青海石灰巖資源特征及高值化利用建議

雷 恩

(中國建筑材料工業地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810008)

石灰巖是常見的一種非金屬礦產，用途極為廣泛。在現代工業中，石灰巖是生產水泥、石灰、純堿、電石的主要原料，是冶金工業中不可缺少的熔劑[1]。優質石灰巖經超細加工成納米級碳酸鈣后，被廣泛應用于造紙、橡膠、油漆、涂料、醫藥、化妝品、飼料、密封、粘結、拋光等產品的制造中。因此，對于此類深加工的超細粉體需求持續增長，市場前景好。青海石灰巖礦資源較為豐富，分布相對集中，且品質好。目前青海省內開發利用的石灰巖多用于生產水泥、純堿和燒堿，此類產業對環境影響較大，尤其是制堿行業產生較多的堿渣和廢液，地方環保壓力大。本文旨在總結青海石灰巖資源特征，分析國內石灰巖深加工行業及產品需求現狀，提出省內石灰巖的高值化利用建議，做到環境友好、綠色高效的可持續發展。

1 資源特征

截至2018 年底，青海已發現石灰巖礦產地100余處，累計查明石灰巖資源儲量84.90×108t[2](其中電石用38.87×108t，制堿用16.58×108t，水泥用30.77×108t，熔劑用0.68×108t)。保有石灰巖資源儲量83.78×108t，其中，保有電石用石灰巖資源儲量38.81×108t，占全國的50.93%，排名全國第1[3]；保有制堿用石灰巖資源儲量14.47×108t，占全國的33.56%，排名全國第1[4]；保有熔劑用石灰巖資源儲量0.68×108t，占全國的0.47%，排名全國第25；保有水泥用石灰巖資源儲量29.83×108t，占全國的2.08%，排名全國第20 位[3]。查明資源儲量的石灰巖礦產地主要分布于海西州德令哈市、格爾木市、大柴旦鎮、天俊縣和西寧市湟中縣，其他地區零星分布(圖1)。

青海石灰巖為化學、生物化學沉積型礦床，其產出嚴格受地層層位控制，主要賦礦層位有中元古界花石山群克素爾組、中寒武統毛家溝組、奧陶—志留系納赤臺群、下石炭統懷頭他拉組、三疊系郡子河群大加連組，這些地層多是碳酸鹽沉積地層或有碳酸鹽段產出。

石灰巖形成時代從中元古代到三疊紀均有，并集中形成于石炭紀和三疊紀，有礦產地51 處，探明資源量占全省的83.12%，代表礦床有德令哈市旺尕秀石灰巖礦床、天峻縣天青山石灰巖礦床；次為奧陶紀，有礦產地17處，探明資源儲量占全省的7.64%，代表礦床有格爾木市石灰窯石灰巖礦床；中元古代薊縣紀礦產地7 處，探明資源儲量占全省的5.88%，代表礦床有湟中縣門旦峽石灰巖礦床；寒武紀礦產地13 處，探明資源儲量占全省的3.36%，代表礦床有互助縣柏木峽光山石灰巖礦床。

青海電石用石灰巖質量特征為CaO 54.68%～55.51%，平 均55.05%；MgO 0.21%～0.85%，平均0.39%；SiO20.37%～0.58%，平均0.48%；Al2O30.11%～0.60%，平均0.25%；Fe2O30.03%～0.37%，平均0.14%。制堿用石灰巖質量特征為CaCO394.02%～97.77%，平均96.06%；MgO 0.18%～0.98%，平均0.48%；SiO20.91%～3.56%，平均1.89%；R2O30.29%～0.39%，平均0.34%。熔劑用石灰巖質量特征為CaO 52.02%～54.71%，平均53.31%；MgO 0.49%～1.94%，平均0.97%。水泥用石灰巖質量特征為CaO 49.00%～55.16%，平均53.08%；MgO 0.12%～1.47%，平均0.90%；K2O+Na2O 0.06%～0.35%， 平 均0.15%；fSiO20.40%～3.73%，平均1.24%。

圖1 青海石灰巖礦分布簡圖

2 開發利用歷史與現狀

解放前，青海石灰巖僅用于燒制石灰。1958 年，隨著青海毛家寨水泥廠的建成投產，石灰巖礦的開發利用進入了新的歷史時期。隨后，青海省化工、冶金等行業逐步興起，石灰巖的應用領域進一步拓寬。改革開放以后，各項事業飛速發展，基礎建設規模不斷增長，青海省水泥產能從數十萬噸迅速增長到數百萬噸。同時制堿、電石等行業也在發展，石灰巖礦的需求也迅速增長。改革開放至本世紀初，青海省石灰巖礦主要用于水泥制造，其次是燒制建筑用石灰，化工、冶金等行業用量十分有限。

進入21 世紀，青海制堿、電石等行業迅猛發展，石灰巖礦開采規模也急劇增大。石灰巖礦從主要建材原料礦產，變成了重要的化工原料礦產。目前青海石灰巖主要用于水泥、制堿、電石等行業。西寧市周邊石灰巖礦主要用作水泥原料；德令哈旺尕秀礦區石灰巖礦石質量好，多用于制堿和生產電石；大柴旦地區的石灰巖多用于制堿；格爾木地區的石灰巖則多用作水泥原料。據《青海統計年鑒2020》[5]，2019 年青海生產水泥1 340 萬t(每噸產品需1.32t 石灰巖)，生產碳酸鈉(純堿)453 萬t(每噸產品需1.5t 石灰巖)，氫氧化鈉(燒堿)42 萬t(每噸產品需1.8t 石灰巖)；2018 年生產碳化鈣(電石)8 萬t(每噸產品需0.9t石灰巖)。合計每年消耗石灰巖原礦約2 500 萬t。

3 我國石灰巖高值利用現狀及發展趨勢

我國石灰巖礦資源豐富，傳統用途主要用于生產水泥、電石、制堿、燒制石灰、冶金熔劑、建筑石料等。隨著科技進步和納米技術的發展，石灰巖(碳酸鈣)粉體的應用領域不斷拓寬，呈現高值化利用趨勢。石灰巖高值利用主要表現為用于生產重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣(納米碳酸鈣或超細碳酸鈣)，簡稱為碳酸鈣產業。碳酸鈣廣泛應用于造紙、塑料、涂料、橡膠、油墨、化學建材、粘接劑和密封材料、飼料、日化、食品、藥品等諸多領域，也可用作膳食補充劑和抗酸劑，是目前應用最廣、用量最大的無機非金屬礦物粉體。近年來上述終端行業對輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣的需求始終表現為穩步提升態勢。

依托豐富而優質的石灰巖、方解石資源以及廣闊的消費市場，我國碳酸鈣產業經歷了不斷進步和成長的幾個階段，逐步發展成為世界碳酸鈣產業大國，特別是近十余年一直保持世界碳酸鈣生產和消費的第一大國地位，輕質碳酸鈣的生產和消費量均達到世界總量的50%以上，重質碳酸鈣產量約占世界總量的25%以上[6]。圍繞石灰巖礦產地，我國已形成十大碳酸鈣產業基地[10]，分別是廣西賀州、江西永豐、浙江建德、河南南召、廣東連州、浙江衢州、安徽池州、河北井陘、湖南臨武、四川寶興。

2019 年我國碳酸鈣行業產量3 595 萬t，其中輕質碳酸鈣產量1 350 萬t，重質碳酸鈣產量2 245 萬t；進口量4.9 萬t，出口量12.2 萬t，表觀消費量3 587.7 萬t[7]。我國雖是碳酸鈣生產大國，但受資源、技術、資金、場地、成本控制等限制，很多企業生產技術落后，存在產業層次低、資源消耗高、環境污染重、土地和能源集約節約程度低、高端人才匱乏、企業自主創新能力不足等諸多問題，仍不是碳酸鈣產品生產強國。

2020 年新冠肺炎疫情給我國經濟造成了較大沖擊，但對于碳酸鈣行業來說，2020 年國內市場依舊火熱，全年共有16 個碳酸鈣項目開工、14 個碳酸鈣項目簽約[8]。各項目分布于廣西、湖北、山東、四川、湖南、安徽等地，其中廣西地區備受青睞，項目多達14 個。高值利用深加工目標產品有氧化鈣、活性氧化鈣、工業氫氧化鈣、食品級氫氧化鈣、納米碳酸鈣、超細重質碳酸鈣、食品藥品碳酸鈣及復合粉體新材料等。2021 新年伊始，市場對碳酸鈣的追捧熱度持續不減，根據廣西壯族自治區重大項目建設推進領導小組辦公室下達的《2021 年第一批自治區層面統籌推進重大項目建設方案》，提出了2021 年第一批自治區層面統籌推進重大項目共1 724 項，其中涉及氧化鈣、重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、納米碳酸鈣等項目共22 個[9]。

根據新思界產業研究中心發布的《2018-2023年我國碳酸鈣行業市場深度調研及發展前景預測報告》，目前我國碳酸鈣廠家約1 000 家，其中重鈣廠家500 多家，市場競爭激烈。歐米亞、英格瓷、邱博等規模較大的跨國公司通過其在我國沿海的“橋頭堡”式工廠滲透我國市場?？鐕髽I依靠強大的研發能力、穩定可靠的產品質量、精良的儀器、良好的品牌信譽，占據了國內大部分高端市場，價格普遍比國產同類產品高1～3 倍。相比國外領先企業，我國本土重質碳酸鈣企業規模普遍較小，競爭力不強，主要為中低端產品市場。不過，近年來國內企業綜合競爭實力持續提升，一批實力較強的本土企業相繼涌現，高端產品市場正逐步打破外資企業或其在華企業的壟斷局面。廣西科隆、江西廣源化工、廣福建材、廣西金山化工、山西蘭花等優勢企業在產品質量水平和性價比方面日益具備和國際品牌競爭的實力。

隨著我國經濟提出高質量健康發展要求，高端碳酸鈣產品在塑料、橡膠、涂料、造紙等行業的需求量將會急劇增加，今后很長一段時間內碳酸鈣產業具有旺盛的發展前景。但從2019 年開始，全球經濟呈現增速降緩，全球技術和產品同質化導致全球市場競爭強烈，國外對高端碳酸鈣產業核心技術及裝備限制更為嚴格，這對需求高端碳酸鈣產品的企業提出了新的挑戰，但也給我國高端碳酸鈣產品行業提供了機遇，國產的高檔納米碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫用級和食品級碳酸鈣產品的開發必將加快進度；同時功能化、專用化的碳酸鈣產品也是今后碳酸鈣產品發展的方向；另外改良碳酸鈣粉體性質的新型表面活性劑開發也是碳酸鈣產業亟需攻克的難題[6]。

4 資源優勢及高值化利用建議

青海保有電石用石灰巖和制堿用石灰巖資源儲量排名全國第1，優質石灰巖礦主要分布于柴達木盆地的德令哈地區，其中德令哈市旺尕秀南山石灰巖礦查明資源儲量23.59 億t(電石用12.18 億t，制堿用5.32 億t，水泥用6.09 億t)。該礦位于柴達木循環經濟試驗區內，有較好的開發利用政策支持。根據省內石灰巖資源特征，提出以下高值化利用建議。

(1)根據石灰巖的區域分布、質量特征和市場需求，開展分級高值利用、產業布局研究，做到資源優質優用，提高優質石灰巖的利用價值。

(2)加強政策引導和支持力度，堅持綠色發展與開發，優化資源配置，合理高值高效利用，對資源吃干榨盡，做到資源價值和社會效益最大化，實現經濟高質量發展。

(3)根據石灰巖質量特征，將CaO 含量＞54%的優質石灰巖用于生產碳酸鈣深加工產品，借助“一帶一路”發展機遇，走出國門，主要出口中亞國家，部分用于省內及周邊地區塑料、涂料、醫藥等行業；將CaO 含量在48%～54%的中品質石灰巖用于生產氧化鈣及氫氧化鈣，用于省內冶金熔劑、化工及食品深加工等行業；將CaO 含量＜48%的低品質石灰巖用作水泥原料和建筑骨料等。