免费发布信息
查看: 2395|回复: 7

美丽地球这些珍贵的资源财富——中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所科普文章选登

[复制链接]

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

发表于 2019-4-22 14:26:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
城市地质在城市建设中的重要意义

王小莉 程新涛

“城市”是以人为主体,以空间利用为特点,以聚集经济效益和人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学文化的空间地域系统。
城市是人类文明进步和各国经济社会发展的重要平台,城市式的居住方式是一个国家或民族文化成熟的标准之一。
城市的主要矛盾是人与环境的对立统一。其中,人是主要矛盾的主要方面,人自身的属性是探求城市本质的最重要线索。城市的本质就是人类属性的全面延伸和物化。
在全球已经进入城市时代的大背景下,城市将是今后世界发展的重要问题。以“世界城市日”为载体,人们可以深入讨论关于城市和城市化的重大问题,增加城市的美好,减少城市的问题和不完美,不断探索城市发展的最佳规模和路径。

2014年~2018年,“世界城市日”分别以“引领城市变革”、“城市设计,共创宜居”、“共建城市,共享发展”、“城市治理,开放创新”、“生态城市,绿色发展”为各年度主题,反映了城市的功能和本质,体现了人们对新时期城市发展的思考和行动。
城市地质产生的背景和意义
今天,50%以上的人居住在城市。城市化和工业化在带给人类丰富现代文明成果的同时,也伴随着前所未有的挑战。人口膨胀、交通拥堵、环境污染、资源紧缺、城市贫困、文化冲突正在成为全球性问题。由于历史和现实的原因,这些现象在发展中国家尤为突出。
为此,我们共同倡议,创造面向未来的生态文明。城市应尊重自然、优化生态环境,加强综合治理,促进发展方式转变,推广可再生能源利用,建设低碳的生态城市。大力倡导资源节约、环境友好的生产和生活方式,共同创造人与环境和谐相处的生态文明。
城市地质的科学及时代内涵
城市地质的学科范畴包括:基础地质、工程地质、资源地质、水文地质、环境地质、地质灾害。城市地质调查的内容有:综合地质调查、工程地质调查、地质资源调查、土地与地下水环境调查、地质灾害调查、地下空间调查与评价、资源环境承载力调查与评价等。
加强生态文明和新型城镇化建设,统筹城市地上、地下建设,做好城市地质调查工作,是城市规划建设的重要基础,对城市的可持续发展具有非常重要的现实意义和战略意义。
国土资发[2017]104号文件《关于加强城市地质工作的指导意见》,从“总体要求、全面加强城市地质基础工作、主动服务城市开发建设、积极推动地质资源绿色开发利用、健全完善城市地质安全监测预警体系、加强城市地质调查工作的组织协调”六个方面,对城市地质工作提出了宝贵意见。
城市生活存在的突出问题
“人与自然关系日趋紧张”这一难题在“城市”这一人类文明发展的平台上体现得最为突出。
耕地占用、水资源不足、环境污染、交通拥堵等,已经成了城市发展过程中不可回避的问题。
土壤污染、重金属污染、光化学污染、垃圾污染(洋垃圾、生活垃圾)、水污染、地下水污染、污染源、地裂缝、地面塌陷、滑坡、泥石流……这些是自然力对人类盲目自我膨胀行为的报复。
城市里的美好生活应是什么样?
降雾霾增蓝天,还老百姓蓝天白云、繁星闪烁;保清水治污水,还老百姓清水绿岸、鱼翔浅底的景象;护净土治脏土,让老百姓吃得放心、住得安心;广增绿多留白,为老百姓留住鸟语花香田园风光……
“生态兴、则文明兴(城市兴);生态衰、则文明衰(城市衰)”。“保护生态环境就是保护生产力,改善生态环境就是发展生产力”。只有解放生态生产力、发展绿色生产力,人类的文明之花才能繁荣常驻!
城市里的美好生活应该是什么样的?“人与自然和谐共生”,生产生活生态“安全、充足、绿色、优美”,这才是人人向往的城市美好生活。
让城市与人类和谐发展,我们能做些什么?
为了让城市与人类和谐发展,我们应该遵循“尊重自然、顺应自然、保护生态、绿色发展、天人合一”的共生理念。人类应该坚持“人与自然和谐共生”、“绿水青山就是金山银山”的原则,节约矿产资源、保护生态环境,给自然生态留下休养生息的时间和空间。
城市让生活更加“富足、和谐、美丽”。我国正在进入“城市化3.0时代”:积极探索,将城市地质工作纳入政府管理主流程;获取地上、地表、地下等全方位的自然资源地质信息,建设城市地质大数据共享平台,服务城市智慧发展。城市地质工作是城市规划建设的重要基础,做好城市地质调查,对城市的可持续发展具有非常重要的现实意义和战略意义。□

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:27:28 | 显示全部楼层
高纯石英的非凡用途
谭琦 刘磊

石英是地球表面分布最广的矿物之一,主要成分是SiO2,无色透明,常含有少量杂质成分,而变为半透明或不透明的晶体,质地坚硬,约占地壳总体积的12%。石英的工业应用十分广泛,具有应用领域广、产品种类多、用量大、工业产值大、价格悬殊等特点。石英是玻璃、电子及电器、水处理、机械铸造、人造石英石、日用陶瓷、冶金、超硬材料、化工、水泥、功能填料、石油钻井等近百种传统工业产品的重要原料。
人类社会的发展史就是一部材料发展史。材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质,是人类赖以生存和发展的物质基础。人类社会经历了石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代,从1950年开始步入硅时代。无论哪个时代,都是以人类制造和使用的材料来命名的,而材料的来源归根结底都是来自于天然矿物资源。当今世界正由工业时代走向信息时代。在信息时代,领头的半导体材料是硅,可做半导体材料的品种主要是硅、锗、砷化镓和磷化镓等,而其中硅占整个半导体材料产量的90%左右,这就是人们把现时代称为硅时代的原因,其中高纯石英在硅时代独占鳌头。
高纯石英是世界稀缺和我国短缺的高技术战略矿物资源,是由天然石英矿物为原料经过一系列物理和化学提纯技术生产的一种重要且急需的高纯非金属矿物材料。因其具备良好的耐高温性、耐腐蚀性、光学特性、热稳定性和绝缘性,被广泛应用于高端电光源、大规模及超大规模集成电路、太阳能电池、光纤、激光、航空航天和军工等领域。由于这些高科技领域关系到国家的长远发展,高纯石英一直被各国政府列入高技术领域而受到严格保护,导致全球能够生产超高纯石英的企业寥寥无几。目前只有美国、日本、俄罗斯、德国在高纯石英加工生产技术上处于世界领先地位。长期以来,美国尤尼明公司以90%的市场占有率垄断国际高纯石英市场,其他几个国家仅可以做到满足自己国家对高纯石英的需求。目前,我国国产高纯石英产量是远不能满足高新技术应用领域对其的需求。为使我国在半导体、太阳能光伏和光纤、航空航天和军工等高新技术领域不受制于人,掌握高纯石英大量制备技术已迫在眉睫。高纯石英的非凡用途主要体现在以下领域:
一、新一代信息技术领域
高纯石英砂制备得到的高性能石英玻璃制品,是通信工业用光导纤维及附属光电元件生产的基本原料,用来生产单模和多模光纤预制棒、石英套管。石英玻璃材料做成的器件应用尤为广泛,如:石英扩散管、大型扩散钟罩、石英清洗槽、石英炉门等多种产品。

光通讯用光纤光缆

集成电路产业链的芯片制造环节,需要使用多种辅助性石英器件。首先在硅片制造过程中,石英玻璃被大量使用制备圆晶IC载体(拉制单晶)的石英坩埚,其次在圆晶制造加工过程中,石英玻璃扩散管以极扩管配套的石英法兰、石英玻璃炉管、石英舟等都是以高纯石英为主要原料。
用于半导体芯片光刻环节中的光掩膜版的主要基板材料也是石英玻璃。由于光掩膜版是液晶显示器、半导体等制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具,决定了电子元器件产品精度和质量,对其使用的石英玻璃材料要求极高,一般的光掩膜版的石英玻璃基片需要高纯石英作为基础材料。
高纯石英是制备信息显示玻璃的重要原料,主要用于智能手机、智能穿戴设备、OLED电视中的TFT-LCD基板玻璃、超薄触摸屏玻璃、高强盖板玻璃等。
二、高端装备制造领域
高精度显微光学仪器,高清晰度、高透光率的光学透镜,准分子激光光学装置,投影仪等其他高级光学仪器的生产制备中都是以高纯石英为基础性原料。
高纯石英是生产耐高温石英灯管的基本原材料,常用来生产高性能、耐高温灯具,如紫外灯、高温汞灯、氙灯、卤素灯、高强度气体放电灯。
三、新材料领域
石英纤维是用高纯石英或天然水晶为原料制得的一种无机纤维。它具有固体石英的一些优良性能和特点,是一种优良的耐高温材料,也可以被用作先进材料的一种增强相。同时石英纤维具有高电绝缘性能、耐烧蚀、抗热震、优良的介电性能和良好的化学稳定性等,在军事、国防、航空、航天等工业中具有重要用途,可以被使用制造火箭的喷火口、航天热防护装置等。
硅微粉是由天然石英或者熔融石英经多道工艺加工而成的微粉。普通硅微粉可以用于环氧树脂浇注料、灌封料、电焊条保护层、金属铸造、陶瓷、橡胶及涂料等行业。电工级硅微粉普通电器件的绝缘浇注、高压电器件的绝缘浇注、APG工艺注射料,环氧灌封料等。电子级硅微粉主要用于集成电路、电子原件的塑封料和包装料。生产硅微粉用的石英原料在一定程度上决定了最终硅微粉产品的质量。
四、新能源领域
晶体硅材料(包括单晶硅和多晶硅)是用于生产太阳能电池的光伏产业中最常见的材料。单晶硅是使用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成,多晶硅的生产则是以高纯石英砂作为主要原料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天,利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。在太阳能电池中,除了需要用到晶硅电池片,还需要超白压延玻璃、超白浮法玻璃、超白盖板玻璃等,这些都是以高纯石英为原料制备的。
双玻晶硅电池

五、其他应用领域
石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成分的特种玻璃,线膨胀系数极小,是普通玻璃的1/10~1/20,有很好的抗热震性。它的耐热性很高,经常使用温度为1100摄氏度~1200摄氏度,短期使用温度可达1400摄氏度。石英玻璃主要用于实验室设备和特殊高纯产品的提炼设备。由于它具有高光谱透射,不会因辐射线损伤,因此也是用于宇宙飞船、风洞窗和分光光度计光学系统的理想玻璃,在我国神舟及天宫航天器、先进战机雷达罩、高铁安全玻璃等领域中均发挥了重要作用。
基于以上高纯石英在半导体、光伏以及光通讯等产业中的非凡用途,对石英原材料的需求量将会持续性增大。这些行业都关系到国家的长久发展,在未来一段时间中出现新材料代替硅材料的可能性并不大,但随着科技的继续进步,对硅材料的质量要求会更加严苛。石英作为硅材料的基础性原料,对其质量要求也将变得更加严格,高纯石英、超高纯石英将会是半导体、光伏以及光通讯等产业的重要基础性原料,仍将是今后科学研究的重点方向。□

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:27:59 | 显示全部楼层
平凡却不可或缺的非金属矿—石灰岩
朱黎宽 赵海波

石灰岩,俗称“青石”,是地球表面分布最广的一种沉积岩,约占我国国土面积1/20,主要分布于我国的安徽、河南、陕西、湖南、广西、四川、广东等地。石灰岩是国民经济建设中应用最广泛的矿产之一,我们建设高楼、道路等基础设施所使用的水泥,旅游中常见的石林、溶洞等喀斯特景观等,都与之相关。
石灰岩一般为浅灰色、灰色或灰黑色,隐晶质结构,层状构造,主要成分为方解石,其次为白云石等其他碳酸岩盐矿物。化学成分主要为CaCO3,含少量的SiO2、Al2O3、MgO和Fe2O3等。石灰岩体积密度2.7克/立方厘米,摩氏硬度3.5~5。根据其成因和结构特征,分为内碎屑灰岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、团块灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩和生物骨架灰岩等。
石灰岩大多为浅海成因,多形成于潮上带或浅部潮下带,少数石灰岩形成于深海、浊流或湖泊环境中。不同的沉积环境形成不同类型的灰岩,如竹叶状灰岩形成于受强烈波浪和水流作用的浅水环境中,沉积时灰泥成分被水流冲洗走,而内碎屑被亮晶方解石胶结。亮晶生物碎屑灰岩一般形成于潮间和潮下带。泥晶灰岩经常形成于低能的浅水瀉湖、陆棚及深水的滨外盆地环境中。鲕粒灰岩形成于温暖浅水、中等扰动的浅滩、潮汐沙坝、潮汐三角洲或瀉湖环境中。
层状微晶石灰(江西 武宁)
鲕粒灰岩镜下特征(湖北 阳新)

石灰岩的分布受古地理环境制约,高质量的石灰岩通常赋存于特定的地层,如东北、华北地区的石灰岩产于中奥陶系马家沟组,中南、华东、西南地区的产于石炭、二叠、三叠纪地层,西北、西藏地区石灰岩多产于志留、泥盆纪地层,华东、西北及长江中下游的石灰岩多产于奥陶纪地层。
石灰岩具有导热性、坚固性、吸水性、不透气性、隔音性、磨光性、胶结性以及可加工性等优良性能,既可直接利用原矿,也可深加工应用。主要用于水泥生产和建筑骨料,同时还可用作制作纯碱、漂白剂、澄清剂、吸附剂、化肥、建筑涂料、塑料填料、橡胶填料以及工业熔剂。随着石灰岩相关的高值化利用技术发展,石灰岩的应用领域将进一步拓展,更好服务于国民经济和社会的发展。□

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:28:29 | 显示全部楼层
磷石膏的危害与综合防治
张永兴 张利珍

磷矿是磷酸盐类岩石矿物的总称,在自然界中存在较多的组成形式,其中最为常见的是磷灰石和胶磷矿。磷灰石([Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)])的主要成分是磷酸钙,其表观颜色视矿石中杂质多少呈浅绿、黄绿、褐红或浅紫色。胶磷矿([Ca3P2O8·H2O])主要成分是五氧化二磷,杂质以氧化钙(镁)、铁铝硅质混合矿物为主,其表观颜色为灰白、黄色至褐色。由于其物质组成较磷灰石复杂,选矿分离工艺存在较大差异,胶磷矿还需要一系列的选矿富集流程,以提高精矿品位。
磷作为一类重要的化工原料,主要应用于生产磷肥、黄磷、磷酸盐、磷复合肥及各类含磷添加剂、染色剂和有机磷化合物等,应用范围涉及化工、农业、轻工业、冶金和国防军工等领域。我国磷矿资源储量居全球第四位,主要分布于云南、贵州、湖北、四川和陕西等地区,磷矿资源的总体特点是资源储量大,分布较为集中,中低品位磷矿多,采选分离难度大。我国磷矿石矿床类型以沉积岩为主,原矿中白云石(CaCO3·MgCO3)、方解石(CaCO3)等脉石矿物较多存在,导致矿石中磷品位较低,提高了开发利用成本。
国内生产企业多采用湿法工艺生产磷酸,即浓硫酸与磷矿石发生化学反应,正因为磷矿中钙镁矿物的存在,该反应过程会产生大量的副产物水和硫酸钙,即磷石膏(CaSO4·2H2O)。以现有生产工艺计算,每生产1吨磷酸的同时,约产生5吨磷石膏尾矿,全国每年新增磷石膏固废总量数千万吨以上。磷石膏呈深灰色或黑灰色,膏状,含水率20%~30%,粘度较大,流动性差,呈酸性,新排放的磷石膏有异味。磷石膏是一类混合物,其主要有害组分包括(1)含磷化合物,即可溶解性磷,以H3PO4、H2PO4-、HPO42-、PO43-等形式存在;难溶解性磷,以Ca3(PO4)2为主。(2)可溶性氟,以游离态F-存在。(3)其他重金属离子和微量放射性元素。(4)未完全反应的硫酸。
由于我国磷化工产业基地主要分布于长江水系沿线,受技术水平和尾矿资源化利用成本的限制,较多存量的磷石膏主要以固体废弃物形式堆存于尾矿库中。尾矿库中的磷石膏在长期堆存过程中,日晒、风吹、雨淋、雷暴等自然气象活动都会加速可溶性磷、氟和重金属污染物的释放,磷石膏中的可溶磷等酸性废物伴随降雨再次被浸泡、淋滤出来,对尾矿库区域的水质、土壤、植被等造成严重破坏。尤其是在矿区随着地表径流汇入到下游江河、地下水系和土壤层中,污染物质的迁移和累积都会直接影响居民饮用水、农业灌溉、渔业发展和粮食安全,继而影响人类健康。可溶性磷随水流迁移过程中,还会发生一系列电离反应,释放游离酸,造成水土环境酸性增强,影响动植物正常生长。而随水体迁移的磷,在特定水域内不断富集,还会加速某一区域内水体富营养化,促进劣质水体形成。水生藻类植物在富营养化的水环境中迅速生长扩张,进而造成水生生物缺氧死亡,破坏江河湖泊的生态环境平衡。
磷石膏中的游离态氟、重金属离子和放射性元素随着尾矿库堆存过程形成空间分布。相关研究表明,水平距离上距离磷石膏越近,尾矿库周边土壤中的重金属离子含量越高。过量的氟溶入水体和土壤,被人体吸收后会导致氟斑牙和氟骨症的发生。而云贵地区是全国磷化工企业最为集中的区域,当地特殊的喀斯特岩溶地貌也为磷石膏尾矿库中各类污染物迁移提供了“地漏式”的天然通道,该区域内矿区周边地下水总磷、氟、重金属离子等均存在不同程度的超标,污染物与尾矿库地理位置呈线状分布,基本与地下水径流方向一致,加强磷石膏尾矿库防渗漏治理,强化磷石膏无害化应用显得尤为重要。
此外,磷石膏在尾矿库堆存过程中,遇到干旱少雨多风的季节,表层磷石膏颗粒以悬浮状态分布于大气中,各类有害物质还会随扬尘转移到尾矿库周边的环境中,最终沉降散落,造成了污染物的进一步迁移,在一定程度上危害人类健康。
鉴于磷石膏存在的危害,应该加强源磷矿开发的源头治理工作,对不同品位的磷矿采用分级利用。拓宽磷石膏固体废弃物的应用途径革新,研究低成本、大宗化利用新途径。加强现有尾矿库周边环境监测,系统研究磷石膏中有害物质的迁移转化富集规律,减少污染事件的发生。鼓励磷化工企业不断提高磷石膏的资源化利用效率,变废为宝,地方政府也要因地制宜科学规划,实现经济建设和生态文明双丰收。

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:29:40 | 显示全部楼层
赣州稀土开发简记
王 威 赵恒勤
稀土是我国重要的战略性资源,在新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等领域的应用日益广泛,素有“工业味精”、“新材料之母”的美誉。稀土元素在地壳中主要以矿物形式存在,目前能够用于生产稀土的工业矿物主要包括独居石、氟碳铈矿、磷钇矿和风化壳淋积型稀土矿(即离子吸附型稀土矿)等。其中,离子吸附型稀土矿主要分布于我国南方。江西赣州是我国离子吸附型稀土最重要的资源地和供应地,稀土资源储量占全国同类资源的2/3,也是南方稀土开采技术的发祥地,素有“稀土王国”之美誉。

赣州稀土在历经40多年的开发利用过程中,为国内经济社会发展和全球稀土供应做出了重要贡献。本文重点对赣州离子吸附型稀土矿开发历史、开发利用技术及方向进行简述。
一、赣州稀土资源概况
赣州稀土资源广泛分布在寻乌、龙南、信丰、安远、定南、全南、宁都、赣县等地。其矿石中的稀土元素80%~90%呈离子状态吸附在高岭土、埃洛石和水云母等粘土矿物上。赣州稀土资源按矿物的稀土成分主要分为三种类型:1)以寻乌为代表的富镧少钇型离子矿(镧占稀土总量的25%~30%,钇占稀土总量的12%~14%);2)以龙南为代表的富钇型离子矿(钇占稀土总量的50%以上);3)以信丰为代表的中钇富铕型离子矿(钐、铕、钆占稀土总量的10%左右,钇占稀土总量的30%~40%)。
据统计,江西中重型离子吸附型稀土保有储量达230万吨,远景储量达940万吨,分别占全国离子吸附型稀土资源储量的40%和35%,居全国第一,是名副其实的稀土大省;而赣州离子吸附型稀土矿资源约占其中的90%。据统计,赣州稀土储量为16.12万吨,开发利用量为13.37万吨,开发利用率为82.94%。
二、赣州稀土资源禀赋特征
2.1赣州稀土矿床类型与特征及分布规律
赣州是我国离子吸附型稀土矿床的发源地。自1969年龙南足洞矿床首先被发现以来,赣州相继发现和查明了一批风化壳离子吸附型稀土矿床,这类矿床的成矿母岩以花岗岩为主。赣州离子吸附型稀土矿床不仅数量多,而且具有规模大,中、重、轻稀土配分齐全等优势。离子吸附型稀土资源在赣州地区分布很广,18个县(市)均有分布。其稀土矿床的分布受构造-岩浆活动的控制,呈现出沿北东向和东西向带状分布的规律,大致可划分为崇义-上犹矿集区、赣县矿集区、赣县信丰矿集区、三南矿集区、安远-寻乌矿集区、会昌-于都矿集区等6个矿集区。
赣州离子吸附型稀土矿赋存于主要由石英、高岭石、埃洛石、伊利石、长石等组成的风化壳中,母岩的类型和矿物组合对成矿影响较大。赣州稀土矿成矿母岩大多数为中酸性花岗岩,稀土矿物对成矿的影响较大,95%以上的造岩矿物对全岩稀土的贡献率只有5%~50%。在岩浆演化过程中,稀土(含稀土) 矿物组合出现顺序为: 榍石、磷灰石、褐帘石→独居石、磷钇矿、锆石→褐钇铌矿、铌钇矿、石榴石。它们的易风化程度为: 稀土氟碳酸盐>稀土(含稀土)硅酸盐>稀土铌钽酸岩>稀土砷酸盐>稀土磷酸岩。由于抗风化能力的差异,相对难风化的锆石、独居石、磷钇矿等矿物可能形成风化壳砂矿床;抗风化能力中等的褐钇铌矿等可出现残坡积砂矿和离子吸附型稀土矿床并存的现象;而易风化的氟碳铈矿、硅铍钇矿等矿物在风化过程中被完全分解,释放出的稀土离子,经过迁移富集,易形成离子吸附型稀土矿。
2.2稀土矿床的成矿母岩特征
岩石化学方面,离子吸附型稀土矿床成矿母岩以高硅(70%~75%),富碱K2O+Na2O(>8%),富K2O,贫Al2O3、TiO2、CaO为特征。在矿物组成方面,成矿花岗岩中斜长石、角闪石、黑云母和白云母等稀土载体造岩矿物含量较低,石英、钾长石含量相对较高,稀土元素主要赋含在稀土独立矿物和含稀土副矿物中。赣州离子吸附型稀土矿床花岗质成矿母岩的丰度相对较高,一般为(200~500)×10-6,部分岩体能达到(500~800)×10-6,普遍高于南岭平均花岗岩丰度的情况(平均含量为229×10-6)。
2.3赣州稀土矿床配分类型
离子吸附型稀土矿床的稀土配分模式主要取决于原岩的稀土配分模式,风化作用过程中的稀土分馏作用对其也有一定影响。离子吸附型稀土矿的稀土配分多种多样,不仅形成于不同时代、不同岩性的风化壳中的稀土矿稀土配分不同,即使是同一时代不同期次或同一期次不同岩性的稀土元素配分也有差异。离子吸附型稀土矿床在继承母岩稀土配分模式的基础上,在风化过程中往往发生不同程度的铈亏效应、富铕效应、分馏效应和钆断效应,稀土配分更加复杂多样。例如,龙南足洞稀土矿属于富钇型重稀土矿,Y2O3配分含量>55%;寻乌河岭稀土矿属于低钇富铈轻稀土矿,Y2O3配分含量<10%,铈的配分含量>45%,是南方离子吸附型稀土矿中较为独特的一类;安远涂屋稀土矿属于富镧富铕型轻稀土矿,镧的配分含量>60%;信丰烂泥坑稀土矿为中钇富铕稀土矿,是离子吸附型稀土矿中最常见的一种类型。
2.4不同风化程度离子型稀土矿赋存特征及浸出规律研究
黄万抚等研究了不同风化程度离子吸附型稀土矿赋存特征及浸出规律,并指出,离子吸附型稀土矿风化程度越低,铝硅酸盐矿物含量越少,稀土含量也随之减少。原矿中Ca、Mg 杂质含量主要影响浸出后稀土总量是否达标,而杂质Al含量过高,不仅影响浸出效果,还会在沉淀过程中消耗大量NH4HCO3,降低稀土沉淀率。全风化层含Al、Fe等杂质相对高,对后续离子相的浸取不利。在原地浸出工艺中,浸取剂可穿透腐殖层至全风化层上部,直接对全风化层、半风化层进行浸取,有助于减少杂质含量。从全风化到微风化,离子相比例减小,胶态相与矿物相比例增加。此外,离子相稀土含量随粒级减小而增加,胶态相稀土含量在各个粒级分布均匀,矿物相稀土含量随粒级减小而减小。对比全风化和半风化两层稀土的浸出情况可知,通过降低浸取剂pH值,增加浓度,降低流速,增加液固比,可提高半风化层稀土的浸出效果。
2.5典型样品化学组分和矿物组分
中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所对赣州主要稀土矿山进行调研,根据2015年赣州市矿权设置数据,对赣州稀土矿山资源现状进行整理,赣州有证稀土矿山共55个,登记资源储量为944974.6吨(稀土氧化物),保有资源量为161248吨(稀土氧化物),稀土资源开发率为82.94%,矿区占地面积为155.49平方千米。目前,赣州地区稀土矿山全部停采。赣州地区稀土矿主要化学组分为铝、硅、钾、铁,绝大多数稀土矿氧化铝和二氧化硅合量超过80%,其尾矿可用作建筑骨料等。赣州地区稀土矿主要矿物组成为石英、云母、长石和高岭石。
结语
赣州离子吸附型稀土矿是我国重要的稀土资源。赣州稀土在历经40多年的开发利用过程中,为国内经济社会发展做出了重要贡献。但是,由于科技水平和管理等多方面的原因,其存在资源消耗过大、私采滥挖、利用率低、浪费破坏严重等问题。赣州稀土产品大多停留在产业链前端的初级加工阶段,不仅影响了经济发展的速度和质量,同时也制约了经济发展方式的转变,严重制约了赣州稀土产业的可持续发展。开发离子吸附型稀土矿绿色提取技术,是实现稀土资源高效可持续发展及清洁生产的必然要求。另外,营造我国稀土产业的良好氛围,推动赣州社会经济和生态环境的可持续发展,需要国家和地方政府加强对稀土产业链各个环节上的管理,落实稀土行业管理,推进稀土有序开发利用;调整优化产业结构方式,延伸和完善稀土产业链;加快科技创新,提高稀土产业科技创新。□
回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:30:33 | 显示全部楼层
三、赣州稀土资源开发利用概况
赣州离子吸附型稀土矿的开发可以追溯到上世纪60年代的南方重稀土军工会战。1969年底,原江西省地质局908队根据群众报矿线索,发现龙南足洞高钇型离子型重稀土矿(代号“701”矿区)。1971年4月,这种我国特有的、世界上完全新型的稀土矿种被称之为“不成矿”的稀土矿,并正式被命名为“离子吸附型稀土矿”。从此,世界上有了一种完全新型相态——“离子相”的稀土矿物。它与此前传统的“矿物相”稀土矿物在矿物形态上有着本质的区别。
自离子吸附型稀土矿被发现后,人们一直致力于开发利用该种矿物的研究。在离子吸附型稀土矿发现之初,由于其地质品位低,稀土呈离子相存在,采用重选、磁选、浮选等常规物理选矿方法无法将其富集回收。经过反复试验研究,赣州有色冶金研究所(原江西有色冶金研究所)等单位发现,其中的“离子相”稀土易被盐类电解质溶液淋洗解吸提取出来,于是发明了专门针对“离子相”稀土的洗提工艺。
3.1离子吸附型稀土开采工艺
赣州离子吸附型稀土开采工艺大体分为池浸、堆浸和原地浸出三个阶段。
1)池浸开采工艺
池浸开采工艺是离子吸附型稀土矿的第一代开采工艺,具体做法是:在山体的适当位置布置若干个或若干组( 几个池连通)浸矿池,铺以竹片编织的竹板,再垫麻袋或茅草,浸出母液能渗流到池底,从而避免矿土漏落。该工艺始于1970年代。1985年6月,离子型稀土第一代提取工艺——“池浸”工艺,获国家发明奖。但由于生产能力小、劳动强度大,且破坏植被,造成严重水土流失,1990年代中后期该工艺基本不再使用,国家也早已明令强制淘汰。
2)堆浸开采工艺
堆浸开采工艺是由池浸工艺演化而来的一种开采工艺。堆浸需要选择一个合适的山坳作为堆浸场,在底部铺设好导流层,用挖掘装运机械将矿土堆置其上,堆高主要由矿土渗透性确定,可一次性筑堆,也可堆一层浸一层,各层之间用塑料膜隔离。此法不用排土,使用大型机械作业,相比与池浸工艺,规模大,效率高,但其实质仍是“搬山”运动,需开挖运输矿土至堆浸场进行堆置浸矿。
3)原地浸矿开采工艺
池浸和堆浸开采工艺,都需开挖山体。为保护环境,1985年赣州有色冶金研究所进行了世界首次离子型稀土矿的原地浸矿探索试验。随后,赣研所、长沙矿冶院、长沙矿山院等单位经过连续科技攻关及后续推广工作,解决了绝大多数的工艺问题。原地浸矿开采工艺基本流程是:根据勘查资料进行开采设计,然后根据设计在地表掘进注液( 孔) 井,在合适地点掘进收液巷道或集液沟或钻集液孔,之后通过注液(孔)井自流注液,自然渗浸渗流至集液系统,经中转池泵送至水冶车间处理。闭矿时,回填注液井和集液沟,封闭集液巷道。整个开采过程,不开挖山体,少量动土,不会破坏山形地貌、森林植被,不会造成水土流失。
相比于池浸和堆浸工艺,原地浸出没有采富弃贫和压覆资源现象,资源利用率高;由于没有爆破作业,采挖工作面陡坎不太高,场面开阔受限少,安全性高;由于极少动土,几乎没有植被破坏、水土流失问题,属环保型工艺。目前,原地浸出是离子吸附型稀土矿主要开采方式。1996年,离子型稀土第二代提取工艺——“原地浸出”工艺,获国家“八五”科技攻关重大科技成果奖,为国家“八五”科技攻关十大国际领先水平成果。1997年,“原地浸出”工艺获国家发明奖。但原地浸出工艺存在渗漏的浸出母液对地下水污染的问题。
3.2离子吸附型稀土提取工艺
赣州离子吸附型稀土的提取工艺大体分为食盐浸取-草酸沉淀工艺、硫酸铵浸取-草酸沉淀工艺和硫酸铵浸取-碳酸氢铵除杂沉淀工艺三个阶段。最初,赣州有色冶金研究所、江西省地质局908大队、江西大学(现南昌大学) 发明了食盐浸矿-草酸沉淀工艺提取离子相稀土,但成本高,且造成土壤盐碱化。为解决食盐浸矿存在的问题,江西大学、赣州有色冶金研究所于1984年研发出硫酸铵浸矿技术,硫酸铵浓度为1%~4%,减少了浸矿剂消耗和对土壤生态环境的破坏,但仍未解决草酸成本高和环境污染的问题。1985 年,江西大学、赣州有色冶金研究所研发的碳酸氢铵除杂沉淀工艺,解决了草酸沉淀存在的成本高、环境污染问题。矿山生产的碳酸稀土无需灼烧成氧化稀土,可直接进分离厂进行分离加工。硫酸铵浸取-碳酸氢铵除杂沉淀工艺,是现行离子型稀土矿的主体提取工艺。
3.3离子吸附型稀土矿开采提取技术发展方向
1)加强对离子吸附型稀土矿山的基础地质勘查,完善原地浸出开采工艺
原地浸矿开采工艺高效环保,是目前应用效果最好的浸出工艺,也是离子吸附型稀土矿的主要开采工艺。但原地浸矿工艺在生产实践过程中也存在滑坡风险、浸出液渗漏导致收率不稳定、污染地下水及适应性有限等问题。笔者认为,解决以上问题除加强防滑坡的监测、治理技术和管理手段的研究,完善浸出母液回收技术之外,还需加强对矿山基础地质的勘查评价,查清矿山整体地质环境,特别是矿体底板状态,包括完整程度、透( 渗)水性能、产状、起伏情况、结构状况、矿体渗透(滤)性能、矿岩构造、地下水及其活动状况等,通过对矿体的基础地质研究,可对矿体是否适合原地浸出给出指导,避免盲目采用原地浸出造成山体滑坡、地下水污染等环境问题。
2) 研发新型浸矿剂,解决氨氮废水污染问题
减少或消除氨氮排放,研发无氨氮或少氨氮的新型浸矿剂是离子吸附型稀土开发利用的一个重要研究方向。新浸矿剂的应用,应满足稀土离子交换效果好,对动植物、土壤、水体无损害或影响小等要求。中国工程院院士黄小卫提出镁盐浸矿,并对镁盐浸矿进行了环境影响分析,该方法已成为离子吸附型稀土无氨浸出研究的重要方向。
3)研发绿色分离工艺,提高稀土资源利用效率
稀土浸出液经沉淀后获得的沉淀物需通过高温煅烧形成稀土氧化物,并根据后续稀土分离或应用需求,采用盐酸将稀土氧化物或碳酸盐溶解成氯化稀土溶液使用,该工艺既消耗了沉淀剂又消耗了酸、碱和能源。因此,不经沉淀和焙烧,直接将浸出液浓缩萃取分离得到稀土产品,将是从浸出液中富集回收稀土的技术发展方向。研究基于离子吸附型稀土浸出液的新型萃取体系,实现浸萃一体化是离子吸附型稀土矿分离工艺的重要研究方向。
四、结语
赣州离子吸附型稀土矿是我国重要的稀土资源。赣州稀土在历经40多年的开发利用过程中,为国内经济社会发展做出了重要贡献。但是,由于科技水平和管理等多方面的原因,其存在资源消耗过大、私采滥挖、利用率低、浪费破坏严重等问题。赣州稀土产品大多停留在产业链前端的初级加工阶段,不仅影响了经济发展的速度和质量,同时也制约了经济发展方式的转变,严重制约了赣州稀土产业的可持续发展。开发离子吸附型稀土矿绿色提取技术,是实现稀土资源高效可持续发展及清洁生产的必然要求。另外,营造我国稀土产业的良好氛围,推动赣州社会经济和生态环境的可持续发展,需要国家和地方政府加强对稀土产业链各个环节上的管理,落实稀土行业管理,推进稀土有序开发利用;调整优化产业结构方式,延伸和完善稀土产业链;加快科技创新,提高稀土产业科技创新。□

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:31:02 | 显示全部楼层
我们一天“约会”多少种矿产?
武秋杰 吕振福
我们每天在生活和工作中都要接触到各种各样的矿产,但究竟有多少种矿产呢?它们以怎样一个形式出现在我们的生活和工作中呢?下面就让我们通过一个普通人的作息活动表,来计算一下我们从早晨到晚上,要与多少种矿产进行“约会”——
早晨,我们睁开眼睛之后做的第一件事就是拿起枕边的手机。那么,我们手机里包含多少种元素呢?英国普利茅斯大学地理与地球环境科学学院的几位地质学家在网上发布了这样一段视频:他们在实验室里将一部iPhone 4S手机放入搅拌机搅得粉碎,随后进行元素分析,一部智能手机中包含铁、硅、铬、铜、碳、镍、铝、钙、锡、钕、银、钴、钼、金、镨、钽、铌、锑、钆、镝、锗、铟、锂等23种矿产。
起床后,我们会打开房间里的电灯。此时,我们要接触到煤炭、钨和稀土等矿产。白炽灯里灯丝是由钨做的,世界上流行的新型电光源几乎都与稀土有关,其中用量最大的是稀土三基色荧光灯,且我国60%的电都是由煤炭发的。
随后,我们眯着朦朦胧胧的双眼来到洗手间洗漱,脚下踩的地板砖和所使用的盥洗池都是由黏土矿物和高岭土等烧制而成;刷牙的牙膏中也包含硅酸盐矿物。
洗漱完,女性朋友要进行出门前的打扮,所使用的化妆品中一般含有滑石、云母、碧玺、蒙脱石、膨润土等矿产;首饰则涉及到金、银、铂族矿产、金刚石、玛瑙、玉石等。
早餐时,我们吃的米饭、面粉等农作物施用的化学肥料主要来自于磷矿、钾盐和硫矿等;我们做饭也要使用到天然气;做饭时所需要的不锈钢锅、菜刀则由铁、镍、铬、钼等矿产合成;吃饭用的碗是由高岭土烧制的。
吃过早餐,我们开着汽车走在上班的公路上。汽车常用的材料有碳钢、合金钢、有色金属及合金、橡胶、尾气催化剂等。所以,汽车涉及到的矿产有铁 、碳、铬、镍、硅、钒、铝、硼、钨 、钼、钛、稀土、铝、铜、镁、锌、锰、锡、、铍、锆、氟、石棉、石墨、铂、钯、石油等;公路是由水泥灰岩、砂石铺制而成。
来到办公室,我们开始一天的工作,所使用的铅笔的笔芯由石墨和黏土按照不同的比例加以混和、压制而成;在纸浆中高岭土有较强的稳定性,并且完好地保留在纸张纤维中,粒度细,流动性强,机械化生产中可确保纸张涂层厚度均匀,高岭土可填补纸张纤维间的空隙,提高纸张密度,降低纸张透明度,改善纸张平整度,增强纸张吸收油墨的能力,高岭土大量应用于制纸行业,生产白纸也要用硫、重晶石来提高白度和表面覆盖率;现在办公离不开的电脑则涉及到金、银、铂、钯、锌、锡、硅等矿产;办公楼里的消防灭火装置则涉及到铋、铅、锡、锑、铟等矿产。
中午饭点到了,我们去餐厅吃了一份麻婆豆腐,而石膏是把液态豆浆变成固态的豆腐的凝固剂。
下班由于路面交通拥堵,我们选择乘坐地铁回家。铁轨是铁、锰、钒、铌等金属合成的,地铁站的导航LED显示屏含有铝、钙、磷、砷、铟、镓等矿产。
到家后,我们开窗透气。窗户是由铝合金和玻璃构成,铝合金由铜、硅、镁、锌、锰做成;玻璃由石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等做成。
晚餐后,我们打开电视。电视显像管的荧光屏玻璃是用锶来制作的,且电视背景墙装修材料中含有硅藻土,能够净化空气。
当我们身体不舒服时,也需要和矿物打交道。例如,芒硝、石膏、方解石等都是矿物药,我们用来测体温的温度计中也含有金属汞。
睡前,我们洗个热水澡,太阳能热水器的专用氟膜来自于萤石。
这样计算下来,我们日常“约会”的矿产资源能够达到四五十种之多,它是社会发展的重要物质基础,影响着我们生活和工作的方方面面。□

回复

使用道具 举报

2563

主题

2746

帖子

9576

积分

论坛元老

Rank: 8Rank: 8

积分
9576

论坛元老

 楼主| 发表于 2019-4-22 14:31:29 | 显示全部楼层
地质人:探知地球 初心不改
王小莉
“地质”一词最早见于三国时魏国王弼的《周易注·坤》,当时属于哲学概念;1853年出版的《地理全书》中的“地质”一词,是目前所能见到的最早具有科学意义的概念。
地质人职业前行的方向始终紧扣着时代发展需求的脉搏。伴随着新中国的诞生,地质工作这棵生命之树也逐渐生根发芽。
新中国成立后,我国地质工作发展经历了六个阶段:新中国成立初期快速建设发展阶段(1945~1965年)、“文革”无序萎缩阶段(1966~1976年)、“文革”后发展阶段(1977~1990年)、地质工作的滞缩阶段(1991~2005年)、地质工作快速发展阶段(2006~2012年)及地质工作转型发展阶段(2013年至今)。
日复一日、年复一年,所有的地质人不畏艰险,不辞辛劳,脚踏实地,默默为我国地质事业发展、伟大中国梦的实现,贡献着自己的智慧与力量。作为地质人,我们需要奔走在山水之间,日晒雨淋,风餐露宿。上天、入地、潜海,但凡蕴藏着富饶矿藏的地方,都能追溯到地质人的足迹。
党的十九大赋予地质工作新的历史使命:实现“两个一百年”目标,要求提供更加安全、可靠、稳定、经济的能源安全保障;建设生态文明,推动历史发展,要求进一步深化对地球的认知,遵循、顺应自然规律,提出地质解决方案;保障和改善民生,要求发挥地质信息、技术和资源的优势,改善人居环境;区域协调发展七大战略的实施,要求有效发挥地质工作的基础性、先行性作用,解决重大的资源环境问题;打好全面决胜小康社会三大攻坚战,推动经济高质量发展,要求提供更加精准的、更高质量的、更广领域的、更高技术含量的地质支撑服务;创新驱动发展,要求大力推进地质科技核心理论的创新,加快向深地、深海、深空进军,抢占战略的制高点;全面推动形成新格局,提高地质调查国际合作水平。
职业的信念感、时代的使命感、自然的强大魅力,时时激励着一代又一代的地质人,不忘初心,忘我投入到平凡而又伟大的地质工作中。我们悦纳大自然对我们身体的考验、心灵的洗礼,悦纳时代需求变换的考验。
地质人的人生试炼之路,使其更加意识到人类是地球的一部分。而地质人探索地球的初心便是,更好地认知地球,更好地与大自然和谐共处。

回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表