我國沸石資源的分布與開發利用及發展方向

柳婷婷,張壽庭,2

(1.中國地質大學 (北京)地球科學與資源學院,北京100083;2.中國地質大學 (北京)研究生院,北京100083)

沸石族礦物因其具有獨特的礦物學特征 (即作為架狀結構的硅酸鹽礦物,但擁有互相連通的孔道結構;活動性陽離子的存在;水分子的吸附與脫去),產生了眾多的物化性能,因而在眾多領域的應用備受國內外重視,且因其分布廣泛、產量大、經濟效益顯著而得到許多行業的青睞。例如沸石的吸附性、離子交換性、熱穩定性、耐酸性、催化性為其在建筑材料工業、環保領域、石油化工行業、輕工業、農牧業等上的應用提供了便利,成為廣泛應用的質優價廉的工業礦物原料。

隨著全球性礦產資源短缺、枯竭形勢的到來,非金屬礦產資源由于其開采容易,分布廣泛而越來越引起各方面的關注和重視。有著 “工業味精”之美譽的沸石在我國自1972年在浙江縉云被發現以后,在全國已發現產地400余處,在開發和應用領域取得了大量研究成果,逐漸成為重要的工業礦物之一。我國沸石資源集中分布于沿海發達地區,而且儲量大,品級高,礦石成本低,產品經濟價值高,優勢明顯。但我國的沸石工業較國外相比,起步較晚,導致研究程度和深度不足,利用程度較低。本文將對我國主要的沸石礦床的分布和利用現狀加以總結,并針對如何高效開發利用沸石資源提出展望和建議。

1 我國沸石礦床的分布

沸石的發現始于1756年。到目前為止,全世界已發現天然沸石40余種。中國已發現的沸石有：斜發沸石、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,其中以斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、片沸石最具工業價值。我國主要開發利用的是斜發沸石和絲光沸石[1]。

據不完全統計,我國已發現的近400處的沸石礦床 (點),主要分布在東部地區的黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古自治區、山西、河北、安徽、河南、浙江、廣西自治區、海南等省,總儲量約為30億t左右。其中浙江縉云、河北獨石口、黑龍江海林等地,是我國較大型的三個沸石礦床,儲量均在億噸以上[2]。我國東部瀕臨太平洋,中生代火山活動頻繁,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造盆地,這些火山噴發產物和供其沉積的構造盆地,為沸石形成提供了豐富的物質來源以及合適的地質環境。我國沸石礦床產出時代主要為中侏羅世—晚白堊世,由近似 “開放的”淡水湖、地下水系統,或火山期后熱水與火山玻璃碎屑反應而成。我國東部環太平洋區和西部古地中海區,是尋找沸石最有遠景的區域。

表1列出了我國一些主要的沸石礦床的產量、礦石質量、相關用途等。

表1 我國主要沸石礦床[3]

續表1

我國沸石礦床的礦種類型、品位、共 (伴)生礦床的特點可歸納為以下幾點：

1)已知的沸石礦產地中,礦石品級以中等偏富為特征,據 171處產地統計,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,我國以斜發沸石為主,而絲光沸石作為我國嚴禁原礦出口的礦產種類,產地少,儲量少。

2)與沸石礦共 (伴)生的礦產資源,據統計的374處產地中,有2種以上的礦產共生產地138處;其中沸石-珍珠巖、沸石-膨潤土組合礦產地118處;沸石、珍珠巖、膨潤土三種礦產組合產地20余處。

3)目前已發現的沸石礦床多數為斜發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。它們不但有相似的特征,而且產出粒度非常微細 (一般〈0.01mm)。

2 天然沸石的應用

沸石的幾項重要的物化性質使其在眾多領域中被應用。表2按照沸石的物化性質與應用方向的對應關系,列出了其應用領域及具體的用途。

表2 天然沸石主要應用領域[5]

由表2不難看出,沸石是一種高附加值的礦產資源,加強對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上[6-7],對共(伴)生礦產資源的綜合開發利用可帶來可觀的經濟效益。例如,與沸石伴生的珍珠巖是制取洗滌工業新型助劑——4A沸石的優質礦石原料,既可降低成本,又可避免目前洗滌工業所造成的大面積環境污染,是經濟、社會效益雙收的一項工業措施。此外與沸石礦普遍伴生的膨潤土,可廣泛應用于冶金球團、鉆井泥漿、潤滑脂稠化劑、造紙、橡膠工業的填料、漂白劑等,具有明顯的綜合開發應用效益[3]。

再者,經過改性的天然沸石能夠滿足高新技術產業及傳統產業技術進步對非金屬礦原料的要求,即：超細、超純、功能化[8]。天然沸石一般難于被工業直接利用,通過改性可使其性能優化,大大提高其應用程度[9-11]。作為天然沸石的補充,人工合成沸石也發展迅速,但人工合成沸石工業復雜且成本高,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型沸石都已經用天然沸石改性獲得[12]。

3 展望與建議

3.1 地質普查工作

我國沸石礦的礦床地質與成礦規律的研究程度較低,直接影響著礦產資源量的擴大與有關資源的綜合應用。建議地質礦產部門重視沸石地質工作,提高勘探程度,確定適合我國的沸石工業指標、礦床評價勘探方法。作出近期和遠景的沸石地質工作規劃,做好總量預測工作。加強邊遠地區的沸石地質普查評價工作,注意伴生礦產的綜合評價。從非傳統礦產資源[13]的角度評價和定量預測[14]沸石,無疑將對該資源的地位和被重視程度有深遠影響。

3.2 選礦測試工作

加強沸石的礦物學,物理化學方面的研究;加強對沸石礦的各種物化特征的綜合研究、系統測試,促進沸石資源的綜合開發利用和 “因才施用、科學開發”;沸石測試應推廣測溫法、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、提高沸石純度的選礦工作。沸石由于結晶粒度細小,且共生礦物復雜而難于選礦。深入開拓去雜提純的選礦工作、改進工藝設備等,不但具有礦物學意義,而且更具有重大的經濟意義。

3.3 開發工作

加強沸石資源的管理,在沸石高級用途未解決之前,對已發現的高品位、多性能的優質沸石產地要采取保護政策,防止亂采濫挖,優質劣用。沸石巖開采成本低,而其粗加工的沸石粉 (僅100～120目),其價就可達160～190元/t,4A沸石產品達1800～2500元/t左右。其他如化工等領域的深加工產品價格更高,是一項成本低、投資少,無任何環境污染,應用領域廣闊,經濟效益、社會效益顯著的投資項目。

3.4 應用領域

我國沸石應用現主要集中在建材工業、輕工業部分產品充填料和處理 “三廢”保護環境方面。借著當前全球性大力發展環境材料的契機,充分利用沸石所具有的優良物理化學性能,將其開發成為具有環境修復 (如大氣、水污染治理等)、環境凈化 (如殺菌、消毒、分離等)、環境功能代替(如替代環境負荷大的材料)和環境相容 (如生態建設等)等功能的礦物材料[12-15]。作為非傳統非金屬礦[16]的礦種之一,對沸石的利用應該從 “數量速度型”轉向 “質量效益型”。

3.5 基礎理論研究

性能是材料成分、結構的綜合反映;性能要從成份、結構入手,通過工藝來實現[17],因此,這方面的研究是材料研制的前提。對于沸石的各項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利用和新型產品的研制與推出。因此,加強沸石礦物材料的理論研究,進一步弄清各種沸石的成份、結構與性能之間的關系,必將有利于正確引導沸石資源的合理利用。

[1] 全國非金屬礦情報信息網.沸石[R].非金屬礦產資源開發和利用系列資料之八,1986.

[2] 田煦,周開燦,文化川.非金屬礦產地質學 [M].武漢：武漢工業大學出版社,1991：112.

[3] 徐旃章,張壽庭.我國沸石資源的分布、開發利用、前景與效益[R].成都：成都理工學院礦產資源評價研究所,1996.

[4] 錢祖廉,蔣威,徐榮校.礦產資源戰略分析——沸石 [R].地質礦產部全國地質資料局,1985：7-8.

[5] 趙立強,鄭存柱,陳艷梅.浙江省沸石資源開發現狀及發展對策 [J].礦產綜合利用,1999(5)：37-39.

[6] 邢鋒,丁浩,馮乃謙.天然沸石加工與改造技術的現狀及應用前景 [J].礦產綜合利用,1999(6)：32-36.

[7] 宗培新.我國現代非金屬礦深加工技術淺析[J].中國建材,2005(6)：37-39.

[8] 鄭水林,蘇桂軍,徐立銓,等.我國非金屬礦深加工技術現狀及發展前景 [J].中國非金屬礦工業導刊,1998(4)：8-11.

[9] 申少華,張術根,王大偉.天然沸石及其開發利用研究進展[J].礦產保護與利用,2000(4)：34-38.

[10] 傅東.天然沸石 (巖)深加工問題探討 [J].化工礦物與加工,2004(3)：35-37.

[11] 曹建勁.沸石改性及其吸附性能研究[J].化工礦物與加工,2002(12)：10-11.

[12] 楊贊中,廖立兵.沸石資源綜合利用的探討[J].山西建材,1998(4)：13-15.

[13] 趙鵬大.非傳統礦產資源概論[M].北京：地質出版社,2003.

[14] 陳建平,張壽庭,湯軍,等.非傳統礦產資源定量預測的理論思考 [J].地球物理學進展,2002,17(2)：342-347.

[15] 李紅陽,牛樹銀,王寶德.礦物材料與環境污染治理——以黏土礦物和沸石為例 [J].北京地質,2001,13(4)：8-12.

[16] 傅東.非傳統非金屬礦的功能特性及其發展前景 [J].非金屬礦,2002,25：20-24.

[17] 廖立兵.我國礦物材料研究現狀及幾個應該重視的發展方向 [C].全國第六屆礦物巖石地球化學學術交流會論文集,1998.