我國沸石資源的分布與開發(fā)利用及發(fā)展方向

柳婷婷,張壽庭,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué) (北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京100083;2.中國地質(zhì)大學(xué) (北京)研究生院,北京100083)

沸石族礦物因其具有獨(dú)特的礦物學(xué)特征 (即作為架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物,但擁有互相連通的孔道結(jié)構(gòu);活動(dòng)性陽離子的存在;水分子的吸附與脫去),產(chǎn)生了眾多的物化性能,因而在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用備受國內(nèi)外重視,且因其分布廣泛、產(chǎn)量大、經(jīng)濟(jì)效益顯著而得到許多行業(yè)的青睞。例如沸石的吸附性、離子交換性、熱穩(wěn)定性、耐酸性、催化性為其在建筑材料工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域、石油化工行業(yè)、輕工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等上的應(yīng)用提供了便利,成為廣泛應(yīng)用的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)礦物原料。

隨著全球性礦產(chǎn)資源短缺、枯竭形勢的到來,非金屬礦產(chǎn)資源由于其開采容易,分布廣泛而越來越引起各方面的關(guān)注和重視。有著 “工業(yè)味精”之美譽(yù)的沸石在我國自1972年在浙江縉云被發(fā)現(xiàn)以后,在全國已發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地400余處,在開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了大量研究成果,逐漸成為重要的工業(yè)礦物之一。我國沸石資源集中分布于沿海發(fā)達(dá)地區(qū),而且儲(chǔ)量大,品級(jí)高,礦石成本低,產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,優(yōu)勢明顯。但我國的沸石工業(yè)較國外相比,起步較晚,導(dǎo)致研究程度和深度不足,利用程度較低。本文將對(duì)我國主要的沸石礦床的分布和利用現(xiàn)狀加以總結(jié),并針對(duì)如何高效開發(fā)利用沸石資源提出展望和建議。

1 我國沸石礦床的分布

沸石的發(fā)現(xiàn)始于1756年。到目前為止,全世界已發(fā)現(xiàn)天然沸石40余種。中國已發(fā)現(xiàn)的沸石有：斜發(fā)沸石、絲光沸石、堿菱沸石、菱沸石、鈣十字沸石、方沸石、湯河原石、斜鈣沸石、片沸石、濁沸石、輝沸石、鈉沸石,其中以斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、片沸石最具工業(yè)價(jià)值。我國主要開發(fā)利用的是斜發(fā)沸石和絲光沸石[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國已發(fā)現(xiàn)的近400處的沸石礦床 (點(diǎn)),主要分布在東部地區(qū)的黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西、河北、安徽、河南、浙江、廣西自治區(qū)、海南等省,總儲(chǔ)量約為30億t左右。其中浙江縉云、河北獨(dú)石口、黑龍江海林等地,是我國較大型的三個(gè)沸石礦床,儲(chǔ)量均在億噸以上[2]。我國東部瀕臨太平洋,中生代火山活動(dòng)頻繁,形成了我國東部大面積的中生代火山熔巖和火山碎屑巖以及大大小小的構(gòu)造盆地,這些火山噴發(fā)產(chǎn)物和供其沉積的構(gòu)造盆地,為沸石形成提供了豐富的物質(zhì)來源以及合適的地質(zhì)環(huán)境。我國沸石礦床產(chǎn)出時(shí)代主要為中侏羅世—晚白堊世,由近似 “開放的”淡水湖、地下水系統(tǒng),或火山期后熱水與火山玻璃碎屑反應(yīng)而成。我國東部環(huán)太平洋區(qū)和西部古地中海區(qū),是尋找沸石最有遠(yuǎn)景的區(qū)域。

表1列出了我國一些主要的沸石礦床的產(chǎn)量、礦石質(zhì)量、相關(guān)用途等。

表1 我國主要沸石礦床[3]

續(xù)表1

我國沸石礦床的礦種類型、品位、共 (伴)生礦床的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：

1)已知的沸石礦產(chǎn)地中,礦石品級(jí)以中等偏富為特征,據(jù) 171處產(chǎn)地統(tǒng)計(jì),品位在46%～80%之間的有125處,占73%;而品位在80%以上的富礦僅有5處,且儲(chǔ)量有限,總共只有幾千萬噸[4];品位小于46%的約占35%。從沸石類型而言,我國以斜發(fā)沸石為主,而絲光沸石作為我國嚴(yán)禁原礦出口的礦產(chǎn)種類,產(chǎn)地少,儲(chǔ)量少。

2)與沸石礦共 (伴)生的礦產(chǎn)資源,據(jù)統(tǒng)計(jì)的374處產(chǎn)地中,有2種以上的礦產(chǎn)共生產(chǎn)地138處;其中沸石-珍珠巖、沸石-膨潤土組合礦產(chǎn)地118處;沸石、珍珠巖、膨潤土三種礦產(chǎn)組合產(chǎn)地20余處。

3)目前已發(fā)現(xiàn)的沸石礦床多數(shù)為斜發(fā)沸石和絲光沸石共生,以前者為主,并伴生有蒙脫石、石英、方石英、長石等雜質(zhì)。它們不但有相似的特征,而且產(chǎn)出粒度非常微細(xì) (一般〈0.01mm)。

2 天然沸石的應(yīng)用

沸石的幾項(xiàng)重要的物化性質(zhì)使其在眾多領(lǐng)域中被應(yīng)用。表2按照沸石的物化性質(zhì)與應(yīng)用方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系,列出了其應(yīng)用領(lǐng)域及具體的用途。

表2 天然沸石主要應(yīng)用領(lǐng)域[5]

由表2不難看出,沸石是一種高附加值的礦產(chǎn)資源,加強(qiáng)對(duì)其的綜合合理利用勢在必行。首先,在開拓去雜提純的選礦工作基礎(chǔ)上[6-7],對(duì)共(伴)生礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。例如,與沸石伴生的珍珠巖是制取洗滌工業(yè)新型助劑——4A沸石的優(yōu)質(zhì)礦石原料,既可降低成本,又可避免目前洗滌工業(yè)所造成的大面積環(huán)境污染,是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益雙收的一項(xiàng)工業(yè)措施。此外與沸石礦普遍伴生的膨潤土,可廣泛應(yīng)用于冶金球團(tuán)、鉆井泥漿、潤滑脂稠化劑、造紙、橡膠工業(yè)的填料、漂白劑等,具有明顯的綜合開發(fā)應(yīng)用效益[3]。

再者,經(jīng)過改性的天然沸石能夠滿足高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步對(duì)非金屬礦原料的要求,即：超細(xì)、超純、功能化[8]。天然沸石一般難于被工業(yè)直接利用,通過改性可使其性能優(yōu)化,大大提高其應(yīng)用程度[9-11]。作為天然沸石的補(bǔ)充,人工合成沸石也發(fā)展迅速,但人工合成沸石工業(yè)復(fù)雜且成本高,而天然沸石改性的成本比其要低20～100倍。P型、H型、Na型、Cu型、NH4型沸石都已經(jīng)用天然沸石改性獲得[12]。

3 展望與建議

3.1 地質(zhì)普查工作

我國沸石礦的礦床地質(zhì)與成礦規(guī)律的研究程度較低,直接影響著礦產(chǎn)資源量的擴(kuò)大與有關(guān)資源的綜合應(yīng)用。建議地質(zhì)礦產(chǎn)部門重視沸石地質(zhì)工作,提高勘探程度,確定適合我國的沸石工業(yè)指標(biāo)、礦床評(píng)價(jià)勘探方法。作出近期和遠(yuǎn)景的沸石地質(zhì)工作規(guī)劃,做好總量預(yù)測工作。加強(qiáng)邊遠(yuǎn)地區(qū)的沸石地質(zhì)普查評(píng)價(jià)工作,注意伴生礦產(chǎn)的綜合評(píng)價(jià)。從非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源[13]的角度評(píng)價(jià)和定量預(yù)測[14]沸石,無疑將對(duì)該資源的地位和被重視程度有深遠(yuǎn)影響。

3.2 選礦測試工作

加強(qiáng)沸石的礦物學(xué),物理化學(xué)方面的研究;加強(qiáng)對(duì)沸石礦的各種物化特征的綜合研究、系統(tǒng)測試,促進(jìn)沸石資源的綜合開發(fā)利用和 “因才施用、科學(xué)開發(fā)”;沸石測試應(yīng)推廣測溫法、銨交換容量法和X光粉晶衍射分析法,并積極開展旨在去除雜質(zhì)、提高沸石純度的選礦工作。沸石由于結(jié)晶粒度細(xì)小,且共生礦物復(fù)雜而難于選礦。深入開拓去雜提純的選礦工作、改進(jìn)工藝設(shè)備等,不但具有礦物學(xué)意義,而且更具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

3.3 開發(fā)工作

加強(qiáng)沸石資源的管理,在沸石高級(jí)用途未解決之前,對(duì)已發(fā)現(xiàn)的高品位、多性能的優(yōu)質(zhì)沸石產(chǎn)地要采取保護(hù)政策,防止亂采濫挖,優(yōu)質(zhì)劣用。沸石巖開采成本低,而其粗加工的沸石粉 (僅100～120目),其價(jià)就可達(dá)160～190元/t,4A沸石產(chǎn)品達(dá)1800～2500元/t左右。其他如化工等領(lǐng)域的深加工產(chǎn)品價(jià)格更高,是一項(xiàng)成本低、投資少,無任何環(huán)境污染,應(yīng)用領(lǐng)域廣闊,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著的投資項(xiàng)目。

3.4 應(yīng)用領(lǐng)域

我國沸石應(yīng)用現(xiàn)主要集中在建材工業(yè)、輕工業(yè)部分產(chǎn)品充填料和處理 “三廢”保護(hù)環(huán)境方面。借著當(dāng)前全球性大力發(fā)展環(huán)境材料的契機(jī),充分利用沸石所具有的優(yōu)良物理化學(xué)性能,將其開發(fā)成為具有環(huán)境修復(fù) (如大氣、水污染治理等)、環(huán)境凈化 (如殺菌、消毒、分離等)、環(huán)境功能代替(如替代環(huán)境負(fù)荷大的材料)和環(huán)境相容 (如生態(tài)建設(shè)等)等功能的礦物材料[12-15]。作為非傳統(tǒng)非金屬礦[16]的礦種之一,對(duì)沸石的利用應(yīng)該從 “數(shù)量速度型”轉(zhuǎn)向 “質(zhì)量效益型”。

3.5 基礎(chǔ)理論研究

性能是材料成分、結(jié)構(gòu)的綜合反映;性能要從成份、結(jié)構(gòu)入手,通過工藝來實(shí)現(xiàn)[17],因此,這方面的研究是材料研制的前提。對(duì)于沸石的各項(xiàng)物化性能研究程度低,且各礦山多以出售原礦石和粉礦為主,直接影響著沸石資源的綜合開發(fā)利用和新型產(chǎn)品的研制與推出。因此,加強(qiáng)沸石礦物材料的理論研究,進(jìn)一步弄清各種沸石的成份、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,必將有利于正確引導(dǎo)沸石資源的合理利用。

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