我国沸石资源的分布与开发利用及发展方向

柳婷婷,张寿庭,2

(1.中国地质大学 (北京)地球科学与资源学院,北京100083;2.中国地质大学 (北京)研究生院,北京100083)

沸石族矿物因其具有独特的矿物学特征 (即作为架状结构的硅酸盐矿物,但拥有互相连通的孔道结构;活动性阳离子的存在;水分子的吸附与脱去),产生了众多的物化性能,因而在众多领域的应用备受国内外重视,且因其分布广泛、产量大、经济效益显著而得到许多行业的青睐。例如沸石的吸附性、离子交换性、热稳定性、耐酸性、催化性为其在建筑材料工业、环保领域、石油化工行业、轻工业、农牧业等上的应用提供了便利,成为广泛应用的质优价廉的工业矿物原料。

随着全球性矿产资源短缺、枯竭形势的到来,非金属矿产资源由于其开采容易,分布广泛而越来越引起各方面的关注和重视。有着 “工业味精”之美誉的沸石在我国自1972年在浙江缙云被发现以后,在全国已发现产地400余处,在开发和应用领域取得了大量研究成果,逐渐成为重要的工业矿物之一。我国沸石资源集中分布于沿海发达地区,而且储量大,品级高,矿石成本低,产品经济价值高,优势明显。但我国的沸石工业较国外相比,起步较晚,导致研究程度和深度不足,利用程度较低。本文将对我国主要的沸石矿床的分布和利用现状加以总结,并针对如何高效开发利用沸石资源提出展望和建议。

1 我国沸石矿床的分布

沸石的发现始于1756年。到目前为止,全世界已发现天然沸石40余种。中国已发现的沸石有：斜发沸石、丝光沸石、碱菱沸石、菱沸石、钙十字沸石、方沸石、汤河原石、斜钙沸石、片沸石、浊沸石、辉沸石、钠沸石,其中以斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、片沸石最具工业价值。我国主要开发利用的是斜发沸石和丝光沸石[1]。

据不完全统计,我国已发现的近400处的沸石矿床 (点),主要分布在东部地区的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古自治区、山西、河北、安徽、河南、浙江、广西自治区、海南等省,总储量约为30亿t左右。其中浙江缙云、河北独石口、黑龙江海林等地,是我国较大型的三个沸石矿床,储量均在亿吨以上[2]。我国东部濒临太平洋,中生代火山活动频繁,形成了我国东部大面积的中生代火山熔岩和火山碎屑岩以及大大小小的构造盆地,这些火山喷发产物和供其沉积的构造盆地,为沸石形成提供了丰富的物质来源以及合适的地质环境。我国沸石矿床产出时代主要为中侏罗世—晚白垩世,由近似 “开放的”淡水湖、地下水系统,或火山期后热水与火山玻璃碎屑反应而成。我国东部环太平洋区和西部古地中海区,是寻找沸石最有远景的区域。

表1列出了我国一些主要的沸石矿床的产量、矿石质量、相关用途等。

表1 我国主要沸石矿床[3]

续表1

我国沸石矿床的矿种类型、品位、共 (伴)生矿床的特点可归纳为以下几点：

1)已知的沸石矿产地中,矿石品级以中等偏富为特征,据 171处产地统计,品位在46%～80%之间的有125处,占73%;而品位在80%以上的富矿仅有5处,且储量有限,总共只有几千万吨[4];品位小于46%的约占35%。从沸石类型而言,我国以斜发沸石为主,而丝光沸石作为我国严禁原矿出口的矿产种类,产地少,储量少。

2)与沸石矿共 (伴)生的矿产资源,据统计的374处产地中,有2种以上的矿产共生产地138处;其中沸石-珍珠岩、沸石-膨润土组合矿产地118处;沸石、珍珠岩、膨润土三种矿产组合产地20余处。

3)目前已发现的沸石矿床多数为斜发沸石和丝光沸石共生,以前者为主,并伴生有蒙脱石、石英、方石英、长石等杂质。它们不但有相似的特征,而且产出粒度非常微细 (一般〈0.01mm)。

2 天然沸石的应用

沸石的几项重要的物化性质使其在众多领域中被应用。表2按照沸石的物化性质与应用方向的对应关系,列出了其应用领域及具体的用途。

表2 天然沸石主要应用领域[5]

由表2不难看出,沸石是一种高附加值的矿产资源,加强对其的综合合理利用势在必行。首先,在开拓去杂提纯的选矿工作基础上[6-7],对共(伴)生矿产资源的综合开发利用可带来可观的经济效益。例如,与沸石伴生的珍珠岩是制取洗涤工业新型助剂——4A沸石的优质矿石原料,既可降低成本,又可避免目前洗涤工业所造成的大面积环境污染,是经济、社会效益双收的一项工业措施。此外与沸石矿普遍伴生的膨润土,可广泛应用于冶金球团、钻井泥浆、润滑脂稠化剂、造纸、橡胶工业的填料、漂白剂等,具有明显的综合开发应用效益[3]。

再者,经过改性的天然沸石能够满足高新技术产业及传统产业技术进步对非金属矿原料的要求,即：超细、超纯、功能化[8]。天然沸石一般难于被工业直接利用,通过改性可使其性能优化,大大提高其应用程度[9-11]。作为天然沸石的补充,人工合成沸石也发展迅速,但人工合成沸石工业复杂且成本高,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型沸石都已经用天然沸石改性获得[12]。

3 展望与建议

3.1 地质普查工作

我国沸石矿的矿床地质与成矿规律的研究程度较低,直接影响着矿产资源量的扩大与有关资源的综合应用。建议地质矿产部门重视沸石地质工作,提高勘探程度,确定适合我国的沸石工业指标、矿床评价勘探方法。作出近期和远景的沸石地质工作规划,做好总量预测工作。加强边远地区的沸石地质普查评价工作,注意伴生矿产的综合评价。从非传统矿产资源[13]的角度评价和定量预测[14]沸石,无疑将对该资源的地位和被重视程度有深远影响。

3.2 选矿测试工作

加强沸石的矿物学,物理化学方面的研究;加强对沸石矿的各种物化特征的综合研究、系统测试,促进沸石资源的综合开发利用和 “因才施用、科学开发”;沸石测试应推广测温法、铵交换容量法和X光粉晶衍射分析法,并积极开展旨在去除杂质、提高沸石纯度的选矿工作。沸石由于结晶粒度细小,且共生矿物复杂而难于选矿。深入开拓去杂提纯的选矿工作、改进工艺设备等,不但具有矿物学意义,而且更具有重大的经济意义。

3.3 开发工作

加强沸石资源的管理,在沸石高级用途未解决之前,对已发现的高品位、多性能的优质沸石产地要采取保护政策,防止乱采滥挖,优质劣用。沸石岩开采成本低,而其粗加工的沸石粉 (仅100～120目),其价就可达160～190元/t,4A沸石产品达1800～2500元/t左右。其他如化工等领域的深加工产品价格更高,是一项成本低、投资少,无任何环境污染,应用领域广阔,经济效益、社会效益显著的投资项目。

3.4 应用领域

我国沸石应用现主要集中在建材工业、轻工业部分产品充填料和处理 “三废”保护环境方面。借着当前全球性大力发展环境材料的契机,充分利用沸石所具有的优良物理化学性能,将其开发成为具有环境修复 (如大气、水污染治理等)、环境净化 (如杀菌、消毒、分离等)、环境功能代替(如替代环境负荷大的材料)和环境相容 (如生态建设等)等功能的矿物材料[12-15]。作为非传统非金属矿[16]的矿种之一,对沸石的利用应该从 “数量速度型”转向 “质量效益型”。

3.5 基础理论研究

性能是材料成分、结构的综合反映;性能要从成份、结构入手,通过工艺来实现[17],因此,这方面的研究是材料研制的前提。对于沸石的各项物化性能研究程度低,且各矿山多以出售原矿石和粉矿为主,直接影响着沸石资源的综合开发利用和新型产品的研制与推出。因此,加强沸石矿物材料的理论研究,进一步弄清各种沸石的成份、结构与性能之间的关系,必将有利于正确引导沸石资源的合理利用。

[1] 全国非金属矿情报信息网.沸石[R].非金属矿产资源开发和利用系列资料之八,1986.

[2] 田煦,周开灿,文化川.非金属矿产地质学 [M].武汉：武汉工业大学出版社,1991：112.

[3] 徐旃章,张寿庭.我国沸石资源的分布、开发利用、前景与效益[R].成都：成都理工学院矿产资源评价研究所,1996.

[4] 钱祖廉,蒋威,徐荣校.矿产资源战略分析——沸石 [R].地质矿产部全国地质资料局,1985：7-8.

[5] 赵立强,郑存柱,陈艳梅.浙江省沸石资源开发现状及发展对策 [J].矿产综合利用,1999(5)：37-39.

[6] 邢锋,丁浩,冯乃谦.天然沸石加工与改造技术的现状及应用前景 [J].矿产综合利用,1999(6)：32-36.

[7] 宗培新.我国现代非金属矿深加工技术浅析[J].中国建材,2005(6)：37-39.

[8] 郑水林,苏桂军,徐立铨,等.我国非金属矿深加工技术现状及发展前景 [J].中国非金属矿工业导刊,1998(4)：8-11.

[9] 申少华,张术根,王大伟.天然沸石及其开发利用研究进展[J].矿产保护与利用,2000(4)：34-38.

[10] 傅东.天然沸石 (岩)深加工问题探讨 [J].化工矿物与加工,2004(3)：35-37.

[11] 曹建劲.沸石改性及其吸附性能研究[J].化工矿物与加工,2002(12)：10-11.

[12] 杨赞中,廖立兵.沸石资源综合利用的探讨[J].山西建材,1998(4)：13-15.

[13] 赵鹏大.非传统矿产资源概论[M].北京：地质出版社,2003.

[14] 陈建平,张寿庭,汤军,等.非传统矿产资源定量预测的理论思考 [J].地球物理学进展,2002,17(2)：342-347.

[15] 李红阳,牛树银,王宝德.矿物材料与环境污染治理——以黏土矿物和沸石为例 [J].北京地质,2001,13(4)：8-12.

[16] 傅东.非传统非金属矿的功能特性及其发展前景 [J].非金属矿,2002,25：20-24.

[17] 廖立兵.我国矿物材料研究现状及几个应该重视的发展方向 [C].全国第六届矿物岩石地球化学学术交流会论文集,1998.