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      非金属矿的香馍馍:重晶石

      发布日期:2021-07-07 作者: 点击:

      Z近石油价格开启新一轮上涨,由于2019年突袭的新冠疫情对于石油行业全球石油消费的影响,预计到2030年全球石油消费将达到峰值48.7亿吨;未来3~5年,全球石油产量将大于需求量,全球石油市场供大于求的局面仍将持续。


       据悉,重晶石是目前Z理想的加重剂。据统计,钻井每钻进30米就要消耗一吨重晶石粉,因此消耗量较大,几乎占到重晶石粉体产量的一半。


       重晶石属于钡的硫酸类矿物,主要组成是硫酸钡(BaSO4)。作为一种重要的非金属原料矿物,其具有难溶于水、密度大、充填性好、无毒、易吸收辐射等优点,在化工、石油、建材、医药等行业得到广泛应用。


       重晶石在石油钻探中的作用


       在石油钻探的过程当中,环流泥浆的作用主要就是通过对钻头温度的控制和对钻头杂物的清洁来实现防止油井自喷,这是因为环流泥浆能够较好的带走钻头在切削过程当中所产生的碎屑物,起到封闭孔壁的润换钻杆的作用。但是在情况较为特殊的情况下,及循环泥浆难以与地下油气压力平衡的时候,就需要在钻井液当中加入适量的重晶石粉来提高循环泥浆的混合密度,使得在地层压力较大的情况下也能对钻井起到调节作用。


       重晶石基聚合物材料


       重晶石作为填料添加在聚合物中,一般经超细改性工艺处理,改性后的重晶石与聚合物材料有良好的相容性,能均匀分散在基体材料中,形成无机/有机复合材料。重晶石具有成本低廉、易于开采、耐磨性、耐腐蚀性、耐光性等特点,因此将其添加到橡胶材料中,一方面可以降低橡胶材料的收缩率,提高材料的尺寸稳定性以及刚性,从而增加橡胶材料的应用范围;另一方面作为填料添加到橡胶材料中可以增加重晶石的附加值,降低橡胶材料的成本。


       重晶石防辐射材料


       中子与物质的原子核相互作用时会出现弹性射(n,n)、非弹性散射(n,n‘)、倍增反应(n,2n)发射带电粒子(n,α)和辐射俘获(n,γ)等多种反应形式,为了清晰地描述各个反应发生的概率,研究者们引入了反应截面的概念来表达。其中具有极高的中子非弹性射截面的钡元素可以很好的屏蔽中子,这直接促进了重晶石水泥基材料在中子屏蔽防护工程中的应用。


       重晶石基复合导电材料


       重晶石是一种天然的白色体质颜料,以重晶石作为核芯材料,并以掺杂改性过的SnO2为包覆层制成浅色导电颜料,可显著提高重晶石附加值及使用价值,同时也拓展了重晶石的应用范围。


       中国地质大学夏华等以重晶石粉体为核芯材料,制备浅色导电颜料,在pH为2.0和温度为40℃的条件下,向重晶石的悬浮液中滴加一定浓度的SnCl2、SnCl4和NH4F的盐酸混合液,为了保持溶的pH值恒定,同时滴加一定浓度的NaOH溶液,待混合液滴加完后,再继续搅拌30min,过滤、洗涤和干燥,并在300℃下灼烧1h,得到一种电阻率为7.7Ω?m的白色导电颜料。试验表明,该颜料具有理想的外观颜色和导电性,应用价值较高。


       含钡化合物原料


       重晶石是制取钡的重要矿物资源。含钡硅铁合金自身具有优异的物理化学特性,在钢铁生产及铸造过程中掺钡形成含钡硅铁合金可以显著提高钢铁的质量。目前,主要以块状重晶石为原料,并将其置入矿热炉中以连续的碳热还原工艺来大规模生产含钡硅铁合金。


       水环境中重金属离子吸附材料


       可溶解有毒金属离子近年来对环境造成严重污染,有毒金属离子的去除是改善环境问题的有效手段之一。


       Manuel Prieto等研究了重晶石颗粒与硅水凝胶形成的复合物对水中铬离子的去除作用,通过重晶石砂嵌入硅水凝胶形成人工多孔介质结构,这种结构抑制了液体间的对流与平流,只通过扩散进行交换。研究通过六价铬离子的净通量来定量测定重晶石对铬离子的相互作用能力。


       重晶石无机复合颜料


       重晶石白度高、性质稳定,作为与二氧化钛复合的内核材料,能有效解决二氧化钛易团聚的特性,改善二氧化钛的光催化性质。同时作为涂料,可以替代二氧化钛在涂料中添加使用。


       重晶石为何能被列为战略性非金属矿产?


       姜雅等在《关于将重晶石列为战略性矿产的原则分析》一文中从遏制力原则、稀缺性原则和影响力原则三个方面进行分析。


       遏制力原则


       重晶石是欧美等世界主要经济体的关键矿产, 符合重要贸易伙伴国的关键原材料应列入本国战略性矿产的遏制力原则。美国对重晶石的对外依存度高,中国是其第一大进口国计算表明,2014—2018年,美国重晶石平均对外依存度高达82%, 其中有68%来源自于中国。2018年, 美国重晶石的产量为48万吨,进口量为260万,国内消费量为300万,另有7.4万重晶石被加工后应用于出口, 净进口量为252.6万,总需求量占世界总量32.4%, 对外依存度高达84.2%(净进口量/消费量)。


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       2018年美国重晶石进口来源国分布情况


       稀缺性原则

       

       重晶石是世界上应用Z广的钻井泥浆加重剂原材料。全球主要涉及到油井生产或油气混合井生产都会用到重晶石,尚无其它性价比更优的替代矿产。目前,市场上高密度钻井液加重材料除了重晶石粉之外, 还有石灰石粉、铁矿石粉、钛矿石粉、方铅矿粉和四氧化锰复配粉等5种, 但这5种材料都不能完全替代重晶石粉。


       影响力原则

       世界重晶石储量总计3.2亿吨,主要分布在中国、印度、土耳其、哈萨克斯坦及巴基斯坦等20余国家,中国是世界Z大的生产国与供给国,在供给侧,全球每年重晶石生产国有20多个,Z大的四个生产国是中国、印度、摩洛哥和美国,四国产量之和占世界总供给量的80%,其中以中国的产量Z多,并长期处于世界第一大生产国和出口国。另外,其他中贸易伙伴对中国重晶石的依赖度较高,美国是中国的第一大贸易伙伴国,美国每年重晶石的需求量在250万左右,其中近7成源自于中国。


       欧盟关键矿产与原材料来源清单(部分)

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      小结:


       重晶石是理想的加重剂,除了在石油钻探中广泛应用外,在聚合物材料、防辐射材料、复合导电材料、重离子吸附等方面的应用也举足轻重。姜雅等认为,中国应该高度重视重晶石在国际贸易中的地位和作用,将其列为战略性矿产,高度重视目前国内因采富弃贫而导致的优质资源逐年枯竭问题,从产供销全产业链出发科学规划,构建与矿脉规模相匹配的资源结构,以全球视角调整勘查、生产加工和贸易政策,学习多元化行业发展经验、谋求更广泛的技术合作与交流,提升我国重晶石资源在国家贸易中的核心竞争力。


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