我國明礬石資源綜合利用現狀與發展前景研究

王曉琳，姬長生，任海兵

(中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221008)

1 明礬石資源概況

明礬石是含(OH)-的復雜硫酸鹽，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。我國明礬石儲量居世界第三位，已查明礦石儲量在3億t以上。主要產于浙江和安徽，分別占全國探明礦石儲量的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)亦見有明礬石礦床、礦點。我國明礬石礦資源豐富，能滿足國民經濟建設的需求。

2 明礬石的綜合利用現狀分析

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值的多元素礦產資源，以其作原料可生產40多種化工產品。在工業上，明礬石主要用于提煉明礬，也可綜合利用明礬石生產硫酸鉀、硫酸和氧化鋁等產品。明礬主要應用于印刷、造紙、制革、油漆等部門。硫酸鉀為無氯鉀肥，適用于煙草、果樹等經濟作物的施用。氧化鋁除用于煉鋁外，還是鋁系精細化工的優質原料。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狀分析

多少年來，明礬石礦主要以原礦或初加工產品出售。隨著經濟發展、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。

第一，明礬石儲量雖可觀，但受質量、市場需求和新產品開發，以及產業政策等的制約，產量難有大幅增長。目前，明礬石市場供大于求，資源保證程度極高，產品銷路尚待開拓。

第二，因其產品單一、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品。所以，改進生產工藝，加大綜合利用深度，抓緊生產市場緊缺、附加值高的產品，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綜合利用產品鏈，在具體的實施原則和方法下，分階段、分步驟說明如何實現明礬石綜合開發利用循環產業鏈。

3 明礬石礦開采開發綜合利用產品鏈主要思想及產品鏈介紹

3.1 明礬石礦開采開發綜合利用產品鏈主要思想

在建立較為成熟的以明礬、硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁等，同時處理廢渣、礬漿、礬煙等的明礬石加工利用主循環產業鏈的基礎上，進行補鏈建設，進一步精深加工和發展氫氧化鋁、氧化鋁、礬泥等系列化工產品，極大拓展和延伸明礬石礦開發利用循環產業鏈，逐步建成完整和成熟的明礬石綜合開發利用循環產業鏈。

3.2 明礬石綜合開發利用產品鏈介紹

在工業生產中，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品：不含氯的鉀肥、工業鉀鹽、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性質，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使用，約有40多個行業、200多種用途。明礬的作用主要體現在：保鮮、膨松、治療、粘合、除濕、凈水、軟化、保脆。明礬在工業上用量最大，約有19個行業使用。其中以造紙、制藥、染料色淀生產、食品加工應用為主。

硫酸鉀及其系列產品。硫酸鉀是一種最重要的無氯優質鉀肥，也是農作物所需硫的重要補充來源。它的鹽堿地指數僅為氯化鉀的40%，在世界鉀肥總產量中約占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品養殖，它不但能提高農產品產量，還能改善其品質。在工業上，硫酸鉀可用于制造過硫酸鉀、碳酸鉀、鉀水玻璃等化工產品，廣泛應用于染料、香料、醫藥、炸藥等產品的生產。

氫氧化鋁及其系列產品。氫氧化鋁是明礬石還原熱解法綜合利用的主要產品之一。氫氧化鋁是一種用于冶金、化工、石油、輕工、制藥、環保、電子等行業的重要化工原料。在石化行業，氫氧化鋁主用作催化劑、添加劑等；在其他行業，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，其凝膠液和干燥凝膠用作制酸藥中和胃酸和保護潰瘍面。大量生產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、醫藥、電子等方面的用途也越來越廣泛。

氧化鋁及其系列產品。氧化鋁是生產電解鋁的主要原料，世界各國氧化鋁產量的90%用來生產電解鋁；其次，作化工、醫藥、石油、耐火材料等原料。氧化鋁陶瓷是現代陶瓷(非硅酸鹽陶瓷)系列中應用最廣的一種。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品氫氧化鋁再加工而成。從明礬石及其產品二次加工，可制得一批氧化鋁系列產品，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，既污染環境，又白白流失大量有用成分。三廢中SiO2有的高達75%～85%，Al2O3可達55%。所謂廢料，卻是開發鋁鹽、多種硅系等產品的極好原料。目前，經試驗生產投放市場的產品有硫酸鋁、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品后，尚有大量廢渣——赤泥需要處理(以年產硫酸鉀3萬t計算，每年排出赤泥2000t左右)。赤泥為堿性物質，易堿化土地，污染地下水，嚴重危害人們健康。因此，合理利用赤泥的寶貴性能、綜合開發赤泥具有重要的經濟價值和社會意義。赤泥利用比較成功的是生產建筑材料。此外，赤泥可以用作新型墻材；作塑料填料；作硅肥添加劑；從中提取有價金屬。而且，以這種赤泥配合煤渣和少量礪灰，可制造蒸養磚。

礬泥(漿)的利用。礬泥，不僅污染環境，同時也造成了鋁資源的嚴重浪費，因此綜合利用礬泥(漿)有重要的經濟價值和社會意義。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的酸浸和堿浸加工鋁礬土。同時，礬泥還可以制成銨明礬、聚合鋁和可用作造紙填料等產品。

生產膨脹水泥。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渣等作為膨脹組分，經共同粉磨制成的具有膨脹性能的水硬性膠凝材料。調整其礦物組成，可以制得明礬石膨脹水泥、明礬石自應力水泥和明礬石高強水泥。它們的共同特點是具有補償收縮，后期強度高，能顯著提高混凝土的抗裂防滲能力。

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

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

4 明礬石礦開采開發綜合利用產品鏈實施方法

明礬石礦開采開發綜合利用產品鏈的實現，方需要分階段、分步驟，在一定方法和原則的指導下才能實現。

4.1 實施階段

第一階段，建立較為成熟的明礬石加工利用主循環產品鏈，即明礬石礦生產明礬、硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁等，同時處理廢渣、礬漿、礬煙等的產業鏈。除了對明礬的深加工外(傳統)，還要根據 “明礬石礦一次加工產品項目”重點規劃項目規劃，實現明礬石礦有效開發，同時很好的解決明礬石采選形成的“三廢”問題。

第二階段，在已經形成的明礬石礦主循環這個循環產業鏈的基礎上，進一步精深加工和發展氫氧化鋁、氧化鋁、礬泥等系列化工產品。根據“明礬石礦深度加工產品項目”和“循環開發及綜合利用項目”重點規劃項目規劃，提高產品科技含量和附加值。對明礬石礦開發利用主循環進行補鏈項目建設，極大拓展和延伸明礬石礦開發利用循環產業鏈，逐步建成完整和成熟的明礬石綜合開發利用循環產業鏈。

4.2 實施原則

(1)統一部署，層層推進。首先，應該建立明礬石礦循環產業鏈的主鏈，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，在建設產業鏈的初期可以是比較簡單的加工利用，隨著產業鏈的逐步建設，接下來就是進一步的精深加工和綜合利用，同時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。最終建成經濟、社會和生態綜合效益俱佳的明礬石礦綜合開發利用循環產業鏈。

(2)對于科技含量高、附加值高的產品，可以布局在市區或其他城市附近。這樣能夠充分利用市區的資金、技術、人才和較完善的基礎設施等相對優勢。

(3)在招商引資過程中，要注意吸引那些技術資金雄厚的知名大企業。綜合型大企業將憑借雄厚的技術和資金實力，能夠同時投資建設一系列項目，很快就能形成循環產業鏈的一個鏈條，從而促進循環產業鏈更好更快的建設，同時也將有助于加快技術改造和創新，加快引進國外先進技術和設備，加快調整產業、產品和市場結構，從而提高產品檔次和競爭力。

(4)對于綜合利用和處理排放物的企業，給予大力扶持和鼓勵政策。一些處理廢水、廢氣、廢渣等的企業和項目投資的經濟效益相對不高，但是對于整個循環產業鏈能夠實現真正的循環，從而實現零污染具有重要作用，對于整個產業鏈的經濟、社會和生態綜合效益具有重大貢獻。

4.3 實施方法

(1)選擇合適的工業園區。工業園區應當選擇具備交通便利、臨近明礬石礦等礦產資源、具有較豐富的人力資源等條件的區域。

(2)進行招商引資。要依據規劃的明礬石循環產業鏈，首先對于主鏈條相關的產品項目進行詳細規劃，并進行招商引資。

(3)逐步建立和完善基礎設施。園區的基礎設施建設可以和招商引資結合起來，根據招商引資項目建設的需要來進行基礎設施建設，這樣能夠有利于籌措資金，更好更快地針對工業生產實際需要進行基礎設施建設。

(4)有重點有步驟地建立產業鏈各個鏈條和鏈節點。明礬石循環產業鏈各個鏈節點之間相互依存、相互需要，尤其是主鏈條上的各鏈節點。為了避免“斷鏈”現象，主鏈條上的鏈節點項目應同步規劃和招商及投資建設。因此，在招商引資過程中，要盡可能吸引實力雄厚的綜合性企業進行系列項目投資建設。

明礬石礦循環產業鏈的主干鏈條建設完成后，接下來要把主干鏈條繼續延伸和擴展，進一步開發氧化鋁、氫氧化鋁、赤泥等的下游延伸產品，綜合回收利用尾礦和廢石中的有益元素，處理和循環利用廢水、廢石和廢渣，基本實現零排放和零污染，最終形成一個完整和成熟的明礬石礦綜合開發利用循環產業鏈。

(5)把明礬礦循環產業鏈與其他產業鏈有機結合，建立更大規模的循環產業鏈集群。在開發明礬石的延伸產品以及處理和循環利用廢水、廢石和廢渣的過程中，需要與其他產業相結合，需要其他的礦產資源作為原料。因此，需要做好明礬石礦循環產業鏈中與其他礦產資源和其他產業鏈交叉的關聯項目的規劃和建設工作，最終建

立一個循環產業鏈集群。

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