“双碳”经济背景下的重晶石资源安全保障战略研究

刘丙秋，焦 森，郑厚义，商朋强，向文渊，汤 飞

（1.中化地质矿山总局湖南地质勘查院，湖南 长沙 410000；2.中化地质矿山总局，北京 100013）

0 引言

重晶石是一种重要的非金属原料矿物，以BaSO4为主要成分，广泛应用于石油、化工、轻工、冶金、医学、农业、原子能、军事及建材等行业[1]。随着“碳达峰、碳中和”在国内的积极稳妥推进[2]，研究“双碳”经济背景下重晶石资源现状、开发利用潜力与综合利用效率，对保障重晶石资源安全具有重要战略意义。相对于战略性矿产而言，国内关于重晶石资源安全保障的研究较少。王春连等[3]研究了重晶石的重要性、用途及供需形势，认为重晶石是我国优势非金属矿产，是具有影响和改变全球供应格局的矿产，在特定的新兴产业中具有不可替代的属性，强调要加强战略储备。刘秋颖等[4]分析了中国、美国等国重晶石矿产资源生产、消费现状及其在国际市场中的贡献，认为长远来看，重晶石的需求仍会呈现上升趋势，世界重晶石供需格局将基本保持长期稳定，提出中国应该合理有效开发，科学规划重晶石出口，促进产业升级，以实现重晶石资源的经济效益最大化，保持我国优势地位。陈甲斌等[5]对比分析了重晶石资源储量、生产、消费、进出口贸易及流向等多个方面，认为重晶石等19 种矿产在中国具有显著的优势或者是在全球市场上有较大的影响力，同时美欧对中国有较强的依赖性。姜雅等[6]从重晶石在美国的产业发展地位、资源不可替代性、对国际市场的影响力等三方面分析了将其列为战略性矿产的必要性，提出我国应高度重视重晶石品位逐年下降问题，将其列为战略性矿产加以科学规划和有序开发，构建与优势矿产相匹配的产业结构，逐步提升国际竞争力。王嘉毅等[7]分析了当前国内重晶石产业技术现状，并预测了未来重晶石产业发展趋势主要集中的六个方向。陈正国等[8]通过分析战略性新兴产业发展所必需、供应存在风险、国内资源丰富等三方面战略性非金属矿产界定原则，提出重晶石近年来由于过度开发，正逐渐由优势矿产转变为紧缺矿产，初步厘定其为战略性非金属矿产。汪灵[9]根据我国非金属矿产资源在国家经济安全、国防安全和战略性新兴产业发展中的重要作用，结合矿产资源的保障能力与特色，建议将重晶石列为我国在当前和今后一段时期内的战略性非金属矿产。姜雅等[10]研究了重晶石全球资源储量及分布情况，以及中美贸易供需形势，分析假设美国不从中国进口重晶石可能发生的几种可能性，认为现阶段我国调整重晶石价格及贸易政策的筹码支撑不足，应将重晶石列为战略性矿产，统筹优化顶层重晶石行业结构，调整全球视角产业贸易政策，以提升我国重晶石国际贸易地位作用，更好发挥其国际影响力。前人在重晶石资源安全保障方面的研究，大多侧重于其在国际贸易中的地位作用，充分认识到过度开采带来的形势转变，并建议将其列为战略性矿产，但几乎没有文章研究“碳达峰”与“碳中和”对重晶石资源保障带来的冲击与影响。本文将在前人研究基础上对“双碳”经济背景下的重晶石资源安全保障战略研究进行探索性思考，侧重研究“碳达峰”与“碳中和”如何影响重晶石资源保障，为我国重晶石资源安全保障提供重要的参考。

1 我国重晶石资源现状

1.1 我国重晶石资源储量分布与开发

我国是重晶石大国，不仅资源丰富，而且分布广泛[11]。根据美国地质调查局（USGS）2021 年矿物产品综述数据，中国以3 600 万t 重晶石储量位居全球第五位，约占全球已探明重晶石矿物资源储量的9%，如图1 所示；且储量在2018—2021 年基本保持稳定[12]，如图2 所示。根据《中国矿产资源报告》（2022）[13]，截至2021 年底，全国重晶石储量9 154.87 万t，其中，排名前五位的省份为贵州省、甘肃省、广西壮族自治区、湖南省、浙江省，储量分别为3 505.88 万t、1 248.69 万t、1 241.09 万t、803.93 万t、732.79 万t，如图3 所示。优质富矿（BaSO4品位＞92.5%）则主要集中分布在贵州省和广西壮族自治区。

图1 2021 年世界重晶石资源储量分布Fig.1 Distribution of barite resource reserves in the world in 2021

图2 2016—2021 年我国重晶石储量变化情况Fig.2 Changes of barite reserves in China from 2016 to 2021

图3 2021 年全国主要省份重晶石储量Fig.3 Barite reserves of major provinces in China in 2021

我国重晶石矿床以大型、中型为主，但实际开采则以乡镇企业或个体小矿为主。截至2022 年末，我国共有重晶石矿山502 个，小型矿山约占总矿山数量的57.2%，中小型企业加小矿占总量的97%，开采企业散小弱乱，开采效率不高，资源特点与行业开发规模不匹配。BaSO4品位低于50%的重晶石经济性不佳，大多不予开采，重晶石开发普遍存在“采富弃贫”现象。例如：一直是重晶石生产出口大省的贵州省，近年采出的重晶石已由优质白矿变为C 元素较高的黑色矿石，企业开始到四川省、湖南省等邻近省份购买重晶石矿石。

1.2 重晶石用途与消费

重晶石在全球范围内广泛用于石油、化工、建材、轻工、冶金、医学、农业、原子能、军事及新能源等领域，其用途已超过2 000 项，如图4 所示。钻井泥浆加重剂是重晶石最主要的用途，占其总消费量的85%，用于冷却钻头、加固井壁、控制原油和天然气的压力，从而稳定油气产量，防止井喷事故，美国在该用途上对重晶石有着旺盛需求，因此，美国成为世界第一大重晶石进口国和消费国。重晶石的第二大用途是用于生产氧化钡、碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、沉淀硫酸钡、氢氧化钡等钡化工原料，占其总消费量的9%，中国和欧洲在该用途上对重晶石保持着持续稳定需求。重晶石还用于制造锌钡白颜料、油漆、水泥矿化剂、防辐射混泥土及消化道造影剂（即“钡餐”）等。近年来，随着科技创新水平的提高和新能源电池行业的兴起，重晶石大量用于生产超白超细高纯硫酸钡、高光硫酸钡、钡铁氧体磁性材料、纳米材料、导电材料、防辐射纤维、高反射性涂料等新兴应用领域，因其主成分硫酸钡（BaSO4）与硫酸铅（PbSO4）具有相同的晶格结构，可广泛用于蓄电池中加强负极极板的活性，防止极板板结，延长蓄电池寿命，其在新能源领域中的应用正随着电池技术的进步逐渐丰富。

图4 全球重晶石用途Fig.4 Use of barite in global

1.3 重晶石供需形势分析

产量方面，我国是全球最大的重晶石生产国。我国重晶石经过20 多年的高强度开采，储采比由2001 年的29.04 快速下降到2019 年的11.96，资源安全风险不断升高。全球重晶石产量自2017 年开始稳步增长，并一直保持高位；2020 年，受新冠肺炎疫情的影响，产量大幅下降；2021 年，全球重晶石总产量为730 万t，如图5 所示。国内重晶石产量则由于出口政策的调整，自2017 年开始稳步下降；2020 年，受新冠肺炎疫情的影响，产量降至最低值250 万t；2021 年，全国重晶石产能基本恢复正常，总产量为280 万t，如图6 所示。我国重晶石产量占全球总产量的38%，稳定保持在全球第一位，如图7 所示。我国重晶石储量全球占比仅为9%，产量却占全球的38%，开发强度明显过高，而且这样的供应格局仍将在很长一段时间内持续保持。若干年后，重晶石或将成为我国的短缺资源。

图5 2015—2021 年全球重晶石产量及增速情况Fig.5 Production and growth rate of barite in global from 2015 to 2021

图6 2015—2021 年中国重晶石产量及增速情况Fig.6 Production and growth rate of barite in China from 2015 to 2021

图7 2021 年全球重晶石产量地区分布Fig.7 Regional distribution of barite production in global in 2021

进出口方面，我国是世界上最大的钻井级重晶石原材料供给国，每年有超过65%的重晶石产量用于出口，出口规模远大于进口规模，重晶石出口量及出口金额自2017 年开始随着国内产能下调而逐步下降。2020 年，受新冠肺炎疫情叠加影响，出口量及出口金额降至最低值54.13 万t、0.88 亿美元。2021 年，全国重晶石产能基本恢复正常，重晶石出口量也回调至正常水平，为92.36 万t，出口金额为1.40 亿美元，但出口规模逐年下降的趋势未发生变化，如图8所示。

图8 2017—2022 年11 月中国重晶石出口贸易情况Fig.8 Export trade of barite in China from 2017 to November 2022

1.4 历年重晶石产量涨跌规律

我国重晶石开采及出口经历过两次高峰和两次低谷。自2002 年起，我国重晶石开采及出口进入快速增长阶段，到2008 年达到产量和出口量的第一个高峰。2009 年，我国开始出台政策限制重晶石出口，并加征出口关税，重晶石价格随之上涨，加之重晶石最大消费国美国爆发次贷危机，大量油井停产，导致2009—2011 年我国重晶石的产量和出口量均下跌，出现第一个低谷。2012 年，全球经济缓慢复苏，我国重晶石出现了第二个开采与出口的小高峰，但紧随而来的全球石油价格暴跌使得美国关闭了国内60%的石油钻井平台，我国重晶石出口第二次陷入低谷，之后则进入缓慢复苏、稳步增长阶段[14]。据此，我国历年重晶石产量涨跌与全球及我国油气产量变化规律基本一致。

2 “双碳”经济背景下重晶石行业发展新特征

2.1 “双碳”经济对重晶石资源保障的冲击与影响

伴随着市场需求与环保政策发生的双重变化，“双碳”经济对重晶石资源保障产生了深远的冲击与影响，重晶石资源消费正在朝着高端化与低碳化方向进行调整，终端产品发展方向也正向更符合市场需求的新能源领域转变[15]。

2.1.1 重晶石消费量伴随着油气矿产勘查投入的变化呈现“先升后降”的趋势

就全球范围而言，在“碳达峰”与“碳中和”背景下，世界各国为减少碳排放，将严格控制化石能源（煤炭、石油、天然气）的用量。根据2016 年《巴黎协定》要求，世界各国应根据不同化石能源的特点，加快煤炭退出一次能源消费与石油消费尽早达峰。因此，在过去的若干年，世界主要发达经济体纷纷大幅减少了煤炭用量，控制了石油用量的增幅，而天然气则凭借其相对低污染、低排放的优势成为“过度能源”，其用量反而呈现快速增长趋势，全球范围内“煤降、油稳、气升”这一组合现象将至少持续至“碳达峰”目标实现。就国内而言，天然气亦将是我国当前能源结构转型和优化的过程中首选的过渡能源，油气资源在国内一次能源消费结构中的占比也将在2030 年“碳达峰”目标实现前呈稳步上升趋势。《中华人民共和国经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》强调要推动油气增储上产，而根据《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》，中国2030 年天然气占比将达到15.0%，而2022 年仅为8.4%，尚具有较大增长空间。全国范围内开展的新一轮找矿突破战略行动则在短期～中期加大了油气矿产勘查投入，促使全国油气矿产勘查投入创历史新高，2022 年达到822 亿元，同比增长3.1%，2023年上半年，全国油气矿产勘查投入同比增长7.5%[16]。全球范围内油气钻井数量的增加也间接佐证了上述观点，2022 年，全球油气钻井数量为38 777 口，同比增加7.4%。

综上所述，可以预测到在实现“碳达峰”目标之前，全球范围内油气矿产的勘查与开发仍将持续高位运行，但在2030 年实现“碳达峰”目标之后，一次能源结构中的油气资源占比将在很长时间内保持稳步下降，油气矿产勘查与开发也将随之稳步下降。与之相对应，主要用于油气勘查的重晶石消费量也将在2030—2040 年间达到峰值，期间将保持5.82%左右的复合年增长率，2040 年之后稳步下降。

2.1.2 新能源产业的快速发展产生了新的重晶石资源需求

“碳达峰”与“碳中和”背景下，世界各国为减少碳排放，严格控制煤炭用量，同时加大了石油和天然气的勘查与开采力度，此举将在全球范围内持续提升重晶石消费量。与此同时，随着“碳达峰”与“碳中和”在全国范围内的积极稳妥推进，“双碳”政策体系得以加快构建，新能源相关产业特别是储能电池产业的快速发展，创造了重晶石资源新的需求增长极。如随着电池工业技术的不断进步，氯酸钡（Ba（ClO3）2）由于高溶解度和高电导率，用于固态电池的电解液，可以提供稳定、高效的电解质环境，以确保电池在不同温度和压力下稳定工作；氯酸钡（Ba（ClO3）2）可同时用于电池防火剂、催化剂、添加剂，增加电池的容量、性能、生命周期和整体效率。钡燃料电池作为一种高能化学电源，具有能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于储运、可使用温度范围宽及污染小等特点，拥有良好的应用前景。另外，以高纯钛酸钡为核心材料的“超级电容”相关研究正在不断深入，不论成功与否，重晶石与新能源产业密切相关，且相对锂、镁等其他电池原材料更“物美价廉”，使其应用于储能电池等新能源材料的占比越来越高。

2.1.3 政府层面的低碳绿色引导推动了重晶石资源高效高质利用

大气污染物监测点布置：烟尘监测在#3、#4机组锅炉烟气除尘设施进、出口及脱硫系统进、出口烟道上设置监测断面，按（《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）和《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397-2007）规定布设监测点，气态污染物在每一监测断面中心点附近设一个监测点。废气连续监测2天，每天监测3次。

为促进重晶石相关产业低碳绿色发展，国家层面特别是重晶石资源大省在重晶石产业布局上进行了科学有序的引导。全国范围内清退位于自然保护区核心区域的矿业权，执法制止以探代采、占而不采、乱采滥挖、采富弃贫等违法违规行为。国家发展和改革委员会发布《西部地区鼓励类产业目录（2020 年本）》[17]，鼓励贵州省黔东南州积极发展绿色钡盐产业，着力开发钡化工新工艺、新技术，推进钡盐精深加工，重点发展电子级、试剂级、医药级等钡盐产品，加大钡盐废弃物资源综合利用，推动钡盐产业集聚发展。贵州省正在实施的《贵州省现代化工产业发展规划（2019－2025 年）》和《贵州省特色化工产业发展规划（2019－2025 年）》[18]，均对钡盐化工产业布局有着明确的规划，力求发展高端钡化工，生产精细化、专用化的多功能纳米级、电子级钡盐化学品。

2.2 “双碳”经济背景下重晶石资源安全保障面临的新挑战

重晶石是我国的优势矿产，以外贸出口为主，深加工程度和综合利用工艺技术水平较低，且废钻井液中重晶石回收利用率低，使其资源安全保障在“碳达峰”与“碳中和”的冲击和影响下面临着新的挑战。

2.2.1 重晶石资源安全保障年限不容乐观

“双碳”背景下，长期（2041—2060 年）来看，油气资源被新型清洁能源替代的趋势不可逆转，但短期～中期（2024—2030 年）来看，由于全球范围内油气资源的短期不可替代性，全球油气产量仍将居高不下，我国重晶石产量也将维持高位运行。

由于重晶石用途消费中有85%都用于油气钻井，而油气钻井深度和数量与油气产量呈线性正相关，在不考虑国内重晶石与油气进出口政策调整、国内重晶石消费结构变化，以及科技进步等因素的前提下，可采用固定比率分析法预测未来重晶石产量，并估算重晶石资源安全保障年限，见式（1）。

2022 年，我国一次能源消费总量为159.39 EJ（折合约54.46 亿t 标准煤），其中，油气消费占比26.4%，为42.08 EJ（折合约14.38 亿t 标准煤）[19]。2024—2040 年，国内油气消费占比仍将维持主体能源地位，2030—2040 年，我国的能源需求将步入峰值平台期，约为175.62 EJ（折合约60.00 亿t 标准煤），油气消费占比也将于2040 年达到峰值50.0%，则可推算出2040 年的油气消费量为87.81 EJ（折合约30.00 亿t 标准煤）[20]，对应重晶石产量约590.55 万t，2021—2040 年间重晶石产量复合增速为4.01%。2040—2060 年，我国一次能源消费总量将逐步回落。2060 年，我国一次能源消费总量预计为169.47 EJ（折合约57.90 亿t标准煤），油气消费占比也将降至23.0%，则该年油气消费量为38.98 EJ（折合约13.32 亿t 标准煤），对应重晶石产量约262.11 万t，2041—2060 年间重晶石产量复合减速为3.98%。综上，可预测出2021—2060 年间重晶石年度产量，如图9 所示。

图9 2021—2060 年预测重晶石年度产量Fig.9 Forecast annual production of barite from 2021 to 2060

根据2021—2060 年预测重晶石年度产量，以2021 年底自然资源部发布的重晶石储量9 154.87 万t数据为基础，则2041 年全国重晶石产量为567.05 万t，2041 年末重晶石储量剩余521.75 万t，已不足以支撑2042 年重晶石消费量，则我国重晶石储量静态保障年限为18 a（至2041 年）。总体上来看，我国重晶石储量在2030 年实现“碳达峰”前尚可满足国内重晶石需求，但显然无法支撑至2060 年实现“碳中和”目标。随着“碳达峰”与“碳中和”的稳定推进，新能源相关的重晶石资源需求量逐年变大，且重晶石资源需求逐渐多元化，同时，重晶石出口在近年有所下滑的情况下仍然能保持每年约100 万t 的出口量，叠加上述多重因素后的我国重晶石资源保障年限或将大幅缩短，低于18 a。

石油和天然气钻井产生了大量的废钻井液。我国每年因石油钻井排放的废弃钻井液超过100 万m3，其中包含的加重材料重晶石体积含量超过40%，每立方米钻井液重晶石的消耗约占钻井总费用的75%[21]。我国在废钻井液中回收利用重晶石的技术尚处于较低水平，主要采用较原始的离心机方法，利用离心作用使密度较大的加重剂与钻井液中其他组分分离。该方法仅适用于低密度废钻井液，且处理量有限，对组成复杂、处理难度大的高密度废钻井液则无法实现重晶石资源的充分回收利用。

3 “双碳”经济背景下的重晶石资源安全保障对策

随着“碳达峰”与“碳中和”的稳妥推进，“采富弃贫”式的重晶石资源开发、“低效粗放”式的重晶石产业布局、“物美价廉”式的出口贸易已不能适应新的社会经济发展形势，对新形势下的重晶石资源安全保障提出以下对策建议。

3.1 适度加大勘查力度，合理有效开采资源，保持重晶石资源可持续供应

勘查方面，科学规划、大力推进实施新一轮找矿突破战略行动，适度加大重晶石资源勘查力度。建议从微观尺度上对重晶石矿床的成矿过程进行精细化的厘定[22]，500 m 以浅重晶石资源应加强富矿详查找矿，找矿方向集中在扬子地块南缘和北缘的沉积型重晶石矿；1 000 m 以浅重晶石资源应加强预普查找矿，提高已有重晶石资源勘查级别，找矿方向集中在扬子地块和华北地块的碳酸盐岩地台区，主要为浅成中～低温热液型重晶石矿[23]。开采方面，政府层面应充分行使监督执纪职能，减少普遍存在的“滥采乱挖”“采富弃贫”和“过度开发”等浪费资源现象。开展专项科技攻关，提高共（伴）生矿、低品位矿综合利用率。推广使用低品位重晶石制备防辐射性板材等技术，提高矿业“三废”回收利用率[24]。

3.2 列为战略性矿产，持续调整出口结构，保持国际贸易优势地位

近年来，美欧等发达国家都将重晶石列为关键矿产。我国作为国际资源需求增量大国，一方面，应尽快将重晶石列入战略性矿产，出台相关的出口管理政策，严格限制其出口比例与出口总量，调节进出口量平衡；利用国际“大循环”，充分发挥资源全球化配置的便利性，通过“一带一路”与重晶石资源大国（哈萨克斯坦等）开展国际合作，减缓我国重晶石资源的耗竭速度。另一方面，应高度重视我国重晶石资源在国际贸易中的地位和作用，调整出口结构，增加高附加值产品的出口，逐步减少原矿矿粉等低价值、竞争力不足的产品出口，注重产品质量，提升出口重晶石资源附加值，提高我国重晶石出口的国际市场占有率，保持国际贸易的优势地位。

3.3 探索新的回收利用技术，提高废钻井液中重晶石回收利用率

加大科技创新力度，持续推进废钻井液中重晶石回收利用等核心技术研究攻关。提升离心机回收重晶石技术性能，加强固控设备自动化、智能化研究，提升离心机单机处理能力。开展“揭榜挂帅”专项科技攻关，攻克废钻井液中重晶石浮选回收技术难题，提高高密度废钻井液中重晶石回收利用率，大幅降低废钻井液处理成本，减少废弃物排放，提高经济效益，实现油气田环境保护与重晶石资源综合利用。

3.4 以全球格局整合重晶石相关企业，形成具有充分竞争力的全球产业贸易链

我国作为世界上最大的重晶石生产国和出口国，具有先天的资源优势，但一直存在的“产业低端”“优外劣内”等问题使得资源优势没有转化为应有的经济效益。应以全球格局整合国内重晶石生产与出口企业，闭环部署重晶石勘查、开发、研发、生产、服务、出口等各个环节。利用新一轮找矿突破战略行动契机有意识地引导国内企业加大境外重晶石资源勘查与开发力度，参股国外规模以上重晶石矿业权上游项目，在全球范围内占有重晶石资源。利用重晶石出口市场占有率优势，根据全球重晶石消费需求制定产品标准，提升国内重晶石资源附加值，树立重晶石中国品牌，提高我国企业全球核心竞争力，保障产销链条的全球闭环供应机制，进而形成具有充分竞争力的全球产业贸易链，使我国重晶石出口能在一个较高的水平上参与对外竞争。

4 结论及建议

随着全国范围内“碳达峰”与“碳中和”相关政策的推进，市场需求与环保政策发生了双重变化。重晶石资源消费正朝着高端化与低碳化方向进行调整，终端产品发展方向也正向更符合市场需求的新能源领域转变，国家层面也在重晶石产业布局上进行了科学有序的低碳绿色引导。重晶石资源安全保障不容乐观，静态保障年限仅为18 a（至2041 年），无法支撑至2060 年实现“碳中和”目标，加之重晶石资源利用率不高，废钻井液中重晶石回收再利用率低，均导致我国重晶石资源安全保障面临着新的挑战。

“双碳”背景下，为提高我国重晶石资源安全保障程度，应从保持供应、调整出口、提高回收利用率和全球格局整合等4 个方面进行安全战略部署，以保障资源的可持续发展：①适度加大勘查力度，合理有效开采资源，保持重晶石资源可持续供应；②列为战略性矿产，持续调整出口结构，保持国际贸易的优势地位；③探索新的回收利用技术，提高废钻井液中重晶石回收利用率；④以全球格局整合重晶石相关企业，形成具有充分竞争力的全球产业贸易链。

致谢：论文得到中化地质矿山总局化工地质科技项目“湘西北地区萤石、重晶石矿产调查评价”（编号：ZHDK202312）、中国煤炭地质总局科技创新项目“磷矿伴生氟资源评价及利用研究”（编号：ZMKJ-2020-J06-2）、湖南省自然科学基金（部门联合基金项目）“湖南省新宁县龙口锑矿典型蚀变矿物的形成环境及其对锑成矿的制约”（编号：2023JJ60189）联合资助，得到中化地质矿山总局总工程师焦森及郑厚义、商朋强两位博士悉心指导，在此一并致谢。