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    珍惜矿产资源 科学规划开发路线图

    ——谈矿业产业发展规划的作用、意义及编制

    郭 敏 赵军伟 赵恒勤

    对资源型地区来说,矿业在地方国民经济中占有重要地位,矿产资源的开采开发、矿产品加工以及延伸产业对地方经济发展发挥了重要的支柱作用。但随着生态文明建设的不断推进、世界矿业经济增长放缓,社会发展对资源开发提出了新的更高要求。矿业产业发展规划可以统筹协调好地方资源、环境、经济社会发展等各方面问题。

    矿业在经济社会的基础地位

    矿业是国民经济的基础产业,人类的衣、食、住、行、用、医等以及国家经济、社会建设与发展都离不开矿产资源。能源和原材料矿产是工业必不可少的“血液”和“粮食”。当今世界上,95%以上的能源、80%以上的工业原材料、70%以上的农业生产资料均来自矿产资源。

    矿业支撑了我国经济社会全面发展,为经济建设提供了巨大的物质财富。我国是煤炭、铁矿石、铅矿、水泥用灰岩、建筑石料用灰岩等20多种矿产品的全球最大生产国和消费国,一些战略性新兴产业矿产品产量全球占比已从1990年的20%~30%增长到当前的70%~90%以上。目前,我国年矿石开采总量超过300亿吨,在全球矿产品生产和消费中占有关键性的地位。

    矿业产业发展规划的作用与意义

    矿业产业是依托矿产资源勘查、开采、选冶、加工、贸易等环节的全产业链经济活动,对区域经济社会发展发挥着巨大的带动作用。

    矿业产业发展规划是对区域矿业产业发展进行细致而全面的专项规划。它依托区域优势矿产资源,在综合考虑区域经济基础和发展潜力的前提下,从区域特色资源、优势产业出发,因地制宜对矿产业布局做出合理安排,带动其他相关产业协调发展。矿业产业发展规划对加快区域矿业产业发展,将资源优势转化为经济优势,促进矿业产业结构转型升级,提升产业聚集度及辐射力,推进区域经济高质量发展等具有重要意义。

    矿业产业发展规划的组成和编制

    矿业产业发展规划的内容主要包括规划编制背景(产业发展环境)、区域矿产资源现状及发展基础、产业发展任务与思路、产业链设计、产业布局、规划保障措施等部分。

    矿业产业发展规划编制的一般方法和过程为:首先对区域优势特色矿产资源开发、矿产品加工现状、产业发展环境进行广泛深入的调研,根据区域产业基础、特点及发展环境,分析产业发展面临的机遇、挑战及优劣势,预测产业发展方向;其次针对产业发展现状及发展条件,明确矿业产业发展定位,提出发展的总体战略和目标任务;再次提出总体产业布局,主导产业及相关产业类型及规模,细化拟落实的规划重点项目;最后,提出组织管理、资金、技术、人才等方面的措施、建议,以保障规划实施。

    矿业产业发展规划编制要点

    1.明确产业规划的定位

    产业定位是产业发展规划的核心。产业规划编制前,一定要明确规划的定位,依据资源基础,确定产业发展方向。

    同时,在规划编制过程中协调好矿业与其他相关产业的关系,如矿产品加工产业与材料产业的发展,以实现产业链融合发展。

    2.设计好产业总体布局

    产业规划布局是产业发展规划的重要内容,包括产业体系、产业结构、产业链、空间布局等,总体上要做到因地制宜、统筹兼顾、扬长避短、突出重点、综合发展,综合考虑生态环境保护、环境承载力、文物和动植物保护、水源地保护、土地利用等因素。同时在产业规划编制中,需要设置一批规划重点项目,明确项目实施的主要内容、建设空间布局、矿产品结构及方向、投资进度、预期效益等,以保证项目的可行性。

    3.重视规划前期调研

    矿业不同于其他产业,矿业开发涉及资源、安全、环保等领域,面广且形势复杂。规划编制过程中必须对产业发展现状进行广泛深入调研,研判产业发展形势和潜力,查询了解各种信息,搜集相关资料,需要到当地发改委、工信委、环保局等管理部门了解当地产业政策、招商引资情况、环保要求等,还需要到典型矿山企业调研资源开发现状,为合理安排规划任务、设计产业布局提供切实可行的保证。

    4.提出针对性的保障措施

    为了保证产业规划实施并达到预期效果,需要一系列可行的、有针对性的保障措施,主要包括规划实施主体的设置与组织管理、政策扶持、投(融)资方案、招商引资、技术改造与研发、人才培养等。结合当地实际情况,规划编制中要落实好如何实施,以获得理想的预期效果。

    钨矿的开发利用

    张红新 赵恒勤

    世界钨矿资源储量比较丰富,地壳中钨的含量为0.001%,具有开采价值的只有黑钨矿和白钨矿。世界钨矿资源主要集中在阿尔卑斯-喜马拉雅山脉和环太平洋地质带。中国钨储量居世界第一,主要分布在中国南岭山地两侧的广东东部沿海一带,江西南部的储量最多。据中国矿产资源报告(2019)的数据,截至2018年底,我国钨矿查明资源储量为1071.57万吨(WO3含量),约占全球总量的60%。其次为加拿大(29万吨)、俄罗斯(25万吨)和美国(14万吨) 。

    我国钨矿地下开采矿山数量和产量都居主要地位,在112座钨矿山中,地下开采钨矿105座、露天-地下联合开采钨矿4座、露天开采钨矿3座。钨矿资源的选矿工艺根据资源类型的不同,存在较大差异。总体而言主要有三种工艺。一是黑钨矿选矿工艺。目前,黑钨矿选矿工艺一般可分四阶段进行回收,即粗选、重选、精选和细泥处理阶段。二是白钨矿选矿工艺。白钨矿资源常与多种钼、铋等有色金属伴生或共生,有用矿物嵌布粒度较细,白钨矿选矿工艺流程以浮选为主。三是黑白钨混合矿选矿工艺。黑白钨矿混合矿属难选矿石,其特点是钨品位低、嵌布粒度细、黑白钨与多种有用矿物密切共生,脉石矿物组成复杂。目前,黑白钨混合矿的选别采用硫化矿浮选-黑白钨混浮-白钨粗精矿加温精选-黑钨细泥浮选的主干全浮流程。

    选矿后的钨精矿经冶金工艺制备出高纯的钨锭或钨粉。钨是高熔点稀有金属,具有优异的物理、力学和化学性能,主要用于制备金属加工、石油天然气及其他矿石的开采及建筑领域中各种硬质合金切削工具及钻头,也用于切割用的碳化钨和耐磨材料中,还用于制造重金属合金、电极、电子工业、钢材、特种合金等化学制品。

    钨在高技术领域也得到较为重要的应用,高纯硅化钨由于其电阻仅为多晶硅的1/10,在超大规模集成电路中取代多晶硅作为栅电极材料,取代铝合金作为接线材料。高纯钨可取代铅和铝化合物作为集成电路陶瓷零件的线路材料、半导体的电接线和内部连线。钨和钨铜合金可用作硅晶片的散热材料。

    钨矿也和我们的生活息息相关的,是制造灯用金属材料中最重要的一种材料。

    虽然中国钨矿资源储量丰富,但是由于黑钨矿富矿多、易开采,资源被大量消耗。所以,加强钨矿节约和保护刻不容缓。

    加强磷石膏综合利用 促进长江经济带高质量发展

    张利珍 张永兴

    磷石膏是硫酸与磷矿反应萃取磷酸生产过程中产生的副产物。目前,全国磷石膏累计堆存量达5亿吨,每年新产生近8000万吨,综合利用率不到40%。在“共抓大保护、不搞大开发”的新形势下,应加快磷石膏固废资源化利用,以降低大量堆存带来的环境和安全风险,促进长江经济带高质量发展。

    磷石膏“堆”不是办法,“用”才是出路。目前,其“用”的主要途径有五个方面——

    一是用于水泥工业,制水泥缓凝剂、硫酸联产水泥。水泥缓凝剂是水泥生产中的添加剂,磷石膏使用量为水泥量的3%~5%。用磷石膏替代天然石膏生产水泥缓凝剂,可有效提高磷石膏的综合利用率。而磷石膏制硫酸联产水泥工艺,在实际生产中难以推广应用。

    二是生产石膏建材制品,其中用磷石膏生产建筑石膏是目前磷石膏应用中最为成熟的方法。将预处理后的磷石膏经过干燥、煅烧、陈化等流程制成建筑石膏,以建筑石膏为原料生产纸面石膏板、纤维石膏板等。

    三是生产化肥,如硫酸铵、硫酸钾。磷石膏制硫酸铵的原理是磷石膏与碳酸铵反应生成硫酸铵,副产碳酸钙,该工艺技术成熟,生产设备通用,工艺条件易于控制,但是生产费用比单独生产尿素和硝酸铵高很多,工业推广价值不高。硫酸钾是一种重要的无氯钾肥,已工业化的方法是两步法,该工艺反应条件温和、能耗低、投资少、产品质量稳定,但是反应过程中钾的转化率不高。

    四是筑路或采空区回填。磷石膏作为一种品质优良的路基填料,在工程建设中使用可不同程度地改善半刚性基层的性能。磷石膏还可用作充填骨料,和黄磷渣胶结重新回填到磷矿山采空区,减少地质灾害。

    五是在农业上用作土壤改良剂。将磷石膏加入氮肥中,可减少氮挥发,提高氮肥利用率;磷石膏中含有钙、磷、硫、镁及有机质等农作物生长所需的营养成分,可用作土壤调理剂来调节土壤酸碱平衡,消除碳酸盐对农作物的毒害,解决土壤盐渍化、土壤缺磷等问题,促进农业高质量发展。

    磷石膏当前以低值化利用为主,制得的磷石膏产品不仅受有限销售半径内的市场容量限制,而且产品的可替代性大,缺乏市场竞争力,导致应用率相对较低。因此,磷石膏的资源化利用,一方面要在磷石膏规模化消纳技术和高值化利用技术的研发上发力,提高消纳能力和产品价值;另一方面要在磷石膏综合利用产品的推广应用上发力,提高大众认可度。这就需要国家相关部委、地方、科研院所联手行动,共同推动磷石膏的综合利用,实现磷化工产业绿色转型发展,为生态文明建设助力。

    全球“钴”事

    王威

    钴是重要的新能源材料,在现代工业发展中有许多不可替代的用途。钴被美国和欧盟列入影响国家和地区安全及未来经济发展的关键矿物和材料清单,也被我国列入战略性矿产目录。那么钴为何如此重要?它在全球的分布情况如何?

    什么是钴

    钴,元素符号Co,银白色铁磁性金属,熔点1493℃,沸点3100℃,密度8.9g/cm3,莫氏硬度5.0~5.5。钴比较硬而脆,是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。自然界中含钴的矿物种类超过百种,钴作为基本元素的矿物种类超过了59种,工业上常见的钴矿物有辉钴矿、硫钴矿、辉砷钴矿、方硫镍钴矿、钴镍黄铁矿以及表生矿物中的水钴矿和杂水钴矿等。我国是世界上最主要的精炼钴生产国和钴消费国之一,但钴矿储量仅占全球总储量的1.1%,钴原料大量依靠进口,2017年钴资源对外依存度高达90%。

    钴矿开采历史

    钴被用于陶瓷和玻璃至少有2600年的历史,古埃及和古罗马及中国唐朝的陶瓷釉料和玻璃制品中就已开始使用钴矿物作为蓝色颜料。钴矿开采从16世纪开始,当时钴矿山主要集中在欧洲,钴矿主要用于生产钴蓝颜料和钴蓝颜料玻璃粉用于陶瓷、玻璃和和绘画。1864年,在法属新喀里多尼亚发现了钴矿,欧洲钴的开采也随之减少。1904年,在加拿大安大略省发现了银钴矿和砷钴矿,并投入生产,使全球钴矿产量大增。1914年在刚果加丹加发现了巨大的铜钴成矿带,1920年其铜钴矿投入生产,从此刚果的钴产量一直居世界首位。

    钴的应用领域

    钴在众多领域得到广泛应用,钴产品主要以化学品和金属的形式应用于电池材料、催化剂、颜料、高温合金、硬质合金、磁性材料等领域。目前,电池行业是消耗钴最多的行业,钴主要用于制备锂离子电池的正极材料。近30年,高温合金、硬质合金、催化剂、颜料、磁性材料等传统行业对钴的需求平稳增长。近年来,钴在电动汽车动力电池的需求迅速增长。基准矿物咨询公司认为,2026年全球电池材料钴用量也将比2017年电池材料用钴量增长4倍以上,达19.5万吨。国际能源署推测,2030年电动车钴需求量将达到29.1万吨 /年。

    全球钴矿资源概述

    钴在地壳中的平均丰度仅为0.0025%,地球上已发现的钴矿物多数为共伴生矿,全球钴产量仅有2%左右产自独立钴矿。根据USGS 2019年统计,全球已探明的陆地钴矿资源量为2500万吨,储量为688万吨。在大西洋、印度洋和太平洋底部发现的超过12000万吨的钴矿资源存在于大洋锰结核和大洋富钴结壳中,目前尚未得到开发利用。全球陆地钴矿资源分布广泛,主要赋存于刚果和赞比亚的沉积型层状铜钴矿床,澳大利亚、古巴、菲律宾、马达加斯加等国的含红土型镍钴矿床,及澳大利亚、加拿大、俄罗斯等国的岩浆型镍-铜硫化物矿床中。尽管钴矿分布广泛,但除了摩洛哥Bou Azzer钴矿是以砷钴矿为主矿产的独立钴矿外,世界其他钴矿均作为铜矿、镍矿等矿产的共伴生矿产出,目前只有刚果、澳大利亚、古巴、加拿大、俄罗斯等少数几个国家的钴矿能在经济上加以利用。

    全球钴矿资源储量和产量

    2018年全球探明的钴矿资源储量为687.5万吨,钴矿产量为13.57万吨。其中刚果金是全球钴矿资源储量最多的国家,也是钴矿产量最高的国家,2018年刚果金的钴矿储量占到全球储量的49.45%,产量占到全球钴矿产量的66.32%,集中度非常高。储量排名第二和第三的国家分别为澳大利亚和古巴,储量占到全球储量的17.45%和7.27%,其他国家的储量都小于5%。钴矿产量排名靠前的国家还有俄罗斯、澳大利亚、古巴,分别仅占全球产量的4.35%、3.61%和3.46%,除了刚果外其他国家的产量占比都很低。

    结语

    钴是重要的新能源材料,也是重要的战略性矿产,美国和欧盟都将钴列入了影响国家和地区安全及未来经济发展的关键矿物和材料清单。独特的物理化学性质使钴成为航空航天、石油化工、玻璃制造及医药领域的重要原材料,在战略性新兴产业发展中发挥着重要作用。并且,按照全球各国新能源汽车发展规划,全球钴矿长期供给面临短缺的可能。

    滨海“宝藏”

    雷晴宇

    椰林、树影、水清、沙白、海滩,几乎是所有人最喜欢的休闲旅行景观。但很少有人知道,世界上很多滨海区域蕴藏着很多宝贵的矿产资源,比如锆、钛、砂资源。

    砂矿,主要来源于陆上的岩矿碎屑,经河流、海水(包括海流与潮汐)、冰川和风的搬运与分选,最后在海滨或陆架区的最宜地段沉积富集而成。锆钛砂就是钛铁矿石与锆英石、金红石与独居石等共生复合型砂矿。

    锆钛矿属于稀缺资源,由于锆、钛特殊的金属特性,被广泛应用于精益铸造、高级耐火材料、航空航天等行业,许多国家将其列为战略资源。

    地壳中大部分锆呈分散状态存在于许多矿物中,已知含锆的独立矿物有38种,锆英石(ZrSiO4)和斜锆石(ZrO2)是主要的具有工业价值的含锆矿物。锆英石主要赋存于海滨砂矿中,是世界冶炼金属锆的主要来源。斜锆石主要产于碱性火成岩中,与霞石、霓石、磷灰石、萤石等共生。

    全球锆资源储量约7400万吨(ZrSiO4),主要分布在澳大利亚和南非,分别占全球储量的63%和19%,此外,印度、莫桑比克、中国和美国等国家也有部分储量。

    中国锆资源储量50万吨,占全球储量不足1%,能够开发利用的锆石砂矿主要集中在以海南文昌为代表的东南沿海地区,其中海南的锆石砂矿储量占全国砂矿总储量的67%,占全国锆资源储量的19%,是国内目前惟一能被开采利用的滨海砂矿。中国作为全球第一大锆资源消费国,对锆的需求占比高达52%。然而,中国锆资源十分有限,锆英砂对外依存度长期维持在90%以上,进口最大来源国是澳大利亚。

    金属钛作为重要工业战略资源,广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力等领域,被称为“现代金属”“太空金属”“战略金属”,是现代工业和尖端科技不可或缺的金属原料。钛工业产业链有两条不同的分支,第一条是钛白粉工业,即钛铁矿→钛白粉,用于涂料、塑料和造纸等行业;第二条是钛材工业,即钛铁矿→海绵钛→钛锭→钛材,用于航空航天等领域。

    中国钛矿资源丰富,但多为伴生矿,品位不高,钛精矿进口量呈逐年上升趋势,目前钛精矿对外依存度超过了30%。

    目前,全球开发利用的钛矿资源主要为钛铁矿、金红石,以钛铁矿为主。澳大利亚在全球钛铁矿和金红石储量分布中占比均居首位,中国钛资源总量丰富,但钛铁矿多,金红石矿少。

    澳大利亚是世界最大的钛生产国和出口国,储量居世界首位。由于澳大利亚的钛矿资源主要位于或靠近海岸,国家土地分配的其他用途导致澳大利亚约有19%的钛铁矿和26%的金红石资源是不可用的。

    综合来讲,中国国内锆钛资源有限,而需求量在不断增大,以每年6%的速度增长,国内每年锆、钛矿进口需求量分别达到90%和70%。

    在高端化工、航空航天、船舶和电力等行业需求带动下,近年来我国钛行业需求总体呈现上升趋势。因此,实施钛矿资源全球配置战略是保证中国钛矿资源可持续供给的重要途径。

    近年来,中资企业持续加大对澳大利亚、莫桑比克等境外锆钛资源勘查开发力度,这对我国实施资源保障多元化战略,积极参与全球矿产资源配置,拓展境外资源利用的空间和能力,同时加强矿产资源储备意义重大。

     

    助力生态文明 做好资源综合利用文章

    江西赣州是一片壮怀激烈、神奇光荣的红土地,这里的每一寸土地都闪耀着历史与传统的光辉。

    时代翻到了2020年这一页。此前,由于经济底子薄、基础条件差、贫困人口多、贫困范围广、贫困程度深,赣州成为全国较大的集中连片特殊困难地区、江西省脱贫攻坚主战场。今年4月26日,江西省政府举行新闻发布会,宣布于都等7个县(区)退出贫困县序列。至此,赣州市11个贫困县全部退出,赣南革命老区实现整体脱贫摘帽。

    在这场史无前例的脱贫攻坚战中,一支奇兵——自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所出现在深壕坚堡前,从专业入手,从技术切入,干起了别人不善干的大事来:脱贫要治贫,治贫要助贫,穷根不除,还要返贫。

    发展实体经济,把赣州建设成为全国稀有金属产业基地和先进制造业基地,是脱贫治穷的关键一招。但是,赣州又不能走传统的老路子,村村办矿,家家炼石,把资源优势折腾成生态劣势。经过深入地县情、乡情、村情调查,郑州综合利用所决定用创新思维从六方面持续发力:

    ——将钨、稀土、萤石等特色优势矿产资源进行深度研发利用;

    ——将矿山固体废弃物进行广泛综合利用;

    ——推动金属矿、非金属矿新技术研发;

    ——对矿山环境进行综合调查,经过治理后形成“绿色产出”;

    ——进行固废资源综合调查评价,力争变废为宝,产生效益;

    ——编制矿业产业规划和绿色矿山标准,使区域经济健康、绿色地向前发展,不走弯路。

    由此可见,郑州综合利用所对扶贫工作就像经营自己的“责任田”那样充满深情,“谋矿已非从前样,春风化雨焕容光”。

    于都润鹏矿业经改造后的生产现场图

    科技薪火燃一片

    赣州于都润鹏铅锌矿是一复杂共伴生的多金属矿。长期以来,由于矿床共伴生组分多、分离难度大,导致主要有价组分回收率偏低,精矿产品也因品位低,经济效益大打折扣。

    找到症结后,郑州综合利用所决定利用技术研发优势帮助矿山解决“心头之患”。他们夜以继日地进行技术攻关,先后研发了铅锌优化分离技术、尾矿重选收硫技术、铅锌混合浮选技术、铅锌混浮精矿压力浸出短流程技术等多项技术。其中,铅锌优化分离技术通过药剂配制创新和工艺条件优化,可使铅回收率提高6.72个百分点,达83.45%,银回收率提高10个百分点以上,达64.84%,增加年直接经济效益523.74万元。

    在尾矿重选收硫技术方面,该所提出采用重选回收替代浮选回收硫系统,使硫精矿品位保持在45%以上,硫的回收率增加20个百分点,年直接经济效益达90万元;运用铅锌多金属矿混合浮选工艺技术,使混合精矿各主要组分回收率大幅提高,铜达到93.69%,铅达93.55%,锌达91.94%,金达91.81%,银达97.66%,硫达93.19%,整体技术经济效果明显提升;运用浮铅尾矿锌硫混合浮选-分离技术,将流程改为先选铜铅,再锌硫混选,再进行锌硫分离,使锌回收率提高了0.63个百分点,电机功率下降150千瓦,吨原矿节约成本4.43元,实施后每天多产生效益1万余元,年增经济效益近330万元。经过多项技术改造,润鹏铅锌矿终于“滋羽鹏飞”。

    接着,郑州综合利用所又把目光瞄向了宁都县河源锂辉石矿。该矿生产的是电动汽车电池的原料,市场前景广阔,但由于矿山锂元素回收率不高,经济效益并不理想。

    通过研究,郑州综合利用所的专家们发现,造成锂回收率不高的原因是矿泥影响了药剂功能的发挥。为此,他们开展攻关,反复对比药剂,试图找到对锂辉石更为敏感的“高效捕收剂”。终于,功夫不负有心人,他们成功研发了一种名为“EL”的高效捕收剂,使浮选精矿氧化锂回收率提高11.3%。经测算,矿山通过选矿工艺的革新,不仅节约了资源,还可年增利润1200万元,抱上了一个大金娃娃。

    江西铁山垅钨矿细泥中钨的回收一直是矿山亟待解决的技术难题。一般情况下,钨选厂细泥产率约为7%~9%,钨在矿泥中的损失率达20%。郑州综合利用所根据钨细泥尾矿矿物特性,结合离心机选矿机、悬振锥面选矿机等设备优缺点,开发出了“筛分-离心机预选-悬振锥面选矿机精选”的全重选工艺流程。该工艺可再次回收废弃矿泥中的残矿,最后得到WO3品位为23.43%、回收率达到41.62%的黑钨精矿。

    在扶贫过程中,又一个难题横亘在郑州综合利用所面前:赣州会昌锡矿储量即将消耗完毕,需要尽快研发技术从锡尾矿中回收锡等有价组分。该所知难而进,通过设备组合优化、工艺条件控制和药剂创新,开发出了“锡石尾矿尼尔森重选抛尾——粗精矿浮选富集工艺技术”。这组工艺技术设计新颖,连接顺畅,要件闭环,最终抛尾量达到76.67%,大幅减少了进入浮选作业矿石量,重选抛尾也降低了细泥对浮选的影响,减少了浮选药剂用量,获得锡石精矿品位达9.73%,作业回收率47.88%,相当于提高现场锡石回收率的9%~10%。

    赣州兴国县高岭土矿是当地一宝,但由于产品含铁高,销售价格低,花了力气但不挣钱。郑州综合利用所通过分析发现,该矿的铁赋存在云母中,采用传统磁选工艺很难分离出来。于是,他们结合现有工艺,引入超导磁选技术,大幅提高了磁场强度,实现了含铁云母的分离,铁含量由1.25%降低到0.52%,白度由74.5提高至93.4,产品价格由240元/吨提升至1400元/吨,为矿产品升级换代带来希望。

    赣南高岭土矿分选后尾矿量较大,长期堆积在矿山周围,对环境影响很大。郑州综合利用所认为,这些都是放错地方的“垃圾”,完全可以变废为宝。工艺矿物学和综合利用技术评价结果表明,高岭土尾矿中主要含有石英、长石、云母、高岭石等矿物,其中石英含量高、资源禀赋好,晶体通透。于是,他们研发了“高温煅烧-水淬-重选-磁选-浮选-酸浸”工艺,把尾矿中有益组分进行分选,获得二氧化硅品位达99.85%,回收率达到35%;又把二次剩余尾矿用来制备轻质高强陶粒,充当建筑材料,实现了“吃干榨尽”。

    就这样,郑州综合利用所在扶贫3年中,攻克了一个个工矿企业的“老大难”问题,正所谓“科技薪火燃一片,青山远望小康家”。

    浮锌尾矿重选回收硫技改实施现场

    睿智英才盈彩笔

    人无远虑,必有近忧。

    赣州市及所辖县域矿产资源丰富,山脉纵横,历史上就是办矿要地,目前大中小矿山百余座,矿点千余处,稀土、钨等矿产在全国乃至世界具有重要地位。

    要谋划全市经济社会发展战略,既要充分发挥本地区的资源优势,又要积极推进“五位一体”总体布局,使矿业和其他产业协调发展。根据地方政府的迫切需求,郑州综合利用所集中科技力量,编制了4份市县矿业产业发展专项规划和1项产业发展专题报告。

    知宝在其一,用宝在其二,惜宝在其三。《赣州高岭土矿资源产业发展规划(2017~2021年)》总结了国内外高岭土矿资源开发利用及产业发展现状,针对赣州高岭土矿资源特点及产业发展实际,分析了赣州发展高岭土矿资源产业的优劣势,提出了规划期内高岭土矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展高岭土精深加工和陶瓷产业,建议建设崇义高岭土产业园、兴国(泉州)五金卫浴产业园和寻乌陶瓷产业基地等3处高岭土矿产业聚集区。地方政府对该规划极为赞赏。

    接着,《赣州硅石矿资源产业发展规划(2017~2021年)》也问世了。该规划总结了赣州市硅石矿资源开发利用及产业发展现状,分析了赣州发展硅石矿资源产业的前景,提出了规划期内硅石矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展石英砂、石英玻璃、石英板材等产业,建设石城硅石产业园、信丰粉石英产学研基地、上犹玻纤生产基地等6处硅石矿产业聚集区。此规划一旦实施,可安排数千人就业。

    《于都县矿业产业发展规划(2016~2020年)》是地域性的专项规划。郑州综合利用所在全面总结于都县优势矿产资源及开发利用现状、矿业产业发展现状和存在问题的基础上,分析了矿业产业发展的前景,提出了规划期内产业发展的目标任务、产业布局和十大重点工程,通过延伸钨、铅锌、萤石等重点矿种产业链和优化产业布局和结构,推动矿业及延伸产业快速发展。

    《兴国县非金属矿产业发展规划(2016~2020年)》具有异曲同工之妙。郑州综合利用所在全面总结兴国县优势非金属矿产资源及开发利用现状、产业发展现状和存在问题的基础上,分析了非金属矿产业发展的前景,提出了规划期内非金属矿产业的总体定位、发展目标及主要任务,明确了萤石、高岭土等优势非金属矿的产业布局、产品方向和重点项目,构建以萤石氟化工产业为龙头,高岭土陶瓷产业、水泥建材产业等为重点的非金属矿产业集群。

    接着,郑州综合利用所又完成了《兴国县矿泉水地热产业发展前景分析报告》,通过调研兴国矿泉水、地热资源现状及现有2家矿泉水企业开发利用现状,分析了产业发展的前景,提出了产业发展的主要工作和建议,为兴国县矿泉水、地热产业开发指明了发展方向。

    看起来,郑州综合利用所做的都不是“分内事”,不过他们深知,谋贫困区之发展蓝图,规划才是主轴和引领。

    红色老区竞风流

    在矿产资源丰富地区如何科学、绿色办矿,既有序开发金山银山,又留住绿水青山,是当前绕不过的大问题。

    为此,郑州综合利用所的专家团队帮助地方政府根据本区域的矿产资源特点,谋划好绿色矿业发展示范区和绿色矿山建设。首先,他们结合地域地貌特点开展了赣州优势矿产绿色矿山建设标准体系研制,研究编制了《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》《离子型稀土绿色矿山建设规范》《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》等4项赣州市绿色矿山建设地方标准,并通过细化相关指标要求,有效增强了标准的适用性和可操作性。

    可喜的是,《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》2项标准已于2020年5月1日正式实施,为赣州市钨、萤石矿资源绿色开发提供了标准依据。它们是赣州市首批市级地方标准,也是江西省首批生态文明市级地方标准。该标准的广泛运用,使当地绿色矿山的建设、评估、认定和核查等工作有了可循之规。此外,《离子型稀土绿色矿山建设规范》和《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》目前也已完成标准送审稿,有望在年内完成审查后发布。

    江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区是一个有着近百年开采历史的老矿山,以生产优质黑钨精矿而闻名,在第二次国内革命战争时期曾为苏区作出过重大历史性贡献。郑州综合利用所充分发挥技术和人才优势,为其绿色矿山建设提供规划指导,编制了《江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区绿色矿山建设方案》。经过绿色矿山建设,该公司基本实现了矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化和矿区社区和谐化,顺利进入国家绿色矿山名录库,成为赣州矿业的一张名片。

    对历史遗留的矿山生态环境问题,郑州综合利用所应地方政府的要求,积极开展各类地质环境问题调查。于都地区历史上是办矿重点区域,专家组通过遥感图像解译,并深入矿山“梳头发”,共调查国土面积1921平方千米、各类矿山180座,基本查清了存在的各种地质环境问题,编写了《于都南部区域废弃矿山地质环境问题恢复治理建议》和《于都南部废弃钨矿山环境综合治理可行性调查报告》,受到了当地政府的高度重视。

    有道是,弃矿复绿已开头,红色老区竞风流。赣州市境内老矿区颇多,生态环境欠账绝非毕一役之功就能解决,但郑州综合利用所矢志与地方政府紧密配合,在“十四五”期间将脚踏实地,一茬一茬接着干,在这片红土地上复绿、造绿、兴绿,打造出一个新型矿区。

     

    扶贫路上深耕每一块“责任田”

    近日,以中国地质科学院矿产资源研究所(以下简称“资源所”)为第一完成单位完成的《尾矿资源化综合利用关键技术研发及应用》成果荣获2023年度绿色矿山科学技术奖科技进步一等奖。

    该成果由资源所张长青研究团队联合国内多家科研机构共同完成,旨在解决尾矿大量堆存、资源浪费和环境污染问题,实现尾矿资源的清洁化、资源化利用。项目通过尾矿基环境功能材料、陶瓷类高附加值产品和高密实混凝土大宗利用建材产品等关键技术研发与应用,实现了矿山固体废弃物“减量化”“资源化”“无害化”利用的目标。该集成技术的创新改变了矿山企业运营的方式,为尾矿的资源化利用和处理处置提供了新的思路。

    这一荣誉的获得体现了资源所绿色矿山评价与生态修复中心在绿色矿山建设领域的研究取得的重要进展,为矿业高质量发展起到了推动作用,也为矿山绿色开发树立了标杆,将逐步树立起资源所在绿色矿业中先锋的地位。

    资源所获绿色矿山科学技术奖科技进步一等奖
    土壤是人类的衣食之源和生存之本,是最基本的生产要素。土壤的健康质量直接影响动植物和人类健康。为了更好地保护我们的生存之本,今天我们就来认识了解土壤环境问题中较突出的重金属污染。

    土壤重金属污染指的是什么 

    重金属通常是指密度大于5克/立方厘米的所有金属元素,包括汞、镉、砷、铅、铬、镍、铜、锌、钒、锰、锑等,其中前5种元素因其毒性大被称为“五毒元素”。

    顾名思义,土壤重金属污染就是重金属或其化合物通过各种途径进入土壤造成的污染。土壤遭受重金属污染的典型事例最早可追溯到19世纪发生在日本足尾铜矿山的公害事件,由于铜矿山废水排入农田,使土壤中铜含量高达200毫克/千克,不仅造成水稻严重减产,而且使矿山周围农田变为不毛之地。进入20世纪五六十年代,相继发生了举世瞩目的“八大公害事件”,其中发生在日本的“痛痛病”和“水俣病”公害事件就是土壤受到重金属镉和汞污染的两个典型。

    土壤重金属污染的危害 

    重金属可以污染水体、大气、土壤、作物等,但重金属不会像有机污染物那样被降解,因此通过食物链被生物体吸收后,会在体内积累,对人类健康造成巨大的威胁。有毒有害的重金属元素,例如砷、镉、铬、汞和铅,会对人体造成严重的危害,可能导致高血压、语言障碍、疲劳、睡眠障碍、提高攻击性倾向、注意力不集中、易怒、过敏反应、自身免疫疾病、血管闭塞以及记忆力下降等疾病和症状。重金属元素还会对人体细胞酶产生毒害作用。

    土壤重金属污染来源 

    土壤中重金属的来源可分为地质过程内源和人为活动外源两部分。地质过程内源又可分为继承型和次生富集型两类。继承型是指母岩中镉、汞、铅等有害重金属含量本底高,在后期的风化成土过程中,这些有害重金属继续保留在土壤中。资料显示,我国土壤大面积的重金属高异常主要是由成土母岩引起的,这些成土母岩多是富含铜、铅、锌、砷、镉等有害元素的硫化物矿床、黑色岩系、煤系地层等地质体,以及含锰、铬、镍的基性岩等。

    次生富集型是指成土母质中重金属元素含量并不高,但是在母岩风化成土过程中,化学性质活跃的元素,如钾、钠、钙、镁等易进入水体流失。而化学性质不活跃的元素,如汞、铅、砷等有害元素在原地的风化残留物中反而富集了。

    人为活动外源主要是指大量重金属通过人为活动进入到土壤环境中,其中主要是现代化工业,例如电镀、电池、化肥、矿业、造纸、杀虫剂、制革、塑料制品、冶金、采矿、化石燃料等制造、使用、活动过程中产生的含重金属的废水、废渣和废气。

    土壤中重金属的活性 

    土壤中重金属的含量和存在形态,很大程度上决定了其对环境、人体的风险高低。目前,土壤重金属的形态分级可分为离子态(水溶态)、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。不同形态的重金属,其毒性、迁移性和生物有效性均有不同差异。

    一般来说,离子态的重金属移动性强,易被植物吸收,多存在于土壤溶液中或土壤黏粒表面,有着较高的生物有效性;而某些重金属离子会与土壤中的盐类(如磷酸盐、碳酸盐、硫化物、铁锰氧化物等)、有机质形成沉淀物、复合物或螯合物,移动性有所降低,生物有效性也随之下降;最为稳定的则是残渣态,一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等晶格中。

    影响土壤重金属形态分布的因素有很多,归纳起来可分为两大类:一类是土壤内因,即土壤理化性质,如pH值、土壤有机质、土壤质地、胶体含量、离子含量、Eh值、营养元素等;另一类是人类活动,如输入到城市土壤中的重金属的数量、种类的影响。

    土壤重金属污染修复的方法 

    根据修复方式以及处理后土壤位置是否改变,土壤重金属污染治理方法分为原位治理和异位治理。异位治理环境风险低,见效快,成本高,环境扰动大,如客土法、换土法、土壤淋洗法等。原位治理中主要包括物理修复、化学修复、生物修复以及农业生态修复。

    物理修复主要包括电动修复、电热修复等。电动修复主要通过电流的作用,土壤中重金属离子和无机离子以电渗透和电迁移方式向电极运输,然后进行集中收集处理。

    化学修复就是向土壤中投入改良剂,通过对重金属的吸附、氧化还原等作用,降低重金属的生物有效性,常用的土壤改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、有机质等。

    生物修复利用生物削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性。1983年美国科学家Chaney提出了利用超富集植物清除土壤中重金属污染的思想,即利用植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理后可将该重金属移出土壤,达到污染治理与生态修复的目的。

    农业生态修复主要包括两个方面:一是农艺修复措施,包括改变耕作制度,调整作物品种,种植不进入食物链的植物,选择能降低土壤重金属污染的化肥,或增施能够固定重金属的有机肥等措施,来降低土壤重金属污染;二是生态修复,通过调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因子,实现对污染物所处环境介质的调控。

    钨尾矿资源,待挖掘的宝藏 

    □郝小非

    钨矿是重要的矿产资源,已发现钨矿物和含钨矿物20余种,最具有开采价值的是白钨矿和黑钨矿,主要分布于江西和湖南。钨矿品位一般在0.1%~0.5%,对钨矿选别后,91%以上的固体废弃物被作为尾矿丢弃。我国每年约有1000多万吨钨尾矿被排放到尾矿库中,未被有效开发利用,不仅占用大量土地,还存在安全隐患。但尾矿不是没有任何利用价值的废物,在技术经济条件达到的情况下也是待挖掘的宝藏。

    随着人们对尾矿资源综合利用认识的提高,人们也越来越注意到尾矿也是一种资源,可以被开发利用。钨尾矿中一般含铜、钼、铋等重要金属矿物及石英、萤石、绿柱石和石榴子石等非金属矿物,随着选矿技术的提高,我们不但可以再次回收利用钨,也可以回收铜、钼、铋、铷、锂和钾等有价元素,还可以回收萤石、石英、石榴子石等非金属矿物。另外,我们还可以利用钨尾矿制备地聚物、微晶玻璃、陶瓷原料、免烧砖、透水砖等环保建筑材料。

    总之,只要我们结合钨尾矿资源特点,因地制宜地寻求钨尾矿资源化利用途径,一定可使钨尾矿变废为宝,实现经济效益、生态效益、社会效益的有效统一。

    “锆”诉 

    □雷晴宇

    对普通大众来说,单纯提到化学元素锆,可能相对比较陌生,但它却与我们的生活密切相关。比如,我们最常用到的卫生洁具、瓷砖等陶瓷产品,就是因为其中含有一定量的锆才让它的外表变得那么艳丽和富于光泽,也让它具有了极强的抗腐蚀和耐磨等性能。

    在工业实践中,由于提炼和加工困难、产量不多,锆被列为稀有金属。

    锆的应用领域非常广泛。其中,63%以上的锆以硅酸锆、氧化锆的形式应用于陶瓷、耐火材料领域,约有13%用在锆化学品领域,仅有3%~4%的锆矿石被加工成金属锆。因其具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性,锆还被广泛应用在航空航天等领域。

    锆的元素符号为Zr,锆元素在地壳中的含量仅约为0.025%。

    地壳中大部分锆呈分散状态存在于许多矿物中,已知含锆的独立矿物有38种,锆英石(ZrSiO4)和斜锆石(ZrO2)是主要的具有工业价值的含锆矿物。锆英石主要赋存于海滨砂矿中,是世界冶炼金属锆的主要来源。斜锆石主要产于碱性火成岩中,与霞石、霓石、磷灰石、萤石、钙钛矿、锆石、烧绿石等共生。

    含锆的天然硅酸盐ZrSiO4被称为锆石或风信子石,广泛分布于自然界中,具有从橙到红的各种美丽的颜色,自古以来被认为是宝石,印度洋中的岛国斯里兰卡盛产锆石。

    1789年,德国人M.H.Klaproth对锆石进行研究时发现,将它与氢氧化钠共熔,用盐酸溶解冷却物,在溶液中添加碳酸钾,沉淀、过滤并清洗沉淀物,再将沉淀物与硫酸共煮,然后滤去硅的氧化物,在滤液中检查钙、镁、铝的氧化物均未发现,在溶液中添加碳酸钾后出现沉淀,这个沉淀物不像氧化铝那样溶于碱液,也不像镁的氧化物那样和酸作用,Klaproth认为这个沉淀物和以前所知的氧化物都不一样,是由Zirkonerde(锆土,德文)构成的。不久,法国化学家de Morueau和Vauquelin两人都证实M.H.Klaproth的分析是正确的,该元素拉丁名为Zirconium,符号认为Zr,中国译成锆。

    1808年,英国的H.Davy利用电流分解锆的化合物,没有成功;1824年,瑞典的J.J.Berzelius用钾还原K2ZrF6时制得金属锆,但不够纯。直到1914年,荷兰一家金属白热电灯制造厂的两位研究人员Lely和Hambruger用无水四氯化锆和过量金属钠同盛入一空球中,利用电流加热500℃,取得了纯金属锆。

    锆矿资源是稀有金属矿产资源之一。世界各大洲均发现有锆资源,主要分布在大洋洲和非洲,美洲、亚洲、欧洲也有发现。锆矿床按其成因可分为脉型岩矿和砂矿两种类型,但由于岩矿结构形态复杂,分离共生矿物成本高及开采难度较大等原因,导致目前全球工业开采多以砂矿型为主 。砂矿主要包括滨海砂矿、冲积砂矿以及残积砂矿,其中滨海砂矿最具工业开采价值,规模和产量远大于冲积砂矿及残积砂矿。

    据美国地质调查局数据显示,2012年~2018年,全球锆资源储量维持在7500万吨左右,澳大利亚、南非、肯尼亚及莫桑比克4个国家锆矿储量合计6140 万吨,占全球的84.11%,矿床类型多以滨海砂矿为主; 印度、马达加斯加、巴西、中国、美国、乌克兰、印度尼西亚及俄罗斯等国家锆矿储量1160万吨,占全球的15.89%。

    我国的锆储量和美国基本一致,约有50万吨,仅占全球储量的0.68%。相较于其他国家,我国锆资源非常缺乏,所以,我国的锆资源主要靠进口获得。随着需求量不断增大,近年来进口以每年6%的速度增长,国内每年锆进口需求量达到90%以上。

    锆英砂主要用于生产化学锆、电熔锆、硅酸锆、金属锆等。2019年,我国锆英砂市场需求量为62.02万吨,而我国自有资源产量不足1万吨,近3年的进口量均超过100万吨。

    中国和欧洲是锆的主要消费市场,中国对锆的需求在全球占比高达52%。

    锆矿按照主要用途分为金属锆和工业锆两类。金属核级锆处于锆产业链最顶端,工业锆主要用在化工耐酸碱设备、电子行业等领域。中国是世界陶瓷工业生产和出口大国,硅酸锆则是陶瓷行业的直接和主要原料,陶瓷制品离不开装饰,好的装饰使制品身价百倍,装饰材料是装饰的物质基础,陶瓷色料是最重要的陶瓷装饰材料。由此可见,陶瓷色料在陶瓷装饰中的地位,也可知氧化锆在陶瓷装饰中的地位。同时,随着中国陶瓷产业的迅速发展,锆需求也随之猛增。

    矿山废水变废为宝的秘诀 

    □胡四春

    在矿山开采、矿物富集分离过程中,会产生大量的矿山废水,其中包括矿坑水、露采厂废水、选厂废水、尾矿库和废石场的淋滤水,这些废水不仅被白白浪费掉,而且还污染了地表水和地下水,危害环境。

    根据产生的途径不同,矿山废水性质相差很大。例如,矿坑废水pH值要么是强酸性,要么是碱性;选厂废水可能含有大量的重金属离子和有机药剂,这些都给废水处理及回用造成了巨大的麻烦。因此,根据废水产生的途径和废水处理后的性质进行分类处理和分质利用就成了把矿山废水变废为宝的关键。

    矿山采选废水常见处理方法 

    一般来说,矿山采选废水常见处理方法主要包括七方面:

    自然净化法。自然净化法作为最廉价、最简单的废水治理方法,被我国的选矿厂普遍采用。自然净化法常以尾矿库为构筑物,废水通过管道运输至尾矿库,在库内发生沉淀、水解、氧化、挥发、光照降解甚至生物分解等作用,使悬浮颗粒和残余药剂浓度降低,甚至基本去除。

    自然净化的效果与曝晒时间、光照强度、水体温度、初始pH值、溶解氧等因素有关。通常曝晒时间越长、光照强度越强、温度越高,自然净化效果越好。

    特点:自然净化法具有成本低、管理方便、无二次污染等特点,但存在净化不彻底、耗时长、气候等自然因素干扰大等问题,特别在高寒地区,往往会因为净化效率低下而影响废水的回用。因此,自然净化法通常可作为选矿废水的预处理方法,或用于成分相对简单的重、磁选废水的处理。

    酸碱中和法。酸碱中和法是一种传统的废水治理方法,因简单实用而被广泛采用。这其中既包括酸性废水中的H+(或碱性废水的OH-)与中和剂中的OH-(或H+)发生反应,生成中性水分子,同时矿浆的合适碱度也有利于重金属离子与氢氧根离子反应生成难溶的氢氧化物沉淀,从而消除重金属污染。

    生产实践中,常用的中和剂有石灰、消石灰、硫酸、碱性废水废渣(电石渣等)、酸性废水废气等。在选择中和剂时,应优先考虑厂区周边的废料,以达到“以废治废”的目的。理论上各重金属在一定pH范围内均能沉淀,因此控制好pH值是中和法的关键。

    特点:酸碱中和法具有管理方便、费用较低、操作简便、处理量大、适应性强和运行稳定等优点,但也存在一些问题,如在用石灰中和时,设备及管壁结垢严重、污泥增量较大、易产生二次污染等。

    混凝沉淀法。混凝沉淀法是目前治理选矿废水较成熟的一种方法,常与活性炭吸附或氧化法组成混凝沉淀——活性炭吸附法和混凝沉淀——氧化法。

    混凝沉淀法使用的药剂主要包括凝聚剂和絮凝剂两大类。凝聚剂主要有氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)等,使用最普遍的絮凝剂是聚丙烯酰胺(PAM)。混凝剂的选择至关重要,它直接关系到净化效果的好坏。

    特点:混凝沉淀法可以有效去除废水中的悬浮颗粒和一些重金属离子,是一种成熟、稳定、高效的废水治理方法,但也存在对有机化学药剂净化不彻底,因药剂用量过大易产生二次污染等问题。

    化学氧化法。化学氧化法是深度治理废水中残留浮选药剂的有效方法,特别是近年发展起来的高级氧化技术(AOP)能彻底去除废水中持久性难降解有机污染物。

    化学氧化法的实质是,氧化剂通过夺取废水中有机污染物中的H原子等途径,将有机污染物氧化成无毒或低毒的小分子物质,或转化为容易从水中分离的物质,从而降低废水的COD、BOD。常见的氧化剂有臭氧、Fenton试剂、双氧水、次氯酸钠等。

    特点:化学氧化法治理废水具有操作稳定、反应彻底、处理效率高并能提高废水的可生化性等特点,特别对于处理高COD的有机废水具有显著优势,但也存在运行费用较高等问题。

    人工湿地法。人工湿地是仿照自然湿地人工修建并参与监督控制的具有流动或静止水体的浅水水域,是以基质-植物-微生物为核心的综合生态系统,可通过基质截留、过滤、吸附,植物吸收、拦截,微生物摄食、分解等途径去除废水中的污染物,充分发挥了物理、化学和生物的协同作用。

    特点:人工湿地法为治理废水提供了一条绿色化、生态化的技术路线,但也存在基质易堵塞、占地面积大、受气候等因素干扰大等局限性。

    微生物处理法。微生物处理法对于矿山酸性废水具有显著的优势。其净化原理是利用微生物的新陈代谢作用降解水体中的污染物,从而达到净化废水的目的。

    特点:微生物法治理废水拥有巨大的发展潜力,具有环境友好、选择性好、二次污染少等特点,甚至还可以回收某些重金属原料,但如何筛选出适应性强的菌种是个难题。

    矿山废水的分步处理和分质利用 

    一般来说,铅锌矿矿山废水的分步处理和分质利用分4步来进行:

    一是将铅精矿和锌精矿的浓密溢流水直接回用到各自的选别流程。

    二是向尾矿水加入一定量的钾明矾和阴离子PAM进行混凝反应和絮凝沉降,将尾矿废水中影响选矿指标的铜、铅、锌、镉、铬等重金属离子去除掉。然后,再加入一定量的椰壳型粉末活性炭,并通过纤维球过滤塔来去除掉影响选矿指标的部分有机残留药剂,适度处理后的废水大部分回用到选矿流程。

    三是采场废水一部分用于厂区绿化用水和尾矿干堆库区降尘喷淋用水。

    四是加入一定量的纯碱来降低水的硬度,通过砂滤和膜滤工艺来降低水的浊度等,然后将深度处理后的水分别用于陶瓷过滤机的槽洗水、酸洗水及浮选药剂的配制溶解用水。

    根据其性质及成分存在差异,选用合适的废水处理技术及回用方法,可提高选矿废水循环利用率,实现废水的清洁排放,真正做到变废为宝。

    生态画卷 资源综合利用有新突破
    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

    日前,国土资源行业公益专项“典型煤系非金属资源耦合告高值化利用技术与示范”2017年度评审会议在郑州召开。

    会议首先听取了项目负责人的项目进展汇报。项目自实施以来,形成了煤矸石和粉煤灰多组分分离综合回收、轻质高强保温材料制备等关键技术,开发了以煤矸石为主要原料制备高性能低成本Al2O3-SiC-C系炮泥耐火材料的技术,及以粉煤灰为主要原料制备陶粒支撑剂和高性能陶瓷纤维技术;达到了预期主要指标,粉煤灰分选有机碳含量低于0.5%,炮泥耐火材料性能达到Al2O3≥35.0%,SiC≥10%,C≥8.0%,体积密度≥2.0g/cm3,抗折强度≥3.5MPa(1400℃×2h);高性能纤维材料纤维化率大于90%(球化率小于10%);建成年产1万吨高性能纤维和年产5万平米多孔建筑外墙保温隔热材料示范生产线;页岩气支撑剂主要技术指标达到了任务书规定的要求;申请发明专利11项,授权8项,发表论文17篇,其中SCI(EI)论文15篇;培养技术骨干、研究生19名。国土资源部科技与国际合作司一行及来自郑州大学、河南工业大学等单位的专家出席了会议。

    地调局郑州综合利用所、北京大学、中国地质大学(北京)、中源伟业新材料有限公司等参加单位也对承担的课题做了详细汇报。针对项目存在的问题,专家组给予了建设性意见和建议。

    专家组在听取项目年度执行情况汇报、审查原始材料的基础上,经质询和讨论,认为项目研究意义重大,影响辐射广,完成了任务书规定的年度指标,达到考核要求,一致同意该项目通过年度评估。

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    典型煤系非金属资源耦合高值化利用技术与示范项目顺...

    “锂”从山中来,仗剑走天涯

     邓伟 李成秀 冀成庆 徐莺 周雄

    1.“锂”的家族群

    1)锂(Li)

    锂的克拉克值为30ppm,是较分散而又广泛分布的元素,主要在岩浆结晶作用的晚期阶段富集在伟晶岩中;花岗岩中含量最高,其次是碱性岩。矿床中经常与铍、铷、铯、钽等有益元素共生。

    目前,已知含锂的矿物有150多种,呈独立矿物形式的有30多种,主要工业锂矿物有锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂铝石、铁锂云母等。川西稀有金属矿集区中的锂资源基本以锂辉石形式产出。

    锂辉石,化学成分LiAl[Si2O6]。一般Li2O含量7%左右;晶体呈柱状、板状、针状,颜色可呈无色、灰白、淡紫、淡绿、淡黄、宝石绿色;条痕白色;摩式硬度6.5-7;比重3.03-3.22。

    含锂矿物特征

    2)铍(Be)

    铍的克拉克值为6ppm,为显著的亲石元素。在花岗岩及霞石正长岩中的含量较高,在岩浆分异过程中富集于岩浆残液中,经常固结集中在岩石圈最上部,在地壳深部含量减少。

    世界上已发现的铍矿物和含铍矿物有60多种,常见的矿物约有40多种,主要的工业矿物有绿柱石、硅铍石(似晶石)、羟硅铍石、金绿宝石(铍尖晶石)和日光榴石。

    绿柱石,化学成分Be3Al2[Si6O18],一般BeO含量13%左右;晶体一般呈柱状,呈绿色、黄色、浅蓝色、红色;条痕白色;玻璃光泽或树脂光泽;性脆;硬度7.5-8;比重2.65-2.91。

    含铍矿物

    3)铌(Nb)和钽(Ta)

    铌和钽的原子构造类似,因此,两者在物理化学性质、地球化学性质及矿物学性质方面都很相近。铌、钽经常共生,在岩石和绝大多数矿物中铌和钽的含量此消彼长。在成因上与碱性岩有关的矿物中铌相对富集,与花岗岩有关的矿物中钽相对富集。

    铌在地壳中的丰度为3.2ppm,钽的丰度为2.4ppm。由于铌、钽的地球化学迁移行为不同,铌开始早、收敛晚,钽主要富集于晚期。所以铌矿物种类多,分布广;而钽的变种少,分布不广。目前,已知的铌、钽矿物和含铌、钽矿物有130多种,常见的有30多种。如铌铁矿-钽铁矿、钽铁矿、铋铁矿、褐钇铌矿、易解石、铌易解石、铌铁金红石、烧绿石、锰钽矿、重钽铁矿、黄钇钽矿、细晶石等。铌钽矿物基本呈黑-棕红色,半金属光泽、油脂光泽,少数为金刚光泽;比重大,因此可用重选方式得以富集;化学成分极为复杂。

    含铌钽矿物

    4)铷(Rb)和铯(Cs)

    铷在地壳中的丰度为90ppm。目前没有发现铷的独立矿物,呈分散状态,常以类质同象混入物出现在含钾矿物中。工业来源主要从富含铷的锂、铍、钾的矿物中提取。如锂云母中含Rb2O3%、微斜长石(天河石)中含Rb2O0.3%、铯榴石中含微量铷等。

    铯在地壳中的含量为20ppm。含铯的矿物有10多种,但铯的主要来源还是稀有金属伟晶岩中的铯榴石和锂云母。除此之外,铯还分散在其他矿物中,如绿柱石、黑云母、天河石和堇青石等。

    含铷铯矿物

    铯榴石,化学式Cs[AlSi2O6] nH2O。一般含Cs2O30%左右,晶体往往呈立方体、粒状及致密块状,无解理;颜色为无色、白色,有时带灰、粉红、浅紫等色颜色;性脆,硬度6.5-7;比重2.67-3.03。

    2.“锂”从哪里来

    1)传统矿山

    在您印象中矿山是什么样的?答案也许是偏远、荒凉、破旧的厂房,艰苦的条件,又或许是漫天尘土、泥浆满地、污水四溢,像这样又或许是那样……

    2)绿色矿山

    随着时代的发展和绿色矿山建设的推进,如今的矿山早已不再是从前的样子。先进的设备、一流的技术、现代化的厂房,一座座“花园式”的矿山正拔地而起。清洁生产,循环用水,大家再也不用担心环境污染了!

    3)“石头”变“电池”

    石头是如何变为电池的呢?锂辉石矿经过采矿进入选矿厂,选矿厂采用物理方法分选出含锂矿物,含锂矿物经过冶金处理成为碳酸锂产品,再由产业部门深加工,最终脱胎换骨成为电池。

    3.崭新“锂”程

    1) 锂之应用——走入寻常百姓家,健康美好新生活

    随着科技的快速迭代升级,锂在日常生活中的应用越来越常见。含丁基锂的橡胶轮胎更加耐用,寿命比原来提高了4倍以上,让驾车出行更加安心;锂动力电池驱动的新能源汽车逐渐进入普通家庭,成为城市代步、环保出行的首选之一;锂电池和其他锂产品在娱乐设备上也得到广泛应用,为我们的休闲娱乐生活开启了无限可能性;锂的应用在家中随处可见,它为我们提供了便捷舒适的智能生活。

    厨房里,添加了锂的电磁炉面板等玻璃制品,可以使其变得更轻、更结实、更耐溶。锂盐可为蔬果进行“健康护理”,防止西红柿腐烂和小麦锈穗病,让人们吃得放心、吃得安心。锂在医学保健方面也有新的应用,不仅可以强身健体,还能防治疾病,是人体健康的“守护者”。国外研究发现,锂与阿尔茨海默病存在关联,一款为中老年市场打造的天然矿泉水“锂水”就此诞生。而锂的用途还在不断拓展中,从交通工具到健康护理,锂的应用遍布我们生活的每个角落,改写了每一个人的生活方式。

    新世纪崭新的“锂”程指日可待。

    2) 铍之应用——让医疗成像、诊断和激光医学走到科技前端的金属材料

    铍,是仅次于锂的轻金属,主要是以铍铜合金和铍金属的形式广泛应用于航空、医学等领域,是新兴产业发展必需的战略性矿产资源。目前,世界上只有美国、中国、俄罗斯等国具有工业规模的从铍矿石开采、提取冶金,到铍金属及合金加工的完整铍工业体系。

    ①提高X射线成像效果

    因为铍金属既可以稳定地处理高温阻抗,又可以实现对X射线的高度透明,铍箔在医疗和科研X射线设备当中已经使用了很长时间。铍箔作为窗口来穿透聚焦的X射线,同时可以保持X射线发生管那一侧的真空环境。

    ②使低辐射成为可能

    铍箔仍是CT扫描和乳腺X射线成像等高分辨率医学成像设备中必不可少的材料。在新一代乳腺癌X射线成像设备中使用低辐射扫描可以得到更精细的肿瘤分辨率,使许多早期可治疗阶段的乳腺癌被及时发现,治愈乳腺癌成为可能。

    ③改善X射线光管强度和稳定性

    作为成像技术的前端科技,铍持续为满足X射线光管高强度、稳定性、抗高温、X射线穿透率等性能要求。

    ④光学激光器的小型化

    使用氧化铍的医学激光器可以帮助眼科医生为数百万患者恢复或改善视力。具有高导热、高强度、介电性能的氧化铍是唯一能控制微小高功率气体激光器的材料。

    ⑤简化外科手术

    铜铍连接器将精确的电信号传送到精密手术器械和最新的非侵入性外科技术的监测装置当中。这种技术减少了对病人的创伤和感染风险,同时加快了愈合和恢复的过程。

    ⑥分析血液

    铍还用于分析HIV和其他疾病的血液分析设备部件当中,给医生和病人提供所需的精确性和可靠性数据。

    3) 铌之新应用——冉冉升起的电子材料之星

    铌行业全球市场集中度非常高,目前全球最大的铌矿企业是巴西矿冶公司(CBMN),占据全球市场80%-85%的产量,主要从事铌产品的开发、工业化和商业化运营,是世界上唯一一家可以生产全系列铌产品(包括标准铌铁、特殊牌号铌铁、真空铌铁、真空镍铌、铌金属和五氧化二铌)的企业,对铌价格的走势具有较强的影响力,控制着全球铌产品扩产计划的进度。

    具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料之一。

    2019年,材料领域国际顶级期刊《自然材料》发表了复旦大学修发贤团队的最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》。文章显示制备出二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料——砷化铌纳米带,电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。此次制备出的材料砷化铌纳米带的电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。业内表示,导电材料是电子工业的基础,现在最主要的材料是铜,已经大规模运用于晶体管的互连导线。

    4)钽之新应用——人体“亲金属”的神奇医学材料

    钽作为一种金属材料,具有优异的力学性能和抗疲劳特性,因此被广泛应用于医学领域,尤其是在骨科领域。它可以替代人体骨组织,起到承重作用,目前已在临床取得显著疗效。钽金属材料在与人体组织结合时,具有强度、生物相容性和稳定性等优点。因此,它比传统金属材料的人工置入物更具有优势,在医学领域的发展前景十分广泛。

    研究和临床应用表明,多孔钽金属具有比金属钛和钛合金更好的骨融合和骨传导性能,运用钽金属材料制作的仿生骨骨组织长入良好,骨性生物固定优良。未来,利用3D打印高致密度和高力学性能钽金属核心技术,将为我国在高端骨科植入物、医疗器械和难熔金属工业部件发展领域做出积极的贡献。

    不仅如此,将钽金属与其他金属材料结合应用在临床医学中也取得了十分重要的突破。很多金属材料因其独特的性能可用于医学领域,但是由于缺乏生物相容性,不能将其优点很好地应用在临床。为此,科研人员想到将耐腐蚀性强且稳定的钽金属涂覆在这些金属材料的表面,使那些有独特性能但原先忌于低生物相容性而不能用于临床的金属材料重新用于临床,并取得显著疗效。

    5)铷之应用——超视距精确授时,极佳光电传感器件制造

    全球独立铷矿床非常少,下游应用供应链受限,已成为全球对该元素发展的约束要素。铷是自然界一种最大光电效应的稀有分散元素,其合成材料在智能制造中逐渐开始发力。

    铷因其极佳的光电效应,在光电管、红外辐射仪表、太阳能光电池等器件制造方面均实现了重大革命性变革。据外媒报道,太阳能电池在通往最高效率的道路上正在不断改进中。德国国家可再生能源实验室研究人员开发了一种新的太阳能电池,为了改善用于吸收可见光的钙钛矿与用于吸收红外线的铜、铟、镓和硒的混合物两层之间的接触,研究小组在它们之间添加了一层铷原子,团队让电池的峰值效率达到24.16%。

    铷基设备材料精准计时功能助力集群医用设备同步获取精确时间信号。近年来,基于星载铷钟开发的网络同步时间服务器在国内卫生部门得到良好的推广,为医院提供标准的网络时间统计信息服务,也为局部辐射区域近万台网络客户端提供精度小于5毫秒的时间同步服务器,较大程度地改善了全区医疗机构网络系统,包括:医护人员的办公PC及医疗设备、走廊、大堂子钟系统等授时操作的统一性,充分实现了大数量集群精确医疗设备同步作业中时间的精准性保障。

    铷基量子传感器有望用于诊断房颤。心房颤动(AF)是一种导致心率异常的疾病,发作时心脏中传导的电生理信号易出现紊乱行为。目前,常规用于检测房颤的心电图受到灵敏度、时间等诸多限制。据一项发表于《应用物理学快报》的研究,科学家利用原子磁强计,通过基于铷的量子传感器接受信号,成功对导电率与生物组织相近的溶液进行电磁感应成像,可测出高导电性的区域。这项技术实现了非屏蔽环境下的小体积成像,且灵敏度较传统技术提高了50倍,为房颤的快速临床诊断带来了希望。

    固体废弃物如何变身宝藏?

    邓杰 邓善芝

    几个世纪以来,人类社会的快速发展基于对自然资源的使用与消耗。尤其是第三次工业革命以后,生物科技与产业革命的迅速发展,使人们对能源和矿石的需求量激增。同时,为满足迅速增长的社会需求,各行各业纷纷扩能扩产。2012年,国际民间组织“全球足迹网络”(GFN)及英国智库“新经济基金会”提出“地球生态超载日”的概念。“地球生态超载日”是指地球当天进入了本年度生态赤字状态,已用完了地球本年度可再生的自然资源总量。据测算,约从1970年起,人类对自然的索取开始超越地球生态的临界点。从过去数十年来看,几乎每隔10年这一天的到来就会提前1个月。

    资源过度开采和废弃物的无节制排放,造成越来越严重的生态环境问题。人类用碧海蓝天换来了现代社会的方便快捷和科技的快速发展。随着人们经济水平的提高以及对自身健康的重视,环境的重要性被越来越多的人认识。如何在保障人类需求的前提下,尽可能保护和改善环境,寻求资源环境和谐发展的解决方案,成为时下人们关注的重点。为节约资源、提高现有资源的利用率,资源综合利用的概念逐渐被人们所熟知。

    在资源开发利用及使用消费过程中,不可避免会产生伴生矿石、围岩及选矿尾矿等,比如钨矿中伴生的铜、铅、锌等含有稀有分散元素的矿物,氧化矿中的碳酸盐和硅酸盐类脉石、有机物生产中产生的废水、生活中的废旧金属和电池等,这些生产和生活废弃物中含有大量的有价金属、有机及无机盐类矿物质资源,将其直接排放到环境中,不仅会造成大量的宝贵资源白白流失,还会影响耕地质量、污染空气和水源,破坏生态环境。在资源开发利用和消费过程中,针对这些伴生矿物资源和生产生活中的废弃物开展回收利用,使其重新资源化,从而最大限度地实现现有资源的高效利用,可以称之为资源的综合利用。

    如何实现资源的综合利用?现阶段,资源的综合利用主要从三方面开展:

    一、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。

    煤炭被人们誉为“黑色的金子”“工业的粮食”,它是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土,过去采煤过程中产生的大量煤矸石一直被作为大宗固体废弃物堆放在煤矿周围。正如犹太经典《塔木德》中所说:“世上没有废物,只是放错了地方。”煤的伴生矿——煤矸石也是如此。煤矸石综合利用的途径很多,除了传统的利用途径,如回填煤矿采空区、铺路、土壤改良、做建筑材料和发电等。最新研究表明,煤矸石还可以作为下游精细加工业的原料。如,煤矸石经处理后可以作为橡胶填料,获得与炭黑相当的补强效果;还可以制备聚硅酸铝铁,用于处理造纸综合废水等;此外,煤矸石可以用于陶瓷、耐火材料、橡胶工业、涂料、塑料、4A分子筛、铝硅铁合金等十多个行业。

    二、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。

    除矿石中的伴生资源外,矿石资源生产加工过程中还会产生大量的废弃物资源。以铜矿尾矿为例,研究表明,铜尾矿中除了可以回收有价金属元素铜之外,还可以回收非金属组分石榴子石、硅灰石等,并将剩余部分作为植物培养基等原料进行利用,实现铜尾矿的减量化和资源化。部分有色金属尾矿的主要成分为SiO2,且包含大量钙、镁等元素的氧化物,和市场上普遍运用的建筑材料的化学组成非常相似。尾矿用作建筑材料时加工方式比较简洁,能够有效解决成本和能耗问题。

    三、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。

    除开展矿山资源的综合利用之外,再生资源回收利用也是开展资源综合利用的重要方面。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。中国是全球公认的制造业大国,然而近些年随着人口红利日益消失,以及环保成本的不断抬升,我国资源的对外依存度逐渐走高。在此背景下,大力发展再生资源回收利用产业,具有积极重要的战略性意义。

    现阶段,资源环境和谐发展之路仍然崎岖且漫长,人类需要开展更多的探索与实践。相信在不久的未来,资源综合利用方法和途径会越来越多,资源环境和谐发展之路必将越来越顺利。

    带你了解这朵“云”——地质云

    戴新宇

    “地质云1.0”闪亮登场,魅力初现

    “地质云”是自然资源部中国地质调查局主持研发的一套综合性地质信息服务系统,集地质调查、管理、共享、服务四大功能于一身,面向社会公众、地质调查技术人员、地学科研机构、政府部门提供丰富的各类地质信息服务。经过“地质云”研究开发团队艰辛付出,2017年11月6日,“地质云1.0”闪亮登场,迈出了“地质云”建设三步走的第一步。

    “地质云1.0”刚上线运行,就受到地质调查科技工作者的青睐,局系统内外正式用户达4000多人,日均访问量突破6000次,在地质调查管理和应急事件服务上体现出精准、快捷的特点。例如,在2017年11月18日西藏林芝市米林县发生6.9级地震后,“地质云”首次启动了应急服务工作机制,在2小时内线下完成震区地质图数据制作,仅用10小时就为应急救灾在线提供了震区区域地质图、国家地质资料馆藏涉及震区的地质资料,以及林芝地区卫星遥感影像图、震中300公里范围地质钻孔、林芝专题地质文献库等系列地质信息产品。毫无疑问,“地质云1.0”实现了地质调查数据共享破冰,为75个国家核心地质数据库的互联共享和2382个信息产品提供社会化服务。

    “地质云2.0”华丽转身,飒爽英姿

    在2018年10月18日召开的中国国际矿业大会上,“地质云2.0”宣布正式上线,完成“地质云1.0”云上数据资源和系统功能的全面升级,完成手机版地质云APP国家地质大数据共享服务平台研发,通过数据资源整合和信息系统集成,全面提升地质调查数据采集、汇聚、处理、分析、共享与服务能力,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力,及时、有效地满足政府部门、行业用户、社会公众等各类用户对地质信息的多元需求,以信息化带动地质调查现代化。

    “地质云3.0”鲲鹏展翅,大展宏图

    “地质云”建设三步走设想2020年上线运行“地质云3.0”。为此,地质云研发团队的科研人员做足了功课,全力以赴助推云平台、大数据、智能化“三位一体”建设应用迈上新台阶,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力支撑,建成分布式地质大数据中心,并在以下九个方面提供全方位综合地质服务:

    一是升级完善“在线化”调查系统、研发升级重要专业应用系统,初步实现在线化调查,构建立体式地质信息感知体系。二是显著扩大中大比例尺实体数据共享资源,精准开发地质信息系列产品,提供地质信息专题服务,提升“地质云”服务门户访问便捷性,加快构建地质信息共建共享云生态,基本实现在线化服务,显著扩大地质信息线上共享服务规模。三是升级地质调查业务管理系统,完善地质调查业务管理大数据辅助决策系统,强化在线化管理,支撑地质调查业务管理高效运行。四是推行地质调查在线化办公,支撑远程办公、便捷办公。五是通过攻关实现智能区调矿调、智能识别、智能管理、智能数据搜索引擎等智能地质调查技术突破,示范构建智能化工作模式。六是建立完善地球科学“一张图”大数据体系,更新维护国家核心地质数据库。七是采取优化地质调查网络、规范化运维“地质云”节点体系、加强网络安全建设等措施,建实地质调查基础设施与网络安全体系,保障安全稳定运行。八是完善地质调查信息化制度标准体系,支撑自然资源信息化建设。九是加强信息化人才队伍建设与国际合作,提升中国地质调查局在国内外的影响力。

    这就是中国地质调查局功能强大的地质云(Geocloud)!神奇的地质云(Geocloud)!

     

     

    用好这些珍贵的矿产资源

    自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所(以下简称成都矿产综合利用所)始建于1964年,有着50多年的光辉历史,有着功勋研究所的殊荣。成都矿产综合利用所长期坚持以稀土资源为核心,以“三稀”资源为重点,兼顾其他能源矿产资源,开展资源潜力、开发条件和环境承载力“三位一体”综合调查评价。

    三稀资源(即稀土、稀有和稀散矿产资源)是该所的研究重点。该所拥有50余年的找矿-选矿-冶金-新材料方面的技术积累,特别是在稀土采选、冶炼、分离等领域开发了多项具有国际先进水平的技术,独有的采选工艺和先进的分离技术为稀土资源的开发利用奠定了坚实基础。

    稀土——国之瑰宝

    龚大兴 赖杨

    稀土的概略介绍

    稀土是镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的统称。

    主要稀土元素

    稀土的类型和分布

    稀土元素可以分为轻稀土、重稀土两大类,主要是以稀土氧化物的形式存在。中国、巴西、俄罗斯、美国、澳大利亚等国稀土资源储量位居世界前列。

    中国是世界稀土资源储量最大的国家,主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等。中国是唯一能够提供全部17种稀土金属的国家,稀土储量曾一度占世界总储量的近80%,是名副其实的“稀土大国”。但是经过多年的无序开采,现在只剩42%(USGS,2017)。

    稀土的广泛用途

    稀土的用途

    稀土是一种不可再生资源,虽然总体用量很少,但因为具有其他材料难以比拟的光电磁性能,被广泛应用于电子、新能源、环境保护等新兴领域。常用的稀土材料有稀土发光材料、抛光材料、永磁材料、储氢材料等,其中新材料领域对稀土的需求量达70%左右。

    稀土在军事方面的应用更加广泛,其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如,大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。

    以稀土元素为主体的三稀资源在新材料、新能源和信息技术等新兴产业方面具有不可替代的重大用途。未来几十年,世界主要国家将会为这些资源的持续安全供给进行不懈努力。

    全球稀土储量占比

    抓住核心优势,成都综合所蓄势待发

    成都矿产综合利用所,作为自然资源部中国地质调查局重要的科技支撑单位,在新形势下,将继续坚持以稀土资源为核心,以“三稀”资源为重点,加快中国地质调查局稀土资源应用技术研发中心建设,创新稀土无尾化利用技术,构建我国西南典型稀土资源的“无尾化”利用技术体系。同步开展川西、黔西、滇东等资源远景区稀土、锂、“三稀”等战略性矿产资源“三位一体”综合调查评价,发现和评价一批可供进一步绿色勘查开发的“三稀”资源基地,支撑经济社会高质量发展,保障国家战略性矿产资源安全。

    2018年-2019年,成都矿产综合利用所在乌蒙山扶贫开发区实施二级项目《贵州毕节-六盘水地区能源资源综合地质调查》(编号:DD20189507),在毕节威宁县哲觉镇一带新发现1处超大型、 2处大 型新类型沉积型稀土矿床,原矿中稀土氧化物(REO)品位最高可达1.6%,平均品位0.15%左右,初步预估资源量达 100万吨以上。该稀土赋存于以高岭石(83%以上)为主的粘土岩中,通过自主研发的 “预处理-选择性浸出”技术, 使 稀土综合回收率达90%以上。此次稀土矿找矿的突破,为我国打造又一个新的稀土勘查开发基地奠定了坚实基础。

    成都综合所

    稀土——“超级工业维生素”

    曾小波 李超

    稀土素有“工业维生素”的美誉,按资源类型大致可以分为轻稀土和重稀土两类,在国防等尖端领域所必需的重稀土元素更是被誉为“超级工业维生素”。离子型稀土矿便是“超级工业维生素”的主要来源。全球已知的重稀土储量几乎都集中在我国南方地区,特别是我国南方的离子型重稀土矿十分珍稀宝贵,是许多西方国家都想得到的稀土资源。离子型稀土主要分布在江西、广东、福建、湖南等南方省份,其中江西赣州更有“稀土王国”的美誉。

    1.离子型稀土矿是什么

    离子型稀土矿学名风化壳淋积型稀土矿,是由含稀土的花岗岩或火山岩经过多年风化形成的黏土矿物。

    离子型稀土矿床于1969年在江西首次发现,随后在广东、福建、广西、湖南及云南等地相继发现。根据离子型稀土矿的成矿条件,国内学者曾预测越南、老挝等国也有离子型稀土矿,近些年确实有得到相关证实,在越南、老挝、泰国及美国均有发现。离子型稀土矿外观为松散的沙黏土,颜色有白色、灰色、红色、黄色等。

    2.“超级工业维生素”的应用

    稀土在冶金、军事、石油化工、玻璃陶瓷、农业和新材料等领域具有广泛应用,是国家关键的战略性资源。

    冶金

    铸铁中使用石墨球化剂、形核剂、有害元素控制剂来提高铸铁质量。

    玻璃陶瓷

    玻璃方面,主要用于着色剂、脱色剂、抛光剂等。陶瓷方面,主要用于减轻釉的碎裂性。

    农业

    生长、生理调节剂,可增强农作物的抗旱、抗涝能力。

    军事

    稀土具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是提高武器的战术性能,也可作为核工业等高科技的润滑剂。

    石油化工

    目前,世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化裂解剂。用稀土制成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强等优点。

    新材料

    在新材料领域,稀土功能材料主要应用在永磁材料、储氢材料、催化材料、发光材料。目前,永磁材料是稀土最大的消费领域,占稀土功能材料领域消费量的28%,发光材料7%。

    离子型稀土矿成矿三大要素

     南方离子型稀土矿山

    3.“超级工业维生素”的开采

    “超级工业维生素”的主要来源是离子型稀土矿,根据离子型稀土矿的特点,我国科技工作者进行了长期的研究和实践,开发出采用电解质水溶液进行离子交换浸出稀土的方法。目前,离子型稀土矿开采主要采用原地浸矿工艺技术。原地浸矿不开挖矿体,将浸取剂溶液经浅井直接注入,浸取剂与粘土矿物中的稀土离子进行离子交换,交换下来的稀土离子随浸取液流入积液沟,经沉淀富集稀土,最后分离提纯制得稀土产品。

     

    离子型稀土原地浸矿示意图

    4.“超级工业维生素”面临的危机与前景

    重稀土作为不可再生资源,由于资源流失严重,加上储量少、品位低等因素,离子型稀土可采储量面临即将枯竭的危险。此外,由于早期离子吸附型稀土矿监管力度不够,因此存在越界开采、非法开采、环境污染等问题。

    近年来,国家相关部门加大了监管力度。2012年,我国稀土行业开始整合,原国土资源部于2012年9月13日发布了整合后的《稀土探矿权名单》和《稀土采矿权名单》。2015年1月,工信部在会议中提出将重点整合六家稀土企业,形成“1+5”格局(北方稀土、南方稀土、中铝集团、五矿集团、广东稀土和厦门钨业),组建成南北阵营两家大型稀土集团。六大稀土集团重组是我国政府保护国内稀土资源的重要举措之一。2017年,根据原国土资源部办公厅“关于印发《矿产资源开发利用水平调查评估试点工作办法》的通知”(国土资厅发[2017]33号)要求,成都矿产综合利用所负责江西省稀土矿产资源开发利用水平调查评估试点工作。2019年,成都矿产综合利用所与厦门钨业股份有限公司达成一致协议,计划将离子型稀土绿色安全开采示范项目落户厦门钨业控股公司龙岩市稀土开发有限公司,将从根本上保障国家战略资源的安全开采,有望改变目前离子型稀土矿大面积停产的状况,打造成为重稀土绿色高效开发的典范。通过国家政策的宏观调控及相关部门机构的积极配合,目前稀土行业“零、散、乱”的现状正逐步改变,行业逐步走向规范化运行。

     

    稀土,你了解吗?

    土壤资源的前世今生

    郭俊刚 赵恒勤

    前世

    你可知道,松林下松软芬芳的泥土和坚硬巨大的岩石原来是一样的呢。大自然鬼斧神工,又历经数亿年,悄然将坚硬的岩石变成了肥沃的土壤。

    早在几十亿年前,地球的表面都是岩石。地壳表面裸露的岩石,受到风力和水力的侵蚀,在物理、化学、生物、气候等多种因素综合作用下,逐渐被破碎和分解。山一样大的石头变成了小块,小块又变成了细粒。在岩石由大变小、由粗变细的过程中,不仅仅是个头变化了,同时岩石也变成了一种叫“成土母质”的物质,这个过程就叫作风化。要注意的是成土母质还不是土壤。时间又过了数亿年,成土母质在水、空气、腐殖质和微生物的帮助下,逐步形成真正的土壤。成土母质的性质决定了土壤的类别,所以在我国有东北的黑土地,有西北的黄土高原,有云贵川的红土,还有中原的棕色土壤。土壤的垂直剖面从下往上通常可划分为“土壤母质层”“底土”和“表土”三个部分,其中“表土”和“底土”合称为“土体”,是土壤的主要部分,土壤的顶部则是由动植物残体腐烂转化而成的“腐殖质层”。大自然需要300年到1000年的时间才能形成大约2.5厘米厚的土壤。

    今生

    时间来到了人类文明,人类利用和改造世界的能力不断增强,对矿产资源的大规模开发利用,也对土地资源造成了伤害,土壤环境严重恶化,已经威胁到人类的生存与发展。

    一、土地的压占和破坏

    根据有关部门测算,至2009年底,全国有1亿多亩历史遗留工矿废弃地尚未复垦。在全国11.23万座矿山的开采活动中,每年约有300万亩土地遭受毁损。在新增被损毁的土地之中,耕地或其他农用地高达60%以上。耕地的减少,导致失地农民的增多,土地利用效率降低,生态环境恶化,对社会经济的可持续发展造成严重影响。

    二、土壤污染

    土壤污染包括矿产资源开发利用造成的土壤酸化和土壤重金属污染。

    土壤酸化是指酸性物质使土壤变酸的过程。一部分是矿物开采过程中,硫化矿床从地下开采到地表后,矿石中的硫元素会转化为硫酸根离子,硫酸根离子随同降雨、地表径流等水体进入土壤,导致土壤酸化;另一部分是在矿物加工利用过程中,如煤炭燃烧所产生的二氧化硫、氮氧化物等大量酸性气体,进入大气后遇水形成酸雨,使土壤环境被酸化。

    随着矿产资源的开发利用,进入到土壤中的铜、铅、锌、铬、镉、汞、砷等重金属超出土壤承载能力,影响植物正常生长,诱发植物发生病变甚至死亡,也会在植物体表或体内积累,通过食物链进入人体,诱发人类的疾病。

    未来

    伴随着“绿水青山就是金山银山”号角的吹响,我们必须采取一定的措施,将矿产资源开发利用对环境造成的损害降到最低。通过矿山土地复垦,增加可耕地数量,提高土地质量,改善生态环境;通过开采工艺的改进,充分利用采空区和废弃巷道,减少地表塌陷和废石排放;通过生产设备和生产工艺的改进和优化,实现对矿产资源的高效节约集约利用,减少废弃物排放。

    目前,已经涌现出一些重金属修复技术,比如利用钝化剂使重金属的形态趋于稳定,利用超富集作用的植物吸收土壤中的重金属。重要地块被污染又不易治理的话,直接给土壤搬个家,将污染土壤移走,将清洁土壤移来。

    土壤是我们人类赖以生存的资源,要把生态文明理念贯穿到整个土地资源和矿产资源的开发利用过程中不仅要注重土地数量的保持,还要注重土地利用质量的提升,实现经济效益、生态效益和社会效益的统一。

    宜兴保磷矿基地选矿厂实现零排放

    周文雅 吕振福

    磷矿是地球上不可再生的非金属矿产资源,是一种重要的化工矿物原料,是保证粮食安全不可替代的矿产资源。

    根据《全国矿产资源规划(2016—2020年)》,我国规划有3个磷矿资源基地:滇中、贵州开阳-瓮福、湖北宜兴保。中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所46种重要矿产资源开发利用水平调查项目组2019年奔赴湖北宜兴保磷矿基地进行开发利用水平调查,考察基地内资源的可持续保障情况、开采选别技术水平、尾矿废石的排放情况。

    2018年全国共有磷矿采矿权证288个,湖北宜兴保磷矿资源基地有磷矿采矿权证62个。磷矿是湖北在全国最具比较优势的矿种,查明资源储量74.96亿吨,位居全国第一。为了提高生产效率和产品质量,大部分企业都会优先使用高品位磷矿,以避免不必要的原材料消耗、减少产生的废渣、提高磷矿的利用率。中低品位的磷矿石一般要通过一些特定的选矿技术,得到磷含量较高的精矿,才能用于后续的生产。宜昌的磷矿资源具有明显的夹层结构,中层为富矿,上下两层均为贫矿。特殊的矿层结构加上历史原因,宜昌当地采富弃贫的现象普遍。

    湖北省磷矿资源管理暂行办法要求对磷矿必须“全层开采,全部入选”;对开采规模实行总量控制;对磷矿石(粉)实行凭准运单运输的准运制度;逐步重组和关闭生产能力在 15 万吨/年以下的磷矿企业,提升资源利用水平。宜昌市继续减少磷矿石开采计划,2018年在1300万吨的基础上又缩减了300 万吨。一系列措施,有效保障了湖北磷矿资源的可持续发展。

    2018年,湖北宜兴保磷矿基地内磷矿企业有62家,在产企业54家,均采用地下开采,运营期间采掘废石不出坑,回填采空区,既可降低采空区上方的开裂、沉降变形,又防止固体废弃物对环境的污染。由于基地磷矿实行开采总量控制,基地内总设计采矿能力3212.5万吨,实际采出矿石1440.795万吨,平均采矿产能利用率46.02 %。

    湖北宜兴保磷矿基地选矿厂普遍采用重介质旋流器进行磷矿选别。磷矿原矿破碎后进入重介质旋流器,品位高的磷矿颗粒在旋流器中下沉,成为精矿产品;品位低的磷矿颗粒在旋流器中上浮,随溢流水排出,成为尾矿产品。所有生产废水净化后全部循环使用,完全实现零排放。

    宜兴保磷矿基地2018年排放磷矿废石70.94万吨,年利用磷矿废石95.87万吨,磷矿废石累计积存量为194.26万吨,2018年磷矿废石利用率为135.14% 。

    宜兴保磷矿基地2018年排放磷矿尾矿41.32万吨,年利用磷矿尾矿37.32万吨,平均磷矿尾矿利用率为90.32 %,累计磷矿尾矿积存量为95.89万吨。

    磷矿属于不可再生资源,缺乏相应的替代品种,被列为我国重要的战略资源,在国家粮食生产安全中占有极其重要的地位。湖北宜兴保磷矿资源基地资源储量大,2016年湖北远安发现一特大型磷矿床,初步探明储量达4.29亿吨,是我国首次发现的单一矿区最大规模磷矿,后备资源丰富。湖北对磷矿实行开采总量控制性管理,可有效保障我国未来磷的供应能力,保障我国粮食安全,助力中国磷业发展。

    材料界的“百变星君”——石墨

    郭理想 张然 刘磊

    地球上的碳分布非常广泛,既可以分布于地壳表层,又可以存在于地壳深部甚至是地球内部更深处的地幔中。此外,碳还是地球上生物体的基本组成元素之一。同时,其存在的状态也很多样,氧化态、还原态以及单质形式的碳均能在各种自然和人为环境中存在。截至目前,自然界中已发现的由碳单质构成的物质有三种:第一种是价值斐然、人尽皆知的钻石,第二种是与我们的日常生活密切相关的石墨,第三种是尚存争议且人们知之甚少的卡宾碳。

    石墨最早由德国矿物学家A.G.Werner(1749~1817)命名。自然界中产出的石墨外观呈现出钢灰色或黑色,形状主要有鳞片状和土状两类,还有部分以块状形式产出。其化学成分主要是碳,天然产出的石墨成分纯净的很少,其中常包含SiO2、Al2O3、FeO以及粘土、沥青等杂质。

    石墨矿床的形成需要具备以下两个主要条件:大量的碳,即碳质要集中,它们是形成石墨的主要原材料;合适的热力学条件,例如相当高的温度,好比是工厂中用于生产的机器需要合适的工作参数和加工环境。

    全球石墨资源分布广泛,美国地质调查局最新发布的《世界矿产品概要2019》中的数据显示,全球范围内的石墨储量主要分布在土耳其、中国、巴西、莫桑比克、坦桑尼亚、印度、越南等国。其中晶质石墨主要分布在中国、巴西、莫桑比克、乌克兰、马达加斯加等地,隐晶质石墨主要分布在土耳其、印度、墨西哥等地。

    我国是传统的石墨生产和消费大国。石墨属于不可再生资源,是我国的优势矿种,我国在2016年12月将晶质石墨列入国家战略性矿产目录。根据自然资源部最新发布的《中国矿产资源报告2019》显示,我国晶质石墨查明资源储量为4.37亿吨,主要分布在黑龙江、山东、内蒙古、吉林和湖南5个省(区)。我国已发现的石墨矿床总体上可分为三种类型:区域变质型,如黑龙江省鸡西市柳毛石墨矿、山东省青岛市莱西南墅石墨矿、内蒙古自治区乌兰察布市兴和石墨矿等;接触变质型,如湖南省郴州市鲁塘石墨矿,吉林省吉林市磐石烟筒山石墨矿等;岩浆热液型,如新疆维吾尔自治区昌吉苏吉泉石墨矿,巴音郭楞蒙古自治州尉犁县托克布拉克石墨矿等。

    石墨的用途也颇为广泛。石墨具备良好的导电、导热、润滑、耐磨,以及耐高温、抗腐蚀、防辐射等诸多优良性能,能用于制造各种产品,被广泛用于国民经济的各个行业,可谓是材料界的“百变星君”。在传统行业中,石墨可作为耐火砖、坩埚、增碳剂等,应用于耐火材料和钢铁工业。由于洁净钢及超低碳钢的发展,以及节能降耗的要求,开发低碳耐火材料已成为必然趋势,石墨在炼钢领域的用量正逐步降低。

    在新能源领域,石墨可作为锂离子电池的负极材料。负极材料对石墨性能要求较高,通常需要将石墨球形化以后,提纯到99.9%以上。在核能领域,天然石墨也发挥着重要作用,球床式高温气冷堆的球形燃料元件中,天然石墨占据64%的比例。

    石墨烯是近年来的热点新型碳材料。英国曼彻斯特大学的物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年首次发现了石墨烯,他们也因此荣获了2010年的诺贝尔物理学奖。我国目前已经实现以天然石墨为原料,通过氧化石墨-还原法制备石墨烯粉体的工业化量产过程,并在防腐涂料、导热膜等领域有较好的应用效果。未来石墨烯在新能源汽车、海洋工程、能源发展、高端装备、环境治理等领域的应用将进一步深入,有望成为各个重大领域不可或缺的应用材料。

    “工业味精”——锡矿的开发利用

    田敏 张红新

    地壳中锡的平均含量只有0.004%,属于比较稀贵的金属。目前已发现锡矿物和含锡矿物50余种,其中具有工业意义的主要矿物为:锡石、黄锡矿、圆柱锡矿、硫锡铅矿、辉锑锡铅矿。地球上锡矿主要呈带状分布在东南亚和东亚两大锡矿带,东南亚锡矿带北起缅甸的掸邦高原,沿缅泰边境向南延伸到印度尼西亚。东亚锡矿带西起中国云南个旧,延伸至广西,南起朝鲜,经中国延伸至俄罗斯。中国居于东亚锡矿带的主要区域,因此成为全球锡资源储备第一大国。近年来数据显示,全球锡储量共约480万吨,中国拥有150万吨,印尼80万吨,巴西70万吨,玻利维亚40万吨,澳大利亚37万吨。

    我国锡矿资源分布较为集中,主要分布在云南、广西和湖南三个省(区),三个省(区)锡精矿产量合计约占全国总产量的90%。目前,世界上有20多个国家开采锡矿,自1993年以来中国锡精矿产量一直居于世界第一。

    我国锡矿资源按照矿物组成不同分为三类:原生锡矿、砂锡矿和其他类型锡矿石,储量分别为92.88%、0.80%和6.32%。原生锡矿主要分布在广西和云南,合计占总累计查明储量的83.06%。目前,工业生产中锡矿选厂根据资源类型的不同,共有7种方法处理矿石,分别为重选、单一浮选、浮-重-浮、浮-磁-重、重-浮-磁、重-磁-浮、重选-浮选,重选法处理矿石量最多,单一浮选法处理的原矿品位最高。我国资源量最大的原生锡矿和砂锡矿主要采用重选工艺,使用的机械设备有跳汰、摇床、溜槽及离心机等重选设备。我国虽然锡矿储量丰富,但品位较低,主要集中在0.1%~1%之间。国内矿山企业着力提高锡矿伴生资源综合利用水平,通过科学制定选矿工艺,回收共伴生组分11种元素,包括镉、硫铁矿、镍、铅、锑、铁、铜、钨、锌、铟、银。

    锡最大的优点是可以100%回收,符合环保、节能、节约资源的国家战略,国家不断出台多项政策鼓励扩大锡的应用领域。近几年,我国电子产品出口日益增多,在欧盟《关于报废电子电器设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》发布实施后,欧洲将强制步入无铅化电子时代。中国电子无铅化趋向势在必行,预计我国在锡焊料领域中消费量年增长率将在10%左右;塑料工业生产因环保要求,将扩大锡热稳定剂的使用;硫酸亚锡作为新型绿色环保水泥的添加剂,在近几年发展较快。随着我国汽车、钢铁、机械制造业和矿山工业的发展,锡的使用量会逐步增加,锡产业将迎来长期良好的发展前景。

    你了解氟中毒吗?

    冯乃琦 张永康 曹耀华

    氟在自然环境中广泛分布且与人体健康密切相关,主要分布在人的骨骼、牙齿、指甲和毛发中。氟是与人体健康密切相关的必需微量元素,但若摄入过量就会引起氟中毒,氟污染还可以使动植物中毒,影响农牧业生产。我国地方性氟中毒病区分布广、病情重,遍及29个省、市、自治区。全国有病区县1314个,病区村10万余个,受威胁人口超过1亿人。

    一、什么是地方性氟中毒?

    地方性氟中毒,是指在自然条件下,人们长期生活在高氟环境中,主要通过饮水、空气或食物等摄入过量的氟而导致全身慢性蓄积性中毒。

    二、地方性氟中毒的危害是什么?

    地方性氟中毒是一种慢性全身性疾病,主要表现在牙齿和骨骼上。对牙齿的损害主要表现为氟斑牙。主要危害为7~8岁以下的婴幼儿,一旦形成残留终生。

    对骨骼的损伤会引起氟骨症,主要表现腰腿及全身关节麻木、疼痛、骨关节变形,出现弯腰和驼背,最后发生功能障碍,乃至瘫痪。另外还可能对神经系统产生障碍,对肌肉、肾脏、甲状腺、甲状腺旁腺等产生不同程度的损害。

    三、大气、土壤和水中的氟是从哪里来的?

    大气中的氟:大气中氟的人为来源主要是工矿业的生产过程和煤炭燃烧的排放,以气态和颗粒形式将氟化物释放到环境中。

    土壤中的氟:土壤中氟的来源主要有3个途径:岩石中含氟矿物的风化;火山喷发进入大气的含氟化合物经干湿沉降进入土壤;人类工业活动。据估计,我国磷肥厂一年排放10多万吨氟,砖瓦厂排氟量达50万吨以上。此外,钢铁、制铝、化学磷肥、玻璃、陶瓷、氟化工等工业以及燃煤过程中排放的含氟三废,数量也极高。

    水中的氟:萤石和磷灰石的溶解是地下水中氟的主要来源,黑云母、角闪石以及含蛭石、高岭石和蒙脱石的黏土矿物也是其来源之一。

    四、地方性氟中毒有哪几种类型?

    根据氟的来源和摄氟途径不同,将地方性氟中毒分为三大类:饮水型氟中毒、燃煤污染型氟中毒、饮茶型氟中毒。

    五、地方性氟中毒临床表现有哪些?

    氟中毒最突出的表现是骨骼和牙齿受损害。骨骼损害引起氟骨症,出现全身关节疼痛,四肢或躯干麻木,手足抽搐、僵硬,严重时还有关节活动困难,弯腰驼背,胸廓变形,甚至不能直立行走,丧失劳动能力。

    六、影响氟中毒发病的主要因素有哪些?

    一是摄氟量:摄氟量高,发病率高,病情严重。二是营养条件:蛋白质、钙和维生素有抗氟保护机体的作用。三是饮水中的化学成分及硬度。饮水中的钙和镁可降低人体对氟的吸收,促进氟从体内排泄,减少氟对机体的危害。饮水的碱度增强可使氟的活性增强,有利于氟的吸收和增加氟的毒性。四是抗氟元素的摄入,如钙、镁、铝、硼、锌、硒、铜、钼、铁等,可促进氟由体内排出或增强某些酶的活性,从而提高机体抗氟能力,降低氟的毒性。五是生活、饮食习惯与燃煤污染型和饮茶型地方性氟中毒有着极为密切的关系。

    七、氟中毒的预防措施有哪些?

    饮水型氟中毒病区预防的根本措施是降低水氟含量,使之达到生活饮用水卫生标准。

    一是改换水源。在有条件的地区采用引水、打深井等措施,使病区群众改用低氟水源。二是在干旱地区,可利用物理、化学方法除去水中过量的氟,使之达到生活饮用水卫生标准的要求。常用的方法有混凝沉淀法、活性氧化铝吸附过滤法、骨炭过滤法等。三是饮茶型氟中毒病区要大力宣传高氟茶的危害,使病区广大群众认识到高氟对人体健康危害的严重性,自觉改变不良的饮茶习惯,增强自我防病能力。

    八、地方性氟中毒该如何治疗?

    地方性氟中毒由于发病机理不太清楚,目前尚未研究出根本有效的治疗方法,只能对症或缓解某些症状,减轻病人痛苦。

    一是切断氟源,减少机体摄氟量。根据病区类型和特点,采取不同措施,把环境介质中的氟含量降到或控制在国家标准范围内,减少机体摄氟量。

    二是减少机体对氟的吸收。利用某些元素与氟的亲和力与氟离子结合,形成新的难溶性盐,不能被机体吸收利用,如铝、硼、钙等元素。

    三是促进体内氟的排泄。体内氟主要从肾脏排泄,某些药物和元素能促进氟从机体排出。如甘草和维生素C,两者对增强体内新陈代谢、加强利尿解毒有一定作用。

    四是改善生活条件。生活条件和营养状况对地方性氟中毒的发生与发展有直接影响,改善生活条件,增强机体抵抗力,补充必要的营养,有利于减轻发病和提高疗效。

    五是对症治疗。地方性氟中毒患者常出现疼痛、麻木、抽搐,以及消化系统、神经系统障碍等症状,可给以镇静、镇痛、助消化等药物,解除患者痛苦。

    九、刷牙会导致氟中毒吗?

    我国居民氟的适宜摄入量应在1.0到1.5毫克之间,可耐受最高摄入量为3毫克,超过此安全限值,氟就会在体内积蓄,引起氟中毒。我国牙膏含氟量标准是:成人牙膏0.05%~0.15%。如果使用1克的含氟牙膏(约1厘米长的膏体),每天刷牙2次,氟总量只为2~3毫克。刷牙后吐掉泡沫,已经吐掉了大部分的氟,剩下吞咽到体内的氟只是很少的一部分,不会对人体产生伤害。

    对于儿童,特别是6岁以下的儿童,由于吞咽反射比较差,容易在刷牙时吞入牙膏,要注意防止氟摄入过量。一方面,儿童应该使用含氟量更少的儿童牙膏,并且每天刷牙不超过2次。另一方面,家长要监督孩子刷牙,鼓励他们吐出泡沫,不要吞咽。偶尔发生的吞入不用过于担心,因为即使是使用含氟1500毫克/千克的牙膏,1岁儿童也要一次服下33克才会达到可能中毒量。

    走近资源王国 实现人与自然和谐发展

    “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

    日前,国家重点研发计划“固废资源化”专项项目“大宗低阶固废规模化制备高值材料关键技术(2018YFC1901500)”项目启动暨实施方案论证会在中国地质大学(北京)召开,来自科技部21世纪中心的项目主管刘家琰、项目责任专家张一敏、李会泉、冯安生等到会共同见证项目启动。该项目总经费6208万元,其中中央财政经费2518万元。

    项目共计5个课题,参加单位10家。课题“铝矾土尾矿物相高温重构制备高蓄热材料研究与示范”由自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所刘长淼研究员主持负责。课题主要针对铝矾土废石和尾矿,开展以低阶大宗工业固废高值化利用制备RTO蓄热体材料的创新性研究,重点突破并形成低阶组分的特征分级分选预处理、高温物相重构及定向调控、高温致密化与烧成变形调控、高蓄热莫来石复合蜂窝陶瓷制备的整套关键技术,建立年产万吨级铝矾土尾矿基高蓄热蜂窝陶瓷示范生产线,形成高蓄热蜂窝陶瓷高值系列产品,以规模化市场支撑的高值目标产品为导向,形成大宗低阶固废规模化制备高值矿物材料共性关键技术和商业化推广创新模式,服务国家生态文明建设。

     
     
    “大宗低阶固废规模化制备高值材料关键技术(2018YFC...

    王冬林能听懂机器的“语言”。杨 富 摄

    编者按

    青春的底色永远是奋斗,白族小伙王冬林从普通矿工成长为党的十九大代表,出生地质世家的田虎从技术员到工程师,王云忠、王美英夫妻从躬耕于田亩到热心修复恐龙化石……他们无不把青春献给了热爱的事业,向着心中的梦想不断攀援,一路绽放青春的光芒。

    在2017年10月召开的中国共产党第十九次全国代表大会上,云南省代表团里有一名穿着白族传统服饰,浑身散发着青春活力的小伙子。他在发言中反映农民工的诉求,为民族地区矿业发展鼓与呼。

    他叫王冬林,是云南黄金集团鹤庆北衙矿业有限公司(北衙金矿)三选厂磁选班长,一名普通的矿山工人,一名大山里走出来的党代表。

    刻苦钻研,从“菜鸟”成长为专家

    出生于1989年的王冬林,当选党的十九大代表时仅有28岁。而那时,他已经在北衙金矿工作了整整10年。10年的时间,只有初中文化背景的他,从对选矿技术工艺流程一无所知的“菜鸟”成长为能独当一面、解决难题的技术骨干,从一名普通的农民工成长为优秀工人,光荣地出席了党的十九大。

    2007年,刚刚年满18岁的王冬林作出了一个改变他命运的决定——参加离家不远的北衙金矿招工。这是在白族聚居区开办的为数不多的工业企业,对振兴地方民族经济具有重要示范作用。为了得到一份稳定的工作,逐步走上脱贫致富之路,他报了名并被录用。

    王冬林家住鹤庆县黄坪镇河西村小新庄,家里经济条件比较困难,初中毕业后就辍学了,种过农田,种过果树,还学过修车,但他觉得并没有找到一条真正适合自己的道路。正当此时,在家门口兴办的北衙金矿给了他在民族大家庭成长进步的宝贵机遇。

    刚到北衙金矿时,王冬林被安排在第一选矿厂工作。面对那些闻所未闻的选矿设备,他真是两眼一抹黑,什么都不会。可他没打退堂鼓,而是下定决心用勤奋、踏实和毅力战胜困难。他在工作中任劳任怨,总是挑重活干,哪里不明白就向有经验的师傅请教。三四个月下来,那些机器设备他不再陌生,而是摸清了它们的脾气,对它们产生了感情。渐渐地,他还听懂了机器的“语言”。“有时在开机器的时候,我看着水压表,仔细听水的声音,听电机的鸣响,就能判断机器是不是在最好的状态下运转。”王冬林说。渐渐地,王冬林成了多面手。平时,其他岗位的同事因事因病请假,他都马上顶上去,从未出过差错。

    “小王虽然学历不高,但在工作中一直注重学习,既立足本职、能吃苦,又善于接受新理念、勇于创新。”王冬林的师傅蒋照宽对他赞不绝口。2010年10月,二选厂建成,开始试生产。有几个空缺的班长职位,王冬林报名参加应聘,在经过实战和理论考试后,被选拔担任磁选二班班长。2014年3月,北衙金矿又新建了三选厂,王冬林又选调为三选厂磁选二班班长。面对全新的生产线、全新的作业环境,他不断向现场施工人员和设备厂商专家学习,通过设备安装、设备维修和相关培训学习,很快就对设备和工艺流程了如指掌。

    王冬林并不满足于在现有的技术和设备情况下原地踏步。他积极参与公司技术攻关,针对实际生产中遇到的问题,思考解决问题的办法。多年来,他共提出大小提案60多项,别小看这些改革,它为全厂的产能提升、指标达标、设备稳定、生产条件优化、工作效率提升作出了贡献。

    凝聚团队,发挥党员先锋模范作用

    “王冬林充分发挥了一名党员的先锋模范作用,不仅自身兢兢业业,踏实勤奋,在平凡的岗位上创造了不平凡的业绩,还主动关心帮助同事,带领大家共同进步。”鹤庆北衙矿业有限公司党委书记刘以波说。王冬林2013年7月加入中国共产党,先后获得公司授予的“优秀员工”“实干之星”“先进个人”“工会积极分子”称号。2016年2月,他又被推举为“全国优秀农民工”,受到国家有关部门表彰。

    王冬林常说,作为一名班长,个人行最多只是一枝独秀,大家行才能换来满园春色。对于自己钻研摸索掌握的技能,他从不吝啬,主动毫无保留地传授给其他同事。尤其是对新入矿的同事,王冬林总会利用工作的间隙给他们示范操作要领,讲解各项指标参数的含义,分享多年来摸索出的经验。下班后,他经常招呼同事到自己的宿舍交流谈心,与大家共同探讨工作中遇到的问题。

    为了让自己班里的同事能全面掌握各项技能,王冬林有意安排他们轮换岗位。有时谁要是操作出现了失误,他也从不责怪,而是耐心地分析、讲解,帮助同事解决问题。几年下来,王冬林为公司培养了5名班长。“王师傅既是班长又是陶瓷工,大家都钦佩他为人好、技术精,愿意跟他学技术。2014年,全厂从普通员工中提升了8名班长,从我们班冒出来的就有3人。”三选厂磁选一班班长张金荣曾经是王冬林的徒弟,他深有感触地说,自己正是在王冬林的帮助下,才从“零起点”的新手成长为技术骨干。

    “对结果负责”是王冬林的口头禅。他在工作中一丝不苟,以身作则,冲在前面,把全班的同事凝聚在一起,发挥出团体的战斗力。一天凌晨,磁选工段24米浓密池阀门压死,导致大量矿浆喷出,形势严峻,情况紧急。当时王冬林正下班休息。得知消息后,他立即召集全班人员前往现场,及时止住泄漏,奋力清理矿浆。经过近一夜的苦战,矿浆被基本清理完毕,大家都变成了“泥人”。早晨8时,他照常带领全班人员准时上岗。还有一次,压滤机的电路出了故障,皮带突然停转,11吨矿石堆在上面动弹不得。这时,王冬林他们班刚好到了下班时间,该由其他班来接手工作。同事们提议“我们下班了,别管机器了,交给下一班的人吧。”王冬林说:“我们工作时间出的故障,有义务把它修好再交班。”他把全班人留了下来,先把11吨矿石从皮带上一铲一铲清理到地上,把皮带修好,再把矿石一铲一铲重新送到皮带上。经过两个多小时的抢修,机器得以正常运转,生产没有受到影响。

    做一名合格的党代表,以实际行动践行十九大精神

    回忆起自己2017年6月29日光荣当选党的十九大代表时,王冬林说:“得知自己当选时,有点不敢相信,十分激动,心中充满感恩之情。是党培养了我,公司培养了我。当时我就想,一定要尽我所能为家乡和农民工团体奉献自己的力量,不辜负组织和家乡父老的重托,履行好职责,为家乡父老代好言,发好声。”那段时间,王冬林认真参加培训,并先后深入矿业、物流、环保、汽车制造等行业的6家企业开展调研。他和农民工朋友面对面交流,听取他们的心声,收集他们的诉求。他把这些意见建议进行归纳、整理,带到了北京人民大会堂。

    党的十九大期间,在云南代表团的分组讨论时,王冬林争取到两次发言的机会。他在会上反映了农民工普遍关注的看病难、上学难等实际问题,把他们的心声原汁原味地表达出来。在一次媒体开放日活动中,王冬林面对几十名中外记者提出的生态保护问题,他以自己所在的北衙金矿建设绿色矿山成效突出的生动事例,畅谈矿产资源开发与生态保护的辩证关系。“少数民族聚居地区群众急切盼望兴办产业致富,尤其深知保护好生态环境的深远意义。矿山企业一定要树立开矿一处、造福一方的理念,主动融入国家发展战略。只要坚持在开发中保护、在保护中开发,有效制止乱挖滥采,开发金山银山同样可以还原绿水青山。”王冬林的话得到大家的一致赞许,都夸他是个勤学习、善动脑、有远见的白族好阿哥。

    从北京回来以后,王冬林深知肩上的责任,并没有沉浸于荣誉的光环之下。他一边像往常一样“4班3运转、每班8小时”工作,以实际行动带领班组成员践行十九大精神,一边积极到农村、企业、机关宣讲十九大精神,目前已宣讲30余场次,四五千人现场聆听了他的宣讲。

    王冬林在宣讲中这样说:“幸福不会从天而降,梦想不会自动成真。好好干,认真干,行行都能出状元。在新时代,我们青年人要立足岗位,努力工作,不断创新,为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献自己的力量。”

    他正是从零开始,从自己平凡的岗位开始,一步一个脚印踏踏实实地干出了优异的成绩,闪耀出自己的光芒,并用实际行动带动和影响着周围的人。敬业、奉献、创新、担当,在他的身上,集中展现出新时代矿山工人的新形象。

    脚踏实地炼真金