非金属矿床及其工业应用的进展.ppt

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1、非金属矿床及其工业应用的进展,蔡克勤2012.09,提 纲,概述非金属矿的特点非金属矿的分类中国非金属矿床研究的进展中国非金属矿业与发展趋势,一、概 述,非金属矿(non-metallic ore)，非金属矿产是指除能源矿产、金属矿产外，在当前经济技术条件下，可供工业上提取非金属化学元素、化合物，或利用其特有的技术、物理性质的矿物、岩石的地质体。国际上将非金属矿产称为工业矿物与岩石（industrial minerals and rocks）。,争议：1.是否应包括人造的矿物与工业废弃物；2.归属金属矿物的赤铁矿具染料特性，燃料矿产中的泥炭已广泛作为肥料使用等；3.工业应用（非金属行业）-资源

2、评价与矿石工艺研究；矿山开采；矿产品加工与专用设备研发；营销。,非金属矿产资源的开发利用具有最悠久的历史，是始终伴随人类的生存、进化和繁衍的重要的自然资源。在漫长的旧石器时代，如元谋猿人（距今约170万年）已利用粗加工的石块，石片等石器作为取火和生活的工具，也用于狩猎、挖掘、装饰等。当时用于制作石器的原料，大多是岩石结构致密均匀和硬度大的石英岩、石英砂岩、脉石英、花岗岩、辉绿岩等。,进入新时器时代，还利用玛瑙、玉髓（燧石）等制作边缘锋利的箭头，刮削器等工具；原始农业出现后，用花岗岩和大理岩制作石犁，用砂岩等制作谷物脱粒的石磨盘和磨棒等；人类还开始利用粘土烧制各类陶器等生活用品。,非金属矿产作为

3、人类生活不可或缺的材料，得到绵延不绝的发展。从建筑材料（砖瓦石料）到冶炼铜铁的坩埚、铸模；宝玉石礼器；药用矿物，等等。古人在利用非金属矿产的经验积累中，还总结了某些矿产的形成分布规律和找矿经验，山海经一书中记述了100余种矿产，并分为“金、石、玉、垩”四类，其中“石、玉、垩”大多属于非金属矿产。,大量利用非金属矿产是人类社会步入工业化时代发生的。非金属矿产成为各个工业部门的原材料，在国民经济的发展过程中具有超前的特性。随着科学技术的进步，非金属矿产种类不断增多。上个世纪初期，人类能利用的非金属矿产仅60种，现在已经达到250余种，而且应用的广泛性也在变化。,非金属矿产的重要性,非金属矿产具有多

4、种优异的物理化学性能，广泛应用于国防军工、交通运输、基础工业（如冶金、轻工、石化、机械、纺织、电子信息等），以及医药卫生、生物工程、环境保护等领域，是支撑国民经济的重要物质资源。,非金属矿产的重要性,世界非金属矿产原料总产值2000亿美元；年贸易额300亿美元；非金属矿产采掘量250亿吨/年，年增长3%.中国非金属矿产采选业和制品业总产值8700亿元，约占全国矿产品相关工业产值14.1%,年采掘量约40-50亿吨，平均增长25%。,非金属矿产的重要性,20世纪50年代世界非金属矿业总产值就超过金属矿业总产值，美国2000年非金属矿业产值为76.7%，而金属矿业仅为23.3%，非金属矿产值首次超

5、过金属矿产值，这可以作为一个国家工业化成熟度的标志。,非金属矿产的重要性,以世界上应用范围较广和经济价值较高的膨润土矿为例，世界年消费量约为1000万吨，美国消费量为356万吨，美国进口原土2.91万吨（335万美元），活性白土（初加工产品）2.68万吨（1130万美元），出口膨润土类深加工产品72.2万吨，价值8760万美元。中国年产量320万吨，出口原土和活性白土约30万吨（3319.22万美元）；进口深加工产品（如纳米级膨润土）4.84万吨（1083.6万美元），进口均价是出口均价的2.2倍。,现在，非金属的消费量和产值在世界矿产材料生产中已占据第一位，西方学者誉为“人类社会步入新的石器

6、时代”，非金属矿床的开发利用水平已成为衡量一个国家经济综合发展水平的重要标志之一。,二、非金属矿的特点,矿石的工业技术要求复杂，除部分利用某些化学元素和化合物（如：钾盐）外，大部分非金属矿石利用其特有的技术物理特性，有多项专业技术指标构成。如：膨润土的一般工业要求取决于蒙脱石的含量,分散性和化学属性。膨润土是一种主要由蒙脱石组成的 粘土岩，常会有水云母、沸石、石英、长石、方解石、火山玻璃等杂质。,特点1.,A.蒙脱石矿物含量：边界50%,最低工业平均含量60%B胶质价（粘土在水中或其他溶液中所形成的胶凝物质占此种物质的水溶液总体积的百分比）：钙基40%，钠基90%C膨润土的化学属性划为钙基土和

7、钠基土，划分标准：a.碱性系数：（ENa+E K+）/(ECa2+E Mg2+):钠基土 1（Na+K+）；钙基土1 b.阳离子交换分量与盐基总量（Ec）比值判断：钠基土ENa+/Ec 50%，或ENa+/ECa2+1;钙基土ECa2+/Ec 50%，或ENa+/ECa2+1;*离子前冠以以“E”表示可交换的阳离子量，Ec 为所有可交换的 阳离子总量。,膨润土的主要工业用途,膨润土是一种很好的粘结剂、悬浮剂、增稠剂、增塑剂、触变剂、絮凝剂、稳定剂、净化脱色剂、充填剂、催化剂和载体材料，用途广泛。冶金铸造业用量占70，各类填料用量占15.20%,在环境保护，农牧业等领域有重要的应用。目前膨润土产

8、量已达320万吨/年。,特点2：,一矿多用，优质优用。用途不同，对矿石的质量要求也不一样。如：石灰岩,制电石用石灰岩的工业技术要求,熔剂用石灰岩一般工业要求,枝城水泥石灰岩矿床的矿石质量要求,特点3：,不同矿种间可以互相替代，但工业技术指标不同。如：耐火粘土,矿石类型,特点4：,20世纪初只能利用约60种，现在已达到200种以上，并随科学技术进步和社会发展而呈现加速发展变化的趋势。我国已开发利用的非金属矿矿种据统计已达130种。,矿产种类繁多,特点5：,原矿价格低廉，深加工后用途广泛，利润空间大,特点6：,非金属矿应用范围遍及社会、经济的各个领域。世界非金属矿的年开采量（以2001年计）在25

9、0-300亿吨之间，是金属开采量的3倍。美国目前非金属矿的总产量与金属矿总产值之比为2：1。这两者的比值已成为衡量国家矿业发达程度的标志。,三、非金属矿床分类,（1）.按矿物学和岩石学原则分类（2）.按用途分类 可划分为建筑材料类、冶金辅助材料类、化工原料类等。（3）.按成因分类 划分为岩浆作用、伟晶作用、沉积作用和变质作用等成因类型,（1）.按矿物学和岩石学原则分类,（2）.按用途分类,我们认为，将非金属矿床划分为工业矿物与工业岩石两大类是适当的。前者以利用矿石中的有用矿物为主，后者则主要利用矿岩石，整体再以不同工业矿物和工业岩石分别作为工业矿种。对待类似于矿床学中的金属矿床工业类型的划分原

10、则，再细分矿床成因类型，以体现工业利用与地质成因原则的结合。鉴于非金属矿产的矿种繁多，每一类矿种又有多种成因类型的矿床，其用途又往往涉及多个工业部门，因而做过细的精确的分类是困难的，也没有实际的必要性。,四、中国非金属矿床研究的进展,（一）地质找矿勘察成果丰硕通过近一个世纪的非金属矿产资源地质调查，我国已发现的矿产地超万处，储量丰富的矿产有菱镁矿、重晶石、滑石、石墨、硅质石、膨润土等。按照“加强普查、择优详查、对口勘探”的原则，大部分矿床点都有详细的地质研究报告和资料。其中，一大批大型、超大型矿床成为重要的非金属矿业的基地。如青海的大风山天青石矿床、吉林、山东等地的滑石矿床等，不仅规模达到超大

11、型，而且矿石品质优良，成为世界知名的矿产地。通过系统深入的地质工作，我国还发现和勘察评估了一批世界上少见的特种非金属粘土类矿床，如凹凸棒石、累托石、沸石、海泡石等矿床，这些粘土类矿石具有优异的过滤吸附性功能，是新兴的环境保护产业的重要原料矿产。,（二）非金属矿床的地质学研究水平有了极大的提高 我国在非金属矿床找矿勘查中，比较重视地质研究从非金属矿石的工艺研究，到矿床地质特征和成因研究，都总结有专注出版。在地质勘察理论方面既有一批单矿种的著作，也有系统的综合研究。前者如中国主要高岭土矿床（郑直等 1987）、粘土矿物与粘土岩（任磊夫，1992）、膨润土的开发应用等；后者有较大影响的有：中国非金属

12、矿床成矿系列（陶维屏等，1994）中国矿床（下册，中国矿床编委会编著，1994）中国矿情（第三卷：非金属矿产）（朱训主编，1999），中国非金属矿业（崔越昭主编，2008），等等。还出版有部分区域性非金属矿产研究著作，如豫西南镁质大理石建造非金属矿产成矿系列（章少华等，1996），河北省非金属矿产资源（王文学等 2006），赤峰市非金属矿产资源调查（内蒙古自治区赤峰市国土资源局等，2011）。,（三）提高了非金属矿产成矿条件与成矿规律的认识水平 非金属矿床的成矿地质条件更为复杂多样。这种复杂性体现在非金属矿石广泛分布的造岩矿物和岩石，只是其数量、质量（技术物理特性）达到当前技术经济能够利用时才

13、成为矿床。例如云母矿床中云母矿物质量的优劣直接影响云母产品最终的质量。因此地质条件不同，云母的化学组成和物理性质有着较大的差别，按云母的化学组成和物理性质有较大的差别，按云母产品的用途来选择适合的云母矿床，可以得到事半功倍的效果。家用电器中耐热云母板每年所需云母纸约占全国总量的60%，大多可选用变质岩系中的云母片岩和绢云母片岩为原料，此类矿床分布较广泛；而伟晶岩型云母矿床可用于生产珠光级云母粉和高级云母纸，但伟晶岩型云母矿床产出条件严苛，分布较少。因此，非金属矿床的产出地质条件和成因，对非金属矿床的技术评价和最终产品的开发具有决定性作用。,对某个非金属矿种而言，包含有多种成因的矿床类型。特别是

14、非金属矿床成矿系列的研究表明，以非金属矿含矿建造研究入手，深入认识非金属矿床形成的地质构造背景和区域地质演化史，查明同一含矿建造中可能出现的矿种类型和组合分布规律，对非金属矿床的找矿勘探具有重要的指导作用。在含矿建造发育区，某些非金属矿床具有成群、成带出现的现象，成为区域优势矿产组合，对于构建区域非金属矿业和发展区域经济有重大的影响。例如浙江省是中新生代岩浆火山建造最发育的省，萤石、膨润土，硅藻土等矿产资源十分丰富。2006年浙江萤石产量占全国总产量的33%，有43个县（市）分布有萤石矿。,不同的非金属矿床在地质历史中产出的时代也不尽相同，以硅藻土矿床为例，世界上最古老的硅藻土矿床不仅只有侏罗

15、纪早期，工业意义大的硅藻土矿床则主要发育于古近纪和新近纪。多数非金属矿床则随金矿建造的地质演化，可以形成不同地质构造时期的矿床形成高峰期，如在元古代的镁质大理岩，在古元古代沉积期形成石灰岩、白云岩和菱铁矿岩的沉积矿床组合；在区域变质作用期（主要为晋宁期）可以形成菱镁矿（富化）、滑石、透闪石（包括软玉）、透辉石、蛇纹石（包括岫岩玉）、金云母等矿床组合；在中生代（主要为燕山期）岩浆侵入作用期形成水镁石、海泡石等矿床组合。非金属矿床的区域成矿规律具有多期性、多型性和叠加性，还表现在某此矿种的成矿规律上，如高岭土矿床在中国的古生代以沉积成岩作用为主，中生代则以中酸性岩浆岩，火山沉积岩系的热液触变交代成

16、因为主，新生代则以风化残积成因为主。这是高岭土矿床类型在地质历史时期的多期性表现，可以为在相关地层层位和建造中寻找不同成因类型的高岭土矿床指明找矿方向。,同时，不同地质时期，不同类型的高岭土成矿作用常可在同一地域发生，形成在矿床形态、矿石质量、分布规律和成因各异的高岭土矿床群集产出，有时先后发生的高岭土化成矿作用可以叠加在一个矿床上，这种多型性和叠加性，可以促使矿石质量变优，但也会引发对矿床成因的争议。非金属矿床成矿作用的多期性、多型性和叠加性的矿床时空分布规律性，是特定的区域构造和地质发展历史的真实反映。,五、中国非金属矿业与发展趋势,非金属矿产资源的重要性进一步显现，资源的商业化勘察程度逐

17、步提高。作为量大而广的基础矿物原料，我国非金属矿床具有明显的地域分布不均的特点。我国东部沿海省份近年来探明储量增幅减缓，许多矿山进入开发的中晚期，保有储量和产量逐年降低，接替资源勘探不足，特别是许多非金属矿床没有进行过较为系统的普查、详查和勘探工作，资源家底严重不清楚。,过去曾作为我国优势非金属框中的优质滑石矿床、石墨矿床、萤石矿床等，相继呈现后备资源严重不足。如曾占全国隐晶质石墨储量72%以上的湖南鲁增微晶石墨矿床，现保有储量1620万吨，如以日产每年消耗200万吨计，则8年内将探明资源消耗殆尽。广大的中西部地质，非金属矿床地质调查的工作程度较低，由于地质勘查的投入较少，许多地质还处于空白状

18、态。,鉴于这种状况，我国非金属矿床地质勘查工作，应有新的战略定位和思考，对重要的成矿带和矿田、重点矿种和矿床类型应有系统的产业规划和发展支持。非金属矿床地质学的研究，也应从产业的市场需求为导向，以科技创新为支撑，进入新的地质勘查创业阶段。特别是经过近百年的找矿勘探，地表、浅部发现大型非金属矿床的可能越来越小，而非金属成矿理论研究的不是，使深部找矿难度增大，勘查成本将大幅度上升。,从当前非金属矿业的发展趋势看，非金属矿床地质学的未来主要任务是：,1.以市场需求为导向，加强后备资源不足矿种的地质勘查工作，并不断提高中、西部地区矿床地质学研究程度。2.国内资源严重不足的金刚石、钾盐、石墨、硼矿、天然

19、碱、优质滑石、高纯硅矿、重晶石等矿产，既要立足国内，加强地质找矿研究；也要走出国门，寻找和利用好国外相关矿产。,3.当前中国正进入产业结构调整期，以电子、信息、生物医药、航空航天、海洋开发等相关的高技术和新材料产业正在不断壮大，其中对相关非金属矿物原材料既有量的巨大需求，也有对非金属矿物原材料的特殊性能要求，寻找能满足此类需求的非金属矿床还需要不断加强非金属矿床的技术物理性能的研究和有针对性的地质勘查工作。冶金、化工、建材、机械、能源、轻工等传统产业也面临产业升级，与非金属矿产和矿产品的深度加工密切相关，也是非金属矿床地质学的研究和地质勘查工作的新机遇。,4.环境保护产业正在全球兴起，许多非金

20、属矿，如硅藻土、沸石、石墨、膨润土、凹凸棒石、累托石、海泡石等具有特定孔径、吸附过滤性能好，是开发成本低廉的天然环境保护材料矿床，将是新兴产业的资源保障。如电气石等具有抑菌、灭菌和清新空气等特性的生态环境矿物材料，都将成为新产业的宠儿。随着非金属矿物（石）工艺学和材料科学的深入研究，非传统的非金属矿种和矿床类型将不断被发现，潜在的和可代用的新类型矿床将不断进入工业应用领域。,主要参考文献,1、陶维屏、张培元主编，1987，中国工业矿物和岩石（上、下），北京：地质出版社。2、陶维屏等，1994，中国非金属矿床成矿系列矿床、含矿建造、成矿系列、形成模式，北京：地质出版社。3、章少华等，1996，豫

21、西南镁质大理岩建造非金属矿床成矿系列，北京：地质出版社。4、陶维屏等，1995，12500万中国非金属矿床成矿地质图，北京：地质出版社。5、潘兆橹、万朴，1993，应用矿物学，武汉：武汉工业大学出版社。6、非金属矿工业手册编辑委员会，1992，非金属矿工业手册，北京：冶金工业出版社。7、陶维屏、苏德展，2002，中国非金属矿产资源及其利用与开发，北京：地震出版社。8、崔越昭等，2008，中国非金属矿业，北京：地质出版社9、马鸿文等等，2001，工业矿物与岩石，北京：地质出版社10、陶维屏等，2009，非金属矿工业手册，北京：化学工业出版社11、郑水林，2007，非金属矿物材料，北京：化学工业出版社12、陈津等，2006，纳米非金属功能材料，北京：化学工业出版社13、李厚民等，2010，矿产资源储量与核查与评估，北京：地质出版社14、李万亨，2000，矿业权评估概论，北京：地质出版社,谢谢,