贵州省玄武岩资源及其开发利用

('贵州省玄武岩资源及其开发利用冉启洋;李士彬;崔荣国;宋生琼;刘胜召【摘要】贵州省玄武岩资源丰富,分布比较集中,勘查程度低,目前主要用于低附加值的建筑石材,但以玄武岩为原料生产的纤维材料等高附加值产品已经出现,如贵州石鑫玄武岩科技有限公司等两家企业投产的玄武岩纤维生产线,且产能在1.5万t以上.同时,已完成的\\"贵州省玄武岩分布特征及开发利用方向研究\\"初步圈定了47个面积合计330km2的纤维用玄武岩开发区,为玄武岩的开发奠定了良好的基础.为更好地开发利用玄武岩资源,将资源优势转化为经济优势,在前期工作的基础上提出了贵州省打造玄武岩纤维产业的相关建议.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2019(028)006【总页数】6页(P7-12)【关键词】玄武岩资源;玄武岩纤维;产业发展;贵州省【作者】冉启洋;李士彬;崔荣国;宋生琼;刘胜召【作者单位】贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州贵阳550004;贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州贵阳550004;自然资源部信息中心,北京100812;贵州省国土资源勘测规划研究院,贵州贵阳550004;浙江省核工业二六二大队,浙江湖州313000【正文语种】中文【中图分类】F407.1玄武岩是一种基性喷出岩，来自地幔，具有其他岩石不可比拟的优异性能，如耐高低温、绝缘、吸音、耐磨、抗压等。我国自2002年起已开始研究以玄武岩为原料生产玄武岩纤维，先后成立了30余家玄武岩纤维生产企业。贵州省通过省级地勘基金项目，对省内玄武岩的岩石特征进行了系统评价，得出了玄武岩资源具备高效利用的条件，可以打造玄武岩纤维产业的结论。本文建议对于发展壮大区域非金属矿业经济，促进乌蒙山扶贫山区的扶贫开发具有一定的现实意义。1玄武岩的性质、用途与研究现状1.1玄武岩性质玄武岩是一种基性喷出岩，灰黑色，细粒，主要由辉石和斜长石组成。其传统用途有铸石、岩棉(又称矿棉)、饰面石材、墓碑等，其碎石可作集料；石粉、废渣可作水泥混合材料；高端用途是生产连续玄武岩纤维。玄武岩具有不透水、较高的抗压强度、较好的耐磨性、致密结构等特征，主要用于建筑石材中的铺路石和用作水利工程、桥墩、堤坝的石料。目前，玄武岩的开发主要作建筑用，部分作岩棉原料，少量用于制造铸石。1.2玄武岩纤维玄武岩纤维是指用天然玄武岩作为唯一原料生产的连续纤维材料。连续玄武岩纤维是将玄武岩矿石原料在窑炉中加热到1450～1500℃熔融后通过铂铑合金漏板拉制而成的一种连续纤维[1-2]。玄武岩纤维作为玄武岩的高端产品，具有资源节约型、环境友好型、性能综合型等特点，在强度、耐高低温、耐腐蚀、隔热、隔音、阻燃及化学、电绝缘等方面具有优异的性能[3]，无毒可降解，在国内外广泛应用于消防、环保、航空航天、汽车、船舶制造、工程塑料、建筑等领域。玄武岩纤维及其制品的生产是绿色环保和无污染的，符合国家产业政策。全国仅在山西、上海、四川、贵州等少数地区实现了工业化生产。玄武岩纤维的生产工艺为：矿石开采→原料破碎→清洗干燥→原料运转→熔炉熔化→拉丝→纤维原丝，流程相对简单，但技术含量高。玄武岩纤维性能优异，主要包括突出的耐温性能(-269～700℃)、显著的热稳定性、优异的隔热隔音特征、良好的防辐射功能、优良的透波性和吸波性、天然的硅酸盐相容性、良好的介电性能、很好的拉伸强度(大于大丝束碳纤维)、断裂延伸率好于小丝束遄纤维、较高的抗压强度和剪切强度、抗紫外线、耐恶劣环境、耐酸、耐碱等，能够广泛应用于各行各业[4-6]。玄武岩纤维是一种高科技战略材料，代表着世界绿色材料的发展方向。我国在2016年将“连续玄武岩纤维”列入国家《战略性新兴产业重点产品服务指导目录》和“十三五”关键战略材料。目前，碳纤维在石油、化工、汽车等领域的用量150万～200万t/a，而每吨碳纤维价格高达20万～30万元，因此具有优异性能但成本较低的玄武岩纤维具有较大的发展潜力，同时还可以节约能源矿产，确保资源保障国家安全。此外，因玄武岩纤维在人体内半年即可消化吸收，对健康无危害，也可应用于食品管道、医疗设备、地下硐室等领域。2002年以前，俄罗斯年产500t连续玄武岩纤维产品，主要用于军工行业。2008年，全世界有玄武岩纤维生产厂十多家，美国、加拿大、澳大利亚、德国、比利时、奥地利、日本等国的许多工程，都采用纤维做外掺剂铺筑沥青路面。2015年，世界连续玄武岩纤维的价值超过6841万美元。我国玄武岩纤维及制品的销售总量在2015年达6000t以上；2016年销售量约8000t，销售收入约1.14亿元。据统计，目前生产玄武岩纤维的能耗为3.5kW·h/kg；今后实现池窑化生产后，能耗可降低为2.55kW·h/kg。1.3国内外玄武岩的研究现状1922年，法国人PAUL提出玄武岩纤维制造技术；1953～1954年苏联莫斯科玻璃和塑料研究院开发出玄武岩纤维；1972年，乌克兰研制出20多种玄武岩纤维制品的生产工艺，1985年实现了工业化生产，产品全部用于苏联国防军工和航天﹑航空领域，1991年公开并用于民用项目；美国“阿波罗”号宇宙飞船早在1975年7月就应用了苏联的玄武岩纤维材料。目前连续玄武岩纤维的主要研发和生产基地在俄罗斯和乌克兰，以俄罗斯应用较普遍，且玄武岩纤维生产的技术及市场竞争力较强。此外，格鲁吉亚、美国、中国、德国、加拿大等国都在对玄武岩纤维进行研究，日本通过参股投资也在研发玄武岩纤维。我国自20世纪70年代起开展对玄武岩纤维进行研究，以哈尔滨工业大学、中国科学院、东南大学等为代表。2002年，正式将“玄武岩纤维及复合材料”列入国家863计划。2003年12月成立的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司经过近两年的技术开发，取得了以纯天然玄武岩(不添加任何辅料)为原料生产连续玄武岩纤维的研发成果，实现了工业化生产。由此我国完全掌握了玄武岩纤维的自主研发和生产。2018年9月，郑州登电玄武石纤有限公司的1200t单台炉窑投产。玄武岩纤维是我国具有自主知识产权的高技术纤维产业，尚处于初级发展阶段和探索阶段，但生产技术已达到世界先进水平，生产厂家30余家，纤维总产能达10万t以上，成为拥有世界最领先的玄武岩纤维生产技术的国家之一。目前已颁布多项国家或行业标准，4个交通运输部《公路工程玄武岩纤维及制品》产品标准颁布并实施，并在多地成功应用。2017年9月，中国化学纤维工业协会玄武岩纤维分会编制了《玄武岩纤维产业“十三五”发展规划》，对全国的发展作了布局安排。2贵州玄武岩的地质矿产特征与资源基础2.1分布范围贵州玄武岩以峨眉山玄武岩组为主，分布在贵州西北部及南部[7]，分布面积3773km2，玄武岩资源丰富。峨眉山玄武岩组厚0～1249m，总体西厚东薄(图1)：西部威宁舍居乐最厚达1249m；中部六枝-安顺一带0～200m；东部瓮安0～36m。贵州划分有11个喷发中心，在威宁舍居乐的喷发多达23次。一般分为上、中、下三个喷发旋回。图1贵州省玄武岩等厚线图Fig.1BasaltisopachousmapofGuizhouprovince2.2特征贵州峨眉山玄武岩组以大陆溢流拉斑玄武岩为主，伴有爆发相火山碎屑岩和浅成侵位的辉绿岩、火山碎屑沉积岩-凝灰岩。时代属二叠纪阳新世冷坞期至乐平世吴家坪早期。适宜纤维用的主要是中上部的玄武质熔岩，即裂隙式宁静式溢流相。玄武岩呈暗灰绿、灰黑色，柱状节理发育。主要矿物为斜长石、辉石，次为磁铁矿和钛铁矿。玄武岩化学成分平均值：SiO247.74%～47.92%、Al2O313.07%～13.43%、Fe2O35.09%～11.13%、FeO7.71%～8.85%、CaO7.55%～8.05%、MgO4.31%～4.55%、Na2O2.65%～2.66%、K2O0.96%～1.24%、TiO23.95%～4.12%；P2O50.47%;MnO0.26%;烧失量2.86。总体属于石英拉斑玄武岩。实验证明，省内玄武岩基本适宜用作玄武岩纤维、铸石及岩棉的原料[7]。与国际国内对比，贵州玄武岩成分特征：SiO2居中；Al2O3相对偏低；Fe2O3+FeO略偏高；CaO、MgO相对偏低；钾钠含量居中。2.3资源情况勘查及开发利用程度均较低，总体上未开展过系统的玄武岩勘查工作，仅局部地区做过矿产勘查工作及研究工作，六盘水市做过玄武岩总体勘查。据初步统计，贵州省玄武岩资源量39.14亿m3。其中，矿山占用资源量16255万m3，约占全国102488.29万m3的16%；六盘水市资源量31.3亿m3，预测资源量129.7亿m3。按亚矿种计，纤维用玄武岩375141万m3；建筑用玄武岩11123.52万m3；饰面用玄武岩828万m3；水泥混合材玄武岩279万m3；建筑用凝灰岩2006.62万m3；保温材料用黏土18万m3；建筑用辉绿岩1957.82万m3；饰面用辉绿岩455.96万m3。此外，与玄武岩相关的矿产还有铌矿、钛矿、稀土矿、铁矿、锂矿、铜矿、金矿等,值得进一步探索及研究。3贵州省玄武岩开发利用与规划布局3.1开发利用现状目前玄武岩的主要用于建筑行业，少量作饰面用和水泥混合材、保温材料等，开发利用处于起步阶段。2017年，贵州省玄武岩类矿山49个，产量150.99万t，工业总产值9326.55万元，实现销售收入9167.91万元、利润603.84万元。玄武岩类矿山产值占全省矿业开发产值的0.19%，利润占比0.063%。依据2014～2016年的统计结果，到2016年产量年均增长率约49%，产值年均增长率约74%，利润年均增长率达266%，反映出玄武岩开发利用的良好前景。按行政区计，矿山主要分布区有：清镇市、福泉市、瓮安县、平坝县、西秀区、普定县、大方县、织金县、七星关区、六枝区、钟山区、普安县、晴隆县等。与全国比较，用途有拓展空间，岩棉、铸石、玄武岩纤维等均是玄武岩未来的方向。3.2玄武岩纤维产业发展现状在《国土资源部关于支持贵州省区域发展与扶贫攻坚的若干意见》(国土资函〔2014〕569号)中，要求“支持开展新型建材、玄武岩分布特征及开发利用方向研究，探索高效利用矿产资源的有效途径，拓宽矿业开发渠道，为地方招商引资提供技术依据。”2018年结题的《贵州省玄武岩分布特征及开发利用方向研究》，得出了贵州玄武岩具备打造玄武岩纤维产业的结论。《中共贵州省委贵州省人民政府关于支持毕节试验区打赢脱贫攻坚战夯实贯彻新发展理念示范区建设基础的意见》(黔党发〔2018〕23号)文中提出了“大力支持打造玄武岩纤维等新兴产业，建设纤维开发示范性创新基地”的要求。玄武岩纤维产业已受到省委省政府的高度重视。目前贵州省已有2家玄武岩纤维生产企业，并有不同的产品应用方向。比如，安顺机场的跑道、六盘水市的城市管网建设、石鑫公司的厂房、新农村建设的各类材料以及公共场所的防火板材等，均使用了玄武岩纤维的复合材料。3.2.1贵州石鑫玄武岩科技有限公司2016年的产品产量为：玄武岩无捻粗纱4320t、玄武岩复合筋10590m、玄武岩复合管道4942t、玄武岩复合材料3500t、玄武岩短切纱1485kg。到2017年底，该公司已建成3条生产线，每天可生产玄武岩纤维15～20t，下游产品主要有管道、复合筋、井盖等，各种产品销路正在打开。此外，已开始着手生产技术研发、装备制造、应用产品研发、后续产品加工制造等，目前已拓展到新农村建设的果疏支架、大棚以及灯杆、水箱、化粪池等生产、生活用品方面。3.2.2贵州玄武科技股份有限公司该公司前期生产出玄武岩纤维几十吨，目前正在研发下游产品。贵州省内的应用主要是墙体防火板，用于车站及商场等公共场所；油气等特殊管道，以及消防布、高温滤袋等。3.3玄武岩纤维开发区布局情况2016年9月《贵州省玄武岩分布特征及开发利用方向研究》以“黔国土资函〔2016〕269号”得到批复。项目研究在坚持“在保护中开发、在开发中保护”的前提下，本着生态环境保护优先、创新发展集聚发展绿色发展、统筹兼顾、初步评价结论可行、岩性及厚度满足开发条件、与已设矿业权不重叠、勘查与开发相结合、加工与营销相结合等原则，对贵州纤维用玄武岩进行了初步评价，圈定了330km2的开发区，为玄武岩纤维产业提供了资源选区。已划分适宜纤维用的玄武岩开发区47个，面积约330km2，预测0～100m浅部纤维用玄武岩资源375141万m3(1087909万t)。其中，毕节市17个，面积50.58km2；威宁县5个，面积92.45km2；六盘水市16个，面积118.62km2；黔西南州3个，面积35.05km2；安顺市3个，面积10.14km2；贵阳市1个，面积11.45km2；黔南州1个，面积9.42km2；黔东南州1个，面积2km2。这些开发区多集中在贫困山区，拓展了以优质优用为前提的矿业开发新渠道，为地方政府招商引资和玄武岩产业发展提供了资源方面的参考依据。3.4玄武岩纤维产业基地布局以上开发区可布局5个玄武岩纤维产业基地(图2)，如下所述。1)威宁-赫章基地。玄武岩资源丰富，且品质较好。通过招商建设1～2个5万～20万t的玄武岩纤维基地，加快纤维用玄武岩采矿权的投放，以新兴产业捉进扶贫开发。2)织金-清镇基地。矿山相对集中，可通过招商建设一个5万～15万t的玄武岩纤维产业生产基地及汽车、飞机材料研发基地，矿石由现有矿山供给，终端产品主要供给安顺，形成开采-加工-销售及工业材料就地供给的有机联盟。以清镇为重点开展示范区建设。3)大方-纳雍基地。以白龙村玄武岩矿山为主体，构建一个3万～15万t岩棉、纤维原料生产基地。以大方为重点建立开发示范区。4)六盘水基地。水城玄武岩科技产业园内已建成1.5万t生产线，境内资源丰富，纤维产能尚可扩大规模。钟山区、六枝、普定、清镇及平坝的矿山提供矿石原料。以六枝、普定为重点建立纤维或铸石示范区。5)普安-晴隆基地。为义龙的贵州玄武科技有限公司供给原料，或通过招商建设一个中高端产品的产业园。图2贵州玄武岩纤维勘查开发布局(5个基地)Fig.2ThelayoutofbasaltfiberexplorationanddevelopmentinGuizhouprovince3.5玄武岩开发利用模式以大方县高店乡白龙村玄武岩矿山为例，有上、中、下3套致密玄武岩适宜作纤维用，部分可作铸石。其余的根据岩石性能可作水泥用、建筑用、饰面用等。3.6玄武岩基地开发利用时序六盘水基地为2018～2020年；大方-纳雍基地、威宁-赫章基地为2019～2025年；织金-清镇基地为2020～2025年；普安-晴隆基地为2021～2025年。4结论与建议4.1结论1)经对过玄武岩资源及开发利用状况的初步评价，贵州玄武岩分布区都有适宜作玄武岩纤维的资源，具有打造玄武岩纤维产业的资源条件及基础。2)圈定的纤维用玄武岩开发区，多为乌蒙山扶贫山区，因此玄武岩的优质优用是未来脱贫攻坚的有效开发渠道之一。3)贵州境内已有两家玄武岩纤维生产企业，其下游产品的应用正在逐步拓展，具备打造玄武岩纤维产业的产业基础和条件。4.2玄武岩资源优质优用开发的建议1)推动玄武岩资源的高效利用。贵州玄武岩资源丰富，满足纤维用的玄武岩点多面广。建议政府高度重视玄武岩纤维产业的发展，加强对玄武岩纤维的宣传与培训，推动玄武岩资源的中、高端利用，强化玄武岩资源优质优用的意识；招商时把创新发展和高效利用、村集体入股等作为前提条件，促使投资人从设计开始考虑优质优用。2)加强玄武岩资源的优质优用评价和论证。目前玄武岩的勘查程度总体较低。六盘水市的整体勘查仅限于稀疏的取样控制和验证，尚不能满足纤维用玄武岩开发的要求。建议按优质玄武岩作玄武岩纤维、铸石、岩棉，一般玄武岩作路料、道渣的原则，开展47个开发区的系统勘查与评价，拓宽扶贫开发渠道，推动全省玄武岩纤维产业的发展。3)开展纤维用玄武岩的评价技术标准研究。玄武岩熔体导热性差、易析晶、黏度窄，对单组分的纯天然玄武岩矿石的化学组成和矿物相有较高的要求，熔体液面浅，熔窑大后会明显增加控制析晶的难度。作为纤维用的矿石原料必须严格控制化学组分范围，对岩石类型和矿物也有所要求，不同的矿石有不同的析晶上限温度和黏度曲线[8]。矿石原料需严格筛选。而玄武岩在垂向上往往由多个旋回组成，不同的旋回岩石类型不同。因此，纤维用玄武岩需建立统一的评价标准，以确保纤维产品的稳定性及连续性，同时也填补国家目前没有纤维用玄武岩指标的空白。4)加强产学研联盟，促进连续玄武岩纤维产业规模化发展。玄武岩纤维发展还处于初级阶段，目前还未实现批量化生产，以致成本高。建议从原料筛选、工艺关键技术、生产规模、市场开发、产品质量等诸多方面设立科研激励机制，建立产学研联盟机制，鼓励创新探索，鼓励批量生产，以促进有效的原料供给、批量的生产及下游产品应用的有机融合，构建一个绿色化、规模化、产融化的全产业链，降低纤维产品成本，增强市场竞争力，带动玄武岩纤维产业的有序发展。5)关于矿权投放及加工投资的建议。投放玄武岩采矿权时，尚需对矿体进行系统控制和并查明开采技术条件，开展必要的纤维生产实验，为矿山开采和玄武岩纤维的生产奠定资源基础。玄武岩纤维生产的工艺可引用国内的成熟工艺。参考文献【相关文献】[1]毛俊芳,董卫国,丛森滋.玄武岩纤维特性及其应用前景[J].产业用纺织品,2007(10):38-40.MAOJunfang,DONGWeiguo,CONGSenzi,etal.Characteristicsandapplicationprospectofbasaltfiber[J].IndustrialTextiles,2007(10):38-40.[2]林希宁,张凤林,周玉梅.玄武岩纤维及其复合材料的研究进展[J].玻璃纤维,2013(2):39-44.LINXining,ZHANGFenglin,ZHOUYumei,etal.Progressofresearchonbasaltfiberandcomposites[J].FiberGlass,2013(2):39-44.[3]瞿业明,张伟,葛乐.玄武岩纤维在输电线路中的应用探讨[J].电工技术,2010(12):14,19.QUYeming,ZHANGWei,GELe,etal.Applicationofbasaltfibersintransmissionlines[J].ElectricalTechnology,2010(12):14,19.[4]黄根来,孙志杰,王明超,等.玄武岩纤维及其复合材料基本力学性能实验研究[J].玻璃钢/复合材料,2006(1):24-27.HUANGGenlai,SUNZhijie,WANGMingchao,etal.Experimentalresearchonmechanicalpropertiesofbasaltfiberandcomposites[J].FiberReinforcedPlastics/Composites,2006(1):24-27.[5]王正刚,张卫强,张义军,等.玄武岩纤维性能及其鉴别方法[J].玻璃纤维,2015(3):40-47.WANGZhenggang,ZHANGWeiqiang,ZHANGYijun,etal.Propertiesandidentificationofbasaltfibers[J].FiberGlass,2015(3):40-47.[6]阮晓东.CFB:新世纪的新材料[J].新经济导刊,2014(3):54-58.RUANXiaodong.CFB:newmaterialsinthenewcentury[J].NewEconomyWeekly,2014(3):54-58.[7]刘胜召.贵州西北部铌钽矿的赋存特征及潜力分析研究[D].贵阳:贵州大学,2018.[8]胡显奇.我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议[J].高科技纤维与应用,2008,33(6):12-18,38.HUXianqi.TheoverviewofthepresentdevelopmentofbasaltfiberinChina[J].Hi-TechFiber&Application,2008,33(6):12-18,38.',)