我國(guó)葉蠟石資源特征及其開發(fā)利用前景

杜 鵬

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

葉蠟石(Pyrophyllite)是一種層狀硅鋁酸鹽礦物，質(zhì)地細(xì)膩，呈白、灰白、淺綠、黃褐等色，珍珠或油脂光澤，有滑膩感，硬度低(1～2)，密度2．65g/cm3，熔點(diǎn)1 700℃，在水中無(wú)膨脹性和可塑性，吸水性差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有化學(xué)惰性、絕緣性、耐火性、耐酸性、熔點(diǎn)高、遮蓋性好、吸油率高和含水量低等特性[1]。葉蠟石主要由中酸性火山巖或火山凝灰?guī)r經(jīng)過(guò)低溫?zé)嵋鹤冑|(zhì)和蝕變而成[2]，其共生礦物組合比較復(fù)雜，常見共生礦物主要為石英、高嶺石、水鋁石，其次為黃鐵礦、玉髓、蛋白石、絹云母、伊利石、明礬石、水云母、金紅石、紅柱石、藍(lán)晶石、剛玉、地開石等。

1 葉蠟石資源概況

1.1 分布特征

我國(guó)是世界上葉蠟石礦儲(chǔ)量最豐富的國(guó)家之一，其已探明儲(chǔ)量?jī)H次于日本和韓國(guó)[2]。我國(guó)葉蠟石礦床絕大多數(shù)分布在東南沿海中生代火山巖區(qū)。從儲(chǔ)量上看，福建和浙江兩省是我國(guó)葉蠟石礦產(chǎn)最多的省份，其次是江西、內(nèi)蒙、北京和新疆等省(區(qū)、市)[3-4]；在廣東、黑龍江、貴州、河北、云南、陜西、四川、青海和山東等省(區(qū))也有分布(圖1)。

1.2 資源儲(chǔ)量

截至2016年，我國(guó)葉蠟石礦區(qū)數(shù)量達(dá)到67個(gè)，基礎(chǔ)儲(chǔ)量3 411．71萬(wàn)t，儲(chǔ)量950．89萬(wàn)t，資源量達(dá)到6 868．27萬(wàn)t，查明資源儲(chǔ)量10 279．98萬(wàn)t(表1)[5]。

表1 我國(guó)葉蠟石儲(chǔ)量 (單位：萬(wàn)t)

2 礦石應(yīng)用特性及應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 礦石應(yīng)用特性

根據(jù)葉蠟石利用的方式，可分為兩類：①利用其物理性能，使用中不破壞其晶格結(jié)構(gòu)。如：各種填料。要求的技術(shù)指標(biāo)為：白度、細(xì)度、含鐵量、礦物雜質(zhì)等；②利用其化學(xué)組分，使用中葉蠟石晶體結(jié)構(gòu)被破壞，如玻纖、玻璃、陶瓷、耐火材料等。要求的技術(shù)指標(biāo)為有用的化學(xué)成分和雜質(zhì)成分，玻纖用葉蠟石中SiO2、Al2O3為有用成分，而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O在玻纖中為有害成分。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

葉蠟石可作傳統(tǒng)工業(yè)雕刻石料，也用作陶瓷、玻璃原料、耐火材料、潤(rùn)滑劑、橡膠、紙張、醫(yī)藥、化妝品、洗滌劑、涂料的填料[6]。

(1) 玻纖工業(yè)。在玻纖生產(chǎn)中使用葉蠟石作為主要原料，其中Al2O3含量以18%～22%的中鋁葉蠟石為佳，Al2O3含量過(guò)高或過(guò)低都對(duì)生產(chǎn)工藝有很大影響[7]。利用其合理鋁硅比，代替鋁粉降低成本，提高機(jī)械玻纖強(qiáng)度。

(3) 陶瓷工業(yè)。葉蠟石含有較高的Al2O3，耐熱性好、白度高，在高溫下收縮量小，是制作陶瓷的理想原料?？捎糜谥谱魅沼锰沾伞⒔ㄖ靶l(wèi)生陶瓷、電瓷、化工耐腐蝕陶瓷及特種陶瓷等。以葉蠟石為主要原料的釉面磚，具有性能穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好、坯釉適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中能減少產(chǎn)品的變形、龜裂及濕膨脹[6-7]。

(4) 耐火材料。葉蠟石熔點(diǎn)高、耐高溫(耐火度≥1 700℃)，是制造硅酸鋁耐火材料的原料，可制熔煉光學(xué)玻璃和玻璃纖維用的坩堝。由于耐火材料范圍較寬，可在葉蠟石礦物中添加一些其他特性礦物，形成新的耐火材料，如利用鋁廠污泥與葉蠟石為主要原料，制備莫來(lái)石耐火材料[7]。

(5) 化工、輕紡工業(yè)。葉蠟石超細(xì)粉體粒度細(xì)、質(zhì)量均勻、缺陷少，表面活性高，作為復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)性能好，可作為塑料、橡膠、涂料填料，化工吸附劑，添加劑、漂白劑、制作去垢劑。

(6) 人造金剛石。葉蠟石晶體結(jié)構(gòu)屬于連續(xù)層狀硅氧四面體，分子層間易于滑動(dòng)而產(chǎn)生蠕變，硬度低，具有較低的抗剪強(qiáng)度和較好的電熱絕緣性，且價(jià)格低廉，是高壓合成金剛石的固體傳壓介質(zhì)和密封材料。

(7) 工藝品。利用葉蠟石色彩美觀、光澤度好、質(zhì)地柔軟的特性，可雕刻工藝品、印章等。如青田石、凍石、壽山石、巴林石、雞血石等。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn) 兩組患者均符合《中華外科雜志》編委會(huì)、中華醫(yī)學(xué)會(huì)外科分會(huì)肛腸外科學(xué)組2000年制定的《痔診治暫行標(biāo)準(zhǔn)》。

3 開發(fā)利用現(xiàn)狀

2016年，我國(guó)葉蠟石產(chǎn)量約600萬(wàn)t。全國(guó)有葉蠟石礦山企業(yè)約110座左右，其中53家獲得的采礦權(quán)證上明確指明為葉蠟石礦山。目前，國(guó)內(nèi)大型礦山12家以上(年產(chǎn)10萬(wàn)t以上)，其中規(guī)模在20萬(wàn)t的礦山4家，中型礦山25家以上(年產(chǎn)5～10萬(wàn)t)，大型礦山相對(duì)集中區(qū)域有福建、浙江沿海地區(qū)。從礦山規(guī)模上看，我國(guó)小型葉蠟石礦山企業(yè)仍較多，但集中度明顯好于我國(guó)大多數(shù)其他非金屬礦的礦山。主要原因有兩個(gè)：①我國(guó)葉蠟石產(chǎn)地比較集中，且分布于經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的浙江、福建，加上政府管理到位，礦山的整合力度較大；②玻纖、陶瓷產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，迫使大型玻纖、陶瓷企業(yè)加大了對(duì)其上游原料產(chǎn)業(yè)的控制力度，通過(guò)企業(yè)購(gòu)入、控股、兼并、重組優(yōu)化了葉蠟石礦山發(fā)展。通過(guò)對(duì)53家葉蠟石礦山企業(yè)的資料分析，大型中葉蠟石礦山的開采利用率在75%～92%，平均達(dá)到80%。而小型多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦山，缺少資金投入和科學(xué)開采規(guī)劃，開采方式落后，資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，資源利用率僅50%～70%。

3.1 主要產(chǎn)區(qū)情況

福建葉蠟石產(chǎn)量約200萬(wàn)t以上，約占全國(guó)的近一半左右，大型礦山有福州峨嵋葉蠟石礦、壽山葉蠟石礦、閩清白中葉蠟石礦等。福州峨嵋葉蠟石礦是中國(guó)目前儲(chǔ)量最大的葉蠟石礦，年產(chǎn)工業(yè)葉蠟石35萬(wàn)t，雕刻用葉蠟石200t[8]，其他主要礦山有福州壽山、永新縣、福安縣、閩侯西坑、寧德龜山、寧德白巖、古田西坑等。

浙江葉蠟石產(chǎn)量約180～200萬(wàn)t，全省葉蠟石大型礦山主要有青田、泰順、上虞等地。僅青天縣現(xiàn)有葉蠟石礦山6家，葉蠟石加工企業(yè)約15家，主要以加工葉蠟石粉為主。每年開采的葉蠟石原礦約為45萬(wàn)t，開采出的葉蠟石有80%以上是用于低檔的陶瓷行業(yè)[9]。其他葉蠟石礦山分布于云和縣、嵊縣、常山縣、青田縣山口、楠木宕、泰順白佯、大泉里峽、仙居大洪地、臨海、天臺(tái)寶華山礦山等地。

內(nèi)蒙古葉蠟石礦山主要集中在通遼—赤峰一帶，主要葉蠟石礦山位于阿魯科爾沁旗、巴林右旗、克什克騰旗、敖漢旗、扎魯特旗宏達(dá)、萬(wàn)利、哈拉哈達(dá)、罕山、雙龍、烏蘭察布勿布林。近年產(chǎn)量增加較快，約產(chǎn)各種葉蠟石60萬(wàn)t以上。

3.2 其他產(chǎn)區(qū)情況

其他省份也分布有少量葉蠟石礦山。牡丹江東寧是黑龍江最大的葉蠟石礦山企業(yè)，年產(chǎn)葉蠟石10萬(wàn)t以上。其他省區(qū)葉蠟石礦山分布于廣西防城港、廣東梅州、四川安康、新疆吉林薩爾、陜西商南、山西代縣、河北圍場(chǎng)、河南平頂山、遼寧朝陽(yáng)、鞍山等地，估算總計(jì)產(chǎn)量50萬(wàn)t以上。

福建壽山、內(nèi)蒙古巴林、廣東梅州產(chǎn)出的部分葉蠟石石質(zhì)好，礦石為微透明—半透明為主，硬度適中(摩氏硬度為2～3)，色彩豐富，礦石塊度大，質(zhì)量等級(jí)主要為2～3級(jí)，少量達(dá)1級(jí)，屬雕刻印章、擺件工藝材料。

北京門頭溝葉蠟石礦床屬高鋁型，其最大特點(diǎn)是在高溫下絕熱性與導(dǎo)壓性能較之國(guó)內(nèi)同類礦石更為優(yōu)越，物理化學(xué)性能更為穩(wěn)定，因而被最廣泛用于合成金剛石制造業(yè)，占該行業(yè)用量的98%以上[9]。受環(huán)保所限，目前處于半停產(chǎn)狀態(tài)。

4 葉蠟石開發(fā)利用前景

4.1 替代資源分析

葉蠟石主要為玻纖原料提供了SiO2、Al2O3基本組分。從礦產(chǎn)資源角度，滿足該組分要求的主要應(yīng)為鋁硅酸鹽類礦物，除了葉蠟石外，高嶺土、膨潤(rùn)土、地開石、鈣長(zhǎng)石、沸石及其長(zhǎng)石砂巖、中基性侵入巖等都有可能成為玻纖葉蠟石的代替原料。

(1) 高嶺土。

嚴(yán)格說(shuō)高嶺土也是玻纖用的原料之一。歐美國(guó)家和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的玻纖企業(yè)均采用精選或質(zhì)地好的高嶺土替代葉蠟石，生產(chǎn)高強(qiáng)度和電子級(jí)的玻璃纖維，產(chǎn)品質(zhì)量好[10]。我國(guó)的云南、宜昌、廣西等地生產(chǎn)的玻纖用高嶺土(軟質(zhì)高嶺土)的應(yīng)用已經(jīng)獲得成功，宜昌、廣西兩地高嶺土已經(jīng)用于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的玻纖生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展已逐漸應(yīng)用于玻纖粗紗中。但與進(jìn)口產(chǎn)品在質(zhì)量方面與國(guó)外仍有差距，主要是國(guó)產(chǎn)高嶺土易吸濕，在儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，容易結(jié)塊，氣流輸送方面還存在問(wèn)題。我國(guó)內(nèi)蒙古、山西等地區(qū)煤系高嶺土儲(chǔ)量巨大，該高嶺土不會(huì)吸潮，而且含鋁量非常穩(wěn)定，一般Al2O3含量在36%～38%，但是C含量高，COD值往往在2 000～3 000，必須經(jīng)過(guò)煅燒去碳，降低C含量，因成本還比較高，其在玻纖用應(yīng)用尚未獲得突破。一旦突破高嶺土中問(wèn)題，將徹底解決我國(guó)玻纖原料緊張的局面。該類產(chǎn)于石炭—二疊系煤系地層中，也就是煤系高嶺土，廣泛分布于內(nèi)蒙、山西、河北唐山、陜西銅川、山東淄博、新汶等地，是我國(guó)玻纖用葉蠟石最大的潛在資源。

(2)白泡石。

這是一種鈣長(zhǎng)石砂巖，重慶玻纖已經(jīng)大量使用。該資源在四川、湖北、廣西等地分布，開采方便，價(jià)格便宜。

從化學(xué)成分看，白泡石以SiO2與Al2O3為主，其成分與葉蠟石、石英粉的對(duì)比見表2[11]。其特點(diǎn)是低鐵、低堿，但與葉蠟石相比，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。白泡石用于高鋁玻纖品種必須配入其他的高鋁礦物，對(duì)于低鋁玻纖品種，白泡石在配方中均可以計(jì)算引入，代替低鋁葉蠟石在玻璃纖維中的使用，且對(duì)熔制不會(huì)產(chǎn)生影響。

表2 白泡石與葉蠟石、石英粉成分對(duì)比

玻纖中使用的白泡石在取代葉蠟石時(shí)，需要使用更多的高嶺土，而市場(chǎng)上通常高嶺土的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，因此，使用白泡石取代葉蠟石，將導(dǎo)致玻纖中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯上升，在目前的技術(shù)水平下，很難保證玻纖顏色不發(fā)生變化。其他成分與葉蠟石中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別不大[11]。

目前重慶玻纖對(duì)白泡石的質(zhì)量要求，Al2O3≥10%，F(xiàn)e2O3≤0．4%，R2O≤0．65%，當(dāng)Al2O3為9%～10%，F(xiàn)e2O3為0．4%～0．45%，R2O為0．65%～0．75%，可有條件使用。在玻璃纖維生產(chǎn)中，用白泡石取代葉蠟石，可降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)大宗原料本地化，減緩對(duì)葉蠟石資源供不應(yīng)求的局面[11]。

鋁硅酸鹽礦物在地殼中分布廣泛，種類繁多，除了高嶺土、葉蠟石外，還有鈣長(zhǎng)石、沸石、膨潤(rùn)土、地開石、伊利石等。玻纖企業(yè)應(yīng)積極探索新配套、新工藝，對(duì)現(xiàn)有配方進(jìn)行改進(jìn)，這些鋁硅酸鹽礦物均有可能成為玻纖的潛在資源。

4.2 資源開發(fā)利用方向

(1) 開展重點(diǎn)地區(qū)葉蠟石資源地質(zhì)找礦。

通過(guò)基礎(chǔ)地質(zhì)和葉蠟石成礦條件分析，葉蠟石成礦條件較好的省區(qū)有浙江、福建、內(nèi)蒙，其次為安徽、江西、廣東，可在重點(diǎn)地區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查和勘探工作。同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)擴(kuò)大現(xiàn)有葉蠟石礦區(qū)外圍找礦，或加大礦床勘探程度，擴(kuò)大葉蠟石的資源儲(chǔ)量，或提升高級(jí)儲(chǔ)量比例，優(yōu)化我國(guó)葉蠟石的儲(chǔ)量結(jié)構(gòu)。

(2) 加強(qiáng)葉蠟石選礦除鐵工藝研究。

我國(guó)葉蠟石中Fe2O3含量普遍較高，而且與Al2O3相比，高Fe2O3才是限制我國(guó)玻纖用葉蠟石資源的主要問(wèn)題。經(jīng)研究，我國(guó)葉蠟石Fe2O3含量分布在0．25%～1．5%區(qū)間的占82%以上。統(tǒng)計(jì)推算，經(jīng)過(guò)選礦除鐵后，假如Fe2O3含量降低0．1%，那么玻纖葉蠟石的可供給量可增加8%(圖2)。綜上所述，在現(xiàn)有葉蠟石資源現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，單純利用選礦除鐵技術(shù)就能提高我國(guó)玻纖葉蠟石資源可供量，除鐵是提高資源保障的可行方法之一。

(3) 積極利用國(guó)外資源。

近年我國(guó)的大公司如中國(guó)巨石、重慶國(guó)際也邁開“走出去”步伐，在國(guó)外投資建廠，從發(fā)展情況來(lái)看，既節(jié)約本國(guó)資源，保護(hù)環(huán)境，又利用海外投資來(lái)代替貿(mào)易出口，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球市場(chǎng)的占領(lǐng)。據(jù)國(guó)際玻纖協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，亞洲特別是東南亞是未來(lái)5～10年玻纖產(chǎn)量和消費(fèi)量增加最快的地區(qū)。開展一帶一路沿線國(guó)家葉蠟石資源調(diào)研，一方面服務(wù)于海外玻纖市場(chǎng)布局，另一方面，通過(guò)貿(mào)易獲得國(guó)外礦產(chǎn)資源，以滿足國(guó)內(nèi)玻纖原料的需求，同時(shí)達(dá)到將國(guó)內(nèi)有限的資源保護(hù)和儲(chǔ)備起來(lái)，從而達(dá)到可持續(xù)供應(yīng)目的。

(4) 建立標(biāo)準(zhǔn)化玻纖原料生產(chǎn)基地。

從發(fā)達(dá)國(guó)家玻纖工業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，為了統(tǒng)一為玻纖企業(yè)提供質(zhì)量穩(wěn)定、滿足加工要求的標(biāo)準(zhǔn)化原料；建立完善的標(biāo)準(zhǔn)化原料檢驗(yàn)檢測(cè)及配送系統(tǒng)，以專業(yè)化的配送信息系統(tǒng)、物流系統(tǒng)為企業(yè)提供及時(shí)的原料供應(yīng)，保證集團(tuán)玻纖企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，從而引領(lǐng)我國(guó)玻纖行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，建立統(tǒng)一的原料均化基地是保障玻纖質(zhì)量穩(wěn)定的重要手段。