前言
自原始社会元谋人使用粗糙加工石块、石片、石器作为取火和生活工具开始,非金属矿开发利用与人类生存、发展和文化及科技进步息息相关,从旧石器时代到新石器时代乃至今天新的石器时代,非金属矿至今已走过170多万年历程,历史悠久,底蕴深厚。
非金属矿分布广,储量大,开发手段原始,加工应用初级,价值低,一直不受地质勘查和材料应用重视,基础理论和应用研究十分薄弱,因此开发利用思路和方法参照沿用金属矿思路和方法。金属矿矿床地质特征较为复杂,储量一般几十—几百万吨或几千万吨,多地下洞采,开采出来原矿适当选矿提炼即可出售,应用领域相对集中,价格几万—几十万/吨,售价高;非金属矿地质特征相对简单,储量几百万吨或几千万吨,多数达到几亿—几十亿甚至几百几千亿吨,多露天开采,不仅要开采出原矿,还要加工成适销对路产品出售才可以,应用领域非常广,价格通常几百—几千/吨,售价低,非金属矿与金属矿无论是矿床地质特征、储量等基本特征,还是开采、应用、售价等方面,都有非常大差异,用金属矿的思路和方法开发利用非金属矿必然会出现偏差,表现为部分非金属矿投入大没收益,或投入大收益差,或有收益但收益少,根据非金属矿本身特点,研究探索非金属矿开发利用思路不仅具有理论意义,而且对非金属矿开发和非金属矿行业发展具有实际应用价值。
本文在11年地质学学校理论学习和8年非金属矿实操经验基础上,根据非金属矿特点,借鉴金属矿开发利用思路方法,结合市场营销思路和方法,以硅灰石开发利用为例,提出非金属矿开发利用思路和具体操作方法及注意事项,弥补当前非金属矿开发利用思路和实操方法研究薄弱环节,解决非金属矿怎么做实际问题,希能对非金属矿山、加工厂和非金属矿投资者、从业者有所裨益。
一、非金属矿作用
非金属矿是除金属、能源和宝石矿石之外,在工业上提取某一非金属元素或直接利用其物化性能具有经济价值的工业矿物和岩石总称。非金属岩矿材料是指从非金属矿物和岩石的物理、化学性质及应用出发,经过适当的加工处理,使之成为能被工农业生产和日常生活各个领域使用的一类材料和制品总称。非金属岩矿材料不仅是塑料、橡胶、油漆涂料、造纸、冶金、机械、建筑、医药、轻工、环保、石化、农业和国防工业重要的基本原料,而且又是现代集成电路、核能、激光、宇航等必不可少新型功能材料,非金属岩矿材料应用遍及人类生活和社会经济各个领域,在国民经济中发挥越来越重要作用。
上世纪初,人类能利用非金属矿产仅有60种,现在已到达260种,中国已开发利用130种。2014年,中国非金属矿年采掘量约为60亿吨,年增长25%,非金属矿和初加工产品值为5200多亿元;世界非金属矿采掘量为350亿吨,年增长3%,是金属矿开采量3倍,世界非金属矿产值为3000亿美元。现在非金属矿消费量和产值在世界矿产材料中已占据第一位,西方学者誉为人类进入新石器时代。非金属矿开发利用水平已成为衡量一个国家综合发展水平重要标志之一,非金属矿是21世纪朝阳产业。
二、非金属矿开发思路
清楚掌握矿种成分、结构和物化性质、矿山矿床地质特征及成因矿山所在地政府和社会状况,然后以全球视野,了解该矿种全球储量、中国储量及分布,该矿种全球应用在那些领域及原理,全球和中国各应用领域具体标准和比例,该矿种各应用领域消费量、产量、市场和价格状况,该矿种开采、选矿和加工情况,知己知全球的情况下,确定该矿种产品规划和市场定价和产销量,根据产品规划和产销量,结合自身矿床地质特征,选择合理的矿山开采、选矿、检测和加工方案,并设计开采和建厂并购买相关设备,建立相关人员队伍,专业开采、专业加工,专业销售,专业运营矿山,才是非金属矿开发利用的专业必由之路,具体见图1。科学专业经营矿,矿山就是金山银山,非专业碰运气经营矿,矿山也许就是烫手山芋。
图1 非金属矿开发利用思路
对非金属矿投资者来说,首先要根据上述流程和具体内容请专业人员做出可行性报告,判断是否可行,可行就办理采矿权证手续,然后依据流程对矿山进行开发利用;如果不可行,不投资或慎重考虑后再行决定,千万不要不经科学论证贸然投资,因为投资非金属矿办理采矿权证要几百—700万左右资金,办理好证件后征地、修路、通电要几十甚至几百万资金,然后接着就是建厂房、买铲车、加工、检测设备和人员费用,最少几百甚至上千万,合计最少1000万以上,一般要2000-3000万,一旦矿山出现问题,所有这些投资是无法拿走的,如采矿权证最多10年,是一张纸,不开采政府不退款,征地修路无法退款,厂房和设备不用,就是钢筋、水泥和废铁,矿山投资容易打水漂。当前投资矿山十矿七亏二平一赚钱,投资矿山花钱容易赚钱难,要谨慎。
三、非金属矿开发具体操作方法
(一)掌握矿种成分、结构及物化性质
掌握矿种的化学分子式、结构式、理论化学成分、类质同像、杂质、结构、晶系、单体形态、集合体形态、颜色、光泽、条痕、解理、硬度、密度、光学性质、差热及热膨胀等热学性质、红外、拉曼等光谱性质、X光衍射特征等物化性质,全面深入了解矿种成分、结构及物化性质。
成分结构是矿种物化性质内因和决定因素,要深入掌握矿种成分结构,并全面了解其物化性质。对一个矿种成分结构及物化性质掌握越透彻,在具体应用上越得心应手,就如一个老中医,对每一味药材性能药效了如指掌,才能针对不同病人对症下药,开出恰如其病药方。
如硅灰石,化学分子式CaSiO3,结构式Ca3[Si3O9],理论化学成分CaO 48.25%,SiO2 51.75%,自然界中纯硅灰石罕见,在其形成过程中,Ca有时被Fe、Mn、Ti、Sr等离子部分置换而呈类质同象体,并混有少量的Al和微量K、Na。由于硅灰石形成时的温度、压力等条件不同,可能出现3种同质多象变体。硅灰石是链状硅酸盐结构,Ca-O八面体之间共棱形成无限延伸的Ca-O八面体枢轴, 而Si-O四面体共顶角形成的单链与此枢轴, 或与Ca-O八面体自由氧顶点相连,这些枢轴与单链的延长方向平行于b轴,Si-O四面体的单链是每两个〔Si2O7〕通过一个Si-O四面体连接起来的, 因此它的重复周期为三, 即单链每隔三个Si-O四面体重复排列一次。
硅灰石三斜晶系,通常呈片状、放射状或纤维状集合体,部分呈板状集合体,看不出纤维;颜色白色微带灰色,少量黑色,条痕无色,玻璃光泽,解理面上珍珠光泽;硬度4.5~5.0;解理平行{100}完全,平行{001}中等,两组解理面交角为74°;密度2.75~2.91克/立方厘米。硅灰石矿石的结构构造通常有两种:致密块状矿石具细粒花岗变晶或纤维变晶结构,致密块状构造,硅灰石呈细小粒状、柱状或纤维状集合体,个别极细粒致密者呈玉状;粗晶硅灰石矿石具纤维变晶结构,块状、似角砾状、巨斑状或条带状构造,硅灰石晶体粗大,呈板柱状,束状或放射状(菊花状),在偏光显微镜下也呈柱状、针状或纤维状,中等正突起,纵切面近于平行消光,干涉色一级灰到一级黄白;横切面斜消光,CΛNp≈30?,干涉色一级桔黄,油浸法测折光率为Nm=1.631,Np=1.619,Ng=1.634,二轴晶负光性,光轴角30?—45?,硅灰石的解理缝有时夹有少量方解石和极少量石英,此外,在波数为3650?的紫外灯照射下,矿物发淡黄色荧光;在室温到1200℃范围内没有什么明显的吸热和放热效应;红外吸收图谱中最为特征的吸收带是560一17000px—1范围内的三个中等强度的窄吸收带,这三个特征吸收带硅灰石结构中三种重复排列的Si一O四面体的Si一O一Si对称振动吸收带,12500px—1左右及其以下的吸收带与阳离子振动、链的变形振动或Si一O的弯曲振动有关, 900一2750px—1范围内的强吸收带是Si一O一Si的反对称振动吸收带和Si一O一Si伸缩振动(包括对称和反对称)吸收带;硅灰石熔点1540℃,热膨胀系数低,怀特默(Whitemes)1969年测定在25~800℃时热膨胀系数为6.5×10-6 mm/(mm·℃),在1125℃左右时可转化为假硅灰石,这时热膨胀系数增加,并由于释放出Fe、Sr等杂质,颜色由白色变为奶油色、红色或褐色。
(二)掌握矿床地质特征及成因
掌握矿床区域地质背景(地层、构造、岩浆岩)、矿床地质特征(含矿层、矿体特征、储量、矿石化学成分、矿石矿物成分、矿石矿物特征、矿石类型)、矿床成因。
矿床地质特征是矿床开采、选矿、加工、检测等矿山设计规划和具体实施基础,矿床区域地质背景是矿区更广范围其它岩矿石综合利用基础,犹如打仗,首先必须清晰了解自己阵地地形、地貌、土壤、植被、水系、天气、道路等情况和周边几公里相应情况,然后才能因地制宜,排兵布阵,挖战壕,抢占制高点,打胜仗。
广西平乐南源洞硅灰石矿区地层为下石炭统岩关阶灰岩,其中:
矿区岩体西的北侧为岩关阶下段深灰色中厚层状灰岩,夹少量白云岩,地貌上为正地形,产状115°∠46°,厚313米;矿区岩体的北东及南西端为岩关阶中段深灰色薄层或中厚层状灰岩,夹少量硅质条带或团块,地貌上为负地形;矿区岩体南东侧为岩关阶上段深灰色中厚层灰岩,夹薄层灰岩及硅质条带或团块,地貌上为陡峭山崖。
2015年6月在硅灰石矿区采4个石灰石样品,分析结果见表。
矿区薄层硅质岩可以加以利用,一方面通过选矿,成石英块矿直接加以利用;另一方面直接开采原矿,加入硅灰石中,提高硅灰石的烧白度,降低硅灰石的烧失量。矿区薄层或中厚层灰岩及黑石灰石2可以加以利用,一方面直接加工成小于5mm的颗粒做陶瓷胚体用石灰石颗粒用;另一方面直接开采原矿,加入硅灰石中,提高钙含量。
样名 | 酌减 | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | 烧白度 |
灰1 | 2.25 | 0.93 | 52.04 | 0.77 | 42.63 | 1.12 | 0.06 | 0.01 | 0.01 | 39 |
灰2 | 1.87 | 1.04 | 55.65 | 1.65 | 37.93 | 1.44 | 0.13 | 0.01 | 0.01 | 22.1 |
灰3 | 8.32 | 1.22 | 43.76 | 22.64 | 21.83 | 0.91 | 0.06 | 0.01 | 0.01 | 5 |
灰4 | 43.25 | 0.14 | 3.49 | 0.09 | 52.77 | 0.19 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 71.5 |
矿区位于恭城一平乐凹陷(向斜)的南端,区内除石英二长岩岩体与围岩的接触带构造外,以断裂构造发育为主,褶皱构造无明显的表现。区内地层均呈NE向展布的单斜层产出,局部地段仅见一些小褶曲。矿区断层对矿体形态和连续性有轻微的影响。断层的延伸方向以近EW和 NW一SE向两组为主,其中 EW向断层先于NW一SE向。
矿区岩浆岩为印支期石英二长岩,平面上呈椭圆形,面积700米X360米,接触面产状南东侧为140-150°∠40-70°,北西侧为280-300°∠30-35°,岩石为浅灰色,矿物成分长石60-75%,石英5-15%,黑云母10-15%,普通角闪石2-7%,岩石化学成分:
样品名称 | 酌减 | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | 烧白度 |
花岗岩1 | 2.77 | 14.94 | 64.49 | 5.00 | 4.00 | 1.25 | 3.57 | 2.49 | 0.86 | 4.3 |
花岗岩2 | 1.37 | 16.23 | 66.57 | 1.66 | 4.68 | 1.10 | 3.49 | 3.85 | 0.63 | 6.1 |
花岗岩3 | 0.48 | 16.28 | 66.29 | 3.87 | 2.77 | 1.22 | 4.66 | 3.16 | 0.70 | 3.9 |
花岗岩4 | 1.45 | 15.81 | 67.08 | 3.26 | 3.04 | 1.09 | 4.31 | 2.78 | 0.62 | 4.8 |
平均 | 1.52 | 15.82 | 66.11 | 3.45 | 3.62 | 1.17 | 4.01 | 3.07 | 0.70 | 4.8 |
矿区石英二长岩虽然钾有4%,钠有3%,铝接近16%,想作为钾钠长石使用,但铁3.45%,钛0.7%,烧白度只有4.8,铁钛含量太高,烧白度太低,另外钙含量3.6%,远远超出钾钠长石钙小于0.5%的要求,因此不能作为陶瓷胚体用钾钠长石使用。矿区石英二长岩块矿可破碎作为建筑填路用石子用,细砂酌情水洗细泥后,可作为建筑用砂使用。
矿硅灰石矿体赋存于下石炭统岩关阶中段上部的薄层硅质灰岩中,受地层层位和岩性控制,不直接与岩体接触,距接触面5-40米的矿化范围内,在矿体和岩体之间沿走向分布有厚度不等的硅灰石化大理岩及辉钼矿化强蚀变石英二长岩。矿体呈似层状或透镜状产出,长293米,最厚25.9米,平均19米,矿体产状与地层产状基本一致,140-150°∠45-65°,在倾向上,产状有变陡的趋势,147°∠38° → 142°∠58° → 148°∠65° ; 在走向上,沿矿体走向由南西向北东方向产状变缓,矿体南西部 148°∠60° → 中部155°∠55° → 北东部167°∠40°。硅灰石矿体呈似层状或透镜状产出,长293米,最厚25.9米,平均19米,如果将来开采延深到200米,硅灰石储量约300万吨,加上石灰石和硅质岩预计为400-500万吨;如果将来开采延深到500米,硅灰石储量约700万吨,加上石灰石和硅质岩预计为1000万吨;如果将来开采延深到1000米,硅灰石储量约为1400万吨,加上石灰石和硅质岩和预计为2000万吨。
矿石分四种类型,硅灰石富矿、硅灰石矿、硅灰石贫矿和硅灰石化大理岩,其中硅灰石富矿分布于矿体上部,硅灰石78.93%,透辉石6.48%,方解石3.91%,石榴石1.70%,石英7.49%,矿石为纯白色至白色,硅灰石单晶体结晶粗大,一般单晶体长度可达20-750px,少数单晶体长度可达2500px以上,集合体呈放射状,并平行地面呈层面分布;硅灰石矿分布于矿体中上至中下部,与富矿呈渐变关系,矿石颜色为白色微带蓝绿,硅灰石73.48%,透辉石6.52%,方解石3.87%,石榴石2.28%,石英11.56%,此外有极少量符山石、阳起石、绿帘石,硅灰石单晶体柱状长一般为5-250px,并有明显黄褐色斑点分布在晶体中,集合体呈放射状岩地层层面方向分布,透辉石、石榴石常呈细线脉状沿硅灰石粒间、解理、裂隙分布;硅灰石贫矿分布于矿体下部,硅灰石58.43%,透辉石8.96%,方解石21.69%,石榴石2.15%,石英3.43%,与前两种硅灰石矿相比,硅灰石含量明显减少,透辉石、方解石含量明显增高,尤其是方解石含量,相当于富矿方解石含量的5倍多,透辉石在矿石中呈明显的团块或团包状富集集中,矿石的颜色带有较明显的绿色和黑色碳质斑点,颜色较深;硅灰石化大理岩分布于矿体底部与岩体之间,与硅灰石贫矿逐渐过渡,矿石呈黑色,矿石主要成分为方解石、硅灰石、石英及分布不均的泥质、碳质物,硅灰石呈针状、毛发状杂乱分布在大理岩中,硅灰石晶体中常包裹许多碳质斑点或包体,呈尘埃状或似斑点状均与分布。由于矿石中方解石含量高,硅灰石结晶细小且含有许多碳质包体,难以离解分选。矿石化学成分如下:
样品名称 | 酌减 | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | 烧白度 |
硅灰石1 | 1.15 | 1.78 | 53.41 | 0.87 | 41.81 | 0.66 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 38.2 |
硅灰石2 | 2.60 | 2.77 | 54.27 | 0.57 | 38.67 | 0.60 | 0.18 | 0.01 | 0.01 | 54.8 |
硅灰石3 | 16.34 | 0.66 | 30.73 | 1.14 | 50.18 | 0.66 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 22.1 |
硅灰石4 | 0.68 | 0.86 | 55.81 | 0.40 | 41.37 | 0.60 | 0.17 | 0.01 | 0.01 | 66.8 |
硅灰石5 | 0.97 | 1.26 | 54.23 | 1.17 | 39.20 | 2.83 | 0.15 | 0.01 | 0.01 | 42 |
硅灰石6 | 0.87 | 1.93 | 62.13 | 0.52 | 33.30 | 0.96 | 0.16 | 0.01 | 0.01 | 57.8 |
硅灰石7 | 1.50 | 0.92 | 56.60 | 0.42 | 39.19 | 1.13 | 0.07 | 0.01 | 0.01 | 68.6 |
硅灰石8 | 1.23 | 0.85 | 54.92 | 0.70 | 40.81 | 1.25 | 0.13 | 0.01 | 0.01 | 53.6 |
硅灰石9 | 6.87 | 1.92 | 48.63 | 0.70 | 40.91 | 0.66 | 0.13 | 0.01 | 0.01 | 39.9 |
硅灰石10 | 4.03 | 1.61 | 66.56 | 0.37 | 26.38 | 0.90 | 0.04 | 0.01 | 0.01 | 64.7 |
平均 | 3.62 | 1.46 | 53.73 | 0.70 | 39.18 | 1.03 | 0.11 | 0.01 | 0.01 | 50.9 |
矿床成因为接触热液变质作用形成主矿体,然后伴随有交代变质作、热液作用的叠加,形成透辉石等。
(三)了解矿山所在地政府和社会状况
了解矿山所在地交通、人口、矿产、气候、经济等基本状况,为矿山经营使用。
广西平乐硅灰石矿位于平乐县南源洞村,平乐古称昭州,隶属于广西壮族自治区桂林市,位于广西东北部,桂林市东南部,东临钟山,南接昭平,西北毗邻阳朔,北连恭城,总面积1919.34平方公里,人口403769人,有汉、瑶、回等12个民族,总耕地面积29.98万亩。平乐县内探明有开采价值矿产资源30多种,主要有锰、花岗岩、大理石、硅灰石、煤、矿泉水等;主要农产品和土特产品有马蹄、莲藕、慈菇等;工业有采矿、建材、铸造、纺织、化工、制药、农药、食品和竹木加工等行业,主要工业产品有钢材、铸造件、水泥、纸箱;主要旅游景点有榕津千年古榕、冷水石景苑等,是著名大桂林旅游区之一。
平乐县地处中亚热带季风气候区,冬短夏长,气候温和,日照充足,雨量充沛,无霜期长达310天以上。年均日照时间1414-2094小时之间,年平均气温19.9℃,年均降雨量1355-1865毫米之间。境内处于低纬度地区,太阳辐射强烈。并受季风环流影响,属中亚热带季风气候区。总的气候特点是:日照时间长,气温高,热量充足,雨量较充沛,干湿明显。春夏多雨,常造成山洪泛滥;秋冬降水量骤减,则又出现干旱现象。全年无霜期长,具有短酷热的桂南气候兼冬寒微雪的桂北气候。
2013年全县生产总值完成87.97亿元,同比增长10.3%;全社会固定资产投资64. 29亿元,增长24.8%;财政收入3.90亿元,增长11.3%;农民人均纯收入7830元,增长14.4%;城镇居民人均可支配收入21288元,增长10.5%。
(四)了解该矿种开采和选矿情况
了解该矿种常规开采方式和选矿情况,供矿山开发利用参考。
硅灰石矿目前开采方式主要是露天和洞采两种,其中露天开采成本低,但受雨季等影响大,矿石夹石废石多,连州多采取这一方式;洞采成本高,分上部洞专门采矿,下部洞专门运输,上下洞阶段性相连,洞采优势在于不受雨季等影响,矿石夹石废石少,江西新余南方硅灰石采用这一方式。硅灰石矿的露天开采工艺一般与石灰石矿山类似,中型矿山开采比较正规。以吉林梨树县铁汞山硅灰石矿为例,矿石及围岩致密坚硬、稳固性好,矿体呈似层状,工作面沿走向布置,台阶高度取10m。由于开采规模较小,设备规格也较小,因此穿孔爆破用SQ100J型潜孔钻机,孔径φ100mm,装载用966E型装载机,二次破碎与浅孔凿岩用Y吨-26型凿岩机,工作面运输用10吨级的自卸载重汽车。开采用辅助设备规格也较小,推土机用D6H型。其他小矿开采多不正规,资源浪费严重。地下开采工艺,浙江长兴县李家巷硅灰石矿是花岗岩体与燧石条带石灰岩接触变质成矿,矿体倾角较缓仅5°~15°,平均厚度2.5m,围岩顶底板完整稳定,脉内巷道多不支护,采空区裸露面积可达100~200m2采用空场法类的全面采矿法。工作面回采工艺:用手持式凿岩机打眼,孔深1.2m,浅孔爆破落矿,人工装车,运输用0.6吨的矿车,经运输平巷、石门等运出。
硅灰石选矿的主要目的是除含铁矿物降低铁含量及分离方解石降低烧失量;硅灰石由于伴生矿物种类及含量的变化,加上国内矿山选矿技术缺乏及最终成品销售价格低廉,导致目前选矿基本停留在人工手选阶段,控制硅灰石成品指标依靠原矿破碎的大小程度。
硅灰石的主要选矿加工方法
选矿方法 | 原 理 | 应 用 范 围 |
手选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物成分的颜色与光泽的差异进行分选 | 适用于品位高的优质矿石,手选并可获得特级、一级、二级硅灰石矿块 |
光电拣选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物的光学特性(颜色、反射率、荧光性、透明度、透射性等)的差异,利用光学效应进行分选 | 用光电拣选代替手选,作为提高浮选入选物料品位的手段 |
磁选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物的比磁化系数的差异进行分选 | 用于硅灰石与石榴石、透辉石、符山石、榍石、透闪石等弱磁性矿物的分离 |
浮选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物的表面性质的差异进行分选 | 用于硅灰石与方解石、石英的分离 |
电选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物在高压电场内的电性差异进行分选 | 在干旱缺水地区用于硅灰石与方解石的分离 |
重选 | 利用硅灰石与其他脉石矿物的密度差异进行分选 | 用摇床从硅灰石中除去透辉石、石榴石等脉石矿物 |
硅灰石的主要选矿工艺原则流程
主要选矿工艺原则流程 | 应 用 范 围 |
单一手选流程 | 适用于品位高,含铁低的优质矿石,用于选别块矿 |
单一强磁选流程 | 适用于矿石中脉石矿物主要为石榴石、透辉石等弱磁性矿物,且方解石含量较少时 |
单一浮选流程 | 适用于矿石中脉石矿物主要为方解石,或矿石中含有石英、长石等其他硅酸盐矿物 |
磁选一浮选或浮选一磁选联合流程 | 适用于矿石中脉石既含有石榴石、透辉石等弱磁性矿物,同时又含有较多方解石或石英、长石等其他硅酸盐矿物 |
磁选一电选干式选矿流程 | 在干旱缺水地区浮选分离硅灰石受到限制时,采用此流程 |
浮选一重选流程 | 适用于选铜尾矿中含有硅灰石,并含有粒度较粗的石榴石、透辉石脉石矿物的矿石 |
(五)了解该矿种的检测和加工情况
了解该矿种的检测和加工情况,供矿山开发利用参考。
硅灰石产品目前尚无国家标准,只有中国建筑材料工业协会提出国家发展与改革委员会颁布的行业标准,各企业有自己的使用标准和检测标准。硅灰石的加工主要是利用优质矿块,采用各种磨矿和超细粉碎设备生产各种规格的硅灰石颗粒和硅灰石粉,需要时也可进行表面改性。
1.硅灰石颗粒加工
硅灰石颗粒的加工流程一般是:将不同矿口硅灰石根据客户需求指标做好配方,用铲车直接按照配方将矿块送入69颚式破碎机进行第一次粗碎破碎,一般破碎成80~100mm以下块矿,然后进入第二次中碎破碎,破碎成颗粒≤5mm的颗粒,通过输送带放入堆场使用。
2.普通和超细硅灰石粉加工
普通硅灰石粉的加工流程一般是:经拣选除去杂质的矿块送入颚式破碎机粗碎和中碎,然后进入雷蒙磨或球磨机干式磨矿设备进行磨矿,经过旋风分级获得硅灰石普通粉或超细粉,或是该普通粉再送入流化床式或其他类型的气流粉碎机中进行超细粉碎,以获得超细硅灰石粉。
3.硅灰石针状粉加工
硅灰石针状粉粉的加工流程一般是:经拣选除去杂质的矿块送入颚式破碎机粗碎和中碎,然后进入针状特殊磨机进行磨矿,直接获得或经过旋风分级获得硅灰石针状粉。
(六)了解矿种全球储量及中国储量和分布
了解该矿种全球储量及中国储量和分布,供矿山开发利用参考。
世界硅灰石资源总量预计为12亿吨,主要分布于中国、印度、美国、墨西哥、芬兰、哈萨克斯坦等20多个国家,其中中国资源总量预计9亿吨,居世界第一;世界硅灰石资源分布不平衡,主要集中在亚洲及北美地区,而欧洲的硅灰石资源极为贫乏,具有工业意义的硅灰石资源仅仅在芬兰有发现,占世界探明储量的1.2%。然而欧洲的硅灰石消费量超过北美,成为全球最主要的消费地区,为了满足需求,欧洲如德国、丹麦、法国、英国等国家早在20世纪70年代就开始人工合成硅灰石,但人工合成硅灰石的成本一般比天然硅灰石高4─9倍。中国硅灰石在22个省、自治区发现矿产地60余处,估计资源量近9亿吨,远景储量12亿-20亿吨,居世界第一。截至2015年底,22个省、自治区保有储量最多的是吉林省,储量5.5亿吨,约占全国总保有矿石储量的61%,其余依次为广东2亿吨、江西2588万吨、云南2393万吨、辽宁2347万吨、青海1315万吨等5省,分别占全国的的22%、2.9%、2.6%、2.6%、1.5%,5省保有矿石储量2.8643亿吨,合计约占全国的32%。
中国硅灰石矿石品位较高,保有矿石储量的矿产地中,矿石品位(含矿系数或硅灰石矿物含量)多数大于50%,高的可达82%。据不完全统计,其中矿床平均品位为79.03%~71.90%的有4处,共计保有矿石储量2000多万吨,占总储量的15%,主要分布于广东、吉林省;矿床平均品位为69.21%~60.84%的有6处,共计保有矿石储量2000多万吨,占总储量的16%,主要分布于青海、浙江、安徽、江苏省;矿床平均品位为57.10%~50.00%的有9处,共计保有矿石储量4000多万吨,占总储量的32%,主要分布于吉林、辽宁、浙江省;矿床平均品位为45.00%~39.86%的有10处,共计探明储量2000多万吨,占总储量的19%,主要分布于辽宁、湖南省和内蒙古自治区。
中国硅灰石矿质地优良,吉林、辽宁、湖北、浙江、江西、青海等地的许多矿床的矿石质量,大多接近于驰名的印度硅灰石矿石的质量,并优于许多其他国家。尤其是吉林省梨树县大顶山硅灰石矿的矿石,颜色洁白,杂质含量低,晶体呈针状、纤维状,属世界罕见的天然低铁优质硅灰石,其产品质量和品种已达世界先进水平,在国际市场中享有盛誉。
(七)了解矿种全球应用领域及原理
了解矿种全球应用领域及原理,供矿山开发利用使用。
硅灰石是一种新兴工业矿物原料,由于其独特的纤维形状、无毒、低吸油性、低吸水性、高热稳定性和化学稳定性、良好介电性能、白度高等物化性质,被广泛应用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料、冶金保护、摩擦材料、绝缘材料、耐火材料、造纸等行业。
1.陶瓷——降烧成温度,缩干燥时间,提烧成强度,减釉面缺陷,让陶瓷完美无缺
硅灰石独特的化学纯度及针状晶形(长径比),非常适合于陶瓷的减缩、提高烧成强度以及改善或减少釉面缺陷,在陶瓷工业中可生产釉面砖、卫生瓷、日用瓷、美术瓷、电力瓷、高频低耗无线电瓷、化工陶瓷、釉料、色料等。
2.塑料橡胶——降原料成本,提产品性能
硅灰石稳固的针状结构、低的热稳定性、导电性、低树脂要求和化学纯度,对纤维增强聚合物复合材料和工程塑料尼龙6和66/高温PA化合物、PP/CTPO/HDPE、聚氨酯、LCP/PBT/PET、电线电缆及合成橡胶来说,是一流高性能填料,从汽车到航空航天的塑料应用都是必需品。
3.油漆涂料——强度高,耐力好,工业、水底、建筑、顶棚及底盘漆等应用广
硅灰石不仅是唯一纯白色针状材料,而且化学成分独特,pH值9.9,呈碱性,关键时刻显现强度及耐力,广泛应用于工业和水底漆、粉末涂料、建筑涂料、砌块填料/绒面涂料和顶棚及底盘防锈漆油漆涂料工业。
4.造纸——提纸白度及不透明度,废水易处理
硅灰石可用于铜版纸、闻纸和胶版纸,不仅能极大改善再生新闻纸的白度、不透明度和适印性,而且对油墨粒子、细小纤维和有机物有良好的吸附性,添加景烽功能材料的新闻纸在造纸过程中排出的废水易于处理,废水经简单沉淀后所含BOD和COD,以及重金属元素含量极低,达到综合排放国家一级标准。硅灰石功能材料对造纸显现出保护森林和水体的双重环境效应,是造纸业性能优越的新型功能填料。
5.冶金——钢铁必需品及理想添加剂
硅灰石冶金保护渣添加剂因其化学成分纯、无毒、品质好且稳定、低的温度流变性及吸收夹杂物,作为理想的添加剂,广泛应用于钢铁工业上。
6.建筑——提安全性及耐用性,降原料成本
作为补强材料,硅灰石广泛应用于各种室内及室外建筑上,提高重要建筑结构的安全性和耐用性,并降低成本。
7.摩擦材料——摩擦材料天然增强剂
硅灰石是新型工程纤维摩擦材料,常用于摩擦制剂增强纤维及填料,它与其它纤维的协同效应,使其成为一个出色的处理助剂,无论是作为补强剂,还是部分或全部取代石棉、合成材料以及短切或碾磨玻璃纤维,都有广泛应用。
(八)了解矿种应用标准
了解矿种各个行业应用标准,供矿山开发利用使用。
如硅灰石建材行业标准:
硅灰石佛山陶瓷行业应用标准:
应用领域 | 指标 | |||||
烧失量/% | CaO/% | 烧白度/% | 收缩/% | 水分/% | 细度/目 | |
瓷片胚体 | 6~10 | 33~38 | 45~55 | 1~3 | ≤5 | ≤5mm,6目 |
仿古砖胚体 | 6~8 | 33~38 | 40~55 | 1~3 | ≤5 | ≤5mm,6目 |
高白砖胚体 | ≤6 | 32~42 | 80~85 | ≤1 | ≤5 | ≤5mm,6目 |
陶瓷釉料 | ≤3 | 38~42 | 70~85 | ≤1 | ≤5 | 150~200目 |
(九)了解矿种全球消费及生产状况
了解矿种全球消费及生产状况,供矿山开发利用使用。
目前世界硅灰石的年总产量为150万吨左右,生产能力预计在200~300万吨左右,其中国外约50万吨左右,国内100万吨左右;国外主要用途是陶瓷业、石棉业、塑料业和冶金业,国内主要是陶瓷业和冶金业。国外主要产品是磨细粉和针状粉,国内主要是颗粒,价格低廉,磨细粉和针状粉少,处于硅灰石产业链低端。
现今世界硅灰石的主要用途为陶瓷工业、塑料橡胶油漆涂料中做功能填料等,其中陶瓷约占40-45%,石棉20-25%,塑料19-25%,冶金12-15%,油漆涂料2-5%。目前我国硅灰石的主要消费领域是陶瓷,约占70%,冶金约占15%,其他(塑料、橡胶、造纸、涂料、电焊条等),约占15%。
(十)了解矿种全球市场和价格状况
了解矿种全球市场和价格,供矿山开发利用使用。
美国有两家硅灰石公司,NYCO矿物有限公司是最大的民营硅灰石生产商,目前在美国本土年产量为15万吨,1998年在墨西哥建成分公司,年产量为8万吨o NYCO在纽约的生产厂主要生产高长径比、高附加值的硅灰石产品,而在墨西哥的生产厂则生产陶瓷、涂料、水泥、冶金、板材等矿物原料。美国的另一家是R. t. Vanderbil吨公司,年产量为3.63万吨左右,用于油漆、陶瓷、塑料等领域。美国的产品在世界上一直处于控制地位,产品硅灰石粉不同行业价格在几百—几千美元之间。
印度的生产商为Wolken有限公司,1997年产量为8万吨,产品为磨细粉和高长径比硅灰石粉(针状粉)。国内市场主要用于陶瓷、摩擦材料、冶金工业等领域,同时向欧洲出口。
芬兰主要生产商为Partek工业矿物公司,它是欧洲唯一的商业性硅灰石生产商。其产品为粉磨硅灰石粉。后来受到中国、印度等国廉价产品的冲击,产量一度降至2.3万吨。为开拓市场,1993年建设一表面改性硅灰石生产厂,生产高附加值的表面改性硅灰石产品,生产能力为8000吨/年,主要用于塑料行业。
我国最大的硅灰石加工企业为中国非金属矿工业总公司梨树硅灰石矿业公司,2000年的总产量为3万吨,其主要产品有:100~400目普通粉、超细粉、针状粉、表面改性产品及人造硅灰石粉,有五台气流磨用于生产针状硅灰石粉。针状硅灰石粉生产能力为5000吨/年, 2000年产量为3000吨左右,企业具有自主出口权,2000年约有1.5万吨产品出口到日本、欧洲等国家,价格几百—几千人民币之间。
浙江长兴硅灰石矿也是我国硅灰石业的一家较大企业,其设计生产能力为年产3万吨,实际产量为2万吨以上,产品有:普通粉、超细粉及针状硅灰石粉。其中2000年超细粉(1250目)以上产量为5000吨,针状硅灰石粉产量为2000吨。产品主要用于国内市场、出口日本,其中针状硅灰石粉主要出口日本,价格几百—几千人民币之间。
连州市俊鸣硅灰石加工厂是广东省最大的硅灰石颗粒生产企业,其两条颗粒生产线年加工能力在60万吨,现年销售陶瓷胚体用硅灰石25万吨,产品为≤5mm颗粒,每吨到陶瓷厂价格为200-290元,价格十分低廉。
(十一)确定该矿山产品、市场定价和产销量
根据具体矿床地质特征,结合对矿种的全面了解,确定矿山的开发利用思路和具体矿山产品、市场定价及产销量。
根据平乐南源洞硅灰石矿床地质特征,结合硅灰石的全面掌握了解,确定平乐硅灰石开发思路为专业开采,分类堆放,专业选矿,专业加工,精准检测,专业销售。
专业加工——初步拟定平乐硅灰石做3类产品,销售行业暂定为陶瓷厂、粉体加工厂和出口外销原矿3大领域,销售区域暂定为广西藤县、贺州及广东区域陶瓷厂,广东区域粉体加工厂,台湾、日本和欧洲外销区域。
第一类为5-15厘米用于内销和出口的块矿,产品烧失量小于2,氧化钙42,烧白度40-60,纤维良好,年产量8-15万吨,原矿出厂价300-400元/吨。
第二类为200目和325目用于陶瓷釉料的硅灰石粉产品,产品烧失量小于3,氧化钙38,烧白度80,收缩小于1,年产量3-5万吨左右,出厂价500-600元/吨。
第三类为块矿选矿剩余产品,配合石灰石、硅质岩综合利用,做颗粒小于0.5mm用于陶瓷胚体的硅灰石颗粒产品,产品烧失量小于5,氧化钙38,烧白度50,收缩小于1,年产量10-15万吨左右,出厂价140-180元/吨。
后续规划——在3-5年3类产品加工基础上,后续可做:
第四类为200目、325目、600目、800目等针状粉产品,用于油漆涂料、塑料橡胶、硅钙板、刹车片等行业,年产量3-5万吨,出厂价800-1200元/吨。
第五类为600-2000目,与石英、方解石等复合,做塑料橡胶、油漆涂料等复合粉体,年产量3-5万吨左右,出厂价800-1200元/吨。
第六类为客户定制产品,年产量3-5万吨左右,出厂价视具体客户而定。
(十二)确定该矿山开采、选矿、检测及加工方案
先富后贫洞采——根据平乐硅灰石矿地质特征,初步拟定采用洞采方案。首先从矿体中部开始洞采硅灰石富矿,然后向西南方向上部延伸洞采硅灰石,最后向北东方向开采硅灰石贫矿。
分类开采——硅灰石开采过程中,硅灰石富矿、硅灰石、硅灰石贫矿、石灰石、硅质岩、石英二长岩要分类开采。
分类堆放——设立大中型堆场,将分类开采出来的矿石分类堆放。
专业选矿——建立选矿生产线,将矿石分选。
精准检测——建立实验室,聘请专业技术和检验人员,对原矿及加工产品进行精准检验。第一类设备为取样、磨样、化学成分、烧白度检验设备。 第二类为粒度分析粒度仪、矿物颗粒形状显微镜检验设备。
(十三)建设工厂、购买设备、建立队伍
做好预算,建设工厂,购买相关设备。平乐硅灰石矿初期3年矿山及工厂投资预算450万,具体为修路 10万、矿山房子及基本生活设备10万、矿山开采铲车30万、矿山开采将大型矿石破碎为大块矿30万、场地及厂房200万、破碎机40万、选矿生产线20万、球磨机 30万、磁选机20万、叉车10万、铲车30万、检测设备20万。
聘请地质学专业人员,专业指导监控矿山开采方案的执行;聘请地质学或材料学专业人员做技术员或厂长,专业加工并检测产品;聘请地质学或材料学专业人员销售产品。
(十四)专业开采、选矿、加工、销售
专业的人做专业的事,非金属矿从开采、选矿、加工和销售,一定要有地质学、材料学和市场营销学专业人才,懂矿、懂材料、懂营销才能做专业,才能合理开发利用非金属矿,发挥非金属矿的最大潜能,才能做出品牌,参与国内外市场竞争,赢得一席之地。