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(xué)研究院，河南 鄭州 450053；2.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)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(chǎn)資源，是主要的耐火材料原料之一，在研磨工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)和石油鉆井支撐劑、農(nóng)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(shù)較為簡單，耐火粘土的開采經(jīng)歷了大干快上、快速擴(kuò)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(shù)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(qiáng)、節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴(yán)格以及人工合成耐火原料的沖擊，耐火粘土礦產(chǎn)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(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)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(jù)《中國礦產(chǎn)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(shù)510余處，其中山西、河南、山東、內(nèi)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(fēng)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(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)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(diǎn)

（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(yuǎn)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(shù)地區(qū)外，全國其余27個省（市、自治區(qū)）均有發(fā)現(xiàn)。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(nèi)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(zhì)粘土分布在山西、內(nèi)蒙古、河北、遼寧、山東、河南及湖北7個省（區(qū)）；近7成的軟質(zhì)、半軟質(zhì)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(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)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(zhì)粘土和高鋁粘土更是我國的優(yōu)勢特色礦產(chǎn)。我國氧化鋁生產(chǎn)與耐火材料生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)礦少，對于高檔耐火材料的生產(chǎn)有較大影響。據(jù)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(zhì)耐火粘土和半軟質(zhì)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(shù)優(yōu)質(zhì)高鋁粘土資源被作為鋁土礦用于氧化鋁生產(chǎn)；硬質(zhì)粘土中，特級品僅占3%，Ⅰ級品占35%；軟質(zhì)粘土及半軟質(zhì)粘土中，Ⅰ級品占17%。因此，無論是高鋁粘土，還是硬質(zhì)粘土和軟質(zhì)（半軟質(zhì)）粘土，Ⅱ級品和Ⅲ級品占絕大多數(shù)[5]。

（4）與煤地層、鋁土礦關(guān)系密切，共伴生有用成分多。由于地質(zhì)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(nèi)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(chǎn)。在鋁礬土分布區(qū)，上覆巖層常產(chǎn)有工業(yè)煤層和優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r；在含礦巖系中共生有半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)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(chǎn)與開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 耐火粘土礦生產(chǎn)現(xiàn)狀

由于上世紀(jì)90年代過度開采和生產(chǎn)加工，導(dǎo)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(diǎn)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(yuǎn)景資源總量超100億t，但基礎(chǔ)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(chǎn)概況

耐火粘土礦主要用來生產(chǎn)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(chǎn)品。改革開放以來，在國內(nèi)鋼鐵、有色金屬、水泥和玻璃等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強(qiáng)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(chǎn)和出口大國。作為耐火材料原料的耐火粘土生產(chǎn)工藝技術(shù)和裝備水平不斷提升，滿足了耐火材料生產(chǎn)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(chǎn)資源的開發(fā)利用形勢低迷。

2.2.1 全國生產(chǎn)現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代中期，我國耐火粘土產(chǎn)量超過1100萬t/年，年出口超過110萬t，經(jīng)歷了2009年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的大幅下滑和2010年的短暫反彈后又逐漸恢復(fù)到目前的70～80萬t。

2006～2018年我國耐火粘土礦山礦石產(chǎn)量見表2。

表2 2006～2018年我國耐火粘土產(chǎn)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(chǎn)、汽車行業(yè)增速放緩，對鋼鐵需求下降，房地產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)減少。

2018年，我國共有耐火粘土有效采礦權(quán)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(chǎn)情況

（1）河南省。耐火材料生產(chǎn)大省河南省除賈家洼高鋁粘土礦尚能正常生產(chǎn)外其余全部停產(chǎn)。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(chǎn)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(chǎn)多年，許多停產(chǎn)礦山仍有大批不同品級礦石堆存，多數(shù)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(chǎn)大省山東省僅有7個采礦權(quán)人正常生產(chǎn)，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(dá)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(chǎn)業(yè)走向高端，區(qū)內(nèi)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(chǔ)。

（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(diào)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(chǎn)，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(shè)高鋁粘土燒結(jié)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，大力推進(jìn)節(jié)能減排，促進(jìn)全市高鋁粘土燒結(jié)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級，提高產(chǎn)業(yè)集中度和市場競爭力，提升產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)普通粘土磚。廣西、云南、新疆等省區(qū)有零星企業(yè)生產(chǎn)耐火粘土，河北承德、內(nèi)蒙古赤峰、遼寧本溪等地的耐火粘土礦企業(yè)大面積停產(chǎn)。

2.3 耐火粘土礦采選技術(shù)現(xiàn)狀

我國大部分耐火粘土礦床存在地質(zhì)條件復(fù)雜、品級層多且礦層厚度小的特點(diǎn)(特別是高鋁粘土礦床)，很難實現(xiàn)機(jī)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(jīng)破碎、篩分、煅燒后用于耐火材料生產(chǎn)，煅燒前也有經(jīng)過人工揀選。

部分耐火粘土采出礦石經(jīng)破碎、篩分后用于生產(chǎn)磚瓦建材。

在產(chǎn)耐火粘土礦基本均為單一礦產(chǎn)，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(chǎn)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(jìn)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(xì)粒生料可用于生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)，我國耐火原料、制品出口量在世界的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國資源儲量在世界的占比，出口資源的平均品質(zhì)也高于國內(nèi)消耗的品質(zhì)，耐火原材料的出口超出了我國的資源和國際義務(wù)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(fèi)。

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(qū)動，一些礦山不能做到貧富兼采，低品級礦石浪費(fèi)嚴(yán)重，資源消耗很快。另外，由于以前計劃經(jīng)濟(jì)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(shù)問題，需要管理部門和礦山企業(yè)共同努力，實現(xiàn)包括煤、鋁礬土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土、優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r及鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧在內(nèi)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(diǎn)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(fù)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(chǎn)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(fù)治理任務(wù)較重，已經(jīng)造成多省大面積停產(chǎn)，嚴(yán)重影響到耐火粘土生產(chǎn)和耐火材料原料供應(yīng)的可持續(xù)性。

3.3 礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理不當(dāng)，造成原料供應(yīng)緊張

由于受到采礦權(quán)投放數(shù)量的限制，一些地方粘土磚供不應(yīng)求，部分礦山企業(yè)拿著耐火粘土的采礦許可證，實際生產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)。而一些鋁業(yè)集團(tuán)的鋁土礦礦山由于礦石只能內(nèi)部銷售，所以只采達(dá)到一定鋁硅比的鋁土礦，而共伴生的低品位鋁礬土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)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(chǎn)業(yè)集約化程度低，市場話語權(quán)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(chǎn)業(yè)集中度較低，2018年正常生產(chǎn)的41家礦山企業(yè)中大型礦山僅有4家，而4家企業(yè)產(chǎn)量僅占全國產(chǎn)量的21.8%。具備完整產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品多樣化、系列化的企業(yè)較少，耐火粘土生產(chǎn)企業(yè)普遍在產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化、科研創(chuàng)新投入、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、抵御市場波動方面的能力嚴(yán)重不足，資源競爭、市場營銷的話語權(quán)不夠，影響了耐火材料行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。耐火材料行業(yè)還沒有出現(xiàn)如中鋁集團(tuán)一樣有國際影響力和全國產(chǎn)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(tuán)，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(jìn)耐火粘土資源的合理開發(fā)，實現(xiàn)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(zhì)量發(fā)展的保障能力，應(yīng)從提高耐火粘土資源綜合利用率、著力謀劃耐火材料產(chǎn)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(quán)價款評估、開發(fā)利用方案制訂、采礦設(shè)計時，要對煤、鋁礬土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土及其共伴生的石灰?guī)r、鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧進(jìn)行綜合評價、統(tǒng)籌兼顧，避免造成資源浪費(fèi)。（2）加快制定相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，打破以主礦產(chǎn)進(jìn)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(jìn)行安全生產(chǎn)管理的模式，在對礦床共伴生礦產(chǎn)進(jìn)行綜合評價的基礎(chǔ)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(shù)支撐。（4）推廣應(yīng)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(zhì)工藝，擴(kuò)大耐火粘土礦資源來源。（5）將低品位礦稅費(fèi)優(yōu)惠制度落到實處，方便貧富兼采企業(yè)辦理稅費(fèi)減免相關(guān)手續(xù)。（6）積極開展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合技術(shù)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(qiáng)綜合勘查評價，提高資源保障能力

我國耐火粘土礦遠(yuǎn)景資源量達(dá)100億t，但要真正供應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)，還需要加強(qiáng)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(chǎn)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(chǎn)資源多共伴生礦的特點(diǎn),應(yīng)根據(jù)《礦產(chǎn)資源綜合勘查評價規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，對耐火粘土礦、煤炭、鋁土礦及伴生有用成分進(jìn)行綜合勘查、評價。

4.3 鼓勵資源集約利用、產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，提高市場話語權(quán)

（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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)企業(yè)、其他耐火原料生產(chǎn)企業(yè)結(jié)成聯(lián)盟或組成企業(yè)集團(tuán)，努力實現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)品定價、國內(nèi)消費(fèi)與出口調(diào)配等方面掌握更大話語權(quán)，發(fā)揮品牌效應(yīng)，保障資源開發(fā)企業(yè)應(yīng)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(chǎn)企業(yè)集聚發(fā)展，尤其是熟料生產(chǎn)和耐火材料生產(chǎn)實現(xiàn)園區(qū)化，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、燃料供應(yīng)、廢氣凈化、污染治理方面利用公共投入實現(xiàn)成本最小化，為清潔生產(chǎn)、污染防治、能源資源高效利用奠定基礎(chǔ)。（4）完善行業(yè)規(guī)范條件，將綠色礦山建設(shè)水平、資源產(chǎn)出率作為耐火粘土行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要規(guī)范指標(biāo)，促進(jìn)耐火粘土生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級，延長資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，提高資源利用效益，盡可能避免行業(yè)內(nèi)低水平重復(fù)建設(shè)和無序競爭。

4.4 加強(qiáng)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(shù)和共伴生有用成分的綜合利用技術(shù)之外，還要針對影響耐火粘土可持續(xù)利用的共性關(guān)鍵技術(shù)，如綠色礦山建設(shè)中的低污染開發(fā)技術(shù)、低成本污染治理技術(shù)，低品位資源的加工利用、梯級利用技術(shù)（如陶瓷原料、耐磨材料、鉆井支撐劑等），影響行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的延伸產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)（如優(yōu)質(zhì)新原料及優(yōu)質(zhì)合成原料的研發(fā)，優(yōu)質(zhì)、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(shù)）開展科研攻關(guān)。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(xiàn)科技研發(fā)成果的轉(zhuǎn)化，應(yīng)充分發(fā)揮政府和行業(yè)協(xié)會的引導(dǎo)推動作用，促成由產(chǎn)、學(xué)、研、用各方共同組成的技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。