“十五”至2000年我国非金属矿产应用研究和开发利用的发展方向

为了从根本上扭转非金属矿工业基础薄弱、技术装备落后的局面，缩小与发达国家的差距，开创非金属矿工业发展的新时代，我们应该正视发展中存在的问题和失误，充分发挥政策引导和经济杠杆作用，依靠科技进步，初步实现矿产资源利用方式由粗放型向集约型转变。 转向以非金属矿物制品加工为主的工业发展方向，形成包括采选加工在内的符合现代工业要求的完整工业体系。 优化和调整产业结构，改造和突破各种非金属矿产资源的精深加工和系列利用技术，提高提纯和综合利用水平，拓展非金属矿产的应用领域，开发新矿产和重要稀缺非金属矿产的合成技术，建立中国非金属矿产综合利用数据库和评价体系；加工产品和产品的系列化和标准化，设备的国产化和系列化；开展利用两种资源满足国家需求的技术经济研究，解决一批提高我国非金属矿物产品质量和竞争力的关键技术；为初步实现非金属矿产资源开发利用由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的需求，从根本上改善矿山生态环境，使我国非金属矿产利用和保护水平达到或接近国际发达国家水平提供了技术支撑。

主要对策和措施如下。

(1)以市场需求为导向，按照产品-原料加工-开采的逆向顺序，统筹安排矿产资源和技术开发，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，特别是支撑支柱产业和基础产业的产品比重。在企业结构上，以国有大中型企业为龙头，跨地区、跨地域向经济规模合理的综合性企业集团方向发展。

(2)加快现有企业的技术和设备改造步伐，提高技术开发能力。有选择地引进深加工技术和设备，组织消化吸收，创新提高，将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。在大中型国有综合性企业建立技术创新中心，通过产、学、研相结合，逐步使企业成为技术开发的主体，提高企业的技术开发能力和成果转化率。

(3)继续实施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，限制不具备合理开采和综合利用条件的小矿，鼓励企业合理开采和综合利用，保护生态环境。

(4)重视加强非金属矿物基本性能的测试和研究。加快矿产品和材料标准向国际标准过渡，逐步在大中型企业推广ISO9000系列质量管理和质量保证标准，提高对进口产品的竞争力和国际市场竞争力。

(5)调整我国矿产品进出口贸易政策，改变“农业产量低”的现状，提高非金属矿产品出口产品的技术含量和质量档次，逐步扩大产品和深加工产品的出口贸易额，培育拳头产品和名牌产品，提高出口创汇份额。

(6)注重人才培养。以科研机构和高等院校为重点，加强非金属矿物应用基础理论研究。扩大对外技术交流和合作研究，重视培养有针对性的专业人才。加快运用现代技术改造现有企业，引导非金属矿产业由简单的劳动密集型向技术开发型转变，向以非金属矿产品深加工为重点的产业发展方向转变。

二、“十五”期间非金属矿产领域优先解决的科技难题。

由于非金属矿产种类多，总体开发水平低，需要解决的技术问题多，必须从可持续发展的战略和经济建设对非金属矿产的需求来安排工作。“十五”期间，我国非金属矿产利用的优先发展领域主要包括:①优势非金属矿产资源合理利用技术研究，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发；③非金属矿产合理利用关键技术和装备的研发。

1.非金属矿物和产品的物理化学性质和性能的揭示和改进

非金属矿物的利用不同于金属矿物。后者使用金属元素；前者可以利用非金属元素，但更多地利用矿物的性能特征。在大多数情况下，非金属矿物的利用是基于矿物在电场、磁场、重力和应力场等物理场和化学环境中的反应和行为变化，以及非金属矿物与有机、无机和生物物质的协同作用。非金属矿物的性质是由矿物本身的晶体结构和物理化学性质决定的。不同的矿物即使具有相同的化学成分，也会表现出不同的性质。这是开发非金属矿物的新用途和新的非金属矿物资源以及改革、设计和优化矿物特性的基础。

只有在高水平基础理论的指导下，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理化学性质的研究。a .各种电磁波下的反射、吸收和透射；b .矿物表面结构、表面官能团、表面生物活性和表面亲和力；c .材料科学意义上的电、热、声、光、磁和吸附特性；d .矿物晶体在电子、原子和分子水平上的物理和化学反应；e .某些矿物在高温、高压和低温下物理化学性质的变化；f .矿物的物理化学性质与其成分、结构、缺陷、结晶顺序、层间电荷、结晶水和应用环境的关系。(2)主要非金属矿物性能测试技术研究。③主要非金属矿物及其制品标准的制定。④层状、粒状、纤维状非金属矿物的特征及其特点。⑤主要非金属矿物复合材料的结构工程设计、性能及应用研究。⑥非金属矿物及其制品在工业塑料、工程陶瓷和其他材料中的应用性能比较。

2.非金属矿产资源综合利用程度评价标准、评价方法和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。

对于大多数非金属矿物来说，质量决定了它们利用的可能性和程度。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，只能反映非金属矿山原矿开采、选矿技术和初级原料加工的水平，造成产品质量参差不齐，应用效果不佳，资源浪费严重，市场价格混乱。因此，建立新的评价体系势在必行。

在综合利用原有“三率”评价的基础上，建立精、深加工技术和产品质量技术水平评价体系。以统计指标和评价指标为基础建立评估体系，建立新的评估体系，根据市场和技术的发展动态化、信息化。

我国非金属矿行业积累了大量数据，但非常分散。需要对其进行格式化和整理，建立便于检索和查阅的数据系统，以及能够自动分析规律和趋势的智能系统。为决策机构提供依据，为科研生产部门快速提供参考资料，避免低水平重复研究，加速科研成果转化。数据库内容包括:国内非金属矿产资源的地质特征(矿产种类、储量、分布区域、伴生矿产及浸染特征、开采条件、矿石特征、与国外同类矿床和矿产的对比)；已开发矿床的矿产利用情况、工厂规模、工艺生产条件、产品种类、产量和质量；非金属矿物的物理化学结晶特征、现实性和可能的应用领域；各种尾矿的矿物特性和利用的可能性，二次资源的赋存和特性及回收利用的可能性；国内外非金属矿物及其制品的性能和产品质量标准；国内外市场销售情况、潜力和价格变化。

3.一些关键技术(包括设备)的研究

包括:①非金属矿物富集提纯新技术；②超细粉碎制片技术、固液分离技术、精确分级技术、改性、二次造粒和功能化技术；③非金属矿煅烧技术；④合成技术；⑤开采过程中的资源保护与利用技术；⑥面向工业部门需求的非金属矿物工程性质的研究与设计；⑦非金属矿物制品技术；(8)高新技术在非金属矿产领域的应用；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、非金属矿产应用研究和开发利用的发展方向

我国非金属矿产应用研究、开发利用的主要发展方向是为四大支柱产业(建筑、汽车、机电、石化)及相关产业(农业、环保、轻工、精细化工)提供配套产品和服务。发展重点如下。

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(非金属矿物和金属粉末，调节摩擦系数)组成，加工成各种制动器产品。制动器产品要求机械强度高，导热系数低，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高消耗的高科技产品。年需求量约为160000 t，预计到2010年中国汽车工业所需的摩擦材料将达到340000 t。目前市场上优质产品少，直接影响汽车的性能和安全。大量进口车使用进口摩擦材料制作刹车。由于制动瞬间高温，增强材料石棉使产品表面发生热衰退，导致材料磨损，特别是石棉对人体健康的影响。因此，研究无石棉或少石棉的新型耐高温摩擦材料已成为发达国家的热点。无石棉摩擦材料不仅用半金属摩擦材料、玻璃纤维和芳纶摩擦材料替代石棉，而且主要研究凹凸棒石粘土、海泡石粘土、水镁石、硅灰石等具有纤维结构的矿物作为摩擦增强材料。除了纤维矿物的应用，利用蛭石、云母、石墨等片状矿物作为摩擦增强材料是一个新的领域。其增强性能优于纤维增强材料，且生产工艺简单，生产成本低，具有良好的发展前景。汽车制动器也适用于船舶、机车和航空，是一种市场广阔的消耗性工业材料。

例如，开发用于轿车(轻型)车辆的第三代无石棉摩擦材料，以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)、使用寿命超过50000km、无噪音、无腐蚀等优点。以年产40万套三代车刹车片计算，产值3200万元，利税12万元。

2.高性能密封材料

传统密封材料的技术性能已经不能满足现代汽车、机械、工业装置、原子能工业和国防工业的要求，现代技术需要高性能的密封材料。高性能密封材料的研发是利用某些非金属矿物的物理化学特性，采用现代复合技术生产出能满足各种恶劣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，自由气孔率< 10%，1500℃抗压强度300 ~ 355 MPa(2)柔性石墨密封材料，含硫量< 50× 10-6 ~ 500× 10-6，使用温度-200 ~ 450℃；(3)云母、海泡石和蛭石密封材料，使用温度为600 ~ 1000℃。

3.高科技石墨功能材料

石墨是21世纪三大最有前途的新兴材料之一。高科技石墨功能材料主要包括:核能用超低硫高纯柔性石墨；锂离子电池用天然石墨负极材料:治理石油污染的石墨环保材料；我国各种彩色显像管急需的不同品牌石墨乳；合成氨用石墨高效催化剂:高导电性石墨材料。

主要技术指标:①核级柔性石墨，C ≥ 99.98%，S ≤ 50× 10-6，Cl≤10×10-6；②锂离子电池石墨负极，C≥99.98%，容量300 mAh/g；③石墨吸附材料，饱和吸油量20g/g，再生率80%；(4)石墨高效合成氨催化剂在350℃、10h时转化率达90%;⑤高导电石墨材料，电导率为1.0×10-6ω·cm-1。

彩色显像管用石墨乳主要由大量的内涂层、外涂层和黑色背景的石墨乳组成。根据国内生产线对品种的需求，按日立、松下、东芝、飞利浦、GE系列等品牌开发。

上述产品要求高固定碳石墨原料，因此必须首先解决以下技术问题。①机械选矿提纯获得固定碳含量> 98%的高碳石墨新工艺，为大型选矿工艺保驾护航，为进一步化学处理提供优质石墨原料。②高纯片状石墨粉，C≥99.9%，粒度+100目；C≥99.9%，粒度-200+325目。③C≥99.9%、粒度-2微米、d50 ≤ 0.3微米的高纯鳞片石墨超细粉；C≥99.9%，粒度-0.8微米，d50 ≤微米..

4.为建筑业提供非金属矿产品

建筑行业是非金属矿的主要应用领域，世界建筑用非金属矿年消耗量占非金属矿总消耗量的60%以上。到2010年，中国建筑业增加值将达到1万亿元。随着建筑材料需求的快速增长，为新型建筑材料的开发、研究和生产创造了良好的机遇。除传统建筑材料(水泥、玻璃、陶瓷)外，还要对装饰建材、涂料装饰材料、节能材料进行研发。

(1)装饰建材随着人民生活水平的提高，装饰建材的需求量越来越大。目前我国装饰建材的消耗量比10之前增加了20% ~ 30%，装饰建材的消耗量约占建筑成本的40% ~ 60%。建筑装饰材料有33种，其中石材、陶瓷、玻璃、吊顶幕墙等装饰材料与非金属矿产关系密切，有的直接用作装饰材料，如大理石、花岗岩等。有的加工成装饰材料，如釉面砖、墙地砖、卫生陶瓷等陶瓷装饰材料。我国是世界上最大的建筑陶瓷生产国，但目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。要使我国建筑装饰陶瓷达到国际先进水平，首先要使原料(绿色原料和釉料)标准化、系列化，同时还要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)油漆装饰材料油漆是一种装饰材料，是化工部16主要产品之一。目前，中国有2500多家涂料生产企业，年产量超过1万吨，居世界第五位。但人均消费较低，为1kg/(年人)；而德国是20kg/(年人)。随着人们生活水平的提高，对油漆装饰材料的需求会越来越大，对档次的要求也会越来越高。涂料中的各种颜料都是由非金属矿物组成，在涂料中起填充作用。通过填充，增加涂层厚度，改善涂层性能(如悬浮防止脱层)，提高涂层的耐磨性和耐久性，降低生产成本。常用的体质颜料有碳酸钙、重晶石、白炭黑、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、膨润土等。体质颜料的用量约占涂料所用原料总量的10% ~ 30%，因此非金属矿物是涂料装饰材料的重要原料。用作本体颜料的非金属矿物的提纯、细磨、超细研磨和表面改性都是提高涂料质量的重要因素。

5.节能用非金属矿物

非金属矿加工中的节能降耗及其研究作为节能降耗产品受到广泛关注，成果不断推广应用。非金属矿物材料加工业是高能耗产业，其发展依赖于能源产业的发展。能源形势将对非金属矿物材料加工业产生重要影响。因此，节能加工技术、设备和工艺对非金属矿物材料的加工具有重要意义。比如研磨的能耗通常占产品成本的50% ~ 70%，烧制高温耐火材料也是一项高能作业。已投入工业应用的节能降耗技术和设备包括多碎少磨、强化分级、搅拌磨、锥磨等新型破碎粉磨设备，絮凝、载体分离等新型分离技术和设备，以及各种新型节能窑炉。另一方面，一些非金属矿物可作为节能材料，如硅灰石、透辉石、透闪石、霞石正长岩、蛭石、珍珠岩、硅藻土、石棉等节能原料应用于陶瓷、玻璃、管道、保温、低温绝热等领域。如硅灰石、透辉石、透闪石等，可以降低烧结温度，缩短烧结时间，减少坯体的收缩和膨胀。再如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、微孔硅酸钙、硅酸铝纤维、石棉等制成的各种保温板和管道。建筑业的快速发展对建筑材料提出了更高的要求，要求大量使用强度高、重量轻、保温隔音性能好的新型建筑材料，扩大使用面积，提高施工进度。针对我国节能材料现状，重点发展新型优质低温烧结原料和新型保温材料。

6.加强非金属矿物填料的开发利用。

塑料、橡胶、涂料、粘合剂、化妆品、造纸等工业产品需要大量非金属矿物作为填料。填料的加入不仅提高了产品的物理性能，还降低了成本。在这些工业产品中，非金属矿物的添加量从20%到60%不等。工业填料是一种用量大、应用范围广的非金属矿物材料，国外已形成独立的填料产业。以塑料制品为例，根据塑料制品工业“九五”计划和中国轻工业联合会到2010年的远景规划，2000年我国塑料制品产量计划达到800万吨，2016万吨。非金属矿物填料平均填充量按20%计算，各类非金属矿物填料需要65438+60万~ 320万吨。用作工业填料的非金属矿物有很多种，如碳酸钙、滑石、硅灰石、绢云母、重晶石、应时粉、伊利石、水镁石、珍珠岩、高岭土等。经过粉碎、超细粉碎和表面改性，可制成各种性能和品牌的工业粉末填料。

非金属矿填料的开发应解决提纯、增白、微粉粒度及粒度分布、表面改性剂及改性技术等问题。

7.为农业和环保产业提供非金属矿产品。

农业和环境保护是国民经济的基础。农业是非金属矿产的一个重要应用领域。中国是一个农业大国，农业的现代化生产和耕地的自然保护历来受到国家的重视。除硫、磷、钾等资源外，农业非金属矿产因其在肥水保持、土壤改良、饲料和农药载体等方面的开发利用，一直受到各国的高度重视。这些非传统农业非金属矿物包括沸石、膨润土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、蛭石、珍珠岩、硅藻土和泥炭。

(1)非金属矿物作为肥料和农药的载体，在国外广泛用作颗粒肥料的粘结剂，可以改善成粒质量，增加抗压强度，防止氮素挥发损失，减少肥效损失，防止回潮结块，改善土壤结构，保持土壤水分，提高土壤液体传导性和透气性。目前，我国化肥年产量为1.1亿t，居世界第二位，但结构不合理。65438+100万吨化肥中，复合肥400万吨，仅占化肥总产量的4%，高浓度复合肥更少，只有70万吨。世界发达国家使用复合肥的比例很大，欧洲国家生产的复合肥占化肥总产量的60%。我国有关部委提出要把复合肥产量逐步提高到30%，同时要发展高浓度复合肥。复合肥用粘结剂主要是粘土矿物，添加量一般为5% ~ 15%，因此每年需要200万~ 300万吨粘土制品，市场容量较大。复合肥粘结剂，特别是高浓度复合肥粘结剂的制备，还存在一些技术问题需要解决。

矿物肥料是根据作物的需要和土壤成分，利用非金属矿物的理化性质及其所含的化学成分和微量元素，研制的适合不同作物的专用矿物肥料。我国在复合肥和矿物肥的开发、研究和生产方面已有一定基础，应进一步加强技术开发、多品种开发和推广应用，逐步形成特色产业。

一些层状、链状层状和多孔非金属矿物(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，具有很大的应用前景。

(2)环保用非金属矿物许多非金属矿物，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，用于处理废气、废水、固体废物和放射性废物时具有很强的优势。开发新型非金属矿物环保材料不仅具有巨大的社会效益，而且具有显著的经济效益。如膨润土或沸石用作核废料地质处置的缓冲/回填材料，沸石、凹凸棒石、海泡石、硅藻土、水镁石用于处理冶金废水、造纸废水、印染废水、制革废水等。

除上述应重点关注的七个方面外，还应重视非金属矿在纳米材料、合成材料等高科技领域的开发和应用，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、超硬材料和薄膜材料、晶须材料的合成技术等。

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》(第一、二卷)，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，从申请专利数量看我国非金属矿产开发利用与世界的差距，建材地质，1997。90号。