非金屬礦景氣行業(yè)之——重晶石
2021-07-13
最近石油價(jià)格開啟新一輪上漲，由于2019年突襲的新冠疫情對(duì)于石油行業(yè)全球石油消費(fèi)的影響，預(yù)計(jì)到2030年全球石油消費(fèi)將達(dá)到峰值48.7億t；未來3~5年，全球石油產(chǎn)量將大于需求量，全球石油市場(chǎng)供大于求的局面仍將持續(xù)。
據(jù)悉，重晶石是目前最理想的加重劑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆井每鉆進(jìn)30米就要消耗一噸重晶石粉，因此消耗量較大，幾乎占到重晶石粉體產(chǎn)量的一半。
重晶石屬于鋇的硫酸類礦物，主要組成是硫酸鋇（BaSO4）。作為一種重要的非金屬原料礦物，其具有難溶于水、密度大、充填性好、無毒、易吸收輻射等優(yōu)點(diǎn)，在化工、石油、建材、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
重晶石在石油鉆探中的作用
在石油鉆探的過程當(dāng)中，環(huán)流泥漿的作用主要就是通過對(duì)鉆頭溫度的控制和對(duì)鉆頭雜物的清潔來實(shí)現(xiàn)防止油井自噴，這是因?yàn)榄h(huán)流泥漿能夠較好的帶走鉆頭在切削過程當(dāng)中所產(chǎn)生的碎屑物，起到封閉孔壁的潤(rùn)換鉆桿的作用。但是在情況較為特殊的情況下，及循環(huán)泥漿難以與地下油氣壓力平衡的時(shí)候，就需要在鉆井液當(dāng)中加入適量的重晶石粉來提高循環(huán)泥漿的混合密度，使得在地層壓力較大的情況下也能對(duì)鉆井起到調(diào)節(jié)作用。
重晶石基聚合物材料
重晶石作為填料添加在聚合物中，一般經(jīng)超細(xì)改性工藝處理，改性后的重晶石與聚合物材料有良好的相容性，能均勻分散在基體材料中，形成無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料。重晶石具有成本低廉、易于開采、耐磨性、耐腐蝕性、耐光性等特點(diǎn)，因此將其添加到橡膠材料中，一方面可以降低橡膠材料的收縮率，提高材料的尺寸穩(wěn)定性以及剛性，從而增加橡膠材料的應(yīng)用范圍；另一方面作為填料添加到橡膠材料中可以增加重晶石的附加值，降低橡膠材料的成本。
重晶石防輻射材料
中子與物質(zhì)的原子核相互作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈性射（n，n）、非彈性散射（n，n‘）、倍增反應(yīng)（n，2n）發(fā)射帶電粒子（n，α）和輻射俘獲（n，γ）等多種反應(yīng)形式，為了清晰地描述各個(gè)反應(yīng)發(fā)生的概率，研究者們引入了反應(yīng)截面的概念來表達(dá)。其中具有極高的中子非彈性射截面的鋇元素可以很好的屏蔽中子，這直接促進(jìn)了重晶石水泥基材料在中子屏蔽防護(hù)工程中的應(yīng)用。
重晶石基復(fù)合導(dǎo)電材料
重晶石是一種天然的白色體質(zhì)顏料，以重晶石作為核芯材料，并以摻雜改性過的SnO2為包覆層制成淺色導(dǎo)電顏料，可顯著提高重晶石附加值及使用價(jià)值，同時(shí)也拓展了重晶石的應(yīng)用范圍。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)夏華等以重晶石粉體為核芯材料，制備淺色導(dǎo)電顏料，在pH為2.0和溫度為40℃的條件下，向重晶石的懸浮液中滴加一定濃度的SnCl2、SnCl4和NH4F的鹽酸混合液，為了保持溶的pH值恒定，同時(shí)滴加一定濃度的NaOH溶液，待混合液滴加完后，再繼續(xù)攪拌30min，過濾、洗滌和干燥，并在300℃下灼燒1h，得到一種電阻率為7.7Ω•m的白色導(dǎo)電顏料。試驗(yàn)表明，該顏料具有理想的外觀顏色和導(dǎo)電性，應(yīng)用價(jià)值較高。
含鋇化合物原料
重晶石是制取鋇的重要礦物資源。含鋇硅鐵合金自身具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性，在鋼鐵生產(chǎn)及鑄造過程中摻鋇形成含鋇硅鐵合金可以顯著提高鋼鐵的質(zhì)量。目前，主要以塊狀重晶石為原料，并將其置入礦熱爐中以連續(xù)的碳熱還原工藝來大規(guī)模生產(chǎn)含鋇硅鐵合金。
水環(huán)境中重金屬離子吸附材料
可溶解有毒金屬離子近年來對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，有毒金屬離子的去除是改善環(huán)境問題的有效手段之一。
Manuel Prieto等研究了重晶石顆粒與硅水凝膠形成的復(fù)合物對(duì)水中鉻離子的去除作用，通過重晶石砂嵌入硅水凝膠形成人工多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)抑制了液體間的對(duì)流與平流，只通過擴(kuò)散進(jìn)行交換。研究通過六價(jià)鉻離子的凈通量來定量測(cè)定重晶石對(duì)鉻離子的相互作用能力。
重晶石無機(jī)復(fù)合顏料
重晶石白度高、性質(zhì)穩(wěn)定，作為與二氧化鈦復(fù)合的內(nèi)核材料，能有效解決二氧化鈦易團(tuán)聚的特性，改善二氧化鈦的光催化性質(zhì)。同時(shí)作為涂料，可以替代二氧化鈦在涂料中添加使用。
重晶石為何能被列為戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)？
姜雅等在《關(guān)于將重晶石列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的原則分析》一文中從遏制力原則、稀缺性原則和影響力原則三個(gè)方面進(jìn)行分析。
遏制力原則
重晶石是歐美等世界主要經(jīng)濟(jì)體的關(guān)鍵礦產(chǎn)， 符合重要貿(mào)易伙伴國(guó)的關(guān)鍵原材料應(yīng)列入本國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的遏制力原則。美國(guó)對(duì)重晶石的對(duì)外依存度高，中國(guó)是其第一大進(jìn)口國(guó)計(jì)算表明，2014—2018年，美國(guó)重晶石平均對(duì)外依存度高達(dá)82%， 其中有68%來源自于中國(guó)。2018年， 美國(guó)重晶石的產(chǎn)量為48萬t，進(jìn)口量為260萬t，國(guó)內(nèi)消費(fèi)量為300萬t，另有7.4萬t重晶石被加工后應(yīng)用于出口， 凈進(jìn)口量為252.6萬t，總需求量占世界總量32.4%， 對(duì)外依存度高達(dá)84.2%(凈進(jìn)口量/消費(fèi)量)。
稀缺性原則
重晶石是世界上應(yīng)用最廣的鉆井泥漿加重劑原材料。全球主要涉及到油井生產(chǎn)或油氣混合井生產(chǎn)都會(huì)用到重晶石，尚無其它性價(jià)比更優(yōu)的替代礦產(chǎn)。目前，市場(chǎng)上高密度鉆井液加重材料除了重晶石粉之外， 還有石灰石粉、鐵礦石粉、鈦礦石粉、方鉛礦粉和四氧化錳復(fù)配粉等5種， 但這5種材料都不能完全替代重晶石粉。
影響力原則
世界重晶石儲(chǔ)量總計(jì)3.2億t，主要分布在中國(guó)、印度、土耳其、哈薩克斯坦及巴基斯坦等20余國(guó)家，中國(guó)是世界最大的生產(chǎn)國(guó)與供給國(guó)，在供給側(cè)，全球每年重晶石生產(chǎn)國(guó)有20多個(gè)，最大的四個(gè)生產(chǎn)國(guó)是中國(guó)、印度、摩洛哥和美國(guó)，四國(guó)產(chǎn)量之和占世界總供給量的80%，其中以中國(guó)的產(chǎn)量最多，并長(zhǎng)期處于世界第一大生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。另外，其他中貿(mào)易伙伴對(duì)中國(guó)重晶石的依賴度較高，美國(guó)是中國(guó)的第一大貿(mào)易伙伴國(guó)，美國(guó)每年重晶石的需求量在250萬t左右，其中近7成源自于中國(guó)。
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