葉張煌,張 琪,閆 強(qiáng),王安建,張照志
(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;2.江西科技師范大學(xué),江西 南昌 330038)
非金屬礦是三大類礦產(chǎn)資源之一,指在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,所有可供提取的不具備金屬特性的化學(xué)元素、化合物或可直接利用的巖石和礦物。在原始社會(huì)初期,正是砂巖、石英巖、燧石等非金屬礦產(chǎn)資源的使用,人類在勞動(dòng)實(shí)踐中逐漸學(xué)會(huì)了使用就地取材的石器作為工具和取火技術(shù),進(jìn)入了石器時(shí)代,如170萬(wàn)年前的云南元謀人懂得使用質(zhì)地較硬的石英巖打制石器,開(kāi)啟了人類社會(huì)進(jìn)步的階梯[1],在現(xiàn)代社會(huì),非金屬礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用程度, 更是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的綜合體現(xiàn)。一個(gè)國(guó)家工業(yè)化程度越高,對(duì)非金屬礦產(chǎn)品的需求量就越大,非金屬礦產(chǎn)在第二產(chǎn)業(yè)中占的比重呈不斷增加的趨勢(shì)[2-3]。非金屬礦與金屬礦在產(chǎn)量、產(chǎn)值和消費(fèi)量方面的比值成為衡量一個(gè)國(guó)家礦業(yè)發(fā)達(dá)程度的參數(shù)之一。在20世紀(jì)50年代前,世界上金屬礦的產(chǎn)量、產(chǎn)值均高于非金屬礦,但在20世紀(jì)50年代以后情況就出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)持續(xù)至今。以2001年的統(tǒng)計(jì)為例,從產(chǎn)量的角度看,世界非金屬礦的年開(kāi)采量在250億~300億t之間,是金屬礦開(kāi)采量的3倍。從產(chǎn)值的角度看,世界非金屬礦原料總產(chǎn)值達(dá)2000億美元,超過(guò)金屬礦產(chǎn)值的2~3倍,從人均非金屬礦的消費(fèi)看,非金屬礦的年人均消費(fèi)量達(dá)5t[4],約是金屬礦的10倍。并隨著科技的進(jìn)步,非金屬礦產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓寬,除了建材、化工、農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域,在電子信息、新能源、新材料、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,可以預(yù)測(cè)人類將回歸大量使用非金屬礦產(chǎn)的“新石器時(shí)代”。
和相比金屬礦產(chǎn),非金屬礦產(chǎn)資源具有種類繁多、用途廣闊、分布廣泛等特點(diǎn)。根據(jù)用途,可以將200多種非金屬礦種分為25大類[5]。值得注意的是,科技進(jìn)步使得原先不能利用的資源成為可利用的礦石。例如,20世紀(jì)50年代硅灰石和透輝石還是“廢石”,但現(xiàn)在卻是很好的陶瓷原料和煉鋼輔助材料。但也有相反的情況,即一些非金屬礦被廢棄不用了,如壓電石英在20世紀(jì)70年代被人造水晶完全代替,作為戰(zhàn)略資源的地位也就不復(fù)存在。
中國(guó)是最早利用非金屬礦產(chǎn)的國(guó)家之一。如國(guó)外把陶瓷稱為China,陶瓷原料之一的高嶺土(kaolin)也是以中國(guó)瓷都景德鎮(zhèn)高嶺村命名的,《本草拾遺》中記載將膨潤(rùn)土用作藥材,這比西方認(rèn)知膨潤(rùn)土早1000年。這足以說(shuō)明中國(guó)在利用非金屬礦產(chǎn)的水平之高和時(shí)間之早。
我國(guó)的非金屬礦產(chǎn)品種齊全,儲(chǔ)量豐富。截止到2010年的統(tǒng)計(jì),我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的非金屬礦產(chǎn)資源種類102種,亞類176種,其中,查明資源儲(chǔ)量的為91種,亞類160種。其中,石墨、石膏、膨潤(rùn)土、石灰石、菱鎂礦、重晶石、芒硝等礦種的儲(chǔ)量居世界首位;滑石、石棉、螢石、硅灰石的儲(chǔ)量居世界第二位;磷、硫、高嶺土、珍珠巖、天然堿、耐火黏土的儲(chǔ)量居世界第三位。我國(guó)非傳統(tǒng)的沸石、凹凸棒等非金屬礦產(chǎn)資源也居世界前列。
非金屬礦在我國(guó)的分布廣泛。已探明儲(chǔ)量的石墨礦區(qū)有91處,分布于全國(guó)25個(gè)省(區(qū)),集中分布在黑龍江、山東、四川、河南和內(nèi)蒙古等省份。探明儲(chǔ)量的螢石礦區(qū)達(dá)230處,分布于全國(guó)25個(gè)省(區(qū)),以湖南為最多。探明儲(chǔ)量的耐火黏土礦區(qū)有327處,分布于全國(guó)各地,以山西為最多。探明儲(chǔ)量的重晶石礦區(qū)有103處,分布于全國(guó)21個(gè)省(區(qū)),以貴州省為最多。探明儲(chǔ)量的滑石礦區(qū)有43處,分布在全國(guó)15個(gè)省(區(qū)),江西、遼寧、廣西、青海、山東等5省占全國(guó)儲(chǔ)量的90%以上。探明儲(chǔ)量的石膏礦礦區(qū)有169處,分布在全國(guó)23個(gè)省(區(qū)),以山東最多。探明儲(chǔ)量的膨潤(rùn)土礦區(qū)86個(gè),分布在全國(guó)23個(gè)省(區(qū)),以廣西、新疆,內(nèi)蒙古為多。
我國(guó)非金屬礦產(chǎn)資源總量豐富,但在巨大的人口基數(shù)壓力下,人均非金屬礦產(chǎn)的擁有量?jī)H為國(guó)際人均水平的58%。
我國(guó)有眾多的優(yōu)勢(shì)非金屬礦種,但某些礦種稀缺,品味低,礦物難選。如1995年中國(guó)金剛石產(chǎn)量20.5萬(wàn)克拉,僅占世界年總產(chǎn)量的0.4%,而且我國(guó)金剛石品味富的原礦品位僅相當(dāng)于南非金剛石選礦廠的尾礦品位[6]。我國(guó)硫鐵礦的平均品位僅為18%左右;P2O5大于30%的富礦僅占總量的7.4%,礦石類型難選;90%以上的硼礦也是難選的硼鎂鐵型礦石[7]。
我國(guó)是世界上非金屬礦產(chǎn)品的重要生產(chǎn)和供應(yīng)大國(guó),已形成完整的非金屬礦業(yè)工業(yè)鏈。我國(guó)查明的非金屬礦產(chǎn)地為10348處[7],至今非金屬礦產(chǎn)的產(chǎn)值超過(guò)3500億元。
近10年,中國(guó)非金屬礦產(chǎn)品的需求量愈來(lái)愈大,而且以年均10%左右的速度快速增長(zhǎng),圖1為2003年和2005年的若干重要非金屬礦產(chǎn)的產(chǎn)量和2020年的需求預(yù)測(cè),可以看出,只要按現(xiàn)在的產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng),到2020年供需可實(shí)現(xiàn)總體平衡。
圖1 若干重要非金屬礦產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)和預(yù)測(cè)
圖2為2003~2007年我國(guó)非金屬礦產(chǎn)品進(jìn)出口金額的統(tǒng)計(jì)表。總體的趨勢(shì)是出口金額大于進(jìn)口金額,有少量的出口創(chuàng)匯。除個(gè)別年份的特殊情況,進(jìn)出口年增幅均超過(guò)10%。
圖2 2003~2007年我國(guó)非金屬礦產(chǎn)品的國(guó)際貿(mào)易額
我國(guó)金剛石、鉀鹽、優(yōu)質(zhì)高嶺土等少數(shù)礦種的保障程度較低,對(duì)外依賴程度高。如我國(guó)探明鉀鹽的儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量?jī)H分別為世界的1.024%和1.015%,近幾年,我國(guó)進(jìn)口鉀鹽劇增,2007年達(dá)到547.4萬(wàn)t,成為世界最大的鉀鹽進(jìn)口國(guó)[8]。
據(jù)2000年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)非金屬礦的數(shù)量為10.36萬(wàn)家,從業(yè)人數(shù)284萬(wàn)人,其中小型企業(yè)為9.56萬(wàn)家,占92.28%,而大、中型企業(yè)的數(shù)量為8000家,占比僅為7.72%[7]。小企業(yè)往往存在濫采亂伐、采富棄貧、污染環(huán)境、競(jìng)相壓價(jià)等不良現(xiàn)象。
澳大利亞也是世界上重要的非金屬礦產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)。但其主要的非金屬礦業(yè)公司僅有8家[9],它們擁有澳大利亞非金屬礦產(chǎn)資源90%以上的份額。英國(guó)ECC公司高嶺土的年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t,占英國(guó)總產(chǎn)量的80%。良好的產(chǎn)業(yè)集中度有利于企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和形成價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)非金屬礦產(chǎn)的深加工技術(shù)還不夠成熟,高附加值產(chǎn)品的比例太少。如南非能在無(wú)過(guò)濾條件下生產(chǎn)出超級(jí)品位石墨片;我國(guó)硅藻土的產(chǎn)品僅有50余種,而國(guó)外達(dá)500多種;石墨產(chǎn)品200多種,而國(guó)外多達(dá)1400余種[10]。三大類礦產(chǎn)的產(chǎn)量產(chǎn)值比和非金屬礦產(chǎn)的進(jìn)出口價(jià)格差也可以較好地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
2006年我國(guó)非金屬礦、能源礦產(chǎn)和金屬礦三類礦產(chǎn)的產(chǎn)量占比分別為52%,35%和13%,而相應(yīng)的產(chǎn)值占比分別為16%、51%和23%。也就說(shuō)我國(guó)52%的非金屬產(chǎn)量只占16%產(chǎn)值,而世界非金屬礦產(chǎn)品的產(chǎn)值早已超過(guò)金屬礦。
從國(guó)際貿(mào)易的數(shù)據(jù)看,無(wú)論是同一年份的不同非金屬礦產(chǎn)品,還是同一非金屬礦種的不同年份的價(jià)格均顯示,我國(guó)優(yōu)勢(shì)非金屬礦初級(jí)產(chǎn)品與國(guó)外的同礦種產(chǎn)品相比,進(jìn)出口價(jià)格相差幾倍,甚至近十倍(表1和表2)。再如我國(guó)的高純石英主要依賴進(jìn)口,其價(jià)格也是一路上漲,2010年5.4萬(wàn)元/t,2011年6萬(wàn)元/t,而雜質(zhì)含量為8ppm的超純石英更是高達(dá)16萬(wàn)元/t。表明加強(qiáng)非金屬礦的開(kāi)發(fā)利用和深加工,提升產(chǎn)品的附加值是我國(guó)非金屬礦業(yè)一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的艱巨任務(wù)。
我國(guó)政府工作報(bào)告指出,大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),從資源開(kāi)采、生產(chǎn)消耗、廢棄物利用和社會(huì)消費(fèi)等環(huán)節(jié),加快推進(jìn)資源綜合利用和循環(huán)利用,是我國(guó)礦業(yè)的未來(lái)發(fā)展的正確方向??沙掷m(xù)開(kāi)發(fā)與綜合利用也是我國(guó)非金屬礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略選擇。
表1 2012年部分非金屬礦產(chǎn)品進(jìn)出口價(jià)格倍差
表2 2009~2012年長(zhǎng)石礦進(jìn)出口價(jià)格倍差
目前礦業(yè)公司普遍認(rèn)為存在非金屬礦產(chǎn)品的附加值低,投資回報(bào)率低、規(guī)模都較小等看法。非金屬初級(jí)產(chǎn)品確實(shí)如此,但深加工產(chǎn)品是截然不同的。事實(shí)上非金屬礦業(yè)也有進(jìn)入世界500強(qiáng)的企業(yè),如經(jīng)營(yíng)無(wú)機(jī)非金屬材料圣戈班(Saint-Gobain)公司年?duì)I業(yè)額約600億美元,年凈利潤(rùn)20多億美元;主營(yíng)建筑材料拉法基(Lafarge)公司年銷售額170多億歐元,年凈利潤(rùn)近20億歐元[11]。
我國(guó)瓶頸的非金屬礦產(chǎn),如金剛石、鉀鹽,沒(méi)有取得找礦突破。同時(shí)一些傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)非金屬礦產(chǎn)保有資源量也出現(xiàn)了告急的情況,如滑石、隱晶質(zhì)石墨等。山東魯塘微晶石墨占全國(guó)隱晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量72.56%,現(xiàn)保有儲(chǔ)量1620萬(wàn)t,每年的消耗量為200萬(wàn)t,照此速度,探明的資源儲(chǔ)量在8年內(nèi)消耗殆盡[12]。我國(guó)礦產(chǎn)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)與綜合利用領(lǐng)域的政策法規(guī)正在不斷地完善,逐步走上有序和法制化的軌道。如2010年國(guó)土資源部首次頒發(fā)了《礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用鼓勵(lì)、限制和淘汰技術(shù)目錄》,規(guī)定新建礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目不得采用限制類和淘汰類技術(shù),這是指導(dǎo)綠色礦山建設(shè)的重要技術(shù)依據(jù)。在礦山關(guān)閉前,礦山企業(yè)應(yīng)盡到礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)的義務(wù)。
因此要利用各種形式,特別是互聯(lián)網(wǎng),改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)觀念,樹(shù)立礦產(chǎn)資源的憂患意識(shí)和法制觀念。
近十年,我國(guó)在礦業(yè)領(lǐng)域的投資快速增長(zhǎng),但從礦業(yè)鏈的投資結(jié)構(gòu)來(lái)看,地質(zhì)勘查投入、采選業(yè)投資和礦物原材料加工業(yè)投資占比分別為4%,36%和60%,非金屬礦物制造業(yè)的投資增速過(guò)快,據(jù)統(tǒng)計(jì)從2003~2010年投資年均增速高達(dá)38%[12],下游投資增幅明顯快于上游地質(zhì)勘查投入,導(dǎo)致礦業(yè)發(fā)展出現(xiàn)嚴(yán)重機(jī)構(gòu)性失調(diào)。上游的原材料供應(yīng)緊張,而部分礦種的產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩。工信部公布了2013年淘汰落后產(chǎn)能的19個(gè)行業(yè)[13],其中水泥、平板玻璃、造紙等行業(yè)和非金屬礦業(yè)直接相關(guān),勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步加劇部分非金屬礦種的加工產(chǎn)能過(guò)剩。
在4%的地質(zhì)勘查投入中,投入非金屬礦的比例嚴(yán)重滯后,如圖3所示,江西省2012年地勘基金投入到非金屬領(lǐng)域的比例只占全部的2%,在全國(guó)的情況也大體相當(dāng),致使我國(guó)非金屬礦山資源勘查相對(duì)滯后,新增探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)緩慢,部分企業(yè)缺乏后備礦山。
圖3 江西省2012年地勘基金分配比例
中央和省級(jí)財(cái)政十分有必要加大對(duì)非金屬礦產(chǎn)勘查工作的投入,改變?cè)趨^(qū)調(diào)、礦調(diào)等基礎(chǔ)性工作中幾乎不涉及非金屬礦產(chǎn)的狀況;加強(qiáng)對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)非金屬礦產(chǎn)資源找礦規(guī)律的研究,改變非金屬礦產(chǎn)的研究往往與地質(zhì)學(xué)關(guān)系不大,而與材料科學(xué)密切相關(guān)的局面。如火山成礦過(guò)程中,往往可形成一系列相似成礦條件的成礦系列,如:珍珠巖一沸石一膨潤(rùn)土組合,明礬石一黃鐵礦一葉臘石一紅柱石一高嶺土組合;螢石一方解石(重晶石)一石英組合等等[14]。在實(shí)際研究中,同時(shí)充分利用國(guó)內(nèi)和國(guó)際兩個(gè)市場(chǎng),鼓勵(lì)和支持有實(shí)力的企業(yè)到國(guó)外參與非金屬礦資源的地質(zhì)勘查和礦山開(kāi)采,從戰(zhàn)略上掌握資源。
利用全國(guó)礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀調(diào)查、危機(jī)礦山接替資源找礦行動(dòng)和礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)的綜合成果,理清非金屬礦產(chǎn)資源的家底,建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),為非金屬礦產(chǎn)資源規(guī)劃和地質(zhì)找礦重點(diǎn)突破等提供指導(dǎo)。
目前我國(guó)非金屬礦物的深加工技術(shù)還不領(lǐng)先,綜合利用工藝技術(shù)也沒(méi)有取得重大突破。一是推動(dòng)非金屬產(chǎn)品向深加工的方向發(fā)展,深加工技術(shù)方向就是“提純、超細(xì)、改性、復(fù)合”[15];二是伴生礦、低品位礦、礦業(yè)“三廢”的綜合利用和回收利用。我國(guó)非金屬礦山的大量共伴生資源、“三廢”沒(méi)有得到合理利用,采富棄貧、專吃白菜心等嚴(yán)重破壞和浪費(fèi)資源的情況嚴(yán)重,如大量石英礦物被當(dāng)作脈石丟掉,與煤共生的陶瓷原料大多未被利用,非金屬礦的平均利用率約20%~30%[16]。在山東平度石墨礦采選企業(yè)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),大量隱晶質(zhì)石墨作為燃料燒掉,中小型企業(yè)的選礦回收率僅為45%,礦石回采率約為50%,資源的利用率不到30%。采礦廢棄物是一個(gè)“人工礦床”,如果借助選礦技術(shù)的發(fā)展,不亞于建立一個(gè)新礦山。還有很多固體廢棄物可以二次回收利用,如石墨電池材料,用于油污吸附的膨脹石墨等。
企業(yè)光靠國(guó)家的政策扶持和資源稟賦是不可持續(xù)的短期行為。國(guó)外同行領(lǐng)先者的基本經(jīng)驗(yàn)就是充分依托市場(chǎng)機(jī)制的技術(shù)創(chuàng)新。綜合利用的本質(zhì)就是循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的體現(xiàn)。
按照《關(guān)于全面整頓和規(guī)范礦山資源開(kāi)發(fā)秩序的通知》和《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)金屬非金屬礦山資源整合和整頓關(guān)閉工作的通知》等文件要求,截止到2007年,我國(guó)非金屬礦山企業(yè)的數(shù)量減少到9.05萬(wàn)個(gè)。通過(guò)扶持有技術(shù)、有投資能力的大公司,我國(guó)正在形成石墨、高嶺土、滑石等優(yōu)勢(shì)礦種的大型企業(yè)集團(tuán),產(chǎn)業(yè)集中度有了明顯提高,逐步走出多、小、散的狀況,這有利于提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平和綜合利用水平,延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,減少資源浪費(fèi)。
對(duì)我國(guó)的優(yōu)勢(shì)和重要的非金屬礦產(chǎn)資源實(shí)行開(kāi)采總量的控制,防止過(guò)度開(kāi)采,開(kāi)展重點(diǎn)非金屬礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性資源儲(chǔ)備的研究和試點(diǎn)。
國(guó)家“十二五”規(guī)劃明確提出發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新能源、新材料、生物工程、信息技術(shù)、高端裝備制造、新能源汽車等在內(nèi)的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),到2020年,七大產(chǎn)業(yè)的GDP由目前的3%提高到15%。不僅新材料與非金屬礦產(chǎn)直接相關(guān),而且其他的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)都與非金屬材料有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。如廣泛應(yīng)用緩(控)釋肥料已成為我國(guó)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的急迫任務(wù)。農(nóng)田直接施肥不但造成水體污染,而且肥力得不到有效的發(fā)揮,我國(guó)氮肥、磷肥和鉀肥的平均利用率均不到發(fā)達(dá)國(guó)家的40%。非金屬礦物沸石和膨潤(rùn)土是用于生產(chǎn)控釋肥的優(yōu)良材料,能大大降低其生產(chǎn)成本,在建設(shè)低碳環(huán)保型社會(huì)中發(fā)揮巨大作用。又如鋰電池是廣泛應(yīng)用的移動(dòng)能源,但存在熱穩(wěn)定性不夠好的缺點(diǎn)。但將厚度僅30μm的新型陶瓷隔離層用作鋰電池隔離層后,即使在高溫情況下也能保持電池的穩(wěn)定,可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車、船艦、航空航天和潛艇等行業(yè)[17]。非金屬礦產(chǎn)要積極參與到國(guó)家戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的實(shí)施中來(lái),充分利用國(guó)家對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的稅收優(yōu)惠、技改和科研經(jīng)費(fèi)支持、政府優(yōu)先采購(gòu)、消費(fèi)端補(bǔ)貼等扶持政策,抓住機(jī)遇,加快發(fā)展。國(guó)家對(duì)歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明,政府的產(chǎn)業(yè)政策在非金屬礦業(yè)發(fā)展初期階段的作用是十分明顯的。
非金屬礦業(yè)是一個(gè)地位不如金屬礦顯著但又是作用日益重要的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),其開(kāi)發(fā)利用將成為國(guó)家綜合實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。目前我國(guó)正處在由非金屬礦業(yè)大國(guó)向非金屬礦工業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新階段,本文分析了我國(guó)非金屬礦業(yè)的資源稟賦和開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀,提出了我國(guó)非金屬礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施。
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