非金属矿产资源节约与综合利用技术进展

吴小缓，王文利，于延棠，袁 鹏

（1.建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.中国非金属矿工业协会，北京 100831）

非金属矿产资源节约与综合利用技术进展

吴小缓1，王文利2，于延棠2，袁 鹏1

（1.建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.中国非金属矿工业协会，北京 100831）

非金属矿产在社会发展和技术进步中的地位越来越重要。本文总结了非金属矿产资源节约和综合利用的主要技术途径，介绍了目前非金属矿产资源节约与综合利用技术的进展。

非金属矿；资源节约；综合利用技术；途径；进展

1 概述

矿产资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。随着科学技术的进步和生活水平的不断提高，人类对各种矿产资源的需求日益增长。我国改革开放以来，对矿产资源的开发量更是与日俱增。矿产资源的粗放开发和大量消耗，不仅导致资源的加速枯竭，还带来一系列环境问题。当前，加快矿业发展方式的转变、强化矿产资源的节约开发和高效利用，已成为我国矿业界重要的研究内容和任务。

非金属矿产是我国开采矿种最多、开采量最大的一类矿产。长期以来，非金属矿产品是建材、冶金、化工、轻工等传统产业重要的原辅材料。近年来，随着我国经济的快速发展和科技进步，电子信息、新材料、新能源、生物医药、航天航空等高新技术产业的兴起，以及人们对环境保护和生态建设的日益重视，非金属矿产品的应用领域越来越广，已不仅局限于为传统产业提供原辅材料，非金属矿深加工产品已成为高新技术产业发展的重要支撑材料、环境保护和生态建设的高效廉价材料，非金属矿产在社会发展和技术进步中的地位越来越重要。非金属矿产的开发利用水平已成为反映一个国家经济发展程度的重要标志之一，非金属矿产的节约开发和高效利用更是人们关注的热点。

总体而言，我国非金属矿产资源比较丰富，查明资源储量较多、品种比较齐全，矿石质量一般较好，是世界上少数几个非金属矿产资源条件较好的国家之一，多数非金属矿产资源基本上可以满足我国社会发展的需求。但是，由于我国人口众多，从人均占有资源量来看，超过世界人均拥有量的非金属矿产只有石膏、膨润土、石墨等少数几种。另外我国有些非金属矿产如金刚石、优质高岭土(造纸涂料级)、钠基膨润土等，查明资源储量明显不足，有些资源质量欠佳或地理分布不够均衡。

改革开放以来，我国对非金属矿产资源的需求和开采量成倍增长，据统计，2009年我国非金属矿矿石产量达到36.52亿t，占全国固体矿产开采总量的52.72%。

长期的粗放式开发给我国非金属矿工业的发展带来许多的问题，主要表现在：

(1) 资源消耗速度过快，一些非金属矿产资源保证程度降低，优质滑石、隐晶质石墨、硅灰石、温石棉等资源储量在减少。

(2) 资源浪费的问题严重，就全行业来看，采富弃贫、采厚弃薄、大矿小开等现象，依然具有普遍性，资源破坏浪费严重，非金属矿资源的利用率平均只有20%～30%。

(3) 行业总体技术水平低，企业规模小、分散，集约化程度低，许多小矿仍然采用原始的手工开采和落后的生产工艺，机械化和自动化程度低，资源的回收率和综合利用率不高。

(4) 生态环境问题突出。由于经济利益驱使，许多企业重生产、轻环保，矿山废石、尾矿随意堆放，占用大量田地，一些选矿厂未经处理的尾矿废水外排，对河道和土壤造成严重污染。一些矿山超常地下开采，造成大量采空区，以及边坡的开挖活动诱发地层塌陷、滑坡等地质灾害，甚至对当地人民生命财产带来重大危害。

上述问题的存在不仅影响我国非金属矿工业的可持续的健康发展，而且制约了对非金属矿产资源的节约开发和高效利用。要解决这一问题，除了进一步推进矿产资源的开发整合工作、调整产业结构、推动产业升级外，更需要从技术层面上，规范矿产资源的开发，鼓励推广先进技术，淘汰、限制落后的技术，提升矿产资源开发的总体技术水平，提高资源的利用率。

2 非金属矿产资源节约与综合利用技术途径

2.1 资源节约的开采技术途径

当前，我国非金属矿产资源开发，资源回收利用率低的主要影响因素有三方面：首先是矿山规模小、大矿小开、生产分散；其次是生产粗放、矿山缺乏规划和设计、采富弃贫、采厚弃薄；第三是开采技术落后、开采工艺不合理、装备水平低，许多小矿仍处于手工开采和半机械化状态。对于前两个影响因素，应从整顿矿山生产秩序、规范矿产开发准入门槛等生产管理方面来加强治理。第三个因素是纯技术问题，即非金属矿产资源节约的开采技术途径，主要包括开采方法和技术装备两个方面。

(1) 推广适用于非金属矿床赋存条件和特点的开采技术，提高开采效率和资源的回采率。

包括软质高岭土、滑石等非金属矿松软矿体地下开采工艺技术。石膏等厚矿体非金属矿地下开采工艺技术在一些大、中型非金属矿山都是按正规设计建设的，其开采工艺技术比较规范，资源的回采率也比较高。但是，对于大量小矿山的生产，缺乏正规的矿山开采设计，开采工艺技术的不规范，采富弃贫，采厚弃薄现象普遍存在，资源回收率较低。推广先进的开采技术，对小矿山进行技术改造，乃是非金属矿产资源节约开采技术途径之一。

(2) 推广非金属矿山适用的专用技术装备，提高非金属矿山机械化水平。

非金属矿山技术装备水平，机械化、自动化程度不仅与国外大型非金属矿山有很大差距，而且与国内煤炭、金属矿山相比也存在较大差距。长期以来，非金属矿行业机械装备开发制造能力薄弱，适合非金属矿山的专用设备不多，许多露天或地下开采装备，仍采用金属矿山的通用设备。当前，首先是推广较先进的通用矿山设备，改变许多非金属矿小矿的半机械化或手工开采的落后状况，提高矿山开采的机械化水平，改善工人劳动条件，提高非金属矿开采的劳动效率和资源的回收率。

2.2 资源节约的选矿加工技术途径

非金属矿产资源节约的选矿加工主要技术途径，包括：提高选矿加工的回收率、保护矿物的天然结晶特性和晶体结构、低品级矿石的利用等方面。

(1) 提高选矿加工的回收率。

目前已开展选矿提纯的非金属矿产，如鳞片石墨矿石、高岭土矿石、萤石矿石等选矿回收率仍存在提高的空间，尤其是广泛分布的小型矿山，其选矿回收率普遍偏低，与技术水平较先进的大、中型矿相比差距很大。

通过推广采用先进技术进一步完善选矿提纯工艺流程，改进技术装备，调整工艺过程的技术参数，降低选矿加工过程的跑、冒、滴、漏造成的损失等技术措施，选矿加工的回收率是可以提高的。在当前生产现状条件下，提高有用非金属矿物或组分的回收率，仍然是非金属矿资源节约的选矿加工主要技术途径。

(2) 保护矿物的天然晶体特性和晶体结构，提高非金属矿产品的利用性能。

非金属矿选矿加工的特点之一就是要保护矿物的天然晶体结构。这是为了保证某些非金属矿物发挥其更高的利用价值。例如：温石棉选矿加工，为保护石棉纤维的长度和抗拉强度，采用多段破碎解离石棉纤维、多段选别，按纤维长度分级除尘、净化，分别产出不同等级的石棉产品。纤维较长的石棉产品可作为石棉水泥制品、橡胶制品等增强材料，而低级石棉产品增强效果差，利用价值低，只能用作保温材料。其他诸如保护鳞片石墨的片径、提高高岭土的白度及亮度、提高硅灰石纤维的长径比等都是为了发挥矿物天然结晶特性和晶体结构的利用价值，获得更佳的利用效果。

实现非金属矿产的高效利用，也是节约资源的一个重要方面。通过采用适合不同矿产特殊要求的先进选矿加工工艺流程、专用的技术设备，更好地保护非金属矿物的天然晶体结构特性，提高其利用价值，是非金属矿产资源节约的选矿加工的主要技术途径。

(3) 研发低品位非金属矿产的选矿提纯技术，扩大非金属矿产可利用资源储量。

我国的非金属矿产绝大部分是直接利用开采出来的原矿石，不进行选矿提纯。以常见的11种重要非金属矿产为例，全部原矿石需要进行选矿提纯后才能利用的矿产有鳞片石墨、温石棉，其他的为需要对部分原矿石进行选矿提纯或不经过任何选矿提纯。

萤石只对贫矿石(工业品位CaF2＞30%)进行浮选提纯，生产萤石粉产品。对富矿石(CaF2≥65%)进行手选后，生产萤石块产品，直接利用。目前，萤石块产品产量约占总产量的三分之二，萤石粉约占三分之一。

高岭土只对砂质高岭土原矿和部分热液变质高岭土原矿进行水力分选加工，而其他高岭土原矿则直接用于低档陶瓷原料或其他领域。水洗高岭土产品产量约占高岭土总产量的三分之一，主要用于造纸涂料、高档陶瓷填料等领域。

硅质原料矿石只对部分矿石进行浮选，水力分级或进一步化学提纯，用于建筑玻璃、工业技术玻璃、太阳能电池等领域，其他原矿则不进行选矿加工直接利用。

石膏矿石一般直接利用原矿石，只对纤维石膏采用手选方法富集。

滑石、菱镁矿、膨润土、硅藻土、硅灰石等矿产目前一般不进行选矿提纯，绝大部分原矿按品位高低分级，用于不同的领域。

从以上分析可看出，对原矿进行选矿提纯的非金属矿产所占比重很小，大部分直接利用原矿，尤其是大量的低品位矿石，目前尚无法利用，例如：低品位滑石、菱镁矿、硅藻土、膨润土、土状石墨等。

目前各开采矿山都有大量积存，不仅造成资源的浪费，而且给生态环境带来危害。因此，研究开发低品位矿石选矿提纯技术，对低品位矿石进行选矿提纯和综合利用，是资源节约的又一技术途径。

3 非金属矿产资源节约与综合利用技术进展

3.1 非金属矿开采技术

我国非金属矿山企业分散、数量大、规模小，生产技术水平比较落后。近年来，通过治理整顿和重组，企业数量有所减少，生产技术水平不断提高，适合非金属矿床赋存特点的开采技术也取得一些进展。如高岭土地下开采的软岩支护和开采技术；高岭土露天开采砂型矿的水力开采技术；石膏厚矿体房柱法地下开采技术；石膏地下开采大面积采空区处理技术；金刚石岩管露天开采转地下开采技术；松软矿体滑石矿地下开采技术；大理石花岗石饰面石材开采的分离、分割、整形等技术；片状云母的保护晶体开采技术等。

这些开采技术在不同赋存特点的非金属矿山都取得了成功。有些技术形成了只适合于某些矿山的专用的开采技术，有效地提高了采矿回收率，对节约资源发挥了重要作用。

3.2 选矿提纯技术

我国对鳞片石墨、萤石、高岭土、金刚石、温石棉等重要非金属矿，大多进行选矿提纯，多年来已经形成较为成熟的专用设备和工艺流程。例如鳞片石墨的多段磨矿、多段精选的生产工艺，精矿品位可达到98%，回收率也可达到85%以上；萤石矿的浮选工艺技术，精矿CaF2含量97%以上，回收率也可达到85%以上；蓝晶石族矿物、碎云母等开发相对较晚的非金属矿产，也研发了专用的选矿工艺流程设备；膨润土、凹凸棒石等粘土矿物的提纯技术亦取得了新的进展；隐晶质石墨的高温提纯技术已研发成功。

对于大量存在的低品位滑石、低品位硅藻土、低品位菱镁矿等非金属矿产，以往只作为低档产品加以利用或弃之不用，造成资源的浪费。近年来，也相继研发成功针对不同非金属矿的选矿提纯技术，使之变为有用的高附加值产品。

3.3 超细粉碎和精细分级技术

近年来，我国超细粉碎和精细分级技术发展较快。20世纪90年代以来，在引进技术消化吸收的基础上，进入了引进为辅自主研发为主的阶段，设备处理能力、单位产品能耗、耐磨性能、工艺配套和自动控制等综合性能显著进步。

例如超细碳酸钙浆料生产装备，主体搅拌磨的规格由2000年前后的500L、2003年的3 000L，发展到2005年的3500～5 000L；单机生产能力扩大，电耗降低，2000年为500kg/h、180kW·h/t，2003年1 000kg/h、120kW·h/t，2005年达到2 000kg/h、90kW·h/t。随着装备水平的提高，取得了显著的节能效果，同时产品质量也得到改善和提高：产品细度-2μm含量≥97%、最大粒径3～5μm、平均粒径0.3～0.5μm。

又如超细煅烧高岭土生产技术：超细研磨设备，2000年采用BP500研磨剥片机，2001年到2005年，随着CYM3000和CYM5000大型搅拌磨相继问世，现已形成1万t/a的生产线装备，能耗由180kW·h/t降低到90kW·h/t，节能50%。而煅烧设备，回转煅烧窑由隔焰式发展到直焰式，热效率大大提高，处理能力亦可以与研磨设备配套。

3.4 干燥和表面改性技术

非金属矿滤饼的干燥作业是能耗集中的环节，强力粉碎干燥技术具有显著的节能效果。强力粉碎干燥技术，突破了传统的单一加热干燥方式，集粉碎与干燥两大功能为一体，在产品干燥过程中不断将料块粉碎，一次作业可获得水分含量低于0.5%的粉体，热效率可达65%，比其他类型的干燥技术热效率提高10%。

粉体表面改性技术以往都是间歇式工作，新近开发成功的SLG连续粉体表面改性机，实现了非金属矿粉体干法连续表面改性工业化集成技术。该技术特点是：①连续生产、负压运行，无粉尘污染、操作简便、单位产品能耗低(30～50kW·h/t)；②对粉体的改性剂的分散性好，颗粒表面包覆均匀；③依靠自摩擦加热，不需要单设粉体加热装置；④可以在一机上实现二种以上改性剂的覆合改性和两种以上粉体的复合改性。

3.5 尾矿综合利用技术

石墨、高岭土、萤石、温石棉、蓝晶石矿物等非金属矿山的选矿，通常会产生大量的尾矿。为了进一步综合利用这些尾矿，近年来行业内开展了许多研究工作：首先是对尾矿的物理性质、化学成分、物相组成、工艺技术性能进行评价，为合理高效利用尾矿提供理论依据；第二针对不同性质的尾矿开发具有良好社会经济效益的利用途径及应用的新工艺及配套技术装备。

目前，我国对非金属矿尾矿的综合利用尚处于起步阶段，而且不同地区不同矿种发展亦不平衡。对石墨、高岭土、萤石、温石棉尾矿的利用技术主要包括：回收有用的伴生矿物和有用组分技术、利用尾矿制造建筑材料技术等。总体而言，我国中东部经济发展较高地区对尾矿的资源化和再利用的效果要好一些，西部地区相对要差一些。

崔越昭，戎培康，章少华，等.中国非金属矿业[M].北京：地质出版社，2008.

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