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探究我国叶蜡石资源的开发利用现状及发展
摘要：叶蜡石具有性能稳定、热稳定性好、绝缘性、耐火性、耐酸性、熔点高、遮盖性好等特点，其作为一种非金属矿产资源可应用在玻纤生产中、造纸工业、陶瓷工业、耐火材料、化工、轻纺工业等领域。文章对从叶蜡石资源的分布特征、资源储量、矿石应用特性、应用领域对其进行全面介绍，并对其开发利用现状及前景进行分析。
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叶蜡石(Pyrophyllite)是一种层状硅铝酸盐矿物，质地细腻，呈白、灰白、浅绿、黄褐等色，珍珠或油脂光泽，有滑腻感，硬度低(1～2)，密度2.65g/cm 3，熔点1 700℃，在水中无膨胀性和可塑性，吸水性差，结构稳定，具有化学惰性、绝缘性、耐火性、耐酸性、熔点高、遮盖性好、吸油率高和含水量低等特性[1]。叶蜡石主要由中酸性火山岩或火山凝灰岩经过低温热液变质和蚀变而成[2]，其共生矿物组合比较复杂，常见共生矿物主要为石英、高岭石、水铝石，其次为黄铁矿、玉髓、蛋白石、绢云母、伊利石、明矾石、水云母、金红石、红柱石、蓝晶石、刚玉、地开石等。
1 、叶蜡石资源概况
1.1 分布特征
我国是世界上叶蜡石矿储量最丰富的国家之一，其已探明储量仅次于日本和韩国[2]。我国叶蜡石矿床绝大多数分布在东南沿海中生代火山岩区。从储量上看，福建和浙江两省是我国叶蜡石矿产最多的省份，其次是江西、内蒙、北京和新疆等省(区、市) [3-4]；在广东、黑龙江、贵州、河北、云南、陕西、四川、青海和山东等省(区)也有分布(图1)。
图1我国叶蜡石矿产资源分布图;表1我国叶蜡石储量
1.2 资源储量
截至2016年，我国叶蜡石矿区数量达到67个，基础储量3 411.71万t，储量950.89万t，资源量达到6 868.27万t，查明资源储量10 279.98万t(表1) [5]。
2、矿石应用特性及应用领域
2.1 矿石应用特性
根据叶蜡石利用的方式，可分为两类：①利用其物理性能，使用中不破坏其晶格结构。如：各种填料。要求的技术指标为：白度、细度、含铁量、矿物杂质等；②利用其化学组分，使用中叶蜡石晶体结构被破坏，如玻纤、玻璃、陶瓷、耐火材料等。要求的技术指标为有用的化学成分和杂质成分，玻纤用叶蜡石中SiO 2、Al 2 O 3为有用成分，而Fe 2 O 3、CaO、MgO、Na 2 O、K 2 O在玻纤中为有害成分。
2.2 应用领域
叶蜡石可作传统工业雕刻石料，也用作陶瓷、玻璃原料、耐火材料、润滑剂、橡胶、纸张、医药、化妆品、洗涤剂、涂料的填料[6]。(1)玻纤工业。在玻纤生产中使用叶蜡石作为主要原料，其中Al 2 O 3含量以18%～22%的中铝叶蜡石为佳，Al 2 O 3含量过高或过低都对生产工艺有很大影响[7]。利用其合理铝硅比，代替铝粉降低成本，提高机械玻纤强度。(2)造纸工业。利用叶蜡石硬度低、易粉碎、物理化学性质稳定的特性，用作纸张的填料和涂料，可提高纸张密度、白度和平滑度，改善印刷性能，降低造纸成本，是理想的充填料。(3)陶瓷工业。叶蜡石含有较高的Al 2 O 3，耐热性好、白度高，在高温下收缩量小，是制作陶瓷的理想原料。可用于制作日用陶瓷、建筑及卫生陶瓷、电瓷、化工耐腐蚀陶瓷及特种陶瓷等。以叶蜡石为主要原料的釉面砖，具有性能稳定、热稳定性好、坯釉适应性强等优点，生产中能减少产品的变形、龟裂及湿膨胀[6-7]。(4)耐火材料。叶蜡石熔点高、耐高温(耐火度≥1 700℃)，是制造硅酸铝耐火材料的原料，可制熔炼光学玻璃和玻璃纤维用的坩埚。由于耐火材料范围较宽，可在叶蜡石矿物中添加一些其他特性矿物，形成新的耐火材料，如利用铝厂污泥与叶蜡石为主要原料，制备莫来石耐火材料[7]。(5)化工、轻纺工业。叶蜡石超细粉体粒度细、质量均匀、缺陷少，表面活性高，作为复合材料补强性能好，可作为塑料、橡胶、涂料填料，化工吸附剂，添加剂、漂白剂、制作去垢剂。(6)人造金刚石。叶蜡石晶体结构属于连续层状硅氧四面体，分子层间易于滑动而产生蠕变，硬度低，具有较低的抗剪强度和较好的电热绝缘性，且价格低廉，是高压合成金刚石的固体传压介质和密封材料。(7)工艺品。利用叶蜡石色彩美观、光泽度好、质地柔软的特性，可雕刻工艺品、印章等。如青田石、冻石、寿山石、巴林石、鸡血石等。
3、开发利用现状
2016年，我国叶蜡石产量约600万t。全国有叶蜡石矿山企业约110座左右，其中53家获得的采矿权证上明确指明为叶蜡石矿山。目前，国内大型矿山12家以上(年产10万t以上)，其中规模在20万t的矿山4家，中型矿山25家以上(年产5～10万t)，大型矿山相对集中区域有福建、浙江沿海地区。从矿山规模上看，我国小型叶蜡石矿山企业仍较多，但集中度明显好于我国大多数其他非金属矿的矿山。主要原因有两个：①我国叶蜡石产地比较集中，且分布于经济较为发达的浙江、福建，加上政府管理到位，矿山的整合力度较大；②玻纤、陶瓷产业高速发展，迫使大型玻纤、陶瓷企业加大了对其上游原料产业的控制力度，通过企业购入、控股、兼并、重组优化了叶蜡石矿山发展。通过对53家叶蜡石矿山企业的资料分析，大型中叶蜡石矿山的开采利用率在75%～92%，平均达到80%。而小型多为乡镇矿山，缺少资金投入和科学开采规划，开采方式落后，资源浪费比较严重，资源利用率仅50%～70%。
3.1 主要产区情况
福建叶蜡石产量约200万t以上，约占全国的近一半左右，大型矿山有福州峨嵋叶蜡石矿、寿山叶蜡石矿、闽清白中叶蜡石矿等。福州峨嵋叶蜡石矿是中国目前储量最大的叶蜡石矿，年产工业叶蜡石35万t，雕刻用叶蜡石200t [8]，其他主要矿山有福州寿山、永新县、福安县、闽侯西坑、宁德龟山、宁德白岩、古田西坑等。浙江叶蜡石产量约180～200万t，全省叶蜡石大型矿山主要有青田、泰顺、上虞等地。仅青天县现有叶蜡石矿山6家，叶蜡石加工企业约15家，主要以加工叶蜡石粉为主。每年开采的叶蜡石原矿约为45万t，开采出的叶蜡石有80%以上是用于低档的陶瓷行业[9]。其他叶蜡石矿山分布于云和县、嵊县、常山县、青田县山口、楠木宕、泰顺白佯、大泉里峡、仙居大洪地、临海、天台宝华山矿山等地。内蒙古叶蜡石矿山主要集中在通辽—赤峰一带，主要叶蜡石矿山位于阿鲁科尔沁旗、巴林右旗、克什克腾旗、敖汉旗、扎鲁特旗宏达、万利、哈拉哈达、罕山、双龙、乌兰察布勿布林。近年产量增加较快，约产各种叶蜡石60万t以上。
3.2 其他产区情况
其他省份也分布有少量叶蜡石矿山。牡丹江东宁是黑龙江最大的叶蜡石矿山企业，年产叶蜡石10万t以上。其他省区叶蜡石矿山分布于广西防城港、广东梅州、四川安康、新疆吉林萨尔、陕西商南、山西代县、河北围场、河南平顶山、辽宁朝阳、鞍山等地，估算总计产量50万t以上。福建寿山、内蒙古巴林、广东梅州产出的部分叶蜡石石质好，矿石为微透明—半透明为主，硬度适中(摩氏硬度为2～3)，色彩丰富，矿石块度大，质量等级主要为2～3级，少量达1级，属雕刻印章、摆件工艺材料。北京门头沟叶蜡石矿床属高铝型，其最大特点是在高温下绝热性与导压性能较之国内同类矿石更为优越，物理化学性能更为稳定，因而被最广泛用于合成金刚石制造业，占该行业用量的98%以上[9]。受环保所限，目前处于半停产状态。
表2白泡石与叶蜡石、石英粉成分对比;图2玻纤用叶蜡石Fe 2 O 3与“可供量”关系
4 、叶蜡石开发利用前景
4.1 替代资源分析
叶蜡石主要为玻纤原料提供了SiO 2、Al 2 O 3基本组分。从矿产资源角度，满足该组分要求的主要应为铝硅酸盐类矿物，除了叶蜡石外，高岭土、膨润土、地开石、钙长石、沸石及其长石砂岩、中基性侵入岩等都有可能成为玻纤叶蜡石的代替原料。
(1) 高岭土
严格说高岭土也是玻纤用的原料之一。欧美国家和我国台湾地区的玻纤企业均采用精选或质地好的高岭土替代叶蜡石，生产高强度和电子级的玻璃纤维，产品质量好[10]。我国的云南、宜昌、广西等地生产的玻纤用高岭土(软质高岭土)的应用已经获得成功，宜昌、广西两地高岭土已经用于国内生产的玻纤生产，经过近几年的发展已逐渐应用于玻纤粗纱中。但与进口产品在质量方面与国外仍有差距，主要是国产高岭土易吸湿，在储存时间长，容易结块，气流输送方面还存在问题。我国内蒙古、山西等地区煤系高岭土储量巨大，该高岭土不会吸潮，而且含铝量非常稳定，一般Al 2 O 3含量在36%～38%，但是C含量高，COD值往往在2 000～3 000，必须经过煅烧去碳，降低C含量，因成本还比较高，其在玻纤用应用尚未获得突破。一旦突破高岭土中问题，将彻底解决我国玻纤原料紧张的局面。该类产于石炭—二叠系煤系地层中，也就是煤系高岭土，广泛分布于内蒙、山西、河北唐山、陕西铜川、山东淄博、新汶等地，是我国玻纤用叶蜡石最大的潜在资源。
(2) 白泡石
这是一种钙长石砂岩，重庆玻纤已经大量使用。该资源在四川、湖北、广西等地分布，开采方便，价格便宜。
从化学成分看，白泡石以SiO 2与Al 2 O 3为主，其成分与叶蜡石、石英粉的对比见表2 [11]。其特点是低铁、低碱，但与叶蜡石相比，SiO 2质量分数较高，Al 2 O 3质量分数较低。白泡石用于高铝玻纤品种必须配入其他的高铝矿物，对于低铝玻纤品种，白泡石在配方中均可以计算引入，代替低铝叶蜡石在玻璃纤维中的使用，且对熔制不会产生影响。
玻纤中使用的白泡石在取代叶蜡石时，需要使用更多的高岭土，而市场上通常高岭土的Fe 2 O 3质量分数更高，因此，使用白泡石取代叶蜡石，将导致玻纤中铁的质量分数明显上升，在目前的技术水平下，很难保证玻纤颜色不发生变化。其他成分与叶蜡石中的质量分数差别不大[11]。
目前重庆玻纤对白泡石的质量要求，Al 2 O 3≥10%，Fe 2 O 3≤0.4%，R 2 O≤0.65%，当Al 2 O 3为9%～10%，Fe 2 O 3为0.4%～0.45%，R 2 O为0.65%～0.75%，可有条件使用。在玻璃纤维生产中，用白泡石取代叶蜡石，可降低生产成本，实现大宗原料本地化，减缓对叶蜡石资源供不应求的局面[11]。铝硅酸盐矿物在地壳中分布广泛，种类繁多，除了高岭土、叶蜡石外，还有钙长石、沸石、膨润土、地开石、伊利石等。玻纤企业应积极探索新配套、新工艺，对现有配方进行改进，这些铝硅酸盐矿物均有可能成为玻纤的潜在资源。
4.2 资源开发利用方向
(1) 开展重点地区叶蜡石资源地质找矿。通过基础地质和叶蜡石成矿条件分析，叶蜡石成矿条件较好的省区有浙江、福建、内蒙，其次为安徽、江西、广东，可在重点地区开展地质调查和勘探工作。同时应重点扩大现有叶蜡石矿区外围找矿，或加大矿床勘探程度，扩大叶蜡石的资源储量，或提升高级储量比例，优化我国叶蜡石的储量结构。
(2) 加强叶蜡石选矿除铁工艺研究。我国叶蜡石中Fe 2 O 3含量普遍较高，而且与Al 2 O 3相比，高Fe 2 O 3才是限制我国玻纤用叶蜡石资源的主要问题。经研究，我国叶蜡石Fe 2 O 3含量分布在0.25%～1.5%区间的占82%以上。统计推算，经过选矿除铁后，假如Fe 2 O 3含量降低0.1%，那么玻纤叶蜡石的可供给量可增加8%(图2)。综上所述，在现有叶蜡石资源现状基础上，单纯利用选矿除铁技术就能提高我国玻纤叶蜡石资源可供量，除铁是提高资源保障的可行方法之一。
(3) 积极利用国外资源。近年我国的大公司如中国巨石、重庆国际也迈开“走出去”步伐，在国外投资建厂，从发展情况来看，既节约本国资源，保护环境，又利用海外投资来代替贸易出口，实现对全球市场的占领。据国际玻纤协会预测，亚洲特别是东南亚是未来5～10年玻纤产量和消费量增加最快的地区。开展一带一路沿线国家叶蜡石资源调研，一方面服务于海外玻纤市场布局，另一方面，通过贸易获得国外矿产资源，以满足国内玻纤原料的需求，同时达到将国内有限的资源保护和储备起来，从而达到可持续供应目的。
(4) 建立标准化玻纤原料生产基地。从发达国家玻纤工业的发展经验来看，为了统一为玻纤企业提供质量稳定、满足加工要求的标准化原料；建立完善的标准化原料检验检测及配送系统，以专业化的配送信息系统、物流系统为企业提供及时的原料供应，保证集团玻纤企业稳定生产，从而引领我国玻纤行业的转型升级，建立统一的原料均化基地是保障玻纤质量稳定的重要手段。
参考文献：
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2020-03-05
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