(一)萤石及其应用
1、萤石简介
萤石,又称氟石,是氟化钙的结晶体。氟化钙的理论组成为:Ca 51.1,F 48.9。
作为现代工业的重要矿物原料,萤石主要应用于新能源、新材料等战略性新兴产业,以及冶金、化工、建材、光学工业等传统领域。萤石是宝贵的可用尽且不可再生的战略性资源,“是与稀土类似的世界级稀缺资源”。在我国2016 年制定的《全国矿产资源规划(2016—2020 年)》中,萤石被列入我国“战略性矿产目录”。
2、萤石矿简介
萤石矿床按其共生组合,构造与围岩特征以及加工性能,可分为“伴(共)生型”萤石矿床和“单一型”萤石矿床两类。伴(共)生型萤石矿床主要矿物为铅锌硫化物、钨锡多金属硫化物、稀土磁铁和方解石,萤石作为脉石分布其中,随主矿开采而被综合回收利用,主要用于生产冶金级萤石精粉。单一型萤石矿床的矿石组成以萤石、石英为主,有少量的方解石、重晶石、高岭石、黄铁矿、钾长石以及微量的金属硫化物和含磷矿物。这种类型的矿石生产的酸级萤石精粉除了应用于传统化工领域外,还在新能源、新材料等战略性新兴产业中得到广泛应用。
根据国土资源部颁布的《矿山生产建设规模分类一览表》,萤石矿山生产建设规模大于等于10 万吨矿石/年的为大型矿山,5 至10 万吨矿石/年的为中型矿山,小于5 万吨矿石/年的为小型矿山。
3、萤石的主要用途
萤石及其下游产品在冶金、化工、建材、光学等传统领域应用广泛。近几年来,随着新能源、新材料等战略性新兴产业的异军突起,这些领域使用的含氟材料有望成为氟化学工业的新支柱。
(1)萤石的直接应用
天然的高品质萤石晶莹剔透,并因结晶习性和化学组分的不同,而呈现多种多样的形态及颜色,是值得收藏和鉴赏的宝石。
在光学工业中,由于高纯度萤石具有低折射率和对紫外线、红外线的高滤光性特性,因而在光学物镜、光谱仪棱镜、防辐射紫外线及红外线窗口器件等高质量光学元件制作中不可或缺。
在冶金工业中,高品位的萤石块矿或冶金级萤石精粉则可作为助熔剂,被广泛应用于钢铁等金属的冶炼。在钢铁冶炼中,萤石具有降低难熔物质熔点、促进炉渣流动、充分实现渣与金属分离的作用。随着钢铁精炼次数的增加,萤石的需求量也相应增大。
在建材工业中,萤石可作为硅酸盐水泥的辅助原料,氟能够破坏硅质矿物,加速固相反应,缩短烧成时间,使熟料松脆,易于研磨,节能效果显著。
在陶瓷工业中,萤石可作为陶瓷配料,降低烧成温度和熔体粘度,改善坯体和釉面质量。
在玻璃工业中,熔制玻璃时加入少量萤石,可起到助熔作用。萤石可降低玻璃液的粘度,因此有利于玻璃的匀化及澄清,提高玻璃质量。
(2)萤石在新能源、新材料等行业的间接应用
萤石是现代化学工业中氟元素的主要来源。工业上常用浓硫酸与酸级萤石精粉反应生产氢氟酸来提取氟元素,并由此形成了门类众多、规模庞大的氟化学工业。氟化工主要包括氟烷烃、含氟聚合物、无机氟化物及含氟精细化学品四大类产品。氟化工是化工新材料产业的重要分支,同时也是发展新能源等其它战略性新兴产业所需的配套材料,对促进我国制造业结构调整和产品升级起着十分重要的作用。
萤石在新兴行业的应用领域主要包括:
在新能源工业中,含氟材料发挥着不可或缺的作用,主要产品包括锂电池材料六氟磷酸锂、镀铝硼氢氟酸电解液、各项性能优良的含氟太阳能电池背膜、太阳能面板清洗及玻璃雕刻用高纯氢氟酸等。
在新材料工业中,有机氟材料由于具有其他合成材料无法比拟的耐化学性、热稳定性、介电性、不燃不粘性,以及极小的摩擦系数,而有着广泛的应用。例如,有着“塑料之王”美誉的聚四氟乙烯,不仅是国家游泳中心“水立方”外墙材料的主要成分;还是被誉为“世纪之布”的戈尔特斯(GORE-TEX)面料的主要原料,其具有的轻、薄、坚固、耐用、防水、透气和防风等性能使其被广泛应用于宇航、军事及医疗等领域,更在功能性服装市场独领风骚;最新的研究还在探讨其在雾霾治理、水处理等环保领域的应用前景。
在制冷工业中,含氟化合物仍然是不可替代的制冷剂。为了保护环境,降低制冷剂对臭氧层及全球气候变化的影响,发达国家和主要发展中国家使用的制冷剂都在向第三、第四代产品过度。新一代制冷剂对全球变暖及臭氧层破坏的影响得到显著改善。此类新型制冷剂的分子结构中含氟量更高。
在炼铝工业中,氟化铝可以降低熔点和提高电解质的导电率,从而大大降低生产成本,是电解铝生产的重要辅助材料。氟化铝生产中所需的氢氟酸,约有30%来自氢氟酸生产企业,其余由氟化铝生产企业自行生产。
在国防工业中,氟主要应用于铀浓缩和提纯,液态氟可用作火箭燃料的氧化剂,还可用作尖端战机喷气推进剂的关键元素。
在电子工业中,高纯氢氟酸为强酸性清洗、腐蚀剂,应用于集成电路和超大规模集成电路芯片的清洗和腐蚀,是微电子行业发展的关键性基础化工材料之一。
在通信工业中,氟化物玻璃在光导纤维技术中发挥着奇特的作用,其原因是氟化物光导纤维在远距离通讯,尤其在海底通讯中,损耗极小,可在数千公里范围内免除中继站。此外,在医药、农药工业中,有机氟化物品种众多,也有着非常重要的应用。
(二)萤石资源的分布情况
1、全球萤石资源的储量及分布情况
从世界范围来看,具有工业价值的萤石矿床具有地域分布广泛的特点。目前,已在全球40 多个国家发现了具有工业价值的萤石矿床。根据美国地质调查局2016 年的统计,截至2015 年,全球查明的萤石资源矿物量约5 亿吨,查明的储量约2.5 亿吨矿物量。其中,南非、墨西哥、中国和蒙古萤石储量列世界前4位,可开采储量占到全球的50%左右。与全球萤石资源比较,中国萤石资源由于杂质含量,尤其是砷、硫、磷等含量较低,且开采条件较好,因而开发价值较高,在全球萤石资源中占有举足轻重的地位。
2、中国萤石资源储量及分布情况
根据国家统计局和国土资源部的统计,我国查明的萤石资源基础储量为3,712.6 万吨(2012 年)、3,680.3 万吨(2013 年)、3,975.8 万吨(2014 年)、4,081.7 万吨(2015 年),主要分布于湖南、浙江、江西、福建、安徽、内蒙古、河北等省区。湖南省的资源储量居全国首位,但其萤石资源以伴(共)生型萤石矿为主。
我国现有萤石资源的特点如下:
(1)可利用资源有限,资源的保障程度不足
尽管根据国土资源部的统计,我国预测拥有的萤石资源储量约有9.5 亿吨,截至2015 年我国查明的保有萤石资源储量约2.21 亿吨,但其中可利用的,尤其是适合生产高品质酸级萤石精粉的萤石资源十分有限。
我国的萤石矿以伴(共)生型萤石矿为主,单一型萤石矿资源储量相对稀缺。
伴(共)生矿中湖南、内蒙古等地以有色金属、稀有金属伴生为主,云、贵、川等地主要以重晶石共生的重晶石萤石矿为主。根据行业专家的分析,在我国的约2.21 亿吨萤石资源储量中,采选难度较高、经济性较差的伴(共)生资源储量近1.15 亿吨。
而就单一型萤石矿而言,我国浙江、江西、福建、安徽等传统萤石主产区经历了几十年的开采,将要闭坑的矿山的顶板、底板、矿柱等无法回收但未注销的资源及由于各种原因停采的矿山资源储量占很大一部分。根据行业专家的分析,我国单一型萤石矿中共有约3,600 万吨资源储量难以开采利用。
综合以上分析,虽然我国保有萤石资源储量较大,但开发价值较高的单一型萤石矿的可利用资源储量仅为6,000 万吨左右。
(2)高级别储量占比不高,勘查程度不足
根据国土资源部的统计,至2012 年我国的萤石储量仅1,654 万吨,占资源储量的比例不足8%,而全球的储量占资源储量的比例为48%。根据国家统计局统计,中国萤石基础储量在2008 年达到4,464.77 万吨的峰值,但到2015 年已下降到4,081.7 万吨,下降比例超过10%。以上数据说明,我国萤石矿山的地质勘查工作投入不足,导致勘查程度较高的高级别储量偏少,资源保障能力受到制约,影响了萤石矿山的可持续开发。
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