤地層、鋁土礦關系密切，共伴生有用成分多。由于地質條件，中國耐火粘土礦床密切與煤地層伴生，并與鋁礬土礦混雜成層。有的地區(qū)如新疆的淺水河、鐵廠溝，山西大同，內蒙、遼寧等地與煤伴生的粘土，由于煤自燃已燒成天然熟料，成為一種節(jié)能耐火原料。除了煤鋁之外，耐火粘土礦床常共生和伴生有多種礦產。在鋁礬土分布區(qū)，上覆巖層常產有工業(yè)煤層和優(yōu)質石灰?guī)r；在含礦巖系中共生有半軟質粘土、硬質粘土、鐵礦和硫鐵礦。鋁礬土礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素，鎵、釩、鈧等也都具有回收價值。

2 生產與開發(fā)利用現狀

2.1 耐火粘土礦生產現狀

由于上世紀90年代過度開采和生產加工，導致我國耐火粘土資源保有儲量快速下降，2010年開始國家曾一度對耐火粘土實施開采總量控制，中央地勘基金也開始將耐火粘土列為重點支持礦種，資源保有儲量顯著回升。截至2019年底，全國耐火粘土查明資源儲量超過27億t，比上年增加約1億t，比2010年增長13%。雖然我國耐火粘土遠景資源總量超100億t，但基礎儲量、查明資源儲量占比較低，查明資源儲量不足三成。

2.2 耐火粘土礦生產概況

耐火粘土礦主要用來生產耐火粘土熟料及其耐火制品。耐火粘土熟料及其耐火制品一直是我國傳統(tǒng)的出口產品。改革開放以來，在國內鋼鐵、有色金屬、水泥和玻璃等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強力拉動下，我國耐火材料工業(yè)快速發(fā)展，成為世界耐火材料的生產和出口大國。作為耐火材料原料的耐火粘土生產工藝技術和裝備水平不斷提升，滿足了耐火材料生產的需要。但近年來受環(huán)保、市場等外部環(huán)境變化影響，耐火粘土礦產資源的開發(fā)利用形勢低迷。

2.2.1 全國生產現狀

20世紀90年代中期，我國耐火粘土產量超過1100萬t/年，年出口超過110萬t，經歷了2009年全球經濟危機的大幅下滑和2010年的短暫反彈后又逐漸恢復到目前的70～80萬t。

2006～2018年我國耐火粘土礦山礦石產量見表2。

表2 2006～2018年我國耐火粘土產量統(tǒng)計Table 2 Production statistics of fire clay in China from 2006 to 2018

由表2可以看出，隨著我國房地產、汽車行業(yè)增速放緩，對鋼鐵需求下降，房地產行業(yè)增速放緩還造成水泥、玻璃、有色金屬等建材需求下降，國內耐火和研磨行業(yè)對耐火粘土需求緩慢下降，耐火粘土生產減少。

2018年，我國共有耐火粘土有效采礦權123個，其中大型礦山3個、中型礦山6個、小型礦山77個、小礦37個。有采出礦石量的36家，共采出礦石120多萬t。

2.2.2 主要省區(qū)生產情況

（1）河南省。耐火材料生產大省河南省除賈家洼高鋁粘土礦尚能正常生產外其余全部停產。賈家洼高鋁粘土礦露天開采，采出礦石直接出售。在耐火材料主要生產地鞏義、新密、登封，所有耐火粘土礦山由于環(huán)境治理欠帳較多等原因已停產多年，許多停產礦山仍有大批不同品級礦石堆存，多數耐火材料企業(yè)原料多從鋁土礦企業(yè)或外地購入。

（2）山東省。耐火材料生產大省山東省僅有7個采礦權人正常生產，主要集中在淄博市周村區(qū)周邊（包含鄰近的章丘），周村區(qū)王村鎮(zhèn)的耐火材料企業(yè)一度達到近300家、遍地小窯爐，從2016年周村區(qū)開始集中治理，并努力打造王村焦寶石小鎮(zhèn)，推動產業(yè)走向高端，區(qū)內礦山企業(yè)也積極創(chuàng)建綠色礦山，為耐火粘土可持續(xù)利用打下良好基礎。

（3）山西省。受京津冀大氣污染傳輸通道環(huán)保要求和下游行業(yè)調整等因素影響，山西耐火材料行業(yè)同樣遇到前所未有的困難。為保障耐火材料生產，陽泉劃出一塊部分高鋁礬土礦量配置給耐火材料企業(yè)，規(guī)劃建設高鋁粘土燒結產業(yè)集聚區(qū)，大力推進節(jié)能減排，促進全市高鋁粘土燒結產業(yè)的結構調整和產業(yè)升級，提高產業(yè)集中度和市場競爭力，提升產品質量、檔次、效益。

（4）其他省份。貴州省畢節(jié)市5家耐火粘土礦企業(yè)采出的粘土礦全部用于生產普通粘土磚。廣西、云南、新疆等省區(qū)有零星企業(yè)生產耐火粘土，河北承德、內蒙古赤峰、遼寧本溪等地的耐火粘土礦企業(yè)大面積停產。

2.3 耐火粘土礦采選技術現狀

我國大部分耐火粘土礦床存在地質條件復雜、品級層多且礦層厚度小的特點(特別是高鋁粘土礦床)，很難實現機械化開采。此外，我國耐火粘土礦特別是高鋁粘土礦的規(guī)模一般較小，因此，很多企業(yè)采用手工開采、手工分級的開采方式[7]。

采出礦石一般經破碎、篩分、煅燒后用于耐火材料生產，煅燒前也有經過人工揀選。

部分耐火粘土采出礦石經破碎、篩分后用于生產磚瓦建材。

在產耐火粘土礦基本均為單一礦產，除澠池賈家洼高鋁粘土礦綜合利用了共生鋁土礦、伴生鐵礦外，其他礦山未見共伴生礦產利用報道。

2.4 耐火粘土礦資源利用率

全國45家耐火粘土礦山統(tǒng)計表明，地下開采礦山開采回采率多在65%，露天開采礦山開采回采率基本大于80%。

許多耐火粘土礦山對礦山廢石進行礦山充填、配料、鋪路及制作建筑材料等。淄博地區(qū)耐火粘土礦山篩分后的細粒生料可用于生產陶粒、不定型耐火材料等，利用率較高。

3 存在問題分析

我國是耐火材料大國，耐火原料、制品的產量及消耗占世界的60%，大量的出口也為世界耐火材料工業(yè)作出了巨大貢獻，我國耐火原料、制品出口量在世界的占比遠遠高于我國資源儲量在世界的占比，出口資源的平均品質也高于國內消耗的品質，耐火原材料的出口超出了我國的資源和國際義務的承載能力。此外，資源配置、資源利用不盡合理等，對寶貴的不可再生資源造成了極大的浪費。

3.1 資源利用率低，綜合利用較差

由于充填采礦法成本較高，為避免地面沉降，一些耐火粘土地下開采礦山礦限于安全要求，只能采用房柱法采八留六或采十留八，開采回采率不足60%；我國耐火粘土礦床中不同品級礦石常在不同層位共生，受利益驅動，一些礦山不能做到貧富兼采，低品級礦石浪費嚴重，資源消耗很快。另外，由于以前計劃經濟時期的條塊分割管理模式造成的煤炭企業(yè)只采煤、有色金屬企業(yè)只采鋁、耐火材料企業(yè)只利用粘土，與耐火粘土共伴生的煤鋁聯(lián)采在安全許可、資源管理方面還有一些程序和技術問題，需要管理部門和礦山企業(yè)共同努力，實現包括煤、鋁礬土、半軟質粘土、硬質粘土、優(yōu)質石灰?guī)r及鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧在內的資源綜合利用。

3.2 礦山環(huán)保欠帳較多，影響可持續(xù)發(fā)展

我國耐火粘土礦點分散，中小型礦山多、露天開采礦山多，對地表地貌造成較大影響，地貌恢復難度高。另外，礦山開采過程中，表土剝離、礦石開采、礦石破碎加工造成的粉塵量大，難治理，而耐火粘土生產大省山東、河南、山西均處于京津冀周邊，生態(tài)環(huán)保要求高。耐火粘土生料煅燒屬高能耗、高污染作業(yè)，礦山企業(yè)環(huán)境恢復治理任務較重，已經造成多省大面積停產，嚴重影響到耐火粘土生產和耐火材料原料供應的可持續(xù)性。

3.3 礦山企業(yè)生產經營管理不當，造成原料供應緊張

由于受到采礦權投放數量的限制，一些地方粘土磚供不應求，部分礦山企業(yè)拿著耐火粘土的采礦許可證，實際生產普通粘土磚，造成耐火粘土資源的快速消耗。

一些高鋁粘土礦山企業(yè)，只開采、銷售礦石，不具備后續(xù)的煅燒、加工利用能力，大量采出礦石只能任由中間商銷往氧化鋁生產企業(yè)。而一些鋁業(yè)集團的鋁土礦礦山由于礦石只能內部銷售，所以只采達到一定鋁硅比的鋁土礦，而共伴生的低品位鋁礬土、半軟質粘土、硬質粘土等耐火粘土資源未能綜合利用。

這些都造成了我國耐火粘土可利用資源儲量和資源保證能力的下降。

3.4 產業(yè)集約化程度低，市場話語權不夠

由于資源稟賦的限制，我國耐火粘土礦山中小型規(guī)模居多，耐火粘土資源開發(fā)的產業(yè)集中度較低，2018年正常生產的41家礦山企業(yè)中大型礦山僅有4家，而4家企業(yè)產量僅占全國產量的21.8%。具備完整產業(yè)鏈和產品多樣化、系列化的企業(yè)較少，耐火粘土生產企業(yè)普遍在產業(yè)鏈優(yōu)化、科研創(chuàng)新投入、產業(yè)發(fā)展規(guī)劃、抵御市場波動方面的能力嚴重不足，資源競爭、市場營銷的話語權不夠，影響了耐火材料行業(yè)的高質量發(fā)展。耐火材料行業(yè)還沒有出現如中鋁集團一樣有國際影響力和全國產業(yè)控制力的龍頭企業(yè)，耐火粘土資源集中地區(qū)也沒有組成跨煤鋁、耐火材料的聯(lián)合企業(yè)集團，也制約了煤鋁粘土的節(jié)約、集約、綜合利用。

4 可持續(xù)利用對策

為促進耐火粘土資源的合理開發(fā)，實現資源可持續(xù)利用，提高耐火粘土資源對耐火材料行業(yè)高質量發(fā)展的保障能力，應從提高耐火粘土資源綜合利用率、著力謀劃耐火材料產業(yè)集約發(fā)展上下功夫。

4.1 創(chuàng)新資源管理和開發(fā)利用模式，提高資源利用率

（1）在煤-鋁-土共生礦礦業(yè)權價款評估、開發(fā)利用方案制訂、采礦設計時，要對煤、鋁礬土、半軟質粘土、硬質粘土及其共伴生的石灰?guī)r、鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧進行綜合評價、統(tǒng)籌兼顧，避免造成資源浪費。（2）加快制定相關安全標準，打破以主礦產進行登記、管理的資源開采管理模式，煤與非煤分屬不同部門進行安全生產管理的模式，在對礦床共伴生礦產進行綜合評價的基礎上，推廣實施煤-鋁-耐火粘土聯(lián)采采礦許可證。（3）不斷探索低成本充填采礦法和降低地面沉降影響的采礦方法，為減少安全礦柱造成的資源損失提供技術支撐。（4）推廣應用低品位鋁礬土浮選工藝，中低品位鋁礬土、鋁礬土混級礦和鋁礬土碎礦均質工藝，擴大耐火粘土礦資源來源。（5）將低品位礦稅費優(yōu)惠制度落到實處，方便貧富兼采企業(yè)辦理稅費減免相關手續(xù)。（6）積極開展產學研用聯(lián)合技術研發(fā)，提高耐火粘土礦中鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等伴生有用成分的綜合利用率。

4.2 加強綜合勘查評價，提高資源保障能力

我國耐火粘土礦遠景資源量達100億t，但要真正供應工業(yè)化生產，還需要加強勘查、提高資源儲量級別。耐火粘土礦資源勘查要特別注意礦產資源綜合勘查、綜合評價，尤其是煤-鋁-土共生礦。針對耐火粘土礦產資源多共伴生礦的特點,應根據《礦產資源綜合勘查評價規(guī)范》國家標準，對耐火粘土礦、煤炭、鋁土礦及伴生有用成分進行綜合勘查、評價。

4.3 鼓勵資源集約利用、產業(yè)集聚發(fā)展，提高市場話語權

（1）鼓勵耐火粘土開發(fā)企業(yè)與煤炭、鋁土礦開采企業(yè)跨界聯(lián)合，實現煤鋁土資源充分合理利用、中低品位高鋁礬土綜合利用（如氧化鋁生產不能用的廢棄料、填溝料、低品位料）。（2）鼓勵耐火粘土開采企業(yè)與耐火材料生產企業(yè)、其他耐火原料生產企業(yè)結成聯(lián)盟或組成企業(yè)集團，努力實現產品多樣化、系列化，提高科技創(chuàng)新的投入能力和市場波動的抵御能力，在資源配置、產品定價、國內消費與出口調配等方面掌握更大話語權，發(fā)揮品牌效應，保障資源開發(fā)企業(yè)應得的利益，避免多頭競爭、競相壓價。（3）鼓勵資源相對集中地區(qū)（如河南鄭州、山東淄博、山西陽泉和孝義等）耐火粘土資源開發(fā)和耐火材料生產企業(yè)集聚發(fā)展，尤其是熟料生產和耐火材料生產實現園區(qū)化，在基礎設施建設、燃料供應、廢氣凈化、污染治理方面利用公共投入實現成本最小化，為清潔生產、污染防治、能源資源高效利用奠定基礎。（4）完善行業(yè)規(guī)范條件，將綠色礦山建設水平、資源產出率作為耐火粘土行業(yè)高質量發(fā)展的主要規(guī)范指標，促進耐火粘土生產轉型升級，延長資源開發(fā)產業(yè)鏈，提高資源利用效益，盡可能避免行業(yè)內低水平重復建設和無序競爭。

4.4 加強科技創(chuàng)新，提高耐火粘土資源開發(fā)利用可持續(xù)發(fā)展能力

除了上面提到的低成本充填采礦技術和共伴生有用成分的綜合利用技術之外，還要針對影響耐火粘土可持續(xù)利用的共性關鍵技術，如綠色礦山建設中的低污染開發(fā)技術、低成本污染治理技術，低品位資源的加工利用、梯級利用技術（如陶瓷原料、耐磨材料、鉆井支撐劑等），影響行業(yè)高質量發(fā)展的延伸產業(yè)鏈技術（如優(yōu)質新原料及優(yōu)質合成原料的研發(fā)，優(yōu)質、節(jié)能、環(huán)保、長壽、功能化的耐火新材料耐火材料新工藝、新技術）開展科研攻關。我國耐火粘土企業(yè)規(guī)模較小，科技創(chuàng)新能力有限，為更好實現科技研發(fā)成果的轉化，應充分發(fā)揮政府和行業(yè)協(xié)會的引導推動作用，促成由產、學、研、用各方共同組成的技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。