开发非传统矿产资源：通向绿色矿业的有效途径

赵鹏大

摘 要:新型非传统矿产资源的发现与开发研究可以促进矿业生产无废化，推动地球物质流进入良性循环，有利于提高矿业自身价值和降低用于环保的成本。非传统矿产资源的发现与开发研究为矿产资源的可持续供给提供新的保证，并为新兴产业提供新的矿产资源支撑。非传统矿产资源开发基础理论研究和实际工作的进行需要多学科交叉联合，需要产、学、研结合，需要政府支持和企业参与，也需要广泛的国际合作与交流。这是一项跨世纪的工程，是为子孙后代创造发展基础的事业。

关键词：非传统矿产资源；绿色矿业；研究动态；前景展望

中图分类号：F062.1 文献标识码：A 文章编号：1005-569X(2009)01-0001-06

1 资源现状、问题与资源安全战略

1.1 人口增长与地球承载力

根据朱大奎等的研究，世界人口2000年前为3亿人，1700年为6亿，2000年为60亿，而到2030年，世界人口将达到120亿，这就引出了地球的承载力问题。

地球的承载力问题实际上是地球能养活多少人的问题。生命支撑系统包括有：粮食、气候、水、土壤、金属、建筑及陶瓷矿物、矿物肥料、化石燃料及能源、动植物等，因此，除了粮食和水等这些基本所需，我们还需要考虑矿物资源。

1.2 矿产资源作用与地位

矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础。目前，我国95％的能源和80％的工业原料都取自矿产资源。极而言之，整个人类的发展史从某种角度来说就是人类开发利用天然岩矿材料的历史。

资源的巨大消耗表现：发达国家人均年消耗20t天然岩矿材料，如100亿人达到先进生活水平，年需消耗21 014 kg岩矿材料，相当年消耗100 km³地球物质。从自然资源消耗来看，如果全世界人都达到美国人的生活水平，至少需要20个地球。

一些矿产资源大国，其矿业部门或资源工业对国家发展和社会进步起着突出的作用。澳大利亚，矿产及石油工业是使国家财富持续增长的最重要因素。其矿产及石油部门出口产值达365亿美元，占商品出口总数的60%。南非，国家和政府制定了一系列政策和措施，以保证矿业具有更大的国际竞争力。美国，矿产在国民经济中也发挥着巨大的作用。固体矿产矿业对1995年美国国民经济收入做出5240亿美元的直接和间接双重贡献。如果没有矿业，美国国民经济满足人民需要和保持其全球地位的能力就会受到严重的削弱。

俄罗斯 “论固体矿物原料生产国的排序”对世界6个矿业生产大国据20种粮食和矿产的矿业产值（美元）的排序为：

美国578.56亿元

中国328.49亿元

澳大利亚185.87亿元

南非170.00亿元

俄罗斯 126.79亿元

加拿大 114.21亿元

中国矿业产值排序虽位居第二，但人均矿业产值仅为31美元；澳大利亚虽位居第三，但人均产值高达1 147.3美元；南非矿业产值虽位居第四，但因其国土面积远远小于其它矿业大国，因而其单位面积产值居世界之首，每平方公里达14 166.7美元，而中国每平方公里国土的矿产值仅为3 421.8美元。

1.3 我国矿产资源现状与问题

1.3.1 总量多——人均少

中国已探明的矿产资源总量很大，约占世界的12％，仅次于美国和前苏联，居世界第3位，但人均占有量仅为世界人均占有量的58％，居世界第53位。

1.3.2 需求增大保障不足

矿产资源出现“入不敷出”的境况，储量增长<产量增长<消费增长，后备储量严重不足，已经危及到矿产资源的可持续供给。

需求增大表现在：到2020年，我国人口将达到15亿，需要生产粮食6亿吨，城市化将从现在的40％提高到55％，城镇建设用地预计增加360万公顷，我国经济总量将在2000年基础上翻两番，对能源的需求急速增长。煤炭要新增产能7～10亿吨。石油对外依存度将超过60％。

1.3.3 后备资源不足，产能消失严重，危机矿山问题突显

25种主要金属，415个大中型矿山中，已关闭矿山38个，占大中型矿山总数的9%；严重危机矿山54个，占13%；中度危机矿山35个，占8%；潜在危机矿山82个，占20%。上述各项总数已达50%。

另据调查，全国将有47个矿业城市和400多个矿山面临探明储量枯竭，直接涉及300多万矿工和1000余万家属的工作和生活，因此这是一个很严重的问题。

1.3.4 资源开发不合理、利用不充分并且严重污染环境

我国矿产资源特点之一是共伴生组分复杂、贫矿及难选矿多。矿产的有效综合利用问题十分突出。我国金属矿山采选回收率比国际水平低20％，9种有色金属综合回收率为35％～67％，伴生、共生矿利用率仅20％。此外，在矿床开采、选冶、加工及消费过程中，所排放的废水、废气、固体废物造成的环境污染严重，并占用大量土地。矿山废弃物日益增多，利用率低造成资源浪费，环境污染日益加剧。人类每年采出170-180亿吨矿石+废石，而最终产品仅占其总体积的3%，95%以上成废弃物。

据不完全统计，至1995年中国金属矿山积存的尾矿已达53.8亿吨，并以每年3―5亿吨的排放量增长，到2000年达到60亿吨以上，侵占农田3―5万亩。

1.3.5 新兴产业对新型矿物原料的新需求

新兴产业如：纳米产业——天然纳米矿物原料，环保产业——环境矿物原料，航天工业——某些稀有分散金属元素等等。纳米技术与信息技术、生物技术一道被誉为新世纪的三大主流新兴技术，正在引起一场新的产业革命。

1.3.6 21世纪矿产资源勘查面临新局面

21世纪矿产资源勘查面临新局面可以概括为“三难”、“三新”。“三难”：难识别、难发现、难开发；“三新”：新类型、新深度、新领域。具体表现为：矿山后备资源不足、部分矿山濒临倒闭、找矿深度日益加大，找矿难度日益增大、资源勘查越来越依赖于新理论、新技术、新方法。

1.4 资源安全战略

资源安全战略主要从以下几方面展开：从实际国情出发，走资源节约型的发展道路；重视资源储备战略，实行“两种资源及两个市场”的战略；努力寻求各种替代资源，认知、发现、开发和利用非传统矿产资源。

2 非传统矿产资源

非传统矿产资源（Nontraditional mineral resources）是指受目前经济、技术以及环境因素的限制，尚难发现和尚难工业利用的矿产资源，以及尚未被看作矿产和尚未发现其用途的潜在矿产资源。 它的研究体系包括：非传统矿产，非传统矿产勘查理论与方法，非传统矿业，非传统矿业经济。

2.1 非传统矿产资源分类

非传统矿产资源包括：各种新类型、新领域、新深度、新工艺、新用途的矿产资源。

非传统矿产资源是一个动态的概念，随着技术、经济、环境、市场及需求的变化，非传统矿产资源可以转化为传统矿产资源。非传统矿产资源的发现与开发是矿产资源可持续供给的重要保障。

近数十年来，找矿与开发生产实践证明，非传统矿产资源发现和开发的潜力很大。

2.1.1 非传统矿产资源——新类型

在新类型方面，如：红土型金矿、黑色页岩中的铂族矿产、超高压变质带中的金刚石等，都是当今非传统矿产新类型的典例。

2.1.2 非传统矿产资源——新领域

在新领域方面，如：深海铁锰结核、深海金属软泥、深海钴结壳以及天然气水合物等资源潜力巨大。

海洋矿产资源的潜力巨大：①油气。美国1/6以上，世界1/4以上石油产量来自海洋大陆架。此外，大陆斜坡等海水更深部位也有油气，目前开采成本较高。②天然气水合物。未来海底新能源，是天然气（含甲烷等气体96.5%）与水(水分子3.5%)的类冰固态简单化合物。1 m³天然气水合物=164 m³甲烷。估算资源量可达2×10¹⁶m³，相当于2×10⁵亿吨油当量。③锰结核。含Mn25%，Fe15%，Ni2%，Cu2%以及Co等。④富钴结壳。2003年对近10座海山重点进行了加密调查，在尖顶海山发现了品位高、厚度大、分布浅的富钴结壳。⑤金属软泥及沉积物。红海沉积物含Cu>1%，Zn>3%；其它，Ag，Au及Pb等（1983年估计价值25亿美元）。⑥其它。如Mg，世界产量约2/3来自海水；此外，NaCl，P，Au，Ti，金刚石等。

2.1.3 非传统矿产资源——新深度

在新深度方面，据报导，南非兰德金矿盆地一采金竖井将加深至4 117 m，这将是世界最深的矿井，要开发的新矿层是世界级的矿体。在我国，埋深大于500 m的矿床被称为大深度矿床，目前还很少勘查和评价。

2.1.4 非传统矿产资源——新工艺

在新工艺方面，如微生物浸矿工艺、天然纳米矿物开发利用技术等都有巨大的发展潜力，并将使那些低品位、难选冶、低价值的“呆滞型”非传统矿产资源潜力予以充分体现。我国已成功地进行了铀矿原地破碎堆浸开采，用堆浸法生产天然铀和常规水冶生产天然铀相比，生产成本有了大幅度降低，而原地浸出技术的应用，在降低成本方面又有了新的突破。新型潜在钾资源——我国钾长石类资源十分丰富，资源量达数十亿吨，K₂O含量7-13%；新型潜在磷资源--目前，我国占储量75%的中低及低品位磷矿未利用，它们可能是21世纪重要的磷资源。

2.1.5 非传统矿产资源——新用途

不断深入研究和发掘天然岩矿材料的新用途，是不断开拓新型矿产资源的必要途径，也是满足新兴产业对矿产资源的新要求所不可缺少。环保事业的发展和灾害防治要求的提高为许多非金属矿产开辟了应用的新领域。利用非金属矿物原料制造农药、肥料、土壤改良剂、丰产剂、保水剂、蓄水剂、污水处理剂、生物保健剂、营养剂等等的潜力是很大的。比如电气石，长期以来，电气石矿主要用于研磨材料和宝玉石（碧玺）的加工原料。近期研究还发现，在室温条件下，电气石能够发射峰值波长为9.5 μm的红外线（杨如增等，2002）是天然的红外辐射材料，根据这一特性，电气石被用于制造具有保健功能的纺织品、陶瓷产品和节能产品等。此外，电气石还广泛用于电子机械、橡塑化工、化装美容等领域，作为新型环保材料，电气石的开发利用正越来越受到重视。

2.1.6 非传统矿产资源——人工矿床

近年来人们正在探索开发利用过去采矿和选矿废弃的废石堆和尾矿坝，这类“人工矿床”的二次开发，对延长矿山寿命、提高经济效益和保护环境等，从某种意义上讲，比建设一座新矿山的经济与社会效益更为重大。

2.1.7 非传统油气资源

非传统（非常规）油气资源：系指目前技术经济条件下，无法采用常规方法进行勘探开发的那部分油气资源。主要包括：煤层甲烷、根缘气（致密砂岩天然气）、水溶气、甲烷水合物、页（泥）岩气、重油沥青和油页岩。

2.2 非传统矿产资源勘查的理论与方法

为确保矿产资源的可持续供给，特别是面对难识别、难发现、难勘探、难开发的找矿对象，积极探索矿产资源勘查的非传统理论和方法具有重要意义。

传统：以“相似类比”为基础的“矿床模型预测”理论。非传统：以“求异”为基础的“地质异常成矿预测理论与方法”、“非线性成矿预测理论与方法”等。

20世纪80年代后期发展起来的地气法（Geo-gas prospecting），是一种有别于传统气体地球化学方法的深部隐伏矿找矿新方法，该方法是捕集并测定地下上升气流中痕量金属和非金属元素来揭示地下深部矿产资源体的信息。国内外已有研究成果表明（童纯菡等，1996、1999）：地气测量可以探测埋深300—400 m以下的金属矿和埋深4 000 m以下的含油气环型构造，地气异常所反映的是深部矿化信息，而与地表土壤元素异常分布截然不同。

2.3 非传统矿业经济

21世纪，矿业面临重大变革：矿业的国际性与全球性、矿业的市场竞争性、矿业的高新技术性、矿业的高效性、矿业的综合服务性、矿业的环保性矿业事事都关系到矿业经济，矿业经济是度量矿业发展的基础。正是矿业经济学确定了什么是矿石，决定建什么样的矿山、选矿厂或冶炼厂。矿业经济贯穿矿业的各个方面。因此，非传统矿业经济所面临的是：两种资源（国际、国内）与两个市场(国际、国内)的经济选择，战略资源与国家安全的政治考虑，资源开发与生态环境保护的可持续发展战略。所以我们应实行：资源—环境—技术—经济联合评价。

3 非传统矿产资源研究动态

矿产资源短缺是当今世界各国所面临的紧迫问题，非传统矿产资源研究倍受各国重视！

国内外研究动态大体如下：

3.1 美国非传统矿产资源研究

早在20世纪60年代，石油和天然气领域就注意到了非传统能源和非传统勘查方法的研究(Heroy-W-B,ed.,1969)。70年代后期，美国地质调查局和能源部就开始联合进行非传统能源资源的前期研究。

经过20年的工作后于1997年提出，美国的未来能源，尤其是天然气，将主要由目前认为非传统的低渗透率储藏类型提供。并强调：尽管它们并非全新的，但人类对它们的有限了解程度根本不可能使其成为美国未来能源的重要构成部分，因此建议加快开展相关的基础和应用研究。1982年美国经济地质学家协会召开“非常规矿床”学术讨论会;1987年美国地调局在俄勒冈州召开“非常规矿床找矿”研讨会;1989年第28届国际地质大会上，美国学者R.I.格劳奇发表“早中元古代不整合：非传统铂族元素及贵金属的来源”；1991年美国地调局公报形式发表“黑色页岩中非传统铂族元素资源前景：中国华南与加拿大育空地区实例及对美国资源的启示”。

美国矿业局在俄勒冈州阿尔尼市建立了规模可观的研究院，专门研究目前经济上尚不具备工业价值、尚不能开采或利用的矿床和矿石类型，为的是一旦传统矿产资源枯竭，即可能有新类型资源接替。

美国矿产资源调查计划（1998）明确写到“还有许多另外的、迄今尚未被识别的矿床类型”。“发展新的和非传统矿床成因理论，用以查明新的特别是非传统矿床的远景区，以及通过新矿床理论对区域研究和检验来查明新的矿床远景区”。

3.2 俄罗斯非传统矿产资源研究

在非金属方面：“非传统镁硅酸盐陶瓷原料矿床的成因分类”（罗曼诺维奇,1991）；“粗片状石墨：吉尔吉斯天山的非传统矿物原料”（金属矿床地质，1992）；“砂矿非传统找矿方法”（舒尔科夫等，1993）。

有色及贵金属方面：“中西伯利亚非传统铂矿化”（少佐诺夫等，1997）；“有色及稀有金属非传统类型：潜力及发现前景”（科奇涅夫等，1999）；“低品位和非传统矿物原料开发前景”（拉特金等，1997）。

近年来，发现黑色页岩中的Au-Pt-硫化物-碲化物-滑石菱镁片岩建造（干谷矿床）及Au-Pt族-石英-硫化物黄铁细晶岩建造（伊罗京达矿床）等非传统大型金铂矿床已引起广泛重视。俄罗斯自然资源部下属的“有色及贵金属地质勘查研究所”其研究领域包括：金刚石、贵金属及有色金属非传统资源。