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宜昌磷矿资源的可持续开发利用研究毕业论文

 2020-02-18 12:02  

摘 要

磷矿资源作为湖北乃至宜昌市现代化建设的重要物质基础之一,在化工业,农业,食品业等行业扮演着重要角色。随着全球资源需求紧张、资源安全形势严峻、环境压力日益加大等问题的出现,未来磷矿产业将面临一系列挑战,如何提高宜昌磷矿可持续开发利用,充满了战略意义。

本文通过对湖北省宜昌地区磷矿资源的开发利用现状的总结,并参考国内外研究现状的基础上,分析宜昌磷矿在开发利用中存在的问题,结合国家相关规定与政策的实施,提出磷矿资源的合理有效开发的方法与途径,致力于寻找一条适合宜昌磷矿的可持续发展之路。全篇主要从磷矿权规划、磷矿开采与选矿优化、磷化工产业发展方向几个角度对宜昌磷矿可持续开发利用进行分析研究。

关键词:磷矿;可持续开发利用;磷化工;资源

Abstract

As one of the important material foundations for the modernization of Hubei and even Yichang, phosphate rock resources play an important role in the chemical industry, agriculture, food industry and other industries. With the emergence of global resource demand, severe resource security situation and increasing environmental pressure, the phosphate rock industry will face a series of challenges in the future. How to improve the sustainable development and utilization of Yichang phosphate mine is full of strategic significance.

Based on the summary of the development and utilization of phosphate resources in Yichang, Hubei Province, and on the basis of domestic and international research status, this paper analyzes the problems existing in the development and utilization of Yichang phosphate mine, and proposes phosphorus in combination with the implementation of relevant national regulations and policies. The methods and ways of rational and effective development of mineral resources are dedicated to finding a sustainable development path for Yichang Phosphate Mine. The whole article mainly analyzes the sustainable development and utilization of Yichang Phosphate Mine from the perspectives of phosphate mineral rights planning, phosphate mining and ore dressing optimization, and phosphorus chemical industry development.

Key Words:Phosphate rock; development and utilization; phosphating industry; resources

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪言 1

1.1选题依据、目的和意义 1

1.2研究现状 1

1.2.1磷矿资源的特点 1

1.2.2磷矿的成因类型及分布 2

1.2.3采选方法与技术 3

1.2.4磷矿开发利用 5

1.3研究内容与技术路线 5

第2章磷矿资源概况 7

2.1湖北省磷矿资源特征 7

2.1.1湖北省磷矿资源的分布特征 7

2.1.2湖北省磷矿地质特征 8

2.2宜昌磷矿的资源特征 10

2.2.1宜昌磷矿资源的分布特征 10

2.2.2宜昌磷矿地质特征 11

第3章 宜昌磷矿开发利用现状及存在问题 12

3.1磷矿山及磷矿企业概况 12

3.1.1宜昌磷矿山概况 12

3.1.2宜昌重点磷化工企业 15

3.2宜昌磷矿开采与选矿技术现状 15

3.2.1宜昌磷矿的开采技术现状 15

3.2.2宜昌市磷矿选矿技术现状 17

3.3 宜昌磷化工产业现状 18

3.3.1磷化工企业技术创新 19

3.3.2磷化工产业环境 19

3.3.3 磷化工产业内竞争 19

3.4宜昌磷矿开发利用现存主要问题 19

3.4.1勘查存在问题 19

3.4.2开采存在问题 20

3.4.3选矿存在问题 20

3.4.4化工产品存在问题 21

第4章 提高宜昌磷矿资源利用效率的方法与措施 22

4.1宜昌磷矿资源的勘查勘查准入条件 22

4.2宜昌磷矿资源的开采技术与条件 22

4.2.1磷矿的最优开采技术条件 22

4.2.2 经济评价 24

4.3宜昌磷矿资源的选矿技术与条件 27

4.3.1磷矿选矿工艺优化 27

4.3.2经济评价 29

4.4宜昌磷化工产业的发展方向 29

4.4.1磷矿需求预测 29

4.4.2产业布局分析 29

4.4.3产业结构调整 30

4.4.4 可持续发展路径分析 31

第5章 结论与展望 32

参考文献 33

致 谢 35

第1章 绪言

1.1选题依据、目的和意义

我国磷矿资源储量位居全球第二位,然而我国由于人口基数大,加上资源浪费现象严重,磷矿资源的开发利用不是很完善。宜昌磷矿是湖北乃至全国磷矿主要产地和磷矿加工基地。宜昌磷矿具有富矿少,贫矿多,难选矿多,易选矿少的特点,以中、小型企业居多,多数中小型矿山企业的的开采技术和管理水平较低,开采过程中“采富弃贫”,不能达到全层开采要求,矿石损失率和贫化率高,资源回收率低;磷化工企业选用富矿,来生产黄磷等,浪费优质的磷矿资源。随着富矿资源开采的日渐枯竭,研究磷矿可持续开发利用研究显得越来越必要。解决宜昌磷矿的开发利用过程中,优质磷矿资源不足,磷化工产品结构不合理,高附加值产品不多等问题,探寻全层开采、提高磷资源利用效率的方式,提高中低品位磷矿资源的利用,对宜昌磷矿可持续发展尤为关键。

本文依据宜昌市磷矿资源特征的分析、磷矿山及磷矿企业概况、宜昌磷化工产业现状等,总结宜昌市在开发利用磷矿资源中存在的主要不足,给出具有建设性的相关建议,在磷矿资源合理利用与开发的同时,做到低消耗,少污染,可回收,再利用,以最小资源消耗获取最大经济效益,使得磷矿在开采和利用中,发挥它最大的作用。 将磷矿资源开发和保护结合起来,走一条可持续发展道路。

1.2研究现状

1.2.1磷矿资源的特点

磷矿的定义是具有经济价值与开采价值的磷酸盐类矿物的总和。磷矿的用途主要是生产含磷肥料及磷、酸黄磷、磷化物等磷酸盐类产品的制备,他广泛应用于化工、农业生产、国防等重要的工业部门。虽然磷元素在地壳中具有很高的含量,但实际上具有工业开采和商业开发价值的磷矿资源并不丰富。目前,80%以上的优质磷矿床集中在中国、美国、南非、摩洛哥(西撒哈拉)等4个国家(图1-1)。因此,磷矿的地理分布及其需求情况看,磷矿是稀有资源。

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图1-1世界优质磷矿资源国别分布图

磷矿是不可再生资源,其成矿条件十分复杂,开发利用后,磷元素不能再循环利用。由于其稀缺性,大部分国家都将其列为战略资源,限制开采。我国于2010年也将磷矿划属保护性开发的矿种。

磷矿资源在我国分布较广,在27个省、市、自治区均有产出,查明资源储量在1亿t以上的有14个省(自治区)。全国前5 名分别为云南、贵州、湖北、湖南和四川,共占全国总资源储量的74%,其中湖北占总资源储量的13%。五氧化二磷品位高于30%的富矿主要分布在云、贵、鄂三省,云南滇池地区、贵州开阳地区、瓮福地区和湖北的宜昌地区、胡集地区、保康地区为我国生要的磷矿矿集区。综上,我国磷矿资源分布北少南多、东少西多,西南部地区为富矿主要集中区。

中国的磷矿主要是沉积型磷块岩矿床,矿体倾斜至缓倾斜、厚度薄至中厚,不利于大强度开采,易造成损失率高、贫化率高和资源回收率低等问题。储量虽然较大,可磷矿中富矿少,中低品位矿多,全国平均的磷矿品位大约在17%,因此必须经过富集选矿后才能满足磷化工生产的要求。胶磷矿为主要磷矿类型,约占80%,其采选的难度较大。矿石中伴生资源丰富,可利用的伴生资源多。沉积岩型磷矿含有碘,变质型磷灰岩矿主要伴生硫铁矿,岩浆岩型磷灰石矿含有铁矿、稀土金属,除此外还伴生有氟、镁、钒、镍、钼等资源。

1.2.2磷矿的成因类型及分布

按照磷矿成因类型,我国的磷矿可分为内生型磷灰石矿床、沉积型磷块岩矿床、鸟粪矿床及沉积型变质磷灰岩矿床等。

沉积磷块岩矿床是分布最多的,它的矿床规模也是最大的,其矿层较厚、储量较大、品位较高,矿床形成时代较多在寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系数和侏罗系均有产出。全球已发现的的沉积磷块岩矿床主要位于非洲北部、中国中西部、中东和美国等地区;在中国则集中分布于贵州、云南和湖北三省。由于在这类矿床中磷以胶磷矿形式存在,使得选矿技术复杂,难以开发利用。内生磷灰石矿床的数量和规模较少,矿体主要赋存于基性片麻岩、基性一超基性岩及碱性岩中,围岩为元古代至古生代地层,多呈层状、似层状和透镜状产出。大型的内生型矿床广泛分布于位于芬兰、巴西、加拿大、南非和俄罗斯等国,及太平洋和大西洋的海底山脉中;这类磷矿床在中国主要分布在河北、辽宁、山东、山西、陕西等省。由于该类矿床中的磷灰石具有易选、综合利用价值高等优点,也是磷化工业的重要来源之一。

沉积变质磷块岩矿床的成矿时代一般较老,多为元古代,多由沉积型磷块岩经域变质作用而形成,主要分布在江苏、安徽、湖北等省。湖北大悟黄麦岭磷矿是我国该类型磷矿的最大矿床。P2O5品位在10%-16%,容易采选,可回收使用其伴生元素中的硫。

鸟粪磷矿矿床在我国南方的海岛有少量分布,规模较小。但其中的可溶性磷含量较高,可以直接当作磷肥。全球磷矿床主要分布见图1-2。

图1-2世界各类型磷矿床分布图

1.2.3采选方法与技术

(1)采矿技术

在中国,磷矿多使用地下开采和露天开采两种方式,其中地下开采约占总开采量的60%。地下开采方式中常用的方法为矿石崩落法和空场法。如著名的贵州省开磷集团就使用的是锚杆护顶的分段空场法;湖北黄麦岭磷矿则多采用露天开采。

美国、摩洛哥等国的磷矿回采率可达 95%~98%。我国磷矿山开采水平发展很不均衡。露天开采方面,云南昆阳、湖北黄麦岭磷矿、贵州瓮福磷矿等的回采率可达95%以上,地下开采方面,贵州开磷集团地下开采回采率可达到70%以上甚至80%。其余的大部分中小型矿回采率则要低很多,大多在50%左右,个别小型企业只有30%,甚至更低。而这些小型企业的开采量占全国总产量 50%以上,因此磷矿资源开采过程中浪费相当严重。

装备水平与技术方面,国外企业多为机械化生产的大型露天矿;我国只有部分大型企业的机械化水平较高,中、小企业以人工开采为主。受磷矿床成因和矿石矿物的分布特点影响,不同区域的磷矿企业采选水平存在明显差异。

北方磷矿多为内生型磷灰石矿床,埋藏较深,多为地下开采,由于受地下水影响,开采规模不大,不够经济,但是这类型矿石的选矿技术已经较为成熟,实现了主伴生元素铁、磷综合回收利用。

云、贵、鄂地区是我国沉积型磷块岩的集中分布区,因此这些地区的企业磷矿采选能力与水平最高。云南的滇池磷矿区始终致力于采用露天开采方式,其露天开采技术领先于国内技术水平;贵州磷矿区的地下开采技术和露天开采技术都发展较好。开磷集团的井下胶带输送技术为国内首创并处于领先水平。中部的湖北磷矿因矿层多,且贫富不均,为解决“采富弃贫”的现象制定了磷矿利用开发规划,提出“全层开采”、“综合利用”,由于企业的规模和开采工艺的差距,小型企业,仍然处于较低技术水平,而省内大型磷矿集团已经实现全层开采、采矿选矿一体开发利用模式。

四川磷矿区由于受地形条件和矿体赋存条件限制,开采技术水平总体较落后。磷矿山主要以机械化一半机械化的地下开采为主。基本等于上世纪60年代的开采水平。

(2)选矿工艺

全球磷矿的选矿工艺多采用擦洗、重选和浮选等工艺,目前,世界上两个主要磷矿产地国美国和摩洛哥的磷矿中的粘土矿物较多,磷矿原矿经过选矿后,存于尾矿中的多数磷矿资源无法再次利用,导致资源回收率较低。而中国磷矿企业使用先富集洗矿再浮选的工艺流程,磷矿回收率远远高于他国。

我国现阶段最常用的选矿工艺是浮选法,而不同成因类型的磷矿石应选用

不同的选矿方法。如风化型磷矿石使用擦洗脱泥方法,该选矿工艺简单,无需选矿剂,成本低,对环境污染少;重介质选择矿也是我国选择磷工艺中广泛应用的一类方法,湖北宜昌花果树磷矿厂就是我国第一家重介质选择厂;对于钙质磷矿适用于焙烧一消化工艺,这种选矿方法虽然选矿过程较简单,但是成本高,且对工人的操作技术要求较高,目前做得最好的是贵州瓮福磷矿,回收率可达到86.89%;碳酸盐含量低的磷精矿适用于化学浸出法;电法选矿是选磷工艺中的一个新方法,具有生产成本低,分选效果好,不污染环境等特点,美国15.50%品位的尾矿通过电选后品位可提高一倍多,回收率升至80%;我国在四川江川清水沟磷矿采用电法选矿,也得到了较理想的指标。

1.2.4磷矿开发利用

磷矿为不可再生资源,而世界上的磷矿开发呈持续增长趋势。中国、美国和摩洛哥磷矿产量约占世界产量的三分之二,目前,中国是磷酸盐岩生产第一大国。2007年,世界磷酸盐岩生产能力1.77亿吨/年,产量1.47亿吨,预计到2100年磷矿资源将枯竭,因此,人们不得不思考如何实现磷矿可持续开发利用。

磷肥最主要的生产原料是磷矿石,全球磷矿中约90%用于生产磷肥,3.3%的用于磷酸盐饲料的生产,4%用于生产洗涤用品,还有2.7%用于其它。当前,我国的磷矿消耗在7400万吨左右,还将持续增长,磷矿的资源消耗量巨大。我国磷化工产品主要为磷肥及磷酸、赤磷、黄磷、磷酸盐等含磷的化工产品。其中,磷肥约占75%~85%,黄磷占10%~15%,饲料磷酸氢钙占5%左右。

我国富矿少、贫矿多,磷矿平均品位为17%。富矿(P2O5gt;30%)仅占8.5%,中低品位磷矿高达90%。目前,我国只有贵州、云南两省的磷矿资源较丰富且质较高,开发利用程度也相对较高。我国其他地区的磷矿资源以中低品位居多,由于磷矿加工企业工业生产的用磷矿80%为富矿,导致“采富弃贫”、“采厚弃薄”、“采易弃难”现象出现,资源浪费十分严重。

1.3研究内容与技术路线

本选题通过对湖北宜昌地区磷矿的地质特征、分布规律、矿床成因及矿石矿物特征的分析、总结宜昌磷矿在矿产勘查,矿产开采、矿物加工及开发利用等方面存在的问题,从磷矿资源的探矿权、采矿权设置与管理着手,探寻全层开采、高效利用磷矿资源的方法与途径,为加强中低品位磷矿的开发利用及磷矿资源的可持续发展提出可行性建议。

拟采取的研究方案是:在查阅和学习相关国内外关于本课题的磷矿开发利用方法和理论的基础上,全面收集宜昌磷矿相关的地质和资源开发利用资料,通过数据分析与比较,技术经济指标计算等手段,以国土资源部门的数据为依据,进行矿业权规划,开采技术比选、磷矿产业结构分析与调整,提出宜昌磷矿可持续开发利用的有效方法和途径。

第2章磷矿资源概况

2.1湖北省磷矿资源特征

2.1.1湖北省磷矿资源的分布特征

鄂西震旦系磷矿分布图磷矿是湖北省的优势矿种之一,截止到2017年全省磷矿资源新增储量35亿多吨,磷矿资源储量达74.87亿吨,全国占比为29.61%,由原来的全国第二跃升至全国第一。已有磷矿矿区数为123个,保有资源储量53.9亿吨、查明资源储量60.2亿吨。湖北省磷矿资源主要集中于宜昌、襄阳、荆门、神农架林区及恩施州等地区,形成宜昌磷矿、兴神保磷矿和荆襄磷矿三大聚磷区(图2-1),其中宜昌磷矿的储量最大,占比高达60%(图2-2)。

图2-1 鄂西地区磷矿分布图

图2-2 湖北省磷矿资源集中度

数据来源:湖北省自然资源厅2014年统计数据

2.1.2湖北省磷矿地质特征

湖北省最易开采且最具开采价值的磷矿主要形成于古元古代和新元古代陡山沱时期。 代表性矿区是大悟和黄梅产生的古元古代沉积变质磷矿床。 鄂西磷矿床区新元古代陡山沱期沉积磷矿床,占全省磷资源储量的90%以上。 按照成因类型来看,湖北省磷矿主要为外生磷矿,可分为海相沉积磷矿床和沉积变质磷矿床。 [4]除了沉积变质磷矿床的大悟和黄梅磷矿床外,其余均为海相沉积磷矿床。

鄂西磷矿区是我国最重要的产磷区之一,包括神农架林区、宜昌、房县、襄阳、兴山、荆门、远安、宜城、南漳、保康、谷城、枣阳、钟祥、称归、随州等县市。大地构造位置属于长江中段北缘,包括龙门山 ——大巴山台边缘褶皱带和鄂中台断裂带2个11级构造单元中的大部分。该地区的地层发育完全,古元古代和中元古代是变质岩。[5] 震旦纪三叠纪主要为海相碎屑岩和碳酸盐岩,侏罗纪——第四系统为内陆相盆式沉降。结构中等复杂,晋宁时期岩浆作用较弱,区域沉积矿物发育完全。

研究区根据各磷矿层产出特征共划分出ph1、ph2、ph3和ph4四个磷矿层。其中,位于陡山沱组第二岩性段内ph1、ph2和ph3为工业磷矿层,位于陡山沱组第三岩性段的底部的ph4仅为含磷层,是含磷岩系结束的顶界标志(图2-3)。

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相关图片展示:

磷矿层分布图

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