进入新时代,随着我国新兴产业快速发展,对战略性非金属矿产资源需求越来越大。战略性矿产包括紧缺矿产、优势矿产和对战略性新兴产业发展具有关键作用的矿产等,多种非金属被列入了战略性矿产目录。
王春连等依托国家自然科学基金等项目资助,在分析研究我国非金属矿产资源现状、关键应用、消费形势、供需现状等基础上,厘定了11个战略性非金属矿产名单(萤石矿、高纯石英原料矿、晶质石墨矿、硼矿、金红石矿、重晶石矿、叶蜡石矿、硅藻土矿、石榴子石矿、金刚石矿和泥炭矿)。这11个矿种都与战略新兴产业(信息技术、新能源、新材料、生物、高端制造、节能环保、电子信息)和传统应用密不可分,建议加强勘查或管理。
研究成果对于指导国家资源布局具有重要意义,为矿产勘查、开发利用和投资管理提供了重要资料信息。研究成果表明,地矿经济发展迎来了战略性非金属矿产资源勘查与开发利用新机遇!
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0 引言
1 战略性非金属矿产厘定
1.1 战略非金属矿产定义
1.2 战略性非金属矿产的厘定原则
1.3 战略性非金属矿产种类的厘定
2 战略性非金属矿产在战略性产业中的关键应用
2.1 萤石
2.2 石英(高纯石英原料)
2.3 石墨
2.4 硼
2.5 金红石
2.6 硅藻土
2.7 叶蜡石
2.8 石榴子石(天然)
2.9 金刚石(天然)
2.1 0 泥炭
2.11重晶石
3 战略性非金属矿产资源供需形势
3.1 中国萤石产量占世界一半以上,但资源保障程度较低
3.2 中国高纯石英储量大,但品质较差
3.3 中国石墨大国,需加强深加工技术
3.4 中国硼对外依存度近80%,需加强找矿勘查
3.5 中国极度缺乏金红石,且品位普遍偏低
3.6 中国硅藻土资源丰富,开发利用空间巨大
3.7 中国是叶蜡石生产大国,因需求旺盛,需增加保障程度
3.8 中国石榴子石需摸清资源家底
3.9 中国金刚石极为匮乏,需加强找矿勘查
3.1 0 中国泥炭极为丰富,需加强高附加值产品研发
3.11中国重晶石资源丰富,加强管控和合理开发
4 主要结论和建议
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0 引言
进入21世纪以来,放眼全球,我们正面临百年未有之大变局,中国特色社会主义进入新时代,人类社会进入前所未有的创造活跃期,人类社会的发展更加依赖矿产资源,矿产资源领域的博弈成为各国竞争的重要阵地,全世界感觉到矿产资源供应面临危机。萤石、高纯石英、石墨、硼、叶蜡石、重晶石等非金属矿产中的绝大部分被美国、欧洲、日本、澳大利亚、印度等国列为“危机矿产”、“战略性矿产”或“关键矿产”。这些矿种都与战略新兴产业(信息技术、新能源、新材料、生物、高端制造、节能环保、电子信息和传统应用)密不可分。对战略性非金属矿产的合理厘定,对于指导当前国家资源布局和采取可行的应对措施具有重要意义。本文对战略非金属矿产种类厘定过程、关键性应用、供需形势等进行了初步分析,供矿产资源领域的研究人员、管理者参考。
1 战略性非金属矿产厘定
1.1 战略非金属矿产定义
战略性非金属矿产是指在一定时间期限内,对保障经济发展、国际民生与国家安全具有重大意义、存在供应风险或在国际上具有市场优势的非金属矿产资源。具体包括以下几个方面:(1)对战略性新兴产业发展具有关键作用;(2)需要大量进口,供应存在风险;(3)能够提升国际话语权和控制力,其他国家强化管理的矿产。
当前,加快产业发展,尤其是战略性新兴产业,实现中国制造历史性飞跃,是我国的国家战略目标之一。战略非金属矿产在战略性新兴产业发展中具有重要作用或不可替代的,建议将其纳入战略性矿产范畴。
1.2 战略性非金属矿产的厘定原则
全世界专家学者对战略性矿产的研究和认识经历了漫长的时期,得出了战略性矿产具有以下几个惯有的特征:(1)保证战略性新兴产业持续健康发展的重要材料基础;(2)应用领域前景广阔;(3)在一定的经济成本条件下,在战略性新兴产业中难易被替代,是战略性新兴产业关键领域的关键原材料。本文重点介绍的非金属矿产,或多或少都与战略性新兴产业有关。同时要求该矿产在战略性新兴产业领域的消费量占总消费量比例高于50%,且消费比例还有增加的趋势。
1.3 战略性非金属矿产种类的厘定
根据上述关于战略性非金属矿产的定义及厘定原则的分析和讨论,主要聚焦我国非金属矿产资源现状、主要且关键的应用、消费形势、供需现状等,反复论证暂定将萤石矿、高纯石英原料矿、晶质石墨矿、硼矿、金红石矿、重晶石矿、叶蜡石矿、硅藻土矿、石榴子石矿、金刚石矿和泥炭矿等11个矿种列为战略非金属矿产。以上11个矿种中的多数也被世界多个国家列为“战略性矿产”、“危机矿产”或“关键矿产”。
2 战略性非金属矿产在战略性产业中的关键应用
2.1 萤石
冶金行业生产炼铝熔剂冰晶石的原料萤石又称氟石,是自然界中常见的一种矿物,其主要成分为氟化钙,化学式CaF2。萤石制作氟化氢(氢氟酸)及其他氟化合物应用于战略性新兴产业。萤石是最重要的氟化物的原料,含氟材料是重要的化工新材料之一,具有性能高、附加值高等特性,被誉为“黄金产业”,并走向“高端化”资源。以萤石为原料的产品除广泛应用于冶金行业和日常工业外,在新材料、信息技术、新能源、生物、高端制造、节能环保等战略性新兴产业中也应用广泛(表1)。在信息技术领域,氟化氢及含氟特种气体是大规模集成电路、薄膜晶体管液晶显示器、半导体等清洗剂和刻蚀气体;氟化物玻璃光纤用于光纤制成的电子激光器和光纤制成的电子放大器;氟硅酸钠还原用于制备多晶硅。在新能源领域,氢氟酸是铀浓缩过程中用于提高纯度必用原材料,氟化锂晶体用于核电站内环境剂量监测;六氟磷酸锂用作锂离子电池电解液;氟化石墨用作一次锂电池的正极材料。在新材料领域,氟硅胶材料用于汽车、摩托车、飞机发动机严密封闭等;高性能氟材料用于高速铁路、家用汽车、航天、光伏发电等方面。在生物领域,高效氟化试剂、新型含氟中间体,主要用于含氟药物的研制。在高端制造领域,氟化氢是火箭燃料推进剂中氧化剂的组成成分,氟碳树脂和氟硅树脂用作飞机蒙皮涂料。钍基熔盐高温堆是未来第四代核反应堆堆型,液态氟熔盐(FLiBe)用作冷却剂。在节能环保领域,PVDF中空纤维膜主要用于污水处理;氟碳涂料、全氟醚真空脂主要用于建筑、Low-E玻璃;PTFE滤膜主要用于污染物过滤。
萤石是与稀土、重晶石等类似的世界级稀缺资源,美国将萤石列为“危机矿产”,中国、欧盟、澳大利亚、日本等国家都将萤石列为或者“关键矿产”“战略性矿产”。
2.2 石英(高纯石英原料)
高纯石英指二氧化硅纯度超过99.995%的石英矿物原料。严格而言,高纯石英不是一种矿产,而是由水晶、脉石英、花岗伟晶岩、尾矿等矿产作为原料经工艺提纯后的一种产品。目前国际及国内对高纯石英纯度没有统一的标准。国内通常认为高纯石英是SiO2含量大于99.9%的石英。国际上一般认为高纯石英是杂质含量小于50μg/g的石英。
高纯石英具有独特的物理、化学特性,特别是内在的晶体结构、形状和晶格变化规律使其具有耐高温、耐腐蚀、抗磨、热膨胀系数小、高度绝缘、压电效应、谐振效应以及独特的光学特性,是国家战略性产业和支柱性产业发展过程中不可替代的基础性材料。高纯石英是高档石英制品的原料(表2),广泛用于信息技术、新能源、新材料、电子信息、高端制造和传统应用领域等。国内外专家学者普遍认为高纯石英和超高纯石英是当代乃至未来高科技产品生产的重要原料基础,是衡量一个国家科技实力的重要标志,各国高科技竞争的制高点。在欧洲部分国家,已将高石英原料列为限制出口他国的重要战略资源。
高纯石英原料广泛应用于战略性新兴产业。在信息技术领域,用于制作晶体管、存储器和集成电路(芯片)等;用于制作通讯领域的石英光纤,玻璃基板,半导体化合物单晶及其生长用的容器,光掩模基板,高纯石英坩埚等;用于制作石英晶体振荡器的压电水晶等;石英球形微粉用作大规模集成电路封装覆铜板以及环氧塑封料填料。在新能源领域,单晶硅或多晶硅用于制作太阳能电池组件,石英玻璃用于核聚变激光点火装置。在新材料领域,石英纤维可用于制造火箭的喷火口等高温部件;电子级硅微粉主要用于电子原件的塑封料和包装料。在电子信息领域,用于光通讯、电子信息、模集成电路基板、高端光源等。在高端制造领域,石英玻璃用于普通及精密光学透镜、航空航天器的光学系统、红外线搜索与跟踪测量的光学系统、显微光学仪器等窗口材料;石英球形微粉陶瓷复合材料用于飞机、火箭、卫星等防热瓦片,也是导弹天线罩的主要材料之一;石英玻璃纤维用于军事飞行器雷达罩。
2.3 石墨
石墨具有导热、导电、耐高温、抗腐蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润滑强度高、可塑性、涂敷性等特有的物理化学性能,一直是战略新兴产业发展中不可或缺的重要战略资源,不仅应用于电极电刷、铅笔、耐火材料、润滑等传统工业领域,更是新材料领域、新能源领域、战略性新兴及核电领域的关键资源。在信息技术领域,石墨烯用于超级电容,用于智能设备芯片散热膜;石墨烯用于触摸屏。在新能源领域,石墨用于锂电池、太阳能电池和风力发电的电池电极材料和储能材料等;锂离子电池、新型动力电池,超级电容等。在新材料领域,应用于轮船、军舰、航母、化工厂等领域的防腐涂料;用于高温的不粘锅和电灯等的热涂料。在生物医药领域,用于医用消毒物品、治疗肿瘤的化疗药物、DNA测序、人造肌肉等领域。在高端制造领域,多用于生产中子减速剂和防护材料等;制造火箭、导弹等武器的鼻锥,宇航设备的高端耐高温零件;人造卫星上的导电结构材料和无线电链接装置。在节能环保领域,用于清理放射性废弃物行业污水处理等(表3)。
美国将石墨列为“危机矿产”,中国、欧盟、日本、OECD等国家相继出台了有关石墨矿产资源发展和相关产业规则,已经把石墨列为“战略性矿产”或“关键矿产”。