非金屬礦景氣行業之——重晶石

最近石油價格開啟新一輪上漲,由於2019年突襲的新冠疫情對於石油(yóu)行業全球石油消費的影響,預計到2030年全球石油消費將達到峰值48.7億t;未(wèi)來(lái)3~5年,全球石油產量將大於需求量,全球石油市場供大於(yú)求的局麵仍將持續。
據悉,重晶石是目前最理想的(de)加重(chóng)劑。據統計(jì),鑽井每鑽進30米就(jiù)要消耗(hào)一噸重晶石粉,因此消耗量較大,幾(jǐ)乎占到重(chóng)晶石粉體產(chǎn)量的一半。
重晶石屬於鋇的硫酸類礦物,主要組成是硫酸鋇(bèi)(BaSO4)。作為一種重要的非金屬原料礦物,其具有難(nán)溶(róng)於水、密度大(dà)、充填性好、無毒、易吸收輻射等優點(diǎn),在化工、石油、建材、醫藥等行業得到廣泛應用。
 
重晶石在石油鑽探中(zhōng)的作用
在石油鑽探的過程(chéng)當中,環流泥漿的作(zuò)用主要就是通過對鑽頭溫度的控製和對鑽(zuàn)頭雜物的清潔來實現防止油井自噴,這是因(yīn)為環流(liú)泥漿能夠較好的帶(dài)走鑽頭在切削過(guò)程當中所產生的碎屑物,起到封閉孔壁的潤換鑽(zuàn)杆(gǎn)的作用。但是在情況(kuàng)較為特殊的情況下,及循環泥漿難以與地下(xià)油氣壓力平衡的時候,就需要在鑽井液當中加入適量的重(chóng)晶石粉來提高循環泥漿的混合密度,使得在地層(céng)壓力較(jiào)大的情況下也能對鑽井起到調節作用。
 
重晶石基聚合物材(cái)料
重晶石作為填料添加在聚合物中,一般經(jīng)超細改性工藝處理,改性後(hòu)的重晶石與聚(jù)合(hé)物材料有良好的相(xiàng)容性,能均勻分散在基體材料中,形成無機/有機複合材料。重晶(jīng)石(shí)具有成本低廉、易於(yú)開采、耐磨(mó)性、耐腐蝕(shí)性、耐光性等特點,因此將其添加(jiā)到橡膠材料中,一方麵(miàn)可以降低橡膠材料的收縮率,提高材(cái)料的尺寸穩定性(xìng)以及剛性,從而(ér)增加橡膠材料的應用範圍;另一方麵作為填料添加到(dào)橡膠材料中可以增(zēng)加重(chóng)晶石的附(fù)加值,降低橡膠材料的成本。
 
重晶石防輻射材料
中子與(yǔ)物質的原子(zǐ)核相互作用時會出現彈性(xìng)射(n,n)、非彈性散射(n,n‘)、倍增反(fǎn)應(n,2n)發射帶電粒子(n,α)和輻射俘獲(n,γ)等多種反應形式,為了清晰地描(miáo)述各個反應發生的(de)概率,研究者們(men)引入了反應截麵的(de)概念來表達。其中具有極高的中子非彈性射截麵的鋇元素可以(yǐ)很(hěn)好的屏蔽中子,這(zhè)直接促進了重晶(jīng)石水泥(ní)基材料在中子屏蔽防(fáng)護工程中(zhōng)的應用。
 
重晶石(shí)基複合導電材料
重晶石是一種天然的白色體質顏料(liào),以重晶(jīng)石作為核芯(xīn)材料,並以摻雜改性(xìng)過的SnO2為包覆層製成淺色導電顏料,可顯著提高重晶石附加值及使用價值,同(tóng)時也拓展(zhǎn)了重晶石的應用範圍。
中國地質大學(xué)夏華等以重晶石粉體為核芯材料,製備淺色導電顏料,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(hé)NH4F的鹽酸混合液,為(wéi)了(le)保持溶的pH值恒定,同時滴加一定濃(nóng)度的NaOH溶液,待(dài)混(hún)合液滴(dī)加完後,再繼續攪(jiǎo)拌30min,過濾、洗滌(dí)和幹燥,並(bìng)在300℃下灼燒1h,得到(dào)一種電阻率為7.7Ω•m的白色導電顏料。試(shì)驗表(biǎo)明(míng),該顏料具有理想的(de)外觀顏色和導(dǎo)電性,應用價值(zhí)較高。
 
含鋇化合物原料
重晶石是製取鋇的重(chóng)要礦物資源。含鋇矽鐵合金自身具有優異的物理化學特性,在鋼(gāng)鐵生產及鑄造過程中(zhōng)摻鋇形成含鋇矽鐵(tiě)合金可以顯著(zhe)提高鋼鐵的質量。目前,主要以塊狀重晶石為原(yuán)料,並將其置入礦熱爐中以連續的碳熱還原工藝來大規模生產含鋇矽鐵(tiě)合金。
 
水環境中重金屬離子吸附材料
可溶解有毒金屬離(lí)子近年來對環境造成嚴重汙(wū)染,有毒金屬離(lí)子的去除是改善環境問題的有效手(shǒu)段(duàn)之一。
Manuel Prieto等研究了重晶石顆粒與矽水凝膠形成的複合物對(duì)水中鉻離子的去除作用,通過重晶石(shí)砂嵌入矽水凝膠形成人工(gōng)多孔介(jiè)質結構,這種結構抑製(zhì)了(le)液體間的(de)對流與平流,隻通過擴散進行交換(huàn)。研究通過(guò)六價鉻離子的淨通量來定量測定重晶(jīng)石對鉻離(lí)子的相互(hù)作(zuò)用能力(lì)。
 
重晶石無機複合顏料
重晶石白度高(gāo)、性(xìng)質穩定,作為與(yǔ)二氧化鈦複合的內(nèi)核材料,能有效解決二氧化鈦易團聚的特性,改善二氧化鈦的光催化性質。同(tóng)時作為塗料,可以替代二氧化鈦在塗料中(zhōng)添加使(shǐ)用。
 
重(chóng)晶石為何能被(bèi)列為戰略性非金屬礦產?
薑雅等在《關於將重晶石列為戰略性礦產的原則分析》一文中從遏製(zhì)力原則、稀缺性原則和影響力原則三個方麵(miàn)進行分(fèn)析。
 
遏製力原則(zé)
重晶石是歐美等世界主要經濟體的關鍵礦產, 符合重要貿易夥伴國(guó)的關鍵原材料應列入本國戰略性礦產的遏製力原則。美(měi)國對重晶(jīng)石的對外依存度高,中國是其第一大進口國計算(suàn)表明(míng),2014—2018年,美國重晶石平均對外依(yī)存(cún)度高達82%, 其中(zhōng)有68%來源自於中國(guó)。2018年(nián), 美(měi)國重晶石的產量為48萬t,進口量(liàng)為260萬t,國內消(xiāo)費量(liàng)為300萬t,另有(yǒu)7.4萬t重晶石被加工後應用於出口, 淨(jìng)進口量為252.6萬t,總需求量占世界總量32.4%, 對外依存度高達84.2%(淨進口量/消費量)。
 
稀缺性原則
重晶石是世界上應用(yòng)最廣的鑽井泥漿加重劑原材料。全球主(zhǔ)要涉及到油井生產或油(yóu)氣混合井生(shēng)產都會(huì)用到重晶石,尚(shàng)無其它性價比更優的替代礦產。目前,市場(chǎng)上高密度鑽井液加重材料除了重晶石粉之(zhī)外, 還有石灰石粉、鐵礦石粉(fěn)、鈦礦石粉、方鉛礦粉和四氧化(huà)錳複配粉(fěn)等5種, 但這5種材料都不能完全替代重(chóng)晶(jīng)石粉。
 
影響力原(yuán)則
世界重晶石(shí)儲量總(zǒng)計3.2億t,主要分布在中國、印度(dù)、土耳其(qí)、哈薩克(kè)斯坦及巴基斯坦等20餘國(guó)家,中國是世界最大的(de)生產國與供給國,在(zài)供給側,全球每年重晶石生產國(guó)有20多個,最大的四個生產國是中國、印度、摩洛(luò)哥(gē)和美國,四國產量之和占世界總供給(gěi)量(liàng)的80%,其中以(yǐ)中國的產量(liàng)最多,並長期處於世界(jiè)第一大(dà)生產國和出(chū)口國。另外,其他中貿(mào)易夥伴對中(zhōng)國重晶石的依賴度較高,美國是中國的第一大貿易夥伴(bàn)國,美國每年重晶石的需求量在250萬t左右,其中近7成源自於(yú)中國。

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