“十五”至年我国非金属矿应用研究和开发利用发展方向

为什么我国非金属矿产资源的开发利用具有最悠久的历史？~

非金属矿产资源的开发利用具有最悠久的历史，可以说，它对人类的生存、进化和繁衍起了不可取代的作用。中华民族在几千年的生产实践中开发利用了大量非金属矿产。我国非金属矿产资源丰富，其中对天然气、盐、石油、煤的开发和利用，在当时世界上处于领先地位，极大地促进了人类社会的进展，改善了人类的生活条件。

1.业务定位
从矿产资源科学的高度长期开展基础性和应用基础研究，兼顾资源综合利用开发技术研究等。
研究查清我国大宗非金属矿产资源的形成条件、机理、成矿规律与成矿远景，把握我国非金属矿产宏观分布规律与成矿带，为寻找大型—超大型非金属矿产提供地质理论基础。
通过与国内外著名的相关科研院所和专家学者建立长期合作关系，在我国非金属矿产基础理论研究与找矿有所突破。
2.发展方向
（1）研究重大地质事件与非金属成矿的耦合关系、非金属成矿大地构造背景与成矿规律。
（2）提出新的非金属矿产成矿模式与找矿模型，揭示矿床成因机理，预测新的成矿靶区。
（3）编制全国重要非金属矿产分布图及成矿远景区划图，服务大宗、重要非金属矿的开发与找矿突破。
（4）对比研究全球非金属矿产资源分布与成矿规律，为国内企业，以及海外投资提供基础资料。
（5）对非金属矿产资源进行综合利用技术研究，服务国家区域资源循环经济区与绿色矿业发展。
3.主要研究矿种
钾盐、天然碱、碘溴锂硼铷铯、磷矿、优质高岭土、高纯石英矿、铝土矿及金刚石等战略性资源；其他新型非金属资源，如富勒烯（C60）、氦-3（3He）等。

一、主要对策

要从根本上扭转非金属矿行业基础薄弱、技术及装备落后的局面，缩小与发达国家差距，开创非金属矿工业发展新纪元，应该正视存在的问题与发展中的失误，充分发挥政策引导和经济杠杆作用，依赖科技进步，初步实现矿产资源利用方式从粗放型向集约型的转变，向以非金属矿材料制品加工为主的产业发展方向转变，形成包括采、选、加工一条龙并符合现代工业要求的完整工业体系。优化调整产业结构，改造、突破多种非金属矿资源的精深加工及系列化利用资源技术，提高提纯和综合利用水平，扩大非金属矿应用领域，开发新矿种和重要紧缺非金属矿物的合成技术，建立我国非金属矿综合利用数据库和评价体系；加工产品及制品系列化、标准化、设备国产化、系列化；开展利用两种资源满足国家需求的相关技术经济研究，解决一批改善我国非金属矿产品质量及竞争力的关键技术；为初步实现非金属矿产资源开发利用从粗放型向集约型转变，有效满足国民经济和社会发展对非金属矿产品需求，实现矿山生态环境基本好转提供技术支撑，使我国的非金属矿的利用与保护水平达到或接近国际发达国家水平。

主要对策及措施如下。

（1）以市场需求为导向，按照制品—原材料加工—矿山开采的逆顺序，统筹布置矿产资源的开发和技术发展，提高资源综合利用率。加快产业结构调整，发展非金属矿深加工产品，尤其是为支柱产业及基础产业配套的产品比重。在企业结构上，以国有大中型企业为龙头，向跨地区和区域性具有合理经济规模的综合性企业集团方向发展。

（2）加快现有企业技术、装备改造步伐，提高技术开发能力。有选择地引进深加工技术及装备，组织消化吸收并创新提高，引进技术与国内技术开发相结合，用现代技术改造现有企业。在国有大中型综合性企业中建立技术创新中心，通过产、学、研结合，使企业逐步成为技术开发主体，提高技术开发能力及成果转化率。

（3）继续贯彻《矿产资源法》和《环境保护法》，坚决制止采富弃贫、乱采滥挖的破坏性开采，对不具备合理开采和综合利用的小型矿山应加以限制，鼓励企业合理开采，综合利用，保护生态环境。

（4）重视加强非金属矿的基础性能的测试研究。加快矿产品及材料制品标准向国际标准过渡，逐步在大中型企业中推广普及ISO9000质量管理和质量保证系列标准，以增强与进口产品的抗衡能力和国际市场上的竞争能力。

（5）调整我国矿产品进出口贸易政策，改变目前“高进低出”局面，提高非金属矿出口产品的技术含量和产品的质量档次，逐步扩大制品和深加工产品的出口贸易额，培养拳头产品和名牌产品，增加创汇份额。

（6）重视人才培养。以科研单位及高等院校为主，加强非金属矿物应用基础理论研究。扩大对外技术交流及合作研究，重视定向专业人才培训。加快使用现代化技术改造现有企业的步伐，引导非金属矿工业从简单劳动密集型向技术开发型转变，向以非金属矿物材料制品深加工为主的产业发展方向转变。

二、“十五”期间非金属矿领域优先解决的科技问题

由于非金属矿产品种多，总体开发水平低，需要解决的技术面广，所以，必须从可持续发展的战略出发，从经济建设对非金属矿产品的需求出发安排工作。“十五”期间我国非金属矿产利用的优先发展领域主要包括以下几方面：①优势非金属矿产资源的合理利用技术研究，包括煤系高岭岩的综合利用；②高性能非金属矿物材料的研究开发；③非金属矿产合理利用的关键技术和设备的研究开发。

1.非金属矿物及制品物化性质与性能的揭示与改善

非金属矿的利用不同于金属矿。后者利用的是金属元素；前者可以利用非金属元素，但更多地是利用矿物的性能特征。多数情况下，非金属矿物的被利用是建立在矿物在电场、磁场、重力和应力场等物理场和化学环境中性状反应、行为变化的基础上，建立在非金属矿物与有机、无机、生物物质的协同作用的基础上。而非金属矿物的性能是由矿物本身的晶体结构和物化性质决定的；不同的矿物即便化学成分相同，也表现出性能上的差异。这是开发非金属矿新用途和开发新型非金属矿资源的基础，也是改造、设计优化矿物性能的基础。

只有用高水平的基础理论作指导，才能开发出高性能的产品。主要研究内容如下。①非金属矿物某些特殊物化性能的研究。a.在各种电磁波下的反射、吸收、透射；b.矿物表面结构、表面官能团、表面生物活性及表面亲和性；c.材料学意义的电、热、声、光、磁学及吸附性能；d.矿物晶体中发生在电子、原子、分子层次上的物理及化学反应；e.在高温、高压和低温下某些矿物物化性能的变化；f.矿物物化性能与成分、结构、缺陷、结晶有序度、层间电荷、结晶水、使用环境的关系。②主要非金属矿产性能测试技术方法研究。③主要非金属矿及其制品标准的制定。④层状、粒状、纤维状非金属矿物的特性及其共性。⑤主要非金属矿产复合材料的结构工程设计、性能及应用的开发研究。⑥非金属矿产及其制品在工业塑料、工程陶瓷等材料中的应用性能对比。

2.“非金属矿资源综合利用程度”评价标准、评价方法及评价体系及其信息化，非金属矿产资源合理利用与保护数据库

对绝大多数非金属矿来说，质量优劣决定其利用的可能性和利用程度。必须重视质量评价、正确处理原矿质量与应用、加工、产品之间的关系。目前以“三率”（采矿回收率、贫华率、选矿回收率）为主要指标的方法，只能反映非金属矿原矿开采、选矿工艺技术、加工初级原料的水平，导致产品质量不齐，应用效果不佳，资源浪费严重，市场价格混乱，为此建立新的评价体系势在必行。

在原“三率”评价综合利用的基础上，建立精、深加工工艺技术和产品质量技术水平的评价体系。由统计指标、评价指标，建立考核体系，以确立新的评价体系，并根据市场和技术发展，使其动态化、信息化。

我国非金属矿工业积累了大量资料，但很分散，需经格式化整理，建立一个便于检索、查阅的数据系统及自动进行规律、趋势分析的智能系统。为决策机构提供依据，快捷地为科研、生产部门提供参考资料，避免低层次的重复研究，加快科研成果的转化。数据库包括：国内非金属矿资源的地质特征（矿种、储量、分布地区、伴生矿物及嵌布特性、开采条件、矿石特征、与国外同种矿床、矿物对比）；已开发的矿床的矿产利用情况，工厂规模，工艺生产条件，产品种类、产量及质量；非金属矿矿产品的物理、化学结晶特性，现实及可能的应用领域；各类尾矿矿物特性及利用的可能性，二次资源的产状、性状及回收利用的可能性；国内外非金属矿产及其制品的性能、产品质量标准；国内、国际市场销量、潜势及价格变化规律。

3.若干关键技术（含设备）的研究

包括：①非金属矿富集提纯加工新技术；②超细粉碎及剥片技术、固液分离技术、精密分级技术、改性改型、二次造粒及功能化技术；③非金属矿煅烧技术；④合成技术；⑤采矿过程中的资源保护与利用技术；⑥面向工业部门要求的非金属矿物工程性质研究与设计；⑦非金属矿物制品技术；⑧高技术在非金属矿领域的应用；⑨标准化技术；⑩利用两种资源满足国内需求的相关技术。

三、非金属矿应用研究和开发利用发展方向

我国非金属矿应用研究和开发利用主要发展方向是为国家四大支柱产业（建筑、汽车、机电、石化）和有关产业（农业、环保、轻工、精细化工）提供非金属矿配套产品服务。开发重点如下。

1.新型高性能摩擦材料

新型高性能摩擦材料一般由增强材料（石棉）、基体材料（改性树脂）和填料（非金属矿和金属粉，调节磨擦系数）三部分组成，经加工制成各种制动制品。制动制品要求机械强度高，导热性低，耐热性好，耐碱性好，绝缘性好，这些技术指标使汽车摩擦材料成为一种耗量较大的高科技产品。年需要量约16万t，预计到2010年我国汽车业需要的摩擦材料将达到34万t。目前市场优质制品少，直接影响汽车的性能和安全。大量进口汽车采用进口摩擦材料制成制动器。由于制动出现的瞬时高温，增强材料石棉使制品表面产生热衰退，导致材料磨损，特别是石棉对人体健康的影响，使研究新型耐高温无石棉或少石棉摩擦材料成为各工业发达国家研究的热点。无石棉摩擦材料除采用半金属摩擦材料、玻璃纤维、芳纶摩擦材料作为石棉的代用品外，主要研究用凹凸棒石粘土、海泡石粘土、水镁石、硅灰石等具有纤维结构的矿物作为增强摩擦材料。除应用纤维矿物外，利用蛭石、云母、石墨等片状矿物作为增强摩擦材料是一个发展新领域，其增强性能优于纤维增强材料，生产工艺简单，生产成本低、有较好的发展前景。汽车制动器也适用于船舶、机车、航空，是一项市场广阔的消耗性工业材料。

例如开发轿（轻型）车用第三代无石棉摩擦材料，取代目前市场上使用的石棉基和金属基摩擦材料。第三代摩擦材料具有比重小、摩擦系数稳定、摩擦系数≥0.35（350℃时），使用寿命5万km以上，无噪音、无锈蚀等优点。以年产第三代轿车刹车片40万套计，产值3200万元，利税1200万元。

2.高性能密封材料

传统密封材料的技术性能已不能满足现代汽车、机械、工业装置及原子能工业和国防工业的要求，现代工艺要求高性能密封材料。高性能密封材料的开发研究是利用某些非金属矿物具有的物化特性，采用现代复合技术，制出能满足各种苛刻使用条件的密封材料，如柔性石墨复合密封材料、浸硅石墨密封材料、蛭石复合密封材料、云母和海泡石耐热密封材料等。

主要技术指标：①浸硅石墨密封材料，密度2.8～3.1g/cm³，自由孔隙度＜10%,1500℃抗压强度300～355MPa；②柔性石墨密封材料，硫含量＜50×10^-6～500×10^-6，使用温度－200～450℃；③云母、海泡石、蛭石密封材料，使用温度600～1000℃。

3.高技术石墨功能性材料

石墨是21世纪最有前景的三大新兴材料之一。高技术石墨功能性能材料主要有：核能用超低硫和高纯级柔性石墨；锂离子电池用天然石墨阳极材料；治理油污染石墨环保材料；国内各种彩色显象管急需的不同牌号石墨乳；合成氨石墨高效催化剂；高导电石墨材料。

主要技术指标：①核能级柔性石墨，C≥99.98%,S≤50×10^-6,Cl≤10×10^-6；②锂离子电池石墨阳极，C≥99.98%，电容量300mAh/g；③石墨吸附材料，饱和吸油20g/g，再生率80%；④合成氨石墨高效催化剂，在350℃、10h时，转化率90%；⑤高导电石墨材料，导电率1.0×10^-6Ωcm^-1。

彩色显象管石墨乳重点安排用量大的内涂、外涂和黑底石墨乳。根据国内生产线对品种的需求，分别按日立、松下、东芝、飞利浦和GE系列等牌号研制。

上述产品要求高固定碳石墨原料，因此必须先解决以下技术问题。①机械选矿提纯获固定碳含量＞98%的高碳石墨新技术，保护大鳞片选矿技术，为进一步化工处理提供优质石墨原料。②高纯鳞片石墨粉，C≥99.9%，粒度＋100目；C≥99.9%，粒度－200+325目。③高纯鳞片石墨超细微粉，C≥99.9%，粒度－2μm,D₅₀≤0.3μm；C≥99.9%，粒度-0.8μm,D₅₀≤μm。

4.为建筑业提供非金属矿产品

建筑业是非金属矿的主要应用领域，世界各类建筑用非金属矿产品的年消耗量约占非金属矿产品总消耗量的60%以上。到2010年，我国建筑业增加值将达到1万亿元。随着建筑材料需求量高速增长，为新型建筑材料的开发研究和生产创造了良好时机。除传统建材（水泥、玻璃、陶瓷）外，应开展装饰建材、涂料饰材、节能材料等方面的开发研究。

（1）装饰建材　随着人民生活水平的提高，装饰建材的需求量不断增加，我国目前建筑装饰材料消耗比10年前提高了20%～30%，装饰建材的消耗约占建筑工程造价的40%～60%。建筑装饰材料有33类产品，其中石材、陶瓷、玻璃、吊顶幕墙等装饰材料都是与非金属矿密切相关的，有的直接用作装饰材料，如大理石、花岗石等装饰石材；有的经加工后制成装饰材料，如釉面砖、墙地砖、卫生陶瓷等陶瓷装饰材料。我国是世界最大的建筑陶瓷生产国，但当前陶瓷装饰材料存在的主要问题是产品质量和档次达不到国际先进水平，品种少，做工粗糙。要使我国的建筑装饰陶瓷档次达到国际先进水平，首先应做到原料（坯体原料和釉料）标准化和系列化，同时还应研究开发新型陶瓷原料，如叶蜡石、硅灰石、含锂粘土、黑粘土、球粘土、绢云母、玄武岩、辉绿岩、页岩等。

（2）涂料饰材　涂料是一种装饰材料，是化工部16种主要产品之一。我国目前约有涂料生产厂家2500多家，年产量100多万吨，为世界第五位。但人均消费量低，为1kg/（年·人）；而德国为20kg/（年·人）。随着人们生活水平的提高，涂料饰材的需求量将会增加，对档次的要求也会愈来愈高。涂料中的各种体质颜料都是用非金属矿加工制成的，在涂料中起填充作用，通过填充增加涂层厚度，改善涂料的性能（如悬浮性防止分层），提高涂层耐磨性和耐久性，降低生产成本。常用的体质颜料有碳酸钙、重晶石、白碳黑、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、凹凸棒粘土、海泡石粘土、膨润土等。体质颜料的用量约占涂料所用原材料总用量的10%～30%，因此非金属矿是涂料饰材的一个重要原料。作体质颜料用的非金属矿的提纯、细粉碎和超细粉碎、表面改性都是提高涂料质量的重要因素。

5.节能用非金属矿

非金属矿加工中节能降耗及其作为节能降耗产品的研究受到广泛重视，成果得到不断推广应用。非金属矿物材料加工业是高能耗产业，其发展依赖于能源工业的发展，能源状况将对非金属矿物材料加工业产生重要的影响。因此，节能降耗的加工技术、设备和工艺对非金属矿物材料的加工具有重要意义。如碎磨作业能耗通常占产品成本的50%～70%，烧制高温耐火材料也是高能耗作业等。已投入工业化应用的节能降耗技术和设备有多碎少磨、强化分级、搅拌磨和锥磨机等新型碎磨设备，絮凝和载体分选等新型分选技术和设备，各种新型节能窑炉等。另一方面，一些非金属矿物又可用作节能材料，如硅灰石、透辉石、透闪石、霞石正长岩、蛭石、珍珠岩、硅藻土、石棉等节能原料在陶瓷、玻璃、管道、隔热保温、低温绝缘等领域的应用。如硅灰石、透辉石、透闪石等在陶瓷工业中的应用，可以降低烧成温度、缩短烧成时间、减少坯体收缩和膨胀。又如用膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、微孔硅酸钙、硅酸铝纤维、石棉等制成的各种保温隔热板材、管材。高速发展的建筑业对建筑材料提出了更高的要求，需要大量的高强度、轻质量、保温隔音性能好、扩大使用面积、提高施工进度的新型建筑材料。针对我国节能材料的现状，主要开发研究新型优质低温烧成原料和新型保温隔热材料。

6.加强填料非金属矿的开发利用

塑料、橡胶、涂料、粘结剂、化妆品、造纸等工业产品需要大量的非金属矿物做填料，填料的加入不仅改善了产品的物理性能，而且降低了成本。在这些工业产品中，非金属矿物加入量从20%～60%不等。工业填料是一种用量大、应用范围广的非金属矿材料，国外已形成独立的填料工业。以塑料制品为例，根据轻工总会的《塑料制品工业“九五”计划和到2010年的长远规划》，我国塑料制品的产量2000年计划达到800万吨，2010年规划达到1600万吨。非金属矿物填料平均填量按20%计，需用各种非金属矿物填料160万～320万t。用做工业填料的非金属矿种类很多，如碳酸钙、滑石、硅灰石、绢云母、重晶石、粉石英、伊利石、水镁石、珍珠岩、高岭土等，经粉碎、超细粉碎和表面改性处理后，可制成各种性能和各种品牌的工业粉体填料。

在填料非金属矿的开发中要解决提纯、增白、微粉的粒度及粒级分布、表面改性剂及改性技术等。

7.为农业和环保工业提供非金属矿产品

农业和环保业是国民经济的基础。农业是非金属矿的一个重要应用领域，我国是一个农业大国，农业的现代化生产和耕种土地的自然保护一直受到国家重视。农用非金属矿除了硫、磷、钾等资源外，用于保肥保水、土壤改良、饲料、农药载体等非金属矿的开发利用已受到各国高度重视。这些非传统的农用非金属矿有沸石、膨润土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、蛭石、珍珠岩、硅藻土、泥炭等。

（1）化肥及农药载体非金属矿　国外普遍采用非金属矿做颗粒肥料粘结剂，可以改善造粒质量、提高抗压强度、防止氮素挥发损失、减少肥效流失、不返潮、不结块、改良土壤结构、保持土壤水分、改善土壤导液性和透气性。目前我国年产化肥1.1亿t，居世界第二位，但结构不合理。在1.1亿t化肥中复合肥为400万t，仅占化肥总产量的4%，高浓度复合肥更少，仅为70万t。世界发达国家采用复合肥比例较大，欧共体国家产品的复合肥占化肥总产量的60%。我国有关部委提出复合肥产量逐步提高到30%，同时要发展高浓度复合肥。用作复合肥粘结剂主要是粘土类矿物，加入量一般为5%～15%，这样每年就需要粘土类制品200万～300万吨，市场容量大。对于复合肥粘结剂，尤其是高浓度复合肥粘结剂的制备还有一些技术问题需要解决。

矿物肥料是根据农作物的需要和土壤成分，利用非金属矿的物化性能以及含有的化学成分和微量元素，加工适合不同农作物使用的专用矿物肥料。我国在复合肥和矿物肥料的开发研究和生产方面已有一定基础，应进一步加强技术开发、多品种的开发以及推广应用，逐步形成一个有特色的产业。

一些层状、链层状、孔状结构的非金属矿（膨润土、沸石、凹凸棒石粘土、海泡石粘土等）是农药的理想载体，有较大的应用前景。

（2）环保用非金属矿　许多非金属矿物，如蒙脱石、累托石、沸石、硅藻土、水镁石等，具有优异的吸附过滤、脱色和漂白性能，用于处置废气、废水和固体废物以及放射性废物时有很强的优势。开发新型的用于环境保护的非金属矿物材料，不仅有巨大的社会效益，经济效益也很显著。如用膨润土或沸石作为核废物地质处置缓冲/回填料材料，应用沸石、凹凸棒石、海泡石、硅藻土、水镁石等处理冶金废水、造纸废水、印染废水、制革废水等。

除上述应重点开发研究的7个方面外，还有纳米材料、合成材料等高科技领域里的非金属矿的开发应用也应受到重视，如分子筛系列产品、工程陶瓷材料（氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）、合成硅及系列产品、超硬材料及薄膜材料、晶须材料合成技术等。

主要参考文献

[1]　《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上、下册），冶金工业出版社，1992。

[2]　宋瑞祥主编，中国矿产资源报告，地质出版社，1997.3。

[3]　李兆龙等，从申请的专利数量看我国非金属矿开发利用与世界差距，建材地质，1997.第90期。

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