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    3月3日下午,全国政协常委、自然资源部中国地质调查局副局长李朋德在接受《中国矿业报》云采访时高兴地告诉记者:“元旦前向中国农工民主党中央提供的4件提案素材中有3件中选,今天已经提交给十三届全国政协第四次大会,其中一件作为农工党中央提案,另两件作为农工党界别委员们小组提案。此外还有一个中央提案是基于中国地质调查局与农工党中央共同调研形成的有关页岩气煤层气勘探开发利用的提案。”

    此次参加全国政协十三届四次会议,李朋德常委另外还准备了4件提案,涉及到地学旅游、地热开发、地下空间利用和地理信息产业高质量发展。这些提案都立足新时代,把握新需求,内容紧扣中国地质调查局“十四五”时期的工作任务,涉及发展空间基础设施提供全球公共产品、贯彻习近平法治思想构建国土空间、开展长江健康体检和支持精准生态修复、依法治理尾矿库促进资源高效综合利用等,为开创“十四五”时期地质调查事业改革发展新格局建言献策。

    李朋德常委一直关注并跟踪着提案内容,针对黄河水、长江水、泉水、井水及解决饮用水等问题,参加了全国政协乡村振兴饮水安全调研,从贫困地区找水打井,到乡村振兴的饮水保障。他认为,农村饮用水安全是小康社会的重要标志之一,也是地质调查的重点工作,任重而道远。

    李朋德作为来自中国地质调查局的全国政协常委,其第一批确定的4件提案,业界也颇为关注,那么这4件提案究竟有哪些内容呢?

    全国政协常委 李朋德

    提案一:发展空间基础设施提供全球公共产品

    我国地球观测系统虽然为全球提供卫星定位、气象预报和遥感信息服务,但是我国空间基础设施为全球提供公共产品能力严重不足,大部分遥感卫星只发挥了四分之一的数据获取能力,各卫星体系间的统筹能力也不足。

    李朋德常委表示,我国应充分利用地球观测能力的优势,积极开发高科技的全球公共产品。我国虽然已是航天大国,拥有的航天器数量位列世界前三,遥感卫星种类齐全且数量不断攀升,但尚缺少统筹,主要体现有四个方面:一是我国缺少在全球分布广泛的卫星接收网络和服务体系。二是卫星工程立项的目标偏低,任务考核缺少挑战性。三是我国卫星的检校和标准缺乏国际化。四是我国卫星遥感数据处理的财政经费,一般不包括境外数据的处理和管理。

    新时期新阶段,我国将进一步提升地球观测能力,完善空间基础设施、空地基础设施和全球化地球观测数据服务体系,开发更多的公共外交产品,建成“数字丝绸之路”,更好地支撑网络强国、数字中国、美丽中国建设,同时也是积极响应全球需求,支持全球的绿色发展。

    李朋德常委为此建议,一是加快出台《航天法》及其配套条例。依法规范航天活动,加大航天活动的统一规划,确保太空安全和我国空间基础设施的全球化,进一步提升我国地球观测公共服务能力,实现我国航天、遥感、北斗卫星和地理信息产业的健康发展。二是加快建设全球化空地信息通道,实现面向全球的信息服务。我国的海外卫星接收站网建设严重滞后,必须发挥企业的积极性,培育建设海外接收站网,鼓励与外国政府和组织联合建设接收体系,尤其要实现遥感卫星境外直接服务的能力。三是设立地球观测领域的对外援助计划。规划部署航天、地球观测和地球探测等领域的对外援助工作,鼓励企业利用我国空间基础设施资源,开发系列化的全球公共信息产品,彰显航天大国的责任,推动我国数字经济的全球化发展。四是加快开展卫星运控体系改革。随着我国航天产业的快速发展,在轨的卫星越来越多,现有的卫星测控、接收和服务体系已不能满足要求,要加紧改革卫星运控体系,形成备份和多渠道,强化卫星的业主管理体系。

    提案二:构建国土空间治理体系

    国土空间治理制度主要包括自然资源资产产权制度、资源有偿使用和生态补偿制度等自然资源资产所有者相关制度,以及国土空间规划、用途管制、生态保护修复等国土空间开发与保护相关制度。当前,我国国土空间开发与保护矛盾凸显,面临着区域发展不平衡、城乡发展不平衡,人民美好生活的空间供给不充分,生态环境保护治理不充分等问题。

    构建国土空间开发保护新格局,必须贯彻习近平生态文明思想和习近平法治思想,加强对国土空间的科学合理开发和长久有效保护,为经济社会可持续发展和绿色转型发展提供坚实有力的支撑。

    为此,李朋德常委提出以下四项建议:

    一、加快国土空间规划相关法律法规的制修订工作。加紧研究制定《国土空间开发保护法》《国土空间规划法》等法律,将国土空间规划相关工作法制化。对“多规合一”改革涉及的《土地管理法》《环境保护法》《水法》《草原法》《森林法》《海域使用管理法》等相关法律重新审视,对突破现行条款或不适应的内容进行修订,对过时的法律法规废止或新立。按照立足新发展阶段,贯彻新发展理念,构建新发展格局的思路,构建起一套能够为国土空间保护与修复保驾护航的法律法规体系,体现出对国土空间规划的科学化和法定化支持。

    二、加快构建国土空间“一张图”监督管理体系。加快形成国土空间规划“一张图”,体现“多规合一”,实现各类专业规划数据共享和平台的互联互通。加强规划实施的监测评估与预警,加快构建责权清晰、依法规范、高效运行的国土空间规划监督实施体系,将国土空间规划执行情况纳入自然资源执法监督内容,纳入领导干部考核指标体系。

    三、建立国家自然资源和生态环境监测评价体系。加快制定资源环境承载能力监测预警相关技术标准和指南。建立资源环境监测预警长效机制,支撑规划实施全过程监督。基于不同层级、不同尺度和精度,建立相应的指标体系,形成支撑“五级三类”国土空间规划的“双评价”与“双评估”技术指标、标准与方法体系。

    四、加强国土空间科学发展的政策体系建设。要完善主体功能区政策,塑造高质量发展、高品质生活的城镇空间,打造与乡村振兴相适应的美丽乡村空间,才能加快修复山清水秀的生态空间。要建立健全自然资源调查监测、资源资产管理、有偿使用、用途管制、生态保护修复等实施保障机制和政策措施。按照国土空间格局优化和差异化空间管控要求,深化财政体制改革,完善公共财政体系。出台鼓励多渠道融资和有偿使用的政策,形成优化国土空间开发的鲜明导向。进一步完善生态产品价值评估与实现相关政策。

    提案三:开展长江健康体检和精准生态修复

    长江不仅是黄金水道,更是我国重要的生物基因宝库和生态安全屏障。由于长期无序利用和过度开发,可持续发展面临极大挑战。近年来,长江两岸的环境逐渐好转,然而仍有看不见的污染在地下,仍有看不见的隐患在江堤下面和江底,且长期被忽视。

    李朋德常委建议,一是开展长江河道的定期综合健康体检。利用卫星遥感、航空遥感、河道扫描,准确掌握河道三维形态变化和江水的流向,找到河道和堤岸存在的问题,分析产生的原因,提出监控和修复重点。二是建设智慧长江平台。基于长江的地理、水文、地质和生态数据,利用物联网、5G技术建设关键区段的感知系统,形成长江生态环境健康监测体系。三是开展污染场地调查评价与修复。企业搬迁后应该提交给政府干净的土地,地方政府应该开展专业化的地下空间遗留物和污染物探测,并强制进行修复。四是开展长江沿岸矿山的生态修复。综合利用尾矿库和废矿材料,建立矿山公园。开展长江河道治理工程。积极开展长江河道修复试点,中央和地方加强联动,全面开展长江河道修复工程。

    提案四:矿山尾矿资源高效综合利用

    我国矿产资源长期高强度开发形成的大量矿山尾矿库,存在着环境污染和安全生产隐患,已成为生态文明建设中亟待解决的重大问题。

    随着技术创新和国家需求的变化,一些尾矿已经成为具有开发利用潜力的优质资源。如何在充分调查和评价的基础上,实现尾矿的资源化利用,不仅是依法推动绿色矿山和生态文明建设,同时也是科技创新全面提高资源利用效率、保障能源资源和战略性矿产资源安全的重要举措。

    大部分尾矿库有价组分含量接近或高于边界品位,可利用性强、经济价值可观。一是从国家资源安全角度而言对尾矿中战略性矿产资源的需求增加。比如尾矿中的镓、锗、铟等伴生战略性矿产资源对航空航天等高端制造、战略性新兴产业的发展极为重要。二是生态文明建设对矿山尾矿综合利用提出了新需求。对矿山尾矿中非金属有价组分进行综合回收,也是矿山尾矿的规模化减量过程。三是尾矿综合利用为矿产资源改革提供支撑服务。通过开展尾矿库空间分布、堆量、有毒有害状况、综合利用率等调查评价,可有效支撑国土空间规划、生态环境修复及矿产资源保护。

    李朋德常委表示,尾矿高效利用尚存在权属不清和法律法规不到位等问题。一是矿山尾矿的资源现状不清。尾矿资源化利用潜力和环境影响不明,还未建立尾矿信息系统。现有法规只规定了企业的相应责任和义务,早期形成的尾矿库无人管理,所有权不清,没有纳入到当地政府的考核目标。二是矿山尾矿综合利用水平偏低。不仅技术缺乏,也缺乏金融、税收等优惠激励政策,尾矿再开发的企业也较少,矿石规模化减量的技术水平较低,高附加值产品少。三是融合资源环境属性的矿山尾矿科学分级分类的标准尚未建立,尾矿治理政策缺乏科学依据。矿山尾矿的合理处置,需要兼顾其资源属性和安全环境风险。矿山尾矿利用、保护和处置的边界还未厘清,未形成相应的分级分类规范。

    李朋德常委建议,一是研究制定《矿山尾矿综合利用条例》。在《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》基础上,制订配套实施方案,细化尾矿资源利用管理部门职责和企业责任,从资源综合利用的角度用好尾矿。二是开展全国范围尾矿库确权调查。由自然资源部牵头,联合发改委、工信部、应急管理部等有关部门建立协调机制,开展尾矿资源综合调查特别行动,为确权登记提供支撑。三是设立尾矿综合利用科技攻关专项。工信部、科技部设立专项,组织技术和装备研发,开展矿山尾矿综合利用共性技术攻关,实现资源利用的最大化。四是制定绿色矿山金融政策。设立绿色矿山基金,或在国家绿色发展基金中设立专项;同时,通过减免尾矿再利用企业的税赋,提供绿色信贷等正向激励措施,推动矿山生态修复,快速减少尾矿存量。五是积极开展尾矿资源综合利用国际合作。

    不凡之年 高质量履职服务高质量发展
    我国煤矿资源丰富,长期开发形成了巨大的可利用特殊地下空间,为发展地下生态城市创造了得天独厚的条件。据调查,我国现有煤矿地下空间约139亿立方米,到2030年,预计将达到241亿立方米,长度约160万千米,可绕赤道40圈。

    开发利用废弃煤矿地下空间,既可以避免煤矿采空区被充填造成极大的特殊地下空间浪费,又可以缓解地面城市发展面临的土地紧缺等问题,可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展新路径,不断推动资源枯竭型城市的转型发展。

    煤矿井下可利用空间的类别 

    煤矿经过长期开采会产生大量的地下空间,这些空间主要包括井筒、巷道、硐室和采空区。

    井筒是指在井工采矿或地下工程建设,从地面向矿体开凿的垂直或倾斜一类工程,垂直的工程称为立井,倾斜的工程称为斜井。井筒是矿井通达地面的主要进出口,是矿井生产期间提升运输煤炭(或矸石)、运送人员、材料和设备以及通风和排水的咽喉工程,是整个矿井结构最“牢固”的地方。

    巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。一般来说,巷道空间上呈条带状,绵延数公里,断面形式为拱形和矩形。开拓巷道服务年限最长,服务于全矿井,准备巷道服务年限其次,服务于矿井的一个区域,回采巷道服务时间最短,基本随着采矿活动的结束而坍塌消失,很少能够保留下来。采矿活动结束,将对准备巷道和回采巷道进行封闭,封闭之后的空间会直接淹没在矿井积水或有毒有害气体中。因此,判断巷道可利用性时,需要考虑空间环境的恶劣性,再对其进行有针对性地改造、修复甚至直接放弃。

    井下硐室主要有排水泵房、变电所、避难硐室等。这些硐室空间大,直径一般在8米,直立高度一般为50米。煤矿井下硐室在设计之初普遍采用了高强支护材料和特殊的结构形式,服务年限一般较长,结构较为牢固。因此,矿井关停后,井下硐室的空间可利用性较好。

    采空区一般是指将地下煤炭开采完成后留下的空区。由于煤炭的赋存一般呈层状煤层出现,因此可以形成大片连续的采空区。一般来说,煤矿开采过程中,采空区顶板需要在特定时间自动垮落或被强制垮落,形成垮落区。顶板岩石会重新充填采空区,因此,煤矿采空区的空间利用局限性很大。

    煤矿地下空间的优缺点 

    废弃煤矿地下空间主要有三大优点:一是防护性和安全性优越。煤矿地下空间具有天然抗灾性,对于防御战争的空袭、核冲击、抗御地震破坏等明显优于普通浅层城市地下空间。二是空间环境条件较稳定。由于埋深较大,煤矿地下空间具有隔音隔震、低本底无辐射、恒温恒湿的特点,受外界影响小,冬暖夏凉。三是节省投资。由于煤矿地下空间在形成过程中已经进行了开拓和加固,因此废弃煤矿地下空间在开发利用时只需要稍加改造、加固和修缮即可,较新建地下工程空间可以节省大量投资。四是有利于就业安排,具有很好的社会效益。煤矿地下空间开发利用对于废弃矿井转型发展提供新的生命,可以缓解当地的就业问题,促进社会稳定,为资源枯竭型城市的转型发展提供新的思路。

    尽管煤矿地下空间具有上述优点,但在开发利用时需要考虑几个问题:

    一是煤矿地下空间结构稳定性和可靠性。在开发利用之前,需对围岩和支护结构进行全面评估,并采取措施进行修复和加固以提高其稳定性和可靠性。二是矿井地质条件与井下环境问题。煤矿地下空间埋深较大,地质条件复杂,地下水、地压、地热、瓦斯及其他有害物质等都会对其可利用性产生重要影响,在开发利用时需要额外注意并采取相应措施。三是提升运输及基本维护费用问题。煤矿地下空间埋深较大,地质环境复杂,二次开发利用时候,通风、进出口提升、巷道运输、排水以及照明等日常维护成本较高。而且,煤矿地下空间一般出口较少,在二次利用时提升运输能力稍显不足。

    煤矿地下空间开发利用的模式 

    基于煤矿地下空间的基本特点,研究人员和工程技术人员开发出多种二次利用模式,主要包括:

    地下储库。煤矿地下空间具有隔音隔震、低本底无辐射、恒温恒湿的特点,为此,利用煤矿地下空间作为地下储库最为适宜,这也是目前其最主要的开发利用模式。煤矿地下空间可以用来储存炸药、雷管等易爆有毒危险品,甚至作为地下水库等。

    博物馆、地下旅游和文娱活动场所。以煤矿地下空间作为博物馆、地下旅游和文娱活动场所在国内外已有较多实例。例如,德国鲁尔工业区的埃森煤矿在关停后改造成地下矿井博物馆,开展煤矿采矿科普教育、矿井旅游等活动,取得巨大成功,并于2001年被联合国教科文组织评为世界文化遗产。国内唐山开滦煤矿是2005年批准建设的全国首批28家国家级矿山公园之一,并被评为国家AAAA级旅游景区。

    开滦国家矿山公园运煤小火车 

    抽水蓄能电站。由于煤矿地下空间体积大且埋深较大,可以将其改造成抽水蓄能电站的地下水库,并将地面矿坑改建抽水蓄能电站的地上水库。在用电低峰的时候,利用便宜、多余的电力,将地下水库的水提升到地表水库中;在用电高峰时段再将地表水库的水向下排放到地下水库发电。目前,德国鲁尔区普斯波(Prosper-Haniel)煤矿正在建设一个抽水蓄能电站,将其埋深1200米、绵延26公里的井巷系统改造成一个100万立方米容积的地下水库。

    地下生态城市示范区。由于煤矿地下空间具有环境清洁、隔音隔震、天然抗灾等优势,可以构建地下宜居城市、地下房地产、地下轨道交通系统等,打造地下生态城市示范区。

    变废弃矿石为可利用资源 

    □田 敏

    矿产资源在我国的国民经济发展中起着举足轻重的作用,我国95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料等都来自矿产资源。

    早期受科技水平的限制,人们对矿石中矿物的使用具有单一性粗放性,矿石中低含量矿物或伴生矿物均作为废矿被抛弃,造成极大的浪费。经过长期的科学研究,矿物加工领域的工程师们已经取得了巨大进步,大量低含量或复杂伴生的可利用矿物能够被综合回收。但据不完全统计,全世界每年排出的矿业固体废物仍然在100亿吨以上。

    为了解决这些问题,科研人员通过长期研究,将废石变成了可利用资源。首先,科研人员利用高倍显微镜研究废石的矿物组成,探究其内部结构,尤其是不同矿物之间的连接架构,同时还要仔细了解不同矿物的生长粒度,分析每一种矿物内部的晶格形态。比如,标准石英矿物是由4个氧原子和两个硅原子组成的硅氧四面体,在分析该废石石英矿物时必须考虑其在自然界中是否受外力影响,氧原子被其他矿物如铝原子替换形成类质同相现象。因此,随着对废石中矿物性质的深入研究,将为下一步不同矿物分离奠定坚实的基础。

    玻璃制品在人类的生活中无处不在,其主要是以高品质石英矿物作为原料。石英矿物中的主要成分二氧化硅含量不同则制作的产品也不同,达到90%以上的可以制作玻璃器皿,达到98%以上时可以制作精密的光学产品,达到99.9999%以上时可以作为目前具有高科技性质的芯片原料。江西钨矿属蚀变规模不大的石英脉型钨矿床,废石中矿物含量达到40%~70%的为石英矿物。其内部晶型发育良好,杂质含量极低,具备成为制备高品质石英的原料。经过破碎-分级-物理除杂-化学除杂,利用石英无磁性、硬度较高耐磨性、耐腐蚀性、巨变温差下产生裂隙性等性质,可以生产出高品质石英原料的产品。

    废石中除石英矿物外,还有含量分别在10%~20%的萤石、长石、云母等矿物,萤石是无机盐工业的重要原料,长石在陶瓷工业具有举足轻重的作用,云母天然形态呈现片状,具有良好的弹性、韧性,广泛应用于电器、橡胶、塑料、造纸等行业。针对这几种矿物的不同晶体结构,采用具有针对性络合试剂,通过浮选工艺可以有效地分离,获得不同高纯度优质产品通过变废为宝,再次应用在不同的工业领域,创造更高的经济价值。

    通过采取综合利用技术,将几乎90%的废石变成可以利用的资源,从而实现“变废为宝”,既能产生重要的经济价值,又可以彻底解决土地污染,可谓一举多得。

    钨矿共伴生组分的综合回收 

    □张红新 赵恒勤

    世界钨矿资源储量比较丰富,发现的钨矿物和含钨矿物有20余种,但具有开采价值的只有黑钨矿和白钨矿,黑钨矿约占全球钨矿资源总量的30%,白钨矿约占70%。钨矿资源特点之一是共伴生矿床多,综合利用价值大。我国许多钨矿床伴共生有益组分多达30多种,主要有锡、钼、铋、铜、铅、锌、金、银等。

    根据矿石赋存状态的差异,有些共伴生组分可以在选矿过程中分离,比如锡、铜、铅、锌、萤石等,有些需要在冶炼过程中分离,比如金、银、铟、镓、铼、钪等稀有元素。对钨共伴生组分的综合回收方法的选择则需要根据矿石性质差异采用合适的工艺流程和设备进行分离,主要的分选方法有拣选法、重选法、磁选法、浮选法等,由于钨矿共伴生组分较多,几乎涵盖了所有的选矿方法。

    拣选法。根据物料中不同颗粒之间某些易被检测的物理特性差异,通过对颗粒的逐一检测和鉴别,然后以一定外力使欲拣颗粒分离出来的一种选矿方法。对颗粒进行逐一检测和鉴别,以及依靠外力分离欲拣颗粒,这是拣选不同于其他选矿方法的独特之处。手选是最古老、最简单的拣选。它是根据物料颗粒之间颜色、光泽、密度、硬度、形状等物理性质的差异进行分选的。手选法在黑钨矿中应用较多,通过手选可分选出黑钨矿和石英初级产品。

    重选法。根据矿物密度不同而分离矿物的一种选矿方法,进行重选时除了要有各种重选设备之外,还必须有介质,重选过程中矿粒受到重力(如果在离心力场中则主要是离心力),设备施加的机械力和介质的作用力,这些力的组合就使密度不同的颗粒产生不同的运动速度和运动轨迹,最终可使它们彼此分离。通过重选法可以得到密度较大的锡石。

    磁选法。基于被分离物料中不同组分的磁性差异,采用不同类型的磁选机将物料中不同磁性组分分离的一种选矿方法。在磁选过程中,强磁性矿物所受磁力最大,弱磁性矿物所受磁力较小,非磁性矿物不受磁力或受微弱的磁力。在磁选过程中,矿粒受到多种力的作用,除磁力外,还有重力、离心力、水流作用力及摩擦力等。当磁性矿粒所受磁力大于其余各力之和时,就会从物料流中被吸出或偏离出来,成为磁性产品,余下的则为非磁性产品,实现小同磁性矿物的分离,通过磁选法可以获得黑钨矿。

    浮选法。根据矿物颗粒表面物理化学性质的差异,从矿浆中借助于气泡的浮力实现矿物分选的过程。现代的浮选过程一般包括:磨矿,先将矿石磨细,使有用矿物与其他矿物(或脉石矿物)解离;调浆加药,调整矿浆浓度适合浮选要求,并加入所需的浮选药剂,以提高效率;浮选分离,矿浆在浮选机中充气浮选,完成矿物的分选;产品处理,浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离。通过浮选法可获得共伴生组分中的铜、铅、锌、硫等有色金属。

    有些稀散元素,由于其含量极低,常常以载体形式依附于其他矿物,比如金、银和铜、铅、硫结合紧密,通过以上选矿方法难以有效回收,需要在后续冶炼过程中回收。

    以上所述方法通常需要组合使用,然后再选择合适的设备,才能将各种矿物得到有效的回收。通过综合利用,在钨矿利用的同时,也综合回收了其他伴生组分,一方面提高了资源的利用率,增加了矿山企业的经济效益,另一方面也减少了金属矿物的排放,降低了环境污染。

    石英矿床类型及用途 

    □张亮 刘磊

    石英资源是一种重要的非金属矿资源,可作为加工玻璃砂、工业硅等原料,是冶金、化工、玻璃、陶瓷、铸造、橡胶等行业的重要原料,也是电子信息产业、光伏、新能源产业和有机硅新材料产业发展的基石。自然界石英矿床成因多种多样,目前常见可供开发利用的石英矿床工业类型有天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石英七类。

    天然水晶 天然水晶为透明的大型石英结晶体矿物,主要成分为二氧化硅。水晶多是在岩洞、岩石裂缝或节理、断层中自然生长形成的,其生长条件比较苛刻,必须同时满足4个条件:充裕的生长空间,能够提供富含二氧化硅的热液,一定的温度和压力,足够生长时间。我国天然水晶资源分布广泛,其中以江苏东海地区最为丰富。

    天然水晶 

    天然水晶矿床储量小,开采条件差,资源匮乏,价格昂贵,难以满足大规模工业生产的需要。但由于天然水晶的色彩丰富,晶莹剔透,美丽纯正,目前主要用作雕刻各种工艺品。

    石英砂岩 石英砂岩是经过沉积作用固结的砂质沉积岩,其石英和硅质碎屑含量一般>95%,副矿物多为长石、云母和黏土矿物,胶结物一般为硅质。目前,我国石英砂岩在各省均有分布,其中云南大关、盐津、彝良及四川沐川等地区资源较为丰富。

    石英砂岩矿床一般规模较大,地质产状稳定,开采条件较好。同时,矿石硬度一般相对较低,天然粒度适中,易于破碎分级和大规模工业化生产。但由于石英砂岩胶结物成分比较复杂,因此通常用于生产日用玻璃砂、玻璃纤维、金属硅、耐火材料、白炭黑、有机硅等领域。

    石英岩 石英岩通常是由石英砂岩或其他硅质岩经区域变质作用或热接触变质作用而形成的变质岩石,伴生矿物除长石、云母和黏土矿物以外,往往还含有微量的电气石、赤铁矿和锆石等。与石英砂岩相比,石英岩其矿石更加致密坚硬。我国石英岩资源十分丰富,开发利用量大,主要分布在安徽凤阳等地区。

    石英岩矿床具有规模大、地质产状稳定、开采条件较好等优点,其矿石一般致密均匀,块度好,比较适合日用玻璃砂、浮法玻璃砂、玻璃纤维、金属硅、耐火材料、石英板材等SiO2含量 99%左右传统应用领域产品大规模工业化生产。

    脉石英 主要是在岩浆热液作用下形成的,通常呈致密块状构造,其矿物成分单一,几乎全部为石英,SiO2含量一般在99%以上。脉石英矿床规模一般不大,产状陡,厚度一般在几米至几十米,长度一般为十几米至几百米,一个矿区可由一条矿脉或由多条矿脉组成。

    脉石英矿床资源储量规模一般相对较小,开采难度相对较大,但由于其杂质含量少、资源品质稳定等特点,因此多将其用于制备SiO299%~99.9%的硅微粉、低铁石英砂、光学玻璃、半导体等高品质石英产品。

    粉石英 通常由硅质母岩在特殊的地质构造条件下(温湿的古气候、地形平缓古地理、水力作用等)风化解体而成的沉积风化型矿床,石英含量通常为95%~98%,有的可高达99%以上。该类矿床在我国南方分布较多,如贵州贵定、江西莲花、渝东云峰山等。

    与石英岩和石英砂岩相比,该类矿床规模相对较小,其主要优点是自然白度高,天然疏松多孔,容易超细粉碎加工,可作为陶瓷原料、硅微粉填料等。

    天然石英砂 天然石英砂是由花岗岩、石英岩、石英砂岩和脉石英等母岩经过自然界长期风化而形成的一种以石英为主要矿物成分的砂状石英矿物原料,其伴生矿物包括长石、岩屑、云母、黏土矿物及锆英石、电气石、钛铁矿和角闪石等重矿物,主要为海相沉积砂矿床和河湖相沉积砂矿床。

    该类矿床规模一般较大,其主要优点是通常具有天然适中粒度和角形因数,开采简单,是加工铸造用石英砂产品理想原料,但该类矿床缺点是杂质成分比较多,如果杂质充分去除可用于SiO2含量99%左右所有石英产品加工。

    滨海石英砂开采现场 

    花岗岩石英 指由于岩浆作用固结成岩形成的大颗粒花岗岩或花岗伟晶岩(白岗岩)中的石英。该类矿床中的石英品位多在25%左右,矿物杂质主要来自石英颗粒中的流体包裹体级晶格杂质元素。该类矿床为生产高纯石英的主要原料,目前主要产自美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区。

    和谐共生 资源综合利用大有可为

    3月3日下午,全国政协常委、自然资源部中国地质调查局副局长李朋德在接受《中国矿业报》云采访时高兴地告诉记者:“元旦前向中国农工民主党中央提供的4件提案素材中有3件中选,今天已经提交给十三届全国政协第四次大会,其中一件作为农工党中央提案,另两件作为农工党界别委员们小组提案。此外还有一个中央提案是基于中国地质调查局与农工党中央共同调研形成的有关页岩气煤层气勘探开发利用的提案。”

    此次参加全国政协十三届四次会议,李朋德常委另外还准备了4件提案,涉及到地学旅游、地热开发、地下空间利用和地理信息产业高质量发展。这些提案都立足新时代,把握新需求,内容紧扣中国地质调查局“十四五”时期的工作任务,涉及发展空间基础设施提供全球公共产品、贯彻习近平法治思想构建国土空间、开展长江健康体检和支持精准生态修复、依法治理尾矿库促进资源高效综合利用等,为开创“十四五”时期地质调查事业改革发展新格局建言献策。

    李朋德常委一直关注并跟踪着提案内容,针对黄河水、长江水、泉水、井水及解决饮用水等问题,参加了全国政协乡村振兴饮水安全调研,从贫困地区找水打井,到乡村振兴的饮水保障。他认为,农村饮用水安全是小康社会的重要标志之一,也是地质调查的重点工作,任重而道远。

    李朋德作为来自中国地质调查局的全国政协常委,其第一批确定的4件提案,业界也颇为关注,那么这4件提案究竟有哪些内容呢?

    全国政协常委李朋德

    提案一:发展空间基础设施提供全球公共产品

    我国地球观测系统虽然为全球提供卫星定位、气象预报和遥感信息服务,但是我国空间基础设施为全球提供公共产品能力严重不足,大部分遥感卫星只发挥了四分之一的数据获取能力,各卫星体系间的统筹能力也不足。

    李朋德常委表示,我国应充分利用地球观测能力的优势,积极开发高科技的全球公共产品。我国虽然已是航天大国,拥有的航天器数量位列世界前三,遥感卫星种类齐全且数量不断攀升,但尚缺少统筹,主要体现有四个方面:一是我国缺少在全球分布广泛的卫星接收网络和服务体系。二是卫星工程立项的目标偏低,任务考核缺少挑战性。三是我国卫星的检校和标准缺乏国际化。四是我国卫星遥感数据处理的财政经费,一般不包括境外数据的处理和管理。

    新时期新阶段,我国将进一步提升地球观测能力,完善空间基础设施、空地基础设施和全球化地球观测数据服务体系,开发更多的公共外交产品,建成“数字丝绸之路”,更好地支撑网络强国、数字中国、美丽中国建设,同时也是积极响应全球需求,支持全球的绿色发展。

    李朋德常委为此建议,一是加快出台《航天法》及其配套条例。依法规范航天活动,加大航天活动的统一规划,确保太空安全和我国空间基础设施的全球化,进一步提升我国地球观测公共服务能力,实现我国航天、遥感、北斗卫星和地理信息产业的健康发展。二是加快建设全球化空地信息通道,实现面向全球的信息服务。我国的海外卫星接收站网建设严重滞后,必须发挥企业的积极性,培育建设海外接收站网,鼓励与外国政府和组织联合建设接收体系,尤其要实现遥感卫星境外直接服务的能力。三是设立地球观测领域的对外援助计划。规划部署航天、地球观测和地球探测等领域的对外援助工作,鼓励企业利用我国空间基础设施资源,开发系列化的全球公共信息产品,彰显航天大国的责任,推动我国数字经济的全球化发展。四是加快开展卫星运控体系改革。随着我国航天产业的快速发展,在轨的卫星越来越多,现有的卫星测控、接收和服务体系已不能满足要求,要加紧改革卫星运控体系,形成备份和多渠道,强化卫星的业主管理体系。

    提案二:构建国土空间治理体系

    国土空间治理制度主要包括自然资源资产产权制度、资源有偿使用和生态补偿制度等自然资源资产所有者相关制度,以及国土空间规划、用途管制、生态保护修复等国土空间开发与保护相关制度。当前,我国国土空间开发与保护矛盾凸显,面临着区域发展不平衡、城乡发展不平衡,人民美好生活的空间供给不充分,生态环境保护治理不充分等问题。

    构建国土空间开发保护新格局,必须贯彻习近平生态文明思想和习近平法治思想,加强对国土空间的科学合理开发和长久有效保护,为经济社会可持续发展和绿色转型发展提供坚实有力的支撑。

    为此,李朋德常委提出以下四项建议:

    一、加快国土空间规划相关法律法规的制修订工作。加紧研究制定《国土空间开发保护法》《国土空间规划法》等法律,将国土空间规划相关工作法制化。对“多规合一”改革涉及的《土地管理法》《环境保护法》《水法》《草原法》《森林法》《海域使用管理法》等相关法律重新审视,对突破现行条款或不适应的内容进行修订,对过时的法律法规废止或新立。按照立足新发展阶段,贯彻新发展理念,构建新发展格局的思路,构建起一套能够为国土空间保护与修复保驾护航的法律法规体系,体现出对国土空间规划的科学化和法定化支持。

    二、加快构建国土空间“一张图”监督管理体系。加快形成国土空间规划“一张图”,体现“多规合一”,实现各类专业规划数据共享和平台的互联互通。加强规划实施的监测评估与预警,加快构建责权清晰、依法规范、高效运行的国土空间规划监督实施体系,将国土空间规划执行情况纳入自然资源执法监督内容,纳入领导干部考核指标体系。

    三、建立国家自然资源和生态环境监测评价体系。加快制定资源环境承载能力监测预警相关技术标准和指南。建立资源环境监测预警长效机制,支撑规划实施全过程监督。基于不同层级、不同尺度和精度,建立相应的指标体系,形成支撑“五级三类”国土空间规划的“双评价”与“双评估”技术指标、标准与方法体系。

    四、加强国土空间科学发展的政策体系建设。要完善主体功能区政策,塑造高质量发展、高品质生活的城镇空间,打造与乡村振兴相适应的美丽乡村空间,才能加快修复山清水秀的生态空间。要建立健全自然资源调查监测、资源资产管理、有偿使用、用途管制、生态保护修复等实施保障机制和政策措施。按照国土空间格局优化和差异化空间管控要求,深化财政体制改革,完善公共财政体系。出台鼓励多渠道融资和有偿使用的政策,形成优化国土空间开发的鲜明导向。进一步完善生态产品价值评估与实现相关政策。

    提案三:开展长江健康体检和精准生态修复

    长江不仅是黄金水道,更是我国重要的生物基因宝库和生态安全屏障。由于长期无序利用和过度开发,可持续发展面临极大挑战。近年来,长江两岸的环境逐渐好转,然而仍有看不见的污染在地下,仍有看不见的隐患在江堤下面和江底,且长期被忽视。

    李朋德常委建议,一是开展长江河道的定期综合健康体检。利用卫星遥感、航空遥感、河道扫描,准确掌握河道三维形态变化和江水的流向,找到河道和堤岸存在的问题,分析产生的原因,提出监控和修复重点。二是建设智慧长江平台。基于长江的地理、水文、地质和生态数据,利用物联网、5G技术建设关键区段的感知系统,形成长江生态环境健康监测体系。三是开展污染场地调查评价与修复。企业搬迁后应该提交给政府干净的土地,地方政府应该开展专业化的地下空间遗留物和污染物探测,并强制进行修复。四是开展长江沿岸矿山的生态修复。综合利用尾矿库和废矿材料,建立矿山公园。开展长江河道治理工程。积极开展长江河道修复试点,中央和地方加强联动,全面开展长江河道修复工程。

    提案四:矿山尾矿资源高效综合利用

    我国矿产资源长期高强度开发形成的大量矿山尾矿库,存在着环境污染和安全生产隐患,已成为生态文明建设中亟待解决的重大问题。

    随着技术创新和国家需求的变化,一些尾矿已经成为具有开发利用潜力的优质资源。如何在充分调查和评价的基础上,实现尾矿的资源化利用,不仅是依法推动绿色矿山和生态文明建设,同时也是科技创新全面提高资源利用效率、保障能源资源和战略性矿产资源安全的重要举措。

    大部分尾矿库有价组分含量接近或高于边界品位,可利用性强、经济价值可观。一是从国家资源安全角度而言对尾矿中战略性矿产资源的需求增加。比如尾矿中的镓、锗、铟等伴生战略性矿产资源对航空航天等高端制造、战略性新兴产业的发展极为重要。二是生态文明建设对矿山尾矿综合利用提出了新需求。对矿山尾矿中非金属有价组分进行综合回收,也是矿山尾矿的规模化减量过程。三是尾矿综合利用为矿产资源改革提供支撑服务。通过开展尾矿库空间分布、堆量、有毒有害状况、综合利用率等调查评价,可有效支撑国土空间规划、生态环境修复及矿产资源保护。

    李朋德常委表示,尾矿高效利用尚存在权属不清和法律法规不到位等问题。一是矿山尾矿的资源现状不清。尾矿资源化利用潜力和环境影响不明,还未建立尾矿信息系统。现有法规只规定了企业的相应责任和义务,早期形成的尾矿库无人管理,所有权不清,没有纳入到当地政府的考核目标。二是矿山尾矿综合利用水平偏低。不仅技术缺乏,也缺乏金融、税收等优惠激励政策,尾矿再开发的企业也较少,矿石规模化减量的技术水平较低,高附加值产品少。三是融合资源环境属性的矿山尾矿科学分级分类的标准尚未建立,尾矿治理政策缺乏科学依据。矿山尾矿的合理处置,需要兼顾其资源属性和安全环境风险。矿山尾矿利用、保护和处置的边界还未厘清,未形成相应的分级分类规范。

    李朋德常委建议,一是研究制定《矿山尾矿综合利用条例》。在《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》基础上,制订配套实施方案,细化尾矿资源利用管理部门职责和企业责任,从资源综合利用的角度用好尾矿。二是开展全国范围尾矿库确权调查。由自然资源部牵头,联合发改委、工信部、应急管理部等有关部门建立协调机制,开展尾矿资源综合调查特别行动,为确权登记提供支撑。三是设立尾矿综合利用科技攻关专项。工信部、科技部设立专项,组织技术和装备研发,开展矿山尾矿综合利用共性技术攻关,实现资源利用的最大化。四是制定绿色矿山金融政策。设立绿色矿山基金,或在国家绿色发展基金中设立专项;同时,通过减免尾矿再利用企业的税赋,提供绿色信贷等正向激励措施,推动矿山生态修复,快速减少尾矿存量。五是积极开展尾矿资源综合利用国际合作。

     
    高质量履职服务高质量发展——全国政协常委李朋德为...

    探索资源环境和谐发展之路

    邓杰 邓善芝

    资源的综合利用,主要是指在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用;对生产过程中产生的废渣、废水(液)、废气、余热余压等进行回收和合理利用;对社会生产和消费过程中产生的各种废物进行回收和再生利用。

    资源综合利用的重要性

    矿产资源综合利用不仅是解决矿产资源短缺的重要途径,而且是实现矿业经济可持续发展战略目标的现实选择,对有效利用和合理保护自然资源起着积极的推动作用。矿产资源综合利用是矿产开发的一项重要政策,也是合理开发、保护环境、维护生态平衡的一种有效手段。在矿产资源综合利用过程中,倡导低碳经济不仅有利于缓解我国经济发展的资源约束矛盾,调整优化结构和转变经济发展方式,而且对于减少污染排放、改善环境质量具有重要意义。

    1.矿产资源低碳开发

    就我国有色金属工业来说,每年排出废石上亿吨、尾砂7000多万吨,占用大量土地;数亿吨废水只有少部分复用或处理达标后排放。有色金属材料生产过程的许多材料含有一定量的有毒金属,如汞、镉、钍等,产生的废弃物已成为环境污染的重要因素之一。有色金属采选回收率仅为50%~60%;矿产资源综合利用率达70%的矿山仅占7%,综合利用率达50%的矿山不到15%,75%的综合型矿山企业综合利用率不到2%~5%;选矿回水利用率65%~70%;尾矿综合利用率为20%左右;冶炼的资源综合利用率为40%~60%,许多共、伴生矿没有综合回收;工业水重复利用率为72.8%;固体废物资源综合利用率为7%~8%;SO2的利用率约70%左右,致使每年排放大气中的SO2高达50余万吨。因此在有色金属工业的采、选、冶、加工过程中,对尾矿及“三废”进行综合利用显得格外迫切。

    2.再生资源回收利用

    除开展矿产资源的综合利用之外,发展再生资源回收利用也是非常重要。

    发展再生资源回收行业,可以节省采矿、冶炼、电解等工艺环节,大量减少污染排放和能源消耗,也是降低资源对外依存度、推动我国生态文明建设的必由之路。业内预计,到2020年末,我国再生资源回收行业整体产业链产值将达3万亿元。

    资源综合利用的途径

    综合利用固体废物生产的产品包括:利用煤矸石、铝钒石、硼尾矿粉、锅炉炉渣、冶炼废渣、化工废渣及其他固体废弃物生产建材产品、电瓷产品、肥料、土壤改良剂、净水剂、作物栽培剂;利用制糖废渣、滤泥、废糖蜜、淀粉废渣、造纸污泥等生产造纸原料、建材产品、酒精、饲料、肥料、赖氨酸、柠檬酸、核甘酸、木糖,碳化硅、饲料酵母,及多种有机糖类。

    综合利用废水(液)生产的产品包括:利用化工、纺织、造纸工业废水、制盐液(苦卤)及硼酸废液,生产银、盐、锌、纤维、碱、羊毛脂、多种无机盐类、粘合剂、酒精、香兰素、饲料酵母、肥料、制冷剂、阻燃剂、燃料等;利用酿酒、酒精、制糖、制药、味精、柠檬酸、酵母废液生产饲料、食用醋、酶制剂、肥料、沼气,以及利用糠醛废液生产的醋酸钠;利用石油加工、化工生产中的废硫酸、废碱液、废氨水以及蒸馏或精馏釜残液,生产硫磺、硫酸、硫铵、氟化铵、芒硝、硫化钠、环烷酸、肥料,以及酸、碱、盐等无机化工产品和烃、醇、酚有机酸等有机化工产品。

    再生资源生产的产品包括:回收生产和消费过程中产生的各种废旧金属、废旧轮胎、废旧塑料、废纸、废玻璃、废旧家用电器、废旧电脑及其他废电子产品 ,从中提取金属(包括稀贵金属)非金属和生产的产品;利用废棉、废棉布、废棉纱、废毛、废丝、废麻、废化纤、废旧聚酯瓶和纺织厂、服装厂边角料,生产造纸原料、纤维纱及织物、无纺布、毡、粘合剂、再生聚酯产品;利用废轮胎等废橡胶、废塑料生产的胶粉、再生胶、轮胎、防水材料、橡胶密封圈、塑料制品、建材产品、装饰材料、保温隔热材料;利用杂骨、皮边角料、毛发等生产骨粉、骨油、骨胶、明胶、胶囊、磷酸钙及蛋白饲料、氨基酸、再生革、生物化学制品。

    城市矿产垃圾:放错地方的资源

    据测算,每回收利用1万吨再生资源,可节约自然资源4.12万吨,节约煤1.4万吨,减少6万吨~10万吨垃圾处理量;每利用1万吨废钢铁,可炼钢8500吨,节约铁矿石2万吨,节能0.4万吨标煤,少产生1.2万吨废渣,减少86%的空气污染。

    在“城市矿产”回收体系当中,垃圾分类处理是废弃资源再生回收利用中重要的一个环节。通过分类投放、分类收集,把有用物资,如纸张、塑料、橡胶、玻璃、瓶罐、金属以及废旧家用电器等从垃圾中分离出来回收利用,既提高垃圾资源利用水平,又可减少垃圾处置量。按照一般城市特点,我们将城市可能产生的垃圾进行分类,主要分为:动物尸体、人畜粪便、可回收垃圾、餐厨垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

    垃圾分类处理大致分为三个步骤:湿垃圾(有机垃圾)在有机垃圾加工利用厂被加工成有机肥或有机复合肥,用于绿化或农业施肥;干垃圾(无机垃圾)在生活垃圾分拣中心被进一步细化分类为废纸张、废塑料、废玻璃、废金属等可回收利用成分,再由相应的再生利用厂进行再生利用;有害垃圾在有害垃圾分拣处置站分拣,可回收利用物送去回收利用,残渣进行焚烧或安全填埋处理。

    对垃圾进行分类收集,有以下诸多优点:

    一是减少占地。生活垃圾中有些物质不易降解,使土地受到严重侵蚀。垃圾分类,去掉能回收的、不易降解的物质,能减少垃圾数量达60%以上。

    二是减少环境污染。废弃的电池中含有金属汞、镉等有毒的物质,会对人类产生严重的危害;土壤中的废塑料会导致农作物减产;抛弃的废塑料被动物误食,会导致动物死亡。

    三是变废为宝。中国每年使用塑料快餐盒达40亿个,方便面碗5亿~7亿个,一次性筷子数十亿支,这些占生活垃圾的8%~15%。1吨废塑料可回炼600公斤柴油。回收1500吨废纸可生产1200吨纸。1吨易拉罐熔化后,能炼结成1吨很好的铝块,可减少开采20吨铝矿。生产垃圾中有30%~40%可以回收利用,应珍惜这个本小利大的资源。

    石墨,缘何脱颖而出?

    曾小波 徐明

    2008年,英国曼彻斯特大学两位学者因发明石墨烯材料获得诺贝尔奖,在全球引发“石墨热”;欧盟宣布石墨烯入选“未来新兴旗舰技术项目”,并设立专项研发计划;日本将石墨作为重要战略性矿产资源进行储备;美国将石墨列为高新技术产业的关键矿物原料,实行立法保护。2015年10月,习近平总书记考察访问英国莫彻斯特大学石墨烯重点实验室;2015年10月,华为与曼彻斯特大学石墨烯研究所签订石墨烯合作战略协议;2016年,《全国矿产资源规划》将晶质石墨列为我国战略性非金属矿产资源。

    石墨烯晶体结构模型

    石墨到底是一种什么样的资源,为什么会在众多矿产资源中“脱颖而出”?在中国经济面临新常态、产业转型升级的关键时期,晶质石墨资源开发及高科技利用将会带来怎样的机遇与挑战?

    一、晶质石墨是什么

    石墨,别称“石涅、石黑、石螺、石黛、画眉石”,是C元素的结晶矿物之一,素有“黑金子”的美称,呈钢灰色、黑灰色,具半金属光泽,有滑感,易污手。

    石墨分为天然石墨和人造石墨,天然石墨可分为晶质石墨和隐晶质石墨。晶质石墨特别是大鳞片晶质石墨是高端石墨产品的重要原料,工业价值较大。

    中国石墨矿产分布及生产加工基地示意图

    二、晶质石墨的战略地位

    1.晶质石墨的性质

    晶质石墨具有金属和非金属两种特性,同时是碳结晶矿物,具有优异的导电、导热、自润滑、耐高低温、高化学稳定性、密封、抗辐射及可塑性型强等特点,使其在光学、微电子、热力学等方面具有独特的优异性能。

    2.晶质石墨的主要产品

    耐火材料:鳞片石墨大量应用于冶金工业中的石墨坩埚和镁碳砖生产等。

    高纯石墨:高纯石墨材料要求C≥99.9% ,用于核能、半导体等高新技术产业的材料,则要求C≥99.99 %。

    铸造工业用石墨:用石墨作铸模涂料,增加铸件的光滑度,减少铸件的裂纹和孔隙。对石墨原料的要求一般粒度0.074mm,含碳70%~80%。

    柔性石墨:具有较高的化学稳定性、耐高低温、耐腐蚀、耐辐射、导电、导热、安全无毒,且具有良好的柔韧性、自粘性和润滑性,广泛应用于石油、化工、冶金等领域。

    胶体石墨:拉丝用石墨乳粒度小于10μm,含碳98%~99%;模锻用石墨乳呈鳞片状,含碳要求在80%~99%以上,粒度+0.15μm。

    锂离子电池负极材料:目前成熟应用的主要是碳石墨材料,是电子、新能源汽车等新兴产业的关键性材料。

    各向同性石墨材料:是核能、半导体、电火花加工等高新技术产业发展急需的高端石墨产品,大量用于单晶硅、多晶硅等半导体材料的制造设备。

    电气工业用石墨:利用石墨制作电极、电刷、碳棒、碳管、阳极板、石墨垫圈等。对石墨原料的要求为粒度43μm,含碳94%~97%。

    石墨烯:是目前发现的最薄最轻、硬度最高、韧性最强、导热性和导电性最好的纳米材料,被誉为“21世纪的新材料之王”。

    3.晶质石墨的战略地位

    晶质石墨是多种工业必需的关键性原料:在航空航天方面,用于制造远程导弹或者航天火箭推进器的材料、宇宙航行设备的零部件等;在国防军工方面,用于制造新型潜艇的轴承,生产国防用高纯石墨、火药、石墨炸弹、隐形飞机和导弹的鼻锥等;在化工方面,用于制作热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、泵等设备,用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业;在电子方面,用来作电极、电刷、碳棒、碳管、水银整流器的正极、石墨垫圈、电话零件、电视机显像管的涂层、电磁屏蔽的导电塑料等;在新能源汽车方面,可用于锂离子电池负极材料;在核能工业,高密度的高纯石墨和氟化石墨,用作核反应堆中子减速剂和防原子辐射的外壳;在光伏产业,石墨烯是一种较好的储氢材料,用于制作大比电容的超级电容,提高锂电池的充放电效率,石墨烯也是太阳能电池较好的备选材料。

    晶质石墨将带动新能源、新材料等领域的技术革命。石墨烯将带来诸多工业革命性的技术进步,是未来科技竞争的核心。计算机及互联网领域的技术革命:石墨烯芯片的主频可达1000GHz,是普通晶硅电脑芯片的数百倍;通信领域的技术革命:石墨烯制成的天线以1000GHz的频率正常工作,远超目前常规的天线;新能源工业技术进步:石墨烯制成的超级电容器,充电时间只需1 毫秒,新能源汽车电池有望充电10分钟,连续开行1000公里;国防军工:石墨烯强度比钢强200倍,是现有测试材料中轻度最强的,这将带来武器工业的技术革命。

    4.晶质石墨的需求

    未来,传统领域石墨需求保持稳定,新兴产业石墨需求将快速增长,需求增长集中在晶质石墨。据中国地质调查局预测,2020年晶质石墨需求将达到95万吨,新兴产业需求占比将超过45%,其中,新能源和新能源汽车领域需求约23万吨,核电领域需求约14万吨,高端制造和电子信息等领域需求10万吨以上。预测到2030年,晶质石墨需求将达到135万吨,新兴产业需求占比将进一步提高。

    三、晶质石墨产业发展机遇与挑战

    1.我国石墨资源丰富,资源保障程度高。

    据美国地质调查局(USGS)统计,2017年,全球石墨储量2.7亿吨,80%集中分布于土耳其、巴西和中国。矿石种类上,晶质石墨主要分布在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国;隐晶质石墨矿床主要分布于土耳其、印度、韩国、墨西哥、奥地利、中国等地。多数国家只产出某一类型石墨,中国是少数几个石墨资源种类齐全的国家之一。

    中国石墨资源丰富,总保有量长期位居世界前列,其中晶质石墨资源量约2.6 亿吨。晶质石墨以大、中型矿居多,占矿产地总数的70%,全国晶质石墨保有矿物储量约88%集中分布于大型矿中。目前,我国已形成六大石墨生产加工基地,产量占全国的80%以上,其中晶质石墨主要产地有黑龙江鸡西、黑龙江萝北、山东平度、内蒙古兴和等;隐晶质石墨主要产地有湖南郴州、吉林磐石等。

    2.晶质石墨深加工技术相对落后,尚未成为资源强国。

    长期以来,我国晶质石墨深加工技术相对落后,大量出口低附加值产品,高端深加工产品主要依赖进口,开发利用粗放。

    石墨产品一般分为高纯石墨(固定碳含量>99.9%)、高碳石墨(94%~99%)、中碳石墨(80%~93%)和低碳石墨(50%~79%)四大类,国内企业主要生产低碳、中碳石墨产品,高碳和高纯石墨产品较少。球化石墨、柔性石墨和氟化石墨等深加工产品占比有限,深加工技术相对落后。出口的石墨产品80%为初加工产品,同类产品进出口价格相差悬殊,如球化石墨进口价格是出口价格的两倍以上。

    石墨矿石中含有大量的杂质矿物,晶质石墨矿石的品位较低,一般为3%~15%,但可浮性很好。在选矿过程中,需采用多段磨矿多段选别,通过筛分或水力旋流器分级,及时将已解离的大鳞片石墨分离出来,避免受到反复磨损。

    我国中小型采选企业数量多,生产规模小而散,技术设备落后,采富弃贫、采易弃难等现象突出,晶质石墨利用率仅为40%,资源浪费严重。

    四、结语

    晶质石墨不仅应用于耐火材料、电极电刷、铅笔、铸造、密封、润滑等传统工业领域,更是高端装备制造、新能源、新材料等战略性新兴产业及核电领域的关键资源,被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”,素有“黑金”美誉。随着技术发展和应用领域的不断拓展,晶质石墨资源的战略地位越来越受到重视。

    我国是世界石墨资源大国,第一大石墨生产国、出口国和消费国,但长期以来石墨加工技术落后,大量出口低附加值产品, 高端深加工产品主要依赖进口,资源优势未能转化为技术和经济优势。未来,随着我国石墨资源战略地位凸显,科学利用和保护天然石墨资源,开发深加工技术和发展高端产品,将成为石墨产业发展的必然趋势。

     

    绿色引领 科学高效利用资源

    “这几天,党的十九届四中全会召开,我激动得几天没睡好觉。全会提出,‘要全面建立资源高效利用制度’,这为矿产资源的综合利用提供了更加良好的发展环境。我从事矿产资源综合利用研究工作已有几十年时间,深刻地感受到现在是开展尾矿资源综合利用的大好时机。”2019年初冬的一个下午,一位耄耋老人迈着稳健的步子,来到中国矿业报社,邀请记者到他的工作室采访,到他的中试基地参观。这位老人,就是被业界称为“尾矿利用第一人”的中国地质科学院研究员李章大。

    今年已经87岁的李章大教授,精神矍铄,思维敏捷。他是国务院政府特殊津贴获得者,教授级高级工程师,中南大学、北京科技大学兼职教授,中国矿业联合会、北京节能和资源综合利用协会技术顾问,中国资源综合利用协会专家委员会成员,老科技工作者协会国土资源分会矿山固体废料综合利用专业委员会副主任委员。

    首钢矿业一处尾矿库(资料图)

    早在上世纪80年代,李章大教授就提出了“提高资源回收率,开发利用被视为尾矿废石的资源”的建议。“1981年,我提交了《我国铁矿区成矿特征及找矿区划》《钢铁工业发展应从我国铁矿资源特点出发》等建议;1983年,提交了《我国钢铁工业地质矿床资源方面的水平和差距》报告及《对挖掘生产矿山资源潜力的几点认识和建议》,建议除主要资源可提高回收率外,还应开发利用被视为废石的资源,如蚀变围岩中的玉石、宝石类矿物、珍贵矿物晶体及大量非金属矿资源,完成《大冶铁矿矿山地质工作的经验及存在问题》。1987年,我发表了《矿产资源综合开发和合理利用现状与分析》,阐述了矿产综合开发和合理利用是矿物原料产业发展的客观规律和物质基础,分析了我国目前尾矿利用的现状,建议由点到面全面查明生产矿山和后备矿区矿石、围岩、尾矿、废渣的有用组分及利用可能性,推广有效技术,提高资源综合利用率,从而最终实现整体利用废石、尾矿及非金属组分,实现无废料开发、改善环境的目的。”谈起自己热爱的工矿固废资源综合利用工作,李老如数家珍。

    几十年来,李教授潜心矿产资源综合利用,完成重大科研课题26项,采集了铁、铜、钼、铅、锌、钨、锡、金、钛、锰、铝(赤泥)、稀土金属、煤炭(煤矸石、粉煤灰)等16个矿种、60多个矿山的尾矿样品,以及炼渣、废石、花岗岩、斜长岩、辉长岩、霞石正长岩、火山凝灰岩、页岩等样品,利用这些样品进行了建材、道渣、水泥、陶瓷、玻璃、发泡陶瓷、岩(矿)棉、微晶非金属材料等产品的实验室研究及工业化中间产品扩大性试验。如今,李老的许多研究成果都已转化,并被企业批量生产。

    “1993年,我上报了《尾矿的处置、管理及资源化示范工程》,被国家计划委员会、国家科学技术委员会列为《中国21世纪议程优先项目计划(第一批)》;2004年,与周秋兰(原全国矿产储量委员会专业委员)共同提交的《我国尾矿利用现状及21世纪展望》,获文化部‘中国世纪英才业绩与论著征集活动’二等奖,全文载入《中国百业论著》中。”矿产资源综合利用必须树立循环经济的理念,具备多学科、跨行业协同研究的能力。李章大教授曾就职于冶金部北京地质研究所,后又进入中国地质科学研究院尾矿利用技术中心。丰富的多学科科研经历,以及长期的实战工作积累,使他在开展固废资源综合利用方面形成了一整套成熟的科学研究成果。

    李老告诉记者,矿产是我国社会主义经济建设、循环经济运行不可缺少的基础资源,只有资源化开发利用矿山尾矿、废石,矿业才能成为节约资源、维护生态环境、强国富民的现代化产业,经济建设才能形成良性循环,实现国民经济和矿山的可持续发展。我们要实实在在地查明矿产资源特点及其可利用途径,从资源特点出发,经过试验研究,选择可供开发的产品及主攻项目;与相关行业、专业、技术进行边缘杂交、互相结合,择优组合有关工艺、技术、设备,从而开发出复合矿物原料新资源;在这个过程中,逐步化解矿山历史积留下来的弊端和欠负,恢复或维护矿山生态环境,清除灾害隐患,增添物质财富,提高劳动就业率及人员素质;促进科技进步,开拓尾矿的新用途,实现和谐创新、强国富民。

    1990年,李章大带领尾矿利用技术中心精干力量,从典型矿山入手,对武钢大冶铁矿、首钢迁安铁矿、江西德兴铜矿、辽宁杨家杖子钼矿等矿山的尾矿进行了分析实验,并取得一系列科研成果。

    他们在武钢大冶铁矿调查了东露天尖山采区25条勘探线、110个钻孔、5512米岩心,补采了100个矿样、16个人工重砂样、15个硫化物精矿样,对样品进行了多元素分析、岩矿鉴定和小型选矿试验,查明尾矿资源特征,总结了矿山地质工作经验,摸索了含矿围岩工业利用评价方法,确定可采品位及铁、铜综合品位指标,新圈定10个矿体,计算出21.9万吨储量。同时,还发现洪山溪尾矿库中残存大量菱铁矿等非磁性铁矿,进行了经济评价,提交了3份研究报告。项目验收后获得原冶金部科技进步三等奖。

    随后,他们又对首钢迁安铁矿进行了历时4年的研究,取得丰硕成果:查明尾矿资源特征,利用围岩、废石及矿山尾矿生产出高速铁路道渣、建筑用砂、水泥、混凝土材料、陶瓷(日用瓷、美术瓷)、色釉、建筑瓷砖、玻璃等样品,在唐山陶瓷研究所试产了陶瓷产品;利用尾矿制造微晶玻璃的工艺试验及产品中试取得良好效果,建筑瓷砖成功投产,属尾矿资源化利用领域的首创。铁道部工务局为首钢矿山废石生产的高速铁路道渣建立了技术标准,为修建大同至秦皇岛运煤出口高速铁路东段所用道渣召开了多次铁道系统现场会。唐山陶瓷研究所结合此项成果申请了《铁矿尾矿制造陶瓷及方法》发明专利,被原轻工业部科技司综合处誉为“国内陶瓷原料的首创”,是我国尾矿资源化利用的首次突破。在北京玻璃研究所的协助下,他们不仅用尾矿制做普通玻璃产品,还开发出世界首创的“尾矿微晶玻璃花岗石”,使尾矿资源化利用进入高科技材料产业领域。这些研究成果不仅使首钢矿业公司获得了丰厚的经济效益(至今保有相关生产线),更使其成为首例“无废料绿色矿山”。

    在对江西德兴铜矿尾矿进行研究的过程中,他们利用尾矿研制出了日用-工艺美术陶瓷、无釉外墙砖、锦砖及水泥等产品。研究表明,德兴铜矿尾矿是良好的紫砂型陶瓷(带色)原料,可制作墙砖、锦砖、525号火山灰质硅酸盐水泥,是已经磨细了的绢云母质瓷及经济实用建筑陶瓷、优质硅酸盐水泥的原料。

    通过多年研究,李章大教授认为,我国金属矿山尾矿、废石资源化开发利用已经积累了许多研究成果和产业化经验,进入推广提高的新阶段。但还存在一些突出问题:知识和认识上囿于传统,把尾矿、废石作为废物看待,开发利用停留在低层次上,套用他人做法或只开发大路货产品;不做本矿山的资源特点查定,不愿做试验研究,满足于生产一二种简易产品;固守旧思想、旧技术,不顾国家社会和企业的长远利益;缺少更多可供开发的好产品、好成果;有的成果缺少工业化试验,技术不成熟;缺少风险基金支持和激励机制;技术力量分散单薄,研究者缺少经济实力,更缺少实验条件及实验室,难出新成果。

    为此,李章大提出:第一,建议把尾矿、废石等矿山固体废弃物作为国家自然资源依法保护和管理起来,禁止无序开发,加强技术指导,防止再次浪费资源和扩大环境污染。当务之急是立法和立项进行尾矿资源普查,同类资源宜先用尾矿、再开新矿。

    第二,矿山所在地政府科学管理和指导矿山固体废物资源化开发利用和环保治理,委托有资质的专业团体(如矿业联合会、矿山地质专业委员会、资源综合利用协会等)协助政府为企业搭桥和进行监督、咨询、协调,促进其节约资源,相关企业依法保护和使用矿山固体废物资源。三方齐心协力,从组织上落实矿山尾矿、废石等固体废物的资源化开发利用,提高实效。

    第三,建设一批示范矿山和示范工程,作为矿山企业样板和出台政策、技术标准及产业化转化的基地。

    第四,建立一个汇集综合人才、专门开发矿山固体废料的高硅无机复合新材料工程技术中心,从资源-工艺、技术、设备-新产品研发-产业化推广等全流程出发,开发符合中国矿产资源特点的复合材料系列产品,为复合材料工业奠基开路。

    第五,从尾矿微晶玻璃切入,开发高科技含量、高附加值的产品。微晶玻璃被材料科学家称为“可兼有别的类型材料不能达到的物理性能”,特别适合于我国矿山尾矿、煤矸石、炉渣、赤泥等组分多样化资源的开发利用。

    第六,建立矿山固体废物资源化开发利用奖励基金及制度,用于奖励有突出贡献的矿山企业、职工、科技和管理人员,支持专项研究成果的工业中间产品试验,推进新产品、新成果及时转化为生产力。

    现在正是综合利用尾矿的好时机

    近日,根据《地质调查项目管理办法》要求及东北项目办成果报告评审计划,中国地质调查局沈阳地调中心东北地区项目办组织有关专家对第二批7个矿产子项目和2个水工环子项目进行了成果报告评审验收。专家组在审阅成果报告及图件等资料基础上听取了项目汇报,与项目组进行充分意见交换和讨论,评定出“优秀”子项目成果1项,“良好”子项目成果8项。

    东北地区地下水污染综合评价子项目成果报告被评为“优秀”,主要社会价值是:在调查成果及已有资料基础上对工作区浅层地下水开展了天然防污性能评价分区以及污染防治与保护区划研究,合理划分重点防护区、修复治理区、水源地保护区等,有利于科学调度和优化配置地下水资源,为辽宁省环保厅开展辽河流域地下水污染防治区划提供极大的参考价值,为辽宁振兴固体废物处置有限公司承担的“沈阳新城子区30万吨堆存铬渣无害化处理工程项目”提供了可靠的基础地质资料。

     

     

    东北地区地质调查项目2016年第二批成果报告评审会顺...

    为宣传强调保护和改善人类环境的重要性,引导鼓励公众保护和改善人类环境,造福全体人民和后代,6月1日,围绕世界环境日“蓝天保卫战、我是行动者”主题,自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所在江西省萍乡市莲花县高洲乡高滩村红领巾丹勋营地举办“科普入社区—关注地球环境,共建青山绿水,齐创美好家园”活动。

    此次活动采用科普宣传讲座、播放世界环境保护科普视频、发放科普活动纪念品、组织科普对象填写调查表等方式开展。项目组科普人员用详尽、通俗、趣味性的科普语言向公众讲解了世界环境日的由来、全球气候变暖、臭氧层损耗与破坏、生物多样性减少、酸雨蔓延、森林锐减、土地荒漠化、大气污染、水体污染、海洋污染、固体废物污染等基本知识,普及了环境污染与保护的基本常识,让大家感受到了保护环境的必要性和紧迫感,提高了参与人员的环保意识,营造了积极学习探索的良好氛围。本次活动受众较多,累计有200余人次参与,发放并收回有效调查表30余份。

    活动还给高滩村小学的同学们送上了科普漫画书、笔记本、笔、文具袋等儿童节礼物,在轻松愉快的氛围中号召同学们保护地球环境,培养环保意识,养成绿色低碳的生活习惯,呼吁大家一起改善我们的生活环境,创造美好的未来。

    给同学们发放科普图书等物品

    科普讲座

    与高滩村小学同学们合影留念

     

    长江中游黄石-萍乡-德兴矿山集中区综合地质调查项目...