【原创】战略性矿产重晶石的四大发展方向


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  重点开发重晶石在精细化、功能化、复合化等方面的应用,通过开发新的用途与功能,实现重晶石资源的高效利用。

中国粉体网讯  重晶石是以硫酸钡(BaSO4)为主要成分的非金属矿产,具有热力学性质及化学性质稳定,难溶于水和盐酸、无毒、无磁性,易吸收X射线和γ射线等特点。源于资源的稀缺性、重晶石的重要性以及其具有的一定不可替代性,重晶石早已被欧美等世界主要经济体列为关键矿产。



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我国重晶石资源具有一定优势,2020年全球重晶石产量为750万t,其中中国产量为250万t,占全球总产量的33%,位居世界第一。美国的重晶石资源高度依赖进口,中国就是其最大的供给国。基于重晶石的资源优势及在中美贸易中的重要程度和未来潜力,业内倡议应给予重晶石足够重视,将其列为战略性矿产。


重晶石的应用现状


重晶石作为一种战略性非金属矿产资源,广泛应用于石油、化工、填料、医药及军事等领域,其中80%~90%的重晶石用作石油和天然气钻井泥浆的加重剂。重晶石在钻井泥浆加重剂领域具有一定程度的不可替代性,是油井及油气混合井钻(完)井液加重剂、钡化工及防核辐射等军工原材料的最优选择,并且已在世界范围内被广泛应用。重晶石其余10%~20%用于生产含钡化合物和锌钡白等。


作为全球重晶石最大的生产国、第二大消费国,中国一直以外贸出口为主,但深加工程度和综合利用工艺技术水平较低。开发重晶石在精细化、功能化、复合化等方面的应用,并寻找新的途径开发高附加值产品,一方面,对我国重晶石未来的使用发展具有重要意义,另一方面,也是提升我国竞争力,把握我国未来发展主动权的重大战略。


近些年来,重晶石在电子元器件制造业、玻璃工业及建筑产业等领域发挥着重要作用。此外,基于热稳定性高及耐酸碱等天然特性,重晶石在聚合物材料、凝胶材料、导电材料、磁性材料及耐磨材料等领域均有应用。


重晶石的四大发展方向


开发高纯钡盐


钡盐属无机化工基础材料,不同规格的钡盐,如碳酸钡、硫酸钡、高纯碳酸钡、高纯氯化钡、高纯硝酸钡等,具有不同的用途。碳酸钡可用于陶瓷及陶瓷釉料、功能玻璃、磁性材料、电子元器件以及其他钡盐产品的生产;硫酸钡可用于油漆、涂料、塑料、蓄电池、冶炼等领域,其中改性硫酸钡可用于农用地膜、大棚保护膜、缠绕膜等行业;高纯碳酸钡主要用于液晶和光学玻璃基板行业。


部分钡盐产品的应用


来源:贵州红星发展股份有限公司


目前中国工业品钡盐产能规模和产量居于全球前列,但顶尖高附加值产品仍依赖进口较多。开发高纯钡盐,如钡盐精细化学品,将是重晶石开发的一大趋势。


目前关于重晶石的提纯技术分为物理提纯和化学提纯。物理提纯方法主要有:手选、重选、磁选。化学提纯有浮选、煅烧、浸出等。手选、重选和磁选等传统物理选矿方法对于某些低品位重晶石矿的开发收效甚微,多数情况下要结合浮选得到合格的精矿。浮选中组合药剂的开发和使用是提高重晶石精矿浮选指标的重要手段,也是未来药剂研究的发展趋势。传统的重晶石选矿产品只针对石油化工等低附加值领域,比如加重剂和含钡的化工产品等。提高硫酸钡的细度和白度,开发高纯钡盐和硫酸钡,利用物理和化学的方法提高重晶石的附加值是未来追求的目标。


重晶石改性,扩展应用


天然重晶石与有机材料之间物理化学结构和性质有着显著的差异,两者的表面性质不同导致重晶石矿粉作为填料时难以有效地分散于有机材料中,从而难以发挥重晶石颗粒的优良特性,并影响复合材料的机械性能。因此对重晶石矿粉进行表面改性,有目的地改变粉体表面原来的物理化学性质,提高其与高分子材料的分散性、亲和性,使其具有更广泛的应用前景。


通过对重晶石改性,可使其能够为涂料、塑料、橡胶等提供填料,制备高性能复合材料。如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,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;当重晶石添加到油漆涂料中时,涂层的耐酸碱性、耐候性显著增强。


利用重晶石屏蔽辐射特性,开发高附加值产品


由于钡离子具有较高的介电常数或磁化强度,而重晶石的主要成分为硫酸钡,其中钡离子质量分数更是达到了65.94%,因此重晶石对电磁辐射具有强的磁损耗作用。


目前重晶石在防辐射上的应用主要为建筑行业中的混凝土材料,医用防护服中的添加剂,以及作为电子信号屏蔽材料的涂料。随着新功能器件和新型材料不断发展,重晶石将成为一种极具前景的防辐射材料。


(1)应用于核工业防辐射材料:防辐射橡胶垫、防辐射密封件、防辐射玻璃等,防止核辐射泄漏。


(2)利用重晶石制作纳米改性硫酸钡,作为隐形涂料主材,吸收电磁波、屏蔽电磁波应用到军工隐形材料,还可以用于建造高铁、地铁、磁悬浮和高压配电设施的电磁辐射屏蔽墙,起到防止和减少电磁辐射的作用。


制备钡铁氧体磁性材料


目前,我国市场供应的永磁产品主要有不含稀土元素的铁氧体永磁材料、稀土钴永磁材料和稀土钕铁硼永磁材料三大类。其中铁氧体永磁材料是国内最早产业化的永磁产品。按主要成分分类,最常见的是钡(Ba)铁氧体和锶(Sr)铁氧体两种。其中钡铁氧体是目前市场用量最大、用途最广的永磁材料。


钡铁氧体具有典型的硬磁铁氧体材料的特性,具有很强的磁晶各向异性、较高的饱和磁化强度、较大的矫顽力、良好的热稳定性、抗磨损性和抗氧化性,除了用于制作永磁材料,还可以用于传感器、记录介质、微波吸收材料等。


目前制备钡铁氧体的方法有固相反应法、化学沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法等。最常用的是固相烧结法,但普通固相烧结使用传统球磨法,球磨效率低且加热时间长。为了简单高效地制备材料,弋诗文等提出了采用机械合金化法和微波烧结的方法协同制备钡铁氧体,以达到更佳的效果。


其他发展方向


新能源工业:重晶石作为一种新能源矿物,硫酸钡在蓄电池生产中扮演了非常重要的角色,可加强负极极板的活性,防止极板板结,延长蓄电池的使用寿命。


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。


小结


作为一种战略性非金属矿产资源,重晶石具有广泛应用。未来,应重点开发重晶石在精细化、功能化、复合化等方面的应用,通过开发新的用途与功能,使得重晶石矿物的利用价值得到提高,从而实现资源的高效利用。


参考资料:

姜雅等.关于将重晶石列为战略性矿产的原则分析

王洋等.重晶石资源现状及材料化应用

何宇豪等.重晶石防辐射原理与应用

陈思雨等.我国重晶石选矿与提纯研究现状及展望

弋诗文等.机械合金化结合微波烧结制备钡铁氧体的研究

贵州红星发展股份有限公司2021年年度报告


(中国粉体网编辑整理/黑金)

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