青海石灰岩资源特征及高值化利用建议

雷 恩

(中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008)

石灰岩是常见的一种非金属矿产，用途极为广泛。在现代工业中，石灰岩是生产水泥、石灰、纯碱、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂[1]。优质石灰岩经超细加工成纳米级碳酸钙后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。因此，对于此类深加工的超细粉体需求持续增长，市场前景好。青海石灰岩矿资源较为丰富，分布相对集中，且品质好。目前青海省内开发利用的石灰岩多用于生产水泥、纯碱和烧碱，此类产业对环境影响较大，尤其是制碱行业产生较多的碱渣和废液，地方环保压力大。本文旨在总结青海石灰岩资源特征，分析国内石灰岩深加工行业及产品需求现状，提出省内石灰岩的高值化利用建议，做到环境友好、绿色高效的可持续发展。

1 资源特征

截至2018 年底，青海已发现石灰岩矿产地100余处，累计查明石灰岩资源储量84.90×108t[2](其中电石用38.87×108t，制碱用16.58×108t，水泥用30.77×108t，熔剂用0.68×108t)。保有石灰岩资源储量83.78×108t，其中，保有电石用石灰岩资源储量38.81×108t，占全国的50.93%，排名全国第1[3]；保有制碱用石灰岩资源储量14.47×108t，占全国的33.56%，排名全国第1[4]；保有熔剂用石灰岩资源储量0.68×108t，占全国的0.47%，排名全国第25；保有水泥用石灰岩资源储量29.83×108t，占全国的2.08%，排名全国第20 位[3]。查明资源储量的石灰岩矿产地主要分布于海西州德令哈市、格尔木市、大柴旦镇、天俊县和西宁市湟中县，其他地区零星分布(图1)。

青海石灰岩为化学、生物化学沉积型矿床，其产出严格受地层层位控制，主要赋矿层位有中元古界花石山群克素尔组、中寒武统毛家沟组、奥陶—志留系纳赤台群、下石炭统怀头他拉组、三叠系郡子河群大加连组，这些地层多是碳酸盐沉积地层或有碳酸盐段产出。

石灰岩形成时代从中元古代到三叠纪均有，并集中形成于石炭纪和三叠纪，有矿产地51 处，探明资源量占全省的83.12%，代表矿床有德令哈市旺尕秀石灰岩矿床、天峻县天青山石灰岩矿床；次为奥陶纪，有矿产地17处，探明资源储量占全省的7.64%，代表矿床有格尔木市石灰窑石灰岩矿床；中元古代蓟县纪矿产地7 处，探明资源储量占全省的5.88%，代表矿床有湟中县门旦峡石灰岩矿床；寒武纪矿产地13 处，探明资源储量占全省的3.36%，代表矿床有互助县柏木峡光山石灰岩矿床。

青海电石用石灰岩质量特征为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%。制碱用石灰岩质量特征为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%。熔剂用石灰岩质量特征为CaO 52.02%～54.71%，平均53.31%；MgO 0.49%～1.94%，平均0.97%。水泥用石灰岩质量特征为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%。

图1 青海石灰岩矿分布简图

2 开发利用历史与现状

解放前，青海石灰岩仅用于烧制石灰。1958 年，随着青海毛家寨水泥厂的建成投产，石灰岩矿的开发利用进入了新的历史时期。随后，青海省化工、冶金等行业逐步兴起，石灰岩的应用领域进一步拓宽。改革开放以后，各项事业飞速发展，基础建设规模不断增长，青海省水泥产能从数十万吨迅速增长到数百万吨。同时制碱、电石等行业也在发展，石灰岩矿的需求也迅速增长。改革开放至本世纪初，青海省石灰岩矿主要用于水泥制造，其次是烧制建筑用石灰，化工、冶金等行业用量十分有限。

进入21 世纪，青海制碱、电石等行业迅猛发展，石灰岩矿开采规模也急剧增大。石灰岩矿从主要建材原料矿产，变成了重要的化工原料矿产。目前青海石灰岩主要用于水泥、制碱、电石等行业。西宁市周边石灰岩矿主要用作水泥原料；德令哈旺尕秀矿区石灰岩矿石质量好，多用于制碱和生产电石；大柴旦地区的石灰岩多用于制碱；格尔木地区的石灰岩则多用作水泥原料。据《青海统计年鉴2020》[5]，2019 年青海生产水泥1 340 万t(每吨产品需1.32t 石灰岩)，生产碳酸钠(纯碱)453 万t(每吨产品需1.5t 石灰岩)，氢氧化钠(烧碱)42 万t(每吨产品需1.8t 石灰岩)；2018 年生产碳化钙(电石)8 万t(每吨产品需0.9t石灰岩)。合计每年消耗石灰岩原矿约2 500 万t。

3 我国石灰岩高值利用现状及发展趋势

我国石灰岩矿资源丰富，传统用途主要用于生产水泥、电石、制碱、烧制石灰、冶金熔剂、建筑石料等。随着科技进步和纳米技术的发展，石灰岩(碳酸钙)粉体的应用领域不断拓宽，呈现高值化利用趋势。石灰岩高值利用主要表现为用于生产重质碳酸钙和轻质碳酸钙(纳米碳酸钙或超细碳酸钙)，简称为碳酸钙产业。碳酸钙广泛应用于造纸、塑料、涂料、橡胶、油墨、化学建材、粘接剂和密封材料、饲料、日化、食品、药品等诸多领域，也可用作膳食补充剂和抗酸剂，是目前应用最广、用量最大的无机非金属矿物粉体。近年来上述终端行业对轻质碳酸钙和重质碳酸钙的需求始终表现为稳步提升态势。

依托丰富而优质的石灰岩、方解石资源以及广阔的消费市场，我国碳酸钙产业经历了不断进步和成长的几个阶段，逐步发展成为世界碳酸钙产业大国，特别是近十余年一直保持世界碳酸钙生产和消费的第一大国地位，轻质碳酸钙的生产和消费量均达到世界总量的50%以上，重质碳酸钙产量约占世界总量的25%以上[6]。围绕石灰岩矿产地，我国已形成十大碳酸钙产业基地[10]，分别是广西贺州、江西永丰、浙江建德、河南南召、广东连州、浙江衢州、安徽池州、河北井陉、湖南临武、四川宝兴。

2019 年我国碳酸钙行业产量3 595 万t，其中轻质碳酸钙产量1 350 万t，重质碳酸钙产量2 245 万t；进口量4.9 万t，出口量12.2 万t，表观消费量3 587.7 万t[7]。我国虽是碳酸钙生产大国，但受资源、技术、资金、场地、成本控制等限制，很多企业生产技术落后，存在产业层次低、资源消耗高、环境污染重、土地和能源集约节约程度低、高端人才匮乏、企业自主创新能力不足等诸多问题，仍不是碳酸钙产品生产强国。

2020 年新冠肺炎疫情给我国经济造成了较大冲击，但对于碳酸钙行业来说，2020 年国内市场依旧火热，全年共有16 个碳酸钙项目开工、14 个碳酸钙项目签约[8]。各项目分布于广西、湖北、山东、四川、湖南、安徽等地，其中广西地区备受青睐，项目多达14 个。高值利用深加工目标产品有氧化钙、活性氧化钙、工业氢氧化钙、食品级氢氧化钙、纳米碳酸钙、超细重质碳酸钙、食品药品碳酸钙及复合粉体新材料等。2021 新年伊始，市场对碳酸钙的追捧热度持续不减，根据广西壮族自治区重大项目建设推进领导小组办公室下达的《2021 年第一批自治区层面统筹推进重大项目建设方案》，提出了2021 年第一批自治区层面统筹推进重大项目共1 724 项，其中涉及氧化钙、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙等项目共22 个[9]。

根据新思界产业研究中心发布的《2018-2023年我国碳酸钙行业市场深度调研及发展前景预测报告》，目前我国碳酸钙厂家约1 000 家，其中重钙厂家500 多家，市场竞争激烈。欧米亚、英格瓷、邱博等规模较大的跨国公司通过其在我国沿海的“桥头堡”式工厂渗透我国市场。跨国企业依靠强大的研发能力、稳定可靠的产品质量、精良的仪器、良好的品牌信誉，占据了国内大部分高端市场，价格普遍比国产同类产品高1～3 倍。相比国外领先企业，我国本土重质碳酸钙企业规模普遍较小，竞争力不强，主要为中低端产品市场。不过，近年来国内企业综合竞争实力持续提升，一批实力较强的本土企业相继涌现，高端产品市场正逐步打破外资企业或其在华企业的垄断局面。广西科隆、江西广源化工、广福建材、广西金山化工、山西兰花等优势企业在产品质量水平和性价比方面日益具备和国际品牌竞争的实力。

随着我国经济提出高质量健康发展要求，高端碳酸钙产品在塑料、橡胶、涂料、造纸等行业的需求量将会急剧增加，今后很长一段时间内碳酸钙产业具有旺盛的发展前景。但从2019 年开始，全球经济呈现增速降缓，全球技术和产品同质化导致全球市场竞争强烈，国外对高端碳酸钙产业核心技术及装备限制更为严格，这对需求高端碳酸钙产品的企业提出了新的挑战，但也给我国高端碳酸钙产品行业提供了机遇，国产的高档纳米碳酸钙、超微细碳酸钙、医用级和食品级碳酸钙产品的开发必将加快进度；同时功能化、专用化的碳酸钙产品也是今后碳酸钙产品发展的方向；另外改良碳酸钙粉体性质的新型表面活性剂开发也是碳酸钙产业亟需攻克的难题[6]。

4 资源优势及高值化利用建议

青海保有电石用石灰岩和制碱用石灰岩资源储量排名全国第1，优质石灰岩矿主要分布于柴达木盆地的德令哈地区，其中德令哈市旺尕秀南山石灰岩矿查明资源储量23.59 亿t(电石用12.18 亿t，制碱用5.32 亿t，水泥用6.09 亿t)。该矿位于柴达木循环经济试验区内，有较好的开发利用政策支持。根据省内石灰岩资源特征，提出以下高值化利用建议。

(1)根据石灰岩的区域分布、质量特征和市场需求，开展分级高值利用、产业布局研究，做到资源优质优用，提高优质石灰岩的利用价值。

(2)加强政策引导和支持力度，坚持绿色发展与开发，优化资源配置，合理高值高效利用，对资源吃干榨尽，做到资源价值和社会效益最大化，实现经济高质量发展。

(3)根据石灰岩质量特征，将CaO 含量＞54%的优质石灰岩用于生产碳酸钙深加工产品，借助“一带一路”发展机遇，走出国门，主要出口中亚国家，部分用于省内及周边地区塑料、涂料、医药等行业；将CaO 含量在48%～54%的中品质石灰岩用于生产氧化钙及氢氧化钙，用于省内冶金熔剂、化工及食品深加工等行业；将CaO 含量＜48%的低品质石灰岩用作水泥原料和建筑骨料等。