镁:上天入地无所不能,咋年产量才百万吨?人类,你们什么意思?
人类:你不是稀有金属么?
镁:你才稀有呢?我是用不完根本用不完?
人类:那你从哪里来?我的朋友?
镁是地壳中含量最丰富的元素之一,排名第七,丰度约为2%。这个数据表明镁在地壳中的含量是相对较高的 ,排在氧、硅、铝、铁等元素的含量之后。对于镁矿的储量,截至2022年底,全球已探明镁矿储量约为150亿吨,且是基于目前可获得的资料,随着新的地质勘探和矿产资源评估而发生变化。
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地理探"镁"—国内镁资源的潜力
中国是全球镁锭主产国,国内镁资源矿石类型全,分布广,总储量居世界第一。从2016-2020年中国镁锭产量市占率均保持在85%以上。
全球镁锭产量较为稳定每年产量在100万吨左右。而100万吨,是受到镁合金供求关系、加工等影响的,并不是因为原材料短缺。
恰恰相反,在镁在自然界中以化合态的形式存在,广泛分布于白云石矿、菱镁矿、水镁石、光卤石、橄榄石、盐湖、海水等资源中。
菱镁矿和白云石矿这两种矿石是中国提取原镁的重要资源。菱镁矿中镁的比重高达28.8%,白云石矿中镁的比重为13.2%。通过煅烧和还原反应,可以从这些矿石中高效地提炼出高纯度的原镁。
我国不仅在镁资源储量上位居世界首位,而且矿种齐全、分布广泛,陆地镁资源蕴藏量占全球总量的50%以上。这为我们在镁产业的发展提供了坚实的物质基础。每种矿石的冶炼方法和效率都会有所不同,但它们都是镁冶炼的重要原料。接下来,让我们一起深入了解几种用于冶炼镁的主要矿石类型吧!
白云石资源(皮江法原料)
白云石是碳酸盐矿物,分别有铁白云石和锰白云石。它的晶体结构像方解石,常呈菱面体。是一种含钙、镁高的碳酸盐岩,其化学成分为CaMg(CO3)2,晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。三方晶系,晶体呈菱面体,晶面常弯曲成马鞍状,聚片双晶常见。集合体通常呈粒状。纯者为白色;含铁时呈灰色;风化后呈褐色,呈玻璃光泽。
白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分,可用于建材、陶瓷 、玻璃和耐火材料、化工以及农业、环保、节能等领域。主要用作碱性耐火材料和高炉炼铁的熔剂;生产钙镁磷肥和制取硫酸镁;以及生产玻璃和陶瓷的配料。
我国白云岩矿床分布在碳酸盐岩岩系中,时代愈老的地层赋存的矿床愈多,且多集中于震旦系底层中。如东北的辽河群、内蒙古的桑子群、福建的建瓯群中都有白云岩矿床产出。其次,震旦系、寒武系中白云岩矿床也比较广泛,如辽东半岛、冀东、内蒙古、山西、江苏等地也由大型矿床产出。石炭、二叠系中的白云岩矿床多分布于湖北、湖南、广西、贵州等地。
我国白云岩矿床资源丰富,已探明的储量能够满足经济建设的需要,各矿床多已开发利用,产地遍布各省。
山西
山西是我国典型的资源型地区,炼镁白云石保有资源储量8.45亿吨,冶金用白云岩为17.24亿吨,位居全国第一,占全国炼镁白云石保有储量的30%。
武宣
武宣是广西白云石之乡,武宣县境内白云石矿产资源丰富,白云石矿产资源储量达100亿吨(60.6亿立方米),占广西储量的90%。
鹤壁
河南省鹤壁是我国最大的镁粉、镁屑、镁粒加工出口基地,是中国高品质金属镁及镁合金系列生产加工出口基地。2022年7月24日河南省地矿局发布称该局水文一队日前在鹤壁发现一特大型白云岩矿,经初步估算,资源储量约2.55亿吨,该矿区位于鹤壁市淇县西部山区,面积约31.87平方公里。区内矿体岩性为中厚层鲕粒白云岩,矿体规模较大,成矿地质条件良好,矿石质量品位较稳定,是优质的金属镁原料,适宜露天开采。
贵州
贵州省玉屏、万山矿床所产白云石量丰质优,仅玉屏至铜仁320km内有 C 级储量约500万吨,D级储量6000万吨。万山特区在吉玉向斜东翼,从中寒武统第三分层中、上部开始向上,厚约100m均为白云石;有的地方从中寒武统到上寒武统厚度300m以上几乎全为结晶白云石,储量在10亿吨以上。
菱镁矿(电解法原料)
菱镁矿是一种重要的矿物资源,以其碳酸镁(化学式MgCO3)为主要成分。这种矿物因其高含量的氧化镁以及良好的耐火性和黏结性,在工业上具有显著的应用价值。菱镁矿不仅是提取金属镁的主要来源,而且其化学组成和物理特性也使其在冶金、化工、建材等行业中占有重要地位。
菱镁矿的形态多样,包括晶粒状、隐晶质致密块状、层状、脉状和囊状等。它通常呈现白色或灰白色,当含有铁时,颜色可能变为黄至褐色,并具有玻璃光泽。菱镁矿的晶体结构使其具有完全的解理,断口呈参差状或贝壳状,表现出脆性。硬度在摩斯标度上为3.5至4.5,比重介于2.9至3.1克每立方厘米。
此外,菱镁矿的形成与富含镁的溶液作用于方解石有关,这一过程会将方解石转化为菱镁矿,因此菱镁矿也属于方解石族。富含镁的岩石也可能变化成菱镁矿,而铁或锰取代镁的过程会使菱镁矿呈现不同的颜色。除了提炼镁,菱镁矿还广泛应用于制造耐火材料和生产镁的化合物,进一步证明了其在工业上的多用途性和重要性。
全球菱镁矿储量最为丰富的是俄罗斯,中国居第二,朝鲜紧随其后列第三,也就是说紧挨着的3个国家占据了全球菱镁矿的大半壁江山。
从国内原镁产量分布来看,主要集中于陕西、山西、新疆等资源大省,陕西和山西两省产量占到全国镁锭产量的84%。
我国菱镁矿储量主要集中在辽宁和山东两省,辽宁省储量约占全国总储量的84%,山东省占全国的15%,其余储备位于河北、四川、青海等地。
辽宁省作为国内镁资源的核心产区,凭借其显著的资源优势,为国内镁材料的稳定供给提供了坚实保障。
中国的菱镁矿主要分布在12个省(自治区),分别是辽宁、山东、新疆、河北、西藏、四川、甘肃、安徽、青海、黑龙江、内蒙古和安徽。目前已发现的60处矿产地,其中超大型矿床5处,大型矿床6处,中型矿床11处,其余为小型矿床和矿点(矿化点)。5个超大型矿床中有4个在辽宁,1个位于山东。6个大型矿床中的4个分别位于辽宁、山东、西藏和新疆。中国目前已查明菱镁矿资源量(矿石量)19.2x108t。资源量分布非常集中,仅辽宁和山东两省就拥有95.33%的已查明资源(丁建华等,2013)。
水镁石
水镁石,也称为氢氧镁石(化学式为Mg(OH)2),是一种在自然界中发现的镁含量最高的矿物。这种半透明的白色、灰白色或淡黄色晶体状矿石,以其独特的化学成分而著称,其中氧化镁(MgO)含量高达69.12%,水分(H2O)含量为30.88%,相对分子量为58.32。水镁石的密度在2.38到3.4之间,折射指数为1.581,其分解温度为340℃,此时会发生脱水分解。
水镁石通常与方解石、水菱镁矿、方镁石等矿物共生,或存在于白云岩中,是一种典型的蛇纹岩或白云岩中的低温热液蚀变矿物。它属于三方晶系,具有层状结构,硬度为2.5。
水镁石的外观形态多样,可以是板状、球状、块状、不规则粒状集合体,或呈现出平行纤维状集合体,这些特性使其在工业应用中具有潜在价值。作为一类稀贵的富镁非金属矿,水镁石的这些物理和化学特性,使其在材料科学和工业领域中具有重要的研究和应用前景。
经过煅烧生产轻烧镁和重烧镁目前是我国水镁石矿的主要用途,其他主要用途有:生产轻质氧化镁、制取无机阻燃剂、用作酸性废水中和剂(环保领域)、用于烟气脱硫和焚烧炉废气处理等,作为工业用途为主,部分少量作为矿物观赏石。
辽宁凤城水镁石
辽宁省的水镁石矿床资源主要集中分布于岫岩-宽甸地区,徐家台水镁石矿床是辽宁东部水镁石成矿带中规模较大的矿床之一,徐家台水镁石矿床的矿体产于白云石大理岩夹菱镁矿大理岩中,与菱镁矿大理岩层位一致,均靠近该层的底部。
水镁石被广泛应用于防火材料、造纸工业、制取氧化镁、氯化镁、环境保护等领域。并且可用于制作阻燃剂(指能使可燃物或易燃物遇火源时或着火后使其燃烧变慢的一种助剂)和镁质高温耐火材料,用其制备的高档无卤型阻燃剂是一种既环保、又安全的阻燃剂,由于其层状结构效应,兼具填充和阻燃两重作用。水镁石制作的防火涂料有容重轻、装饰性好、耐风化能力强、防火性能好、着火后不剥落等特点,可用于船舶、高级住宅等的表面涂层。
光卤石
光卤石(Carnallite)是一种矿石,光卤石英文名称来源于德文Carnall,以纪念19世纪德国采矿工程R.von 卡纳尔(Rudolf von Carnall),亦称砂金、卤石,主要成分为KCl·MgCl2·6H2O,分子量277.87。晶体属正交(斜方)晶系的卤化物矿物。当以晶体产出时,形成假六方锥体,通常呈粒状或致密状块集合体产出。
纯净光卤石为白色或无色,常因含细微氧化铁而呈红色,味苦涩。在空气中极易潮解,易溶于水,味咸。光卤石是含镁、钾盐湖中蒸发作用最后形成的矿物,经常与石盐、钾石盐等共生,是生产氯化钾的重要原料之一。
光卤石是一种非相称性复盐,可经溶解、分步结晶等加工步骤使氯化钾同氯化镁分离。世界上重要的光卤石矿床有德国的施塔斯福特和前苏联的索利卡姆斯克矿床,察尔汗盐湖是中国光卤石资源的主要生产地。其自然形成与沉积岩如泥灰岩、粘土岩、白云岩相关,形成于石膏、硬石膏、石盐(岩盐)和钾石盐连续沉积的蒸发岩地层中,可用于制造钾肥和提取金属镁的矿物原料。
主要用作提炼金属镁的精炼剂,生产铝镁合金的保护剂。也用作铝镁合金的焊接剂,金属的助熔剂,生产钾盐和镁盐的原料。还用于制造肥料和盐酸等。
橄榄石
橄榄石,又称贵橄榄石,在矿物学中的学名是“Olivine”,橄榄岩属于岩浆岩中的超基性侵入岩,一种火成岩中的矿物,与火山活动紧密相连。呈深绿或浅黄绿色,由橄榄石、辉石等组成。
橄榄石的化学稳定性使其成为耐火材料的理想选择,因为它不会在高温下熔化。橄榄石多为富镁的贵橄榄石,其含量一般在40%-90%,有的还含少量的褐色角闪石、黑云母、斜长石等物质,副矿物为磁铁矿、铬铁矿、尖晶石等。
橄榄石和橄榄岩
橄榄石分为两种类型:一种富含镁元素,呈现出鲜艳的翠绿色,被称为"苦土橄榄石"或"贵橄榄石";另一种则含有铁元素,颜色较深,产量较为稀有,称为"铁橄榄石",常见流通的橄榄石以苦土橄榄石为主。从化学成分来看,橄榄石是由镁—铁硅酸盐和钙镁—钙铁硅酸盐构成的完全类质同象系列矿物。
橄榄石主要用于一般铸造和精密合金铸造、炼钢出钢口填料、引流砂和各种耐火材料制品等,透明而色泽鲜艳、无瑕疵的橄榄石晶体可作为宝石。镁橄榄石通常具有黄绿色调,而贵橄榄石由于含铁量稍高于镁橄榄石而使其颜色稍深。
根据《全球及中国橄榄石市场独立研究》报告,中国拥有全球最大的橄榄石矿产储量,约占全球橄榄石矿产储量的63.5%,我国河北张家口、吉林敦化、山西天镇等地是橄榄石的知名产地。
其中,根据2018年国际矿产权威评估机构SRK出具的报告,吉林敦化意气松南山橄榄石宝石矿资源量为501.64吨,是世界上储量最大的宝石级橄榄石矿!
中国吉林省敦化意气松南山
全球储量最大的宝石级橄榄石矿藏
盐湖镁资源
我国盐湖镁卤水中的镁盐储量达 48 亿 t,其中硫酸镁储量约 16 亿 t、氯化镁储量约 32 亿 t,镁盐主产区集中在西藏北部和青海省柴达木盆地,两地合计储量占全国总量的99%。
盐湖镁盐主要分布于西藏自治区的北部和青海省柴达木盆地,柴达木盆地内的镁盐储量占全国已查明镁盐总量的99%,氯化镁和硫酸镁累计查明资源储量60亿吨。且我国海域水中的镁合金达到0.13%。
海水炼镁
海水中富含的镁主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在,其含量之高使得每立方公里海水中可提取约130万吨镁。全球有60%的镁产自海水,特别是那些海盐产量丰富的国家,它们利用制盐过程中产生的苦卤来生产镁化合物。对于缺乏陆地镁矿的国家,从海水中提取金属镁和镁盐成为重要的工业手段。
盐产量高的国家,如那些拥有丰富海水资源的国家,常利用制盐苦卤生产各种镁化合物。在冶炼提取过程,将海水引入大型池中,加入石灰乳生成氢氧化镁沉淀,这一步骤实现了镁的富集和提纯。随后,氢氧化镁经过洗涤得到高纯度产品,进而转化为氧化镁、碳酸镁等有用物质。此外,氢氧化镁还能进一步转化为无水氯化镁,最终通过电解等方法提取出金属镁。
至21世纪初期,从海水中提取的产品主要包括氯化镁、硫酸镁、氧化镁和氢氧化镁等,这些产品在工业领域有着广泛的应用。
镁,以其独特的体积优势搭配超低密度,如未来在价格战场上如鱼得水,将变得极具竞争力。在中国这片广袤的土地上,镁资源得天独厚——储量之丰,矿种之全,分布之广。更由于其良好的生物性,镁若广泛应用,便是对“绿水青山就是金山银山”理念的生动实践。
策划 梅艳南
编辑 吴姬慧
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[镁]在中国丨始于秦皇求仙,兴于当代科技,中国镁产业的时光之旅 (两千年暗影流转,爆发前夜的璀璨期待)
公司介绍
浙江文镁科技有限公司致力于轻量化科技成果转化落地。响应时代的号召,努力成为一家助力于轻量化科技成果落地,推动轻量化材料在工业品和消费品中商业应用的公司。作为新材料轻量化合作伙伴,坚持走高质量发展路线,为轻量化材料发展贡献力量。
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