我國明礬石資源綜合利用現(xiàn)狀與發(fā)展前景研究

王曉琳，姬長生，任海兵

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

1 明礬石資源概況

明礬石是含(OH)-的復(fù)雜硫酸鹽，主要礦物成分：明礬石20%～50%，石英40%～60%，其次為高嶺石、葉臘石、絹云母、黃鐵礦。我國明礬石儲(chǔ)量居世界第三位，已查明礦石儲(chǔ)量在3億t以上。主要產(chǎn)于浙江和安徽，分別占全國探明礦石儲(chǔ)量的53%和41%，且含量大于45%的富礦幾乎全部集中于這兩省。另外，在福建、江蘇、山東、臺灣、四川、新疆等省(區(qū))亦見有明礬石礦床、礦點(diǎn)。我國明礬石礦資源豐富，能滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。

2 明礬石的綜合利用現(xiàn)狀分析

2.1 明礬石礦綜合利用方向

明礬石是一種具有綜合利用價(jià)值的多元素礦產(chǎn)資源，以其作原料可生產(chǎn)40多種化工產(chǎn)品。在工業(yè)上，明礬石主要用于提煉明礬，也可綜合利用明礬石生產(chǎn)硫酸鉀、硫酸和氧化鋁等產(chǎn)品。明礬主要應(yīng)用于印刷、造紙、制革、油漆等部門。硫酸鉀為無氯鉀肥，適用于煙草、果樹等經(jīng)濟(jì)作物的施用。氧化鋁除用于煉鋁外，還是鋁系精細(xì)化工的優(yōu)質(zhì)原料。明礬石用氨堿法還可制取鉀氮混肥和鋁氧。

2.2 我國明礬石加工利用現(xiàn)狀分析

多少年來，明礬石礦主要以原礦或初加工產(chǎn)品出售。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長和人民生活水平的提高，明礬石礦綜合利用遇到挑戰(zhàn)。

第一，明礬石儲(chǔ)量雖可觀，但受質(zhì)量、市場需求和新產(chǎn)品開發(fā)，以及產(chǎn)業(yè)政策等的制約，產(chǎn)量難有大幅增長。目前，明礬石市場供大于求，資源保證程度極高，產(chǎn)品銷路尚待開拓。

第二，因其產(chǎn)品單一、附加值低、加工工藝落后等原因，始終處于低谷不景氣階段，且新建市場緊缺附加值高的產(chǎn)品。所以，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，加大綜合利用深度，抓緊生產(chǎn)市場緊缺、附加值高的產(chǎn)品，是明礬石資源今后面臨的主要問題。

為了解決以上問題，論文提出了明礬石礦開采開發(fā)綜合利用產(chǎn)品鏈，在具體的實(shí)施原則和方法下，分階段、分步驟說明如何實(shí)現(xiàn)明礬石綜合開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

3 明礬石礦開采開發(fā)綜合利用產(chǎn)品鏈主要思想及產(chǎn)品鏈介紹

3.1 明礬石礦開采開發(fā)綜合利用產(chǎn)品鏈主要思想

在建立較為成熟的以明礬、硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁等，同時(shí)處理廢渣、礬漿、礬煙等的明礬石加工利用主循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)鏈建設(shè)，進(jìn)一步精深加工和發(fā)展氫氧化鋁、氧化鋁、礬泥等系列化工產(chǎn)品，極大拓展和延伸明礬石礦開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，逐步建成完整和成熟的明礬石綜合開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

3.2 明礬石綜合開發(fā)利用產(chǎn)品鏈介紹

在工業(yè)生產(chǎn)中，主要采用水浸法、還原熱解法、氨浸法和酸氨法等4種工藝。采用不同的工藝，可得到明礬及其系列產(chǎn)品：不含氯的鉀肥、工業(yè)鉀鹽、氧化鋁系列原料、催化劑載體和硫酸等。

煉制明礬仍是明礬石利用的主要途徑。明礬因其有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，如無毒、易溶于水，其鋁鹽凈水作用基于鋁氫氧化物的凝聚作用等亦被多行業(yè)使用，約有40多個(gè)行業(yè)、200多種用途。明礬的作用主要體現(xiàn)在：保鮮、膨松、治療、粘合、除濕、凈水、軟化、保脆。明礬在工業(yè)上用量最大，約有19個(gè)行業(yè)使用。其中以造紙、制藥、染料色淀生產(chǎn)、食品加工應(yīng)用為主。

硫酸鉀及其系列產(chǎn)品。硫酸鉀是一種最重要的無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，也是農(nóng)作物所需硫的重要補(bǔ)充來源。它的鹽堿地指數(shù)僅為氯化鉀的40%，在世界鉀肥總產(chǎn)量中約占5%，主要施用于亞麻、蕎麥、煙草、葡萄、西瓜、柑橘、茶葉、馬鈴薯、蔬菜等喜鉀忌氯作物及海產(chǎn)品養(yǎng)殖，它不但能提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，還能改善其品質(zhì)。在工業(yè)上，硫酸鉀可用于制造過硫酸鉀、碳酸鉀、鉀水玻璃等化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于染料、香料、醫(yī)藥、炸藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)。

氫氧化鋁及其系列產(chǎn)品。氫氧化鋁是明礬石還原熱解法綜合利用的主要產(chǎn)品之一。氫氧化鋁是一種用于冶金、化工、石油、輕工、制藥、環(huán)保、電子等行業(yè)的重要化工原料。在石化行業(yè)，氫氧化鋁主用作催化劑、添加劑等；在其他行業(yè)，用作紙張阻燃劑、添染劑、玻璃器具、陶瓷、搪瓷、印刷墨的填料和自來水凈水劑等。在制藥行業(yè)，其凝膠液和干燥凝膠用作制酸藥中和胃酸和保護(hù)潰瘍面。大量生產(chǎn)無磷洗衣粉的重要添加劑4A沸石，就是氫氧化鋁的衍生物。還有油田新型注劑α-微粉氫氧化鋁。另外，在新型陶瓷、搪瓷、醫(yī)藥、電子等方面的用途也越來越廣泛。

氧化鋁及其系列產(chǎn)品。氧化鋁是生產(chǎn)電解鋁的主要原料，世界各國氧化鋁產(chǎn)量的90%用來生產(chǎn)電解鋁；其次，作化工、醫(yī)藥、石油、耐火材料等原料。氧化鋁陶瓷是現(xiàn)代陶瓷(非硅酸鹽陶瓷)系列中應(yīng)用最廣的一種。氧化鋁陶瓷可通過明礬石加工工藝直接制造，也可以通過明礬石加工的初級產(chǎn)品氫氧化鋁再加工而成。從明礬石及其產(chǎn)品二次加工，可制得一批氧化鋁系列產(chǎn)品，如氧化鋁牙膏摩擦劑、高純氨明礬、微晶剛玉氧化鋁溶液等。

明礬石礦加工生產(chǎn)中排出大量的礬泥(漿)、廢渣(赤泥)、氨浸渣、礬煙和爐灰、礬水等，若不治理，既污染環(huán)境，又白白流失大量有用成分。三廢中SiO2有的高達(dá)75%～85%，Al2O3可達(dá)55%。所謂廢料，卻是開發(fā)鋁鹽、多種硅系等產(chǎn)品的極好原料。目前，經(jīng)試驗(yàn)生產(chǎn)投放市場的產(chǎn)品有硫酸鋁、銨明礬、水泥速凝劑等十多種。

赤泥的利用。明礬石用還原熱解法提取產(chǎn)品后，尚有大量廢渣——赤泥需要處理(以年產(chǎn)硫酸鉀3萬t計(jì)算，每年排出赤泥2000t左右)。赤泥為堿性物質(zhì)，易堿化土地，污染地下水，嚴(yán)重危害人們健康。因此，合理利用赤泥的寶貴性能、綜合開發(fā)赤泥具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。赤泥利用比較成功的是生產(chǎn)建筑材料。此外，赤泥可以用作新型墻材；作塑料填料；作硅肥添加劑；從中提取有價(jià)金屬。而且，以這種赤泥配合煤渣和少量礪灰，可制造蒸養(yǎng)磚。

礬泥(漿)的利用。礬泥，不僅污染環(huán)境，同時(shí)也造成了鋁資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，因此綜合利用礬泥(漿)有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。采用酸熔法使礬泥中的氧化鋁在濃硫酸的作用下于固相體系中轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鋁，不僅有較高的回收率，也較好地克服了傳統(tǒng)的酸浸和堿浸加工鋁礬土。同時(shí)，礬泥還可以制成銨明礬、聚合鋁和可用作造紙?zhí)盍系犬a(chǎn)品。

生產(chǎn)膨脹水泥。明礬石膨脹水泥是以硅酸鹽水泥熟料為基材，以天然明礬石及其殘?jiān)茸鳛榕蛎浗M分，經(jīng)共同粉磨制成的具有膨脹性能的水硬性膠凝材料。調(diào)整其礦物組成，可以制得明礬石膨脹水泥、明礬石自應(yīng)力水泥和明礬石高強(qiáng)水泥。它們的共同特點(diǎn)是具有補(bǔ)償收縮，后期強(qiáng)度高，能顯著提高混凝土的抗裂防滲能力。

生產(chǎn)釉面磚。采用明礬石氨浸渣、摻葉臘石、粘土和石灰石等可生產(chǎn)釉面磚。氨浸渣用量以45%為宜。釉面磚的研制成功，對發(fā)展立足我國資源的鉀肥工業(yè)和陶瓷工業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

用作速凝劑等水泥添加劑。明礬石生產(chǎn)的產(chǎn)品及其排出的礬泥、廢渣等，還可以生產(chǎn)水泥速凝劑、早強(qiáng)劑等。

4 明礬石礦開采開發(fā)綜合利用產(chǎn)品鏈實(shí)施方法

明礬石礦開采開發(fā)綜合利用產(chǎn)品鏈的實(shí)現(xiàn)，方需要分階段、分步驟，在一定方法和原則的指導(dǎo)下才能實(shí)現(xiàn)。

4.1 實(shí)施階段

第一階段，建立較為成熟的明礬石加工利用主循環(huán)產(chǎn)品鏈，即明礬石礦生產(chǎn)明礬、硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁等，同時(shí)處理廢渣、礬漿、礬煙等的產(chǎn)業(yè)鏈。除了對明礬的深加工外(傳統(tǒng))，還要根據(jù) “明礬石礦一次加工產(chǎn)品項(xiàng)目”重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)明礬石礦有效開發(fā)，同時(shí)很好的解決明礬石采選形成的“三廢”問題。

第二階段，在已經(jīng)形成的明礬石礦主循環(huán)這個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步精深加工和發(fā)展氫氧化鋁、氧化鋁、礬泥等系列化工產(chǎn)品。根據(jù)“明礬石礦深度加工產(chǎn)品項(xiàng)目”和“循環(huán)開發(fā)及綜合利用項(xiàng)目”重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目規(guī)劃，提高產(chǎn)品科技含量和附加值。對明礬石礦開發(fā)利用主循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)鏈項(xiàng)目建設(shè)，極大拓展和延伸明礬石礦開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，逐步建成完整和成熟的明礬石綜合開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

4.2 實(shí)施原則

(1)統(tǒng)一部署，層層推進(jìn)。首先，應(yīng)該建立明礬石礦循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的主鏈，即明礬石礦采選-制備明礬、硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁等-廢渣、礬漿、礬煙、礬水、尾礦、廢石的處理這一鏈條。在這一鏈條中，廢渣、礬漿、礬煙、礬水、尾礦、廢石的處理，在建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈的初期可以是比較簡單的加工利用，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的逐步建設(shè)，接下來就是進(jìn)一步的精深加工和綜合利用，同時(shí)綜合回收尾礦和廢石中有用元素，并且全面徹底地處理利用排放物。最終建成經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)綜合效益俱佳的明礬石礦綜合開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

(2)對于科技含量高、附加值高的產(chǎn)品，可以布局在市區(qū)或其他城市附近。這樣能夠充分利用市區(qū)的資金、技術(shù)、人才和較完善的基礎(chǔ)設(shè)施等相對優(yōu)勢。

(3)在招商引資過程中，要注意吸引那些技術(shù)資金雄厚的知名大企業(yè)。綜合型大企業(yè)將憑借雄厚的技術(shù)和資金實(shí)力，能夠同時(shí)投資建設(shè)一系列項(xiàng)目，很快就能形成循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)鏈條，從而促進(jìn)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈更好更快的建設(shè)，同時(shí)也將有助于加快技術(shù)改造和創(chuàng)新，加快引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和市場結(jié)構(gòu)，從而提高產(chǎn)品檔次和競爭力。

(4)對于綜合利用和處理排放物的企業(yè)，給予大力扶持和鼓勵(lì)政策。一些處理廢水、廢氣、廢渣等的企業(yè)和項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)效益相對不高，但是對于整個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)真正的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)零污染具有重要作用，對于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)綜合效益具有重大貢獻(xiàn)。

4.3 實(shí)施方法

(1)選擇合適的工業(yè)園區(qū)。工業(yè)園區(qū)應(yīng)當(dāng)選擇具備交通便利、臨近明礬石礦等礦產(chǎn)資源、具有較豐富的人力資源等條件的區(qū)域。

(2)進(jìn)行招商引資。要依據(jù)規(guī)劃的明礬石循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，首先對于主鏈條相關(guān)的產(chǎn)品項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，并進(jìn)行招商引資。

(3)逐步建立和完善基礎(chǔ)設(shè)施。園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可以和招商引資結(jié)合起來，根據(jù)招商引資項(xiàng)目建設(shè)的需要來進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這樣能夠有利于籌措資金，更好更快地針對工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

(4)有重點(diǎn)有步驟地建立產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)鏈條和鏈節(jié)點(diǎn)。明礬石循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)鏈節(jié)點(diǎn)之間相互依存、相互需要，尤其是主鏈條上的各鏈節(jié)點(diǎn)。為了避免“斷鏈”現(xiàn)象，主鏈條上的鏈節(jié)點(diǎn)項(xiàng)目應(yīng)同步規(guī)劃和招商及投資建設(shè)。因此，在招商引資過程中，要盡可能吸引實(shí)力雄厚的綜合性企業(yè)進(jìn)行系列項(xiàng)目投資建設(shè)。

明礬石礦循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的主干鏈條建設(shè)完成后，接下來要把主干鏈條繼續(xù)延伸和擴(kuò)展，進(jìn)一步開發(fā)氧化鋁、氫氧化鋁、赤泥等的下游延伸產(chǎn)品，綜合回收利用尾礦和廢石中的有益元素，處理和循環(huán)利用廢水、廢石和廢渣，基本實(shí)現(xiàn)零排放和零污染，最終形成一個(gè)完整和成熟的明礬石礦綜合開發(fā)利用循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

(5)把明礬礦循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈與其他產(chǎn)業(yè)鏈有機(jī)結(jié)合，建立更大規(guī)模的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈集群。在開發(fā)明礬石的延伸產(chǎn)品以及處理和循環(huán)利用廢水、廢石和廢渣的過程中，需要與其他產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，需要其他的礦產(chǎn)資源作為原料。因此，需要做好明礬石礦循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈中與其他礦產(chǎn)資源和其他產(chǎn)業(yè)鏈交叉的關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的規(guī)劃和建設(shè)工作，最終建

立一個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈集群。

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