丁瑞,金希,劉國杰

1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)， 吉林 長春 130033； 2.浙江省地球物理地球化學(xué)勘查院， 浙江 杭州 310000；3.浙江省工程物探勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 浙江 杭州 310000

0 引言

硅藻土是一種以硅藻遺骸組成的巖石，礦物成分以蛋白石為主，主要有益化學(xué)成分為SiO2，有碳酸鹽和黏土混入。硅藻土原礦呈白色、灰白色、褐色、灰綠色和淺黃色及灰黑色，質(zhì)輕而軟，有極強(qiáng)的吸附能力，對聲、熱、電傳導(dǎo)性能低，具隔熱、吸音、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。由于其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保及生態(tài)建材、催化劑與農(nóng)藥載體、瀝青改性劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域[1]，是重要的非金屬礦產(chǎn)。

1 全球硅藻土礦資源概況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有122個國家和地區(qū)擁有硅藻土資源，包括美國、中國、日本、德國、捷克、墨西哥、法國、肯尼亞等，累計(jì)查明資源儲量約28億噸，其中美國是世界上最大的硅藻土儲量國，資源儲量為6.81億噸，占全球的24.32%，主要分布在美國東西海岸各州及其鄰近內(nèi)陸；其次是中國5.11億噸，占全球的18.32%，位列世界第二(見圖1)。

圖1 世界硅藻土礦床分布情況(據(jù)USGS,Minerals Yearbook,2018[2])Fig.1 Distribution of diatomite deposits in the world

世界已發(fā)現(xiàn)的硅藻土資源雖然分布廣泛，但大多數(shù)規(guī)模較小，且品質(zhì)一般。全球硅藻土資源中，僅有美國加利福尼亞州的羅姆波克礦床、中國吉林省長白馬鞍山礦床和中國吉林省長白西大坡礦床，可不經(jīng)選礦直接加工生產(chǎn)硅藻土助濾劑[3]。這三處礦床所產(chǎn)的一級品原土，其非晶質(zhì)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在85%以上,且礦床資源儲量均超過1 000萬噸。

2 我國硅藻土礦資源特征

2.1 分布特征

硅藻土礦是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，分布較廣，除西北地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)硅藻土礦床外，華北、東北、西南、中南和華東地區(qū)均有分布。截止2018年底，我國已發(fā)現(xiàn)硅藻土礦床73個，已探明資源儲量5.11億噸，主要分布在全國14個省(自治區(qū))，分別為吉林、浙江、河北、云南、山東、四川、廣東、海南、黑龍江、江西、內(nèi)蒙古、福建、山西、西藏(見表1)。其中，吉林省探明儲量最多，約3.90億噸，占全國總儲量的76%，且吉林省白山省白山市臨江—長白地區(qū)是目前發(fā)現(xiàn)的中國最大的優(yōu)質(zhì)硅藻土資源蘊(yùn)藏地，占全國優(yōu)質(zhì)硅藻土資源的90%以上，也是目前世界上儲量達(dá)上千萬噸的優(yōu)質(zhì)硅藻土產(chǎn)地之一。

表1 中國各省(區(qū))硅藻土礦產(chǎn)地規(guī)模數(shù)量與資源儲量情況表

圖2 截至2018年底中國硅藻土礦累計(jì)查明資源儲量分布圖(據(jù)自然資源部，2019)Fig.2 Distrbution of resources and reserves of diatomite deposits in China by the end of 2018

2.2 成因特征

我國硅藻土礦床雖然主要集中在新近紀(jì)中新世成礦，但新生代各個時期都有產(chǎn)出。新近紀(jì)是中國硅藻土礦最重要的成礦時期[4]，尤以中新世最為重要。約60%的硅藻土礦床形成于中新世，該時期形成的硅藻土礦占全部累計(jì)查明資源量的85%以上，資源儲量達(dá)4.65億噸，且?guī)缀跛械拇笮凸柙逋恋V床都產(chǎn)于該時期。吉林省白山市的長白西大坡、長白馬鞍山至西大坡、臨江大金廠和臨江錯草頂子南崗前崗頭等硅藻土礦都是該時期的產(chǎn)物。該時期硅藻土礦分布在11個Ⅲ級成礦帶，以遼東(隆起)成礦帶(Ⅲ-56)尤為發(fā)育。

硅藻土礦床按成因分為：海相沉積型和陸相沉積型。我國現(xiàn)有硅藻土礦床都屬陸相沉積型硅藻土礦床，尚未發(fā)現(xiàn)海相沉積型硅藻土礦床。我國陸相沉積型硅藻土礦床分為與玄武巖有關(guān)的沉積型、湖相碎屑沉積型[5](見表2)。兩種成因類型資源儲量所占比例分別是：與玄武巖有關(guān)的沉積型占83%，湖相碎屑沉積型17%[6]。兩種成因類型主要特征：與玄武巖有關(guān)的沉積型礦床規(guī)模以大、中型為主，礦體形態(tài)呈層狀、似層狀，長達(dá)萬米以上，寬達(dá)兩千米以上，厚度幾米至幾十米，礦石質(zhì)量較好，一般為硅藻土及黏土質(zhì)硅藻土[7]，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)55%～92%；湖相碎屑沉積型礦床規(guī)模以小型為主，礦體形態(tài)呈層狀、似層狀，長近千米，寬數(shù)百米，厚度幾米至十幾米，礦石質(zhì)量一般，礦石類型以黏土質(zhì)硅藻土及硅藻黏土為主[7]，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)55%～80%。

表2 我國硅藻土礦床成因類型

2.3 質(zhì)量特征

硅藻土質(zhì)量優(yōu)劣主要取決于其含有硅藻遺骸的多少，根據(jù)礦石中硅藻、黏土及礦物碎屑的相對含量，結(jié)合外觀自然特征，劃分為以下四種自然類型(1)吉林省地質(zhì)局通化地質(zhì)大隊(duì)革命委員會.吉林長白縣馬鞍山硅藻土礦勘探報(bào)告[R].通化：吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，1966.:

第一種類型硅藻土：按品級為Ⅰ級品礦石，白—灰白、淺灰色，塊狀構(gòu)造及微層狀構(gòu)造，生物結(jié)構(gòu)，質(zhì)輕疏松細(xì)膩，多孔隙，濕潤狀態(tài)下似豆腐渣狀，干燥時易捻成粉沫。硅藻體積分?jǐn)?shù)85%左右，以園篩藻為主，少量直鏈藻及藻類碎片，種屬單一，其次有細(xì)粒分散狀黏土礦物體積分?jǐn)?shù)小于5%，礦物碎屑15%左右，含有少量磷酸鹽(藍(lán)鐵礦呈白色針狀，放射狀集合體)與黃鐵礦結(jié)核，局部裂隙有鐵質(zhì)氧化物呈淋濾式充填。平均濕度55.33%，平均濕體積質(zhì)量1.3 t/m3，干體積質(zhì)量0.58 t/m3。

第二種含黏土硅藻土：按品級為Ⅱ級品礦石，灰白—淺灰色，細(xì)層狀構(gòu)造，層理由富藻層和泥質(zhì)微細(xì)層(1～2 mm)組成，生物結(jié)構(gòu)，硅藻體積分?jǐn)?shù)75%～80%，以園篩藻、直鏈藻為主及少量藻類碎片。黏土礦物體積分?jǐn)?shù)5%～25%，礦物碎屑20%左右。濕度49.33%，干體積質(zhì)量0.65 t/m3，其它特征同Ⅰ級品礦石。

第三種黏土質(zhì)硅藻土：按品級多為Ⅲ級品礦石，灰白—灰黃—淺灰綠色，塊狀構(gòu)造，生物泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，硅藻質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%左右，以直鏈藻為主，園篩藻體積分?jǐn)?shù)少，藻類碎片，種屬較多，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)大于25%，礦物碎屑體積分?jǐn)?shù)5%～8%。濕度47.71%，干體積質(zhì)量0.7 t/m3。

第四種硅藻黏土：灰—灰黑色，塊狀構(gòu)造，粘結(jié)性強(qiáng)，硅藻體積分?jǐn)?shù)40%～50%，黏土礦物50%左右，碎屑礦物10%。有圓筒形、圓盤形、絲瓜形和舟形藻為混合類型，藻體破碎粒徑不一。平均濕度43.22%，干體積質(zhì)量0.78 t/m3。

吉林省白山市硅藻土以品質(zhì)好而聞名，硅藻土礦層呈層狀產(chǎn)出，礦層在垂向上具有較規(guī)律的韻律，一般從下至上為：硅藻黏土→黏土質(zhì)硅藻土→含黏土硅藻土→硅藻土→含黏土硅藻土→黏土質(zhì)硅藻土→硅藻黏土，其間為漸變過渡關(guān)系，Ⅰ級硅藻土一般產(chǎn)在礦層中部[8]。

3 供需形勢淺析

3.1 硅藻土礦供需情況

我國硅藻土資源較為豐富，硅藻土產(chǎn)品應(yīng)用于助濾劑、保溫材料、建筑、造紙、填料、催化劑、土壤治理、硅藻泥、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域，其中助濾劑是硅藻土最主要的用途和主流產(chǎn)品，助濾劑銷量一般占到硅藻土總銷量的65%；填料、磨料約占硅藻土總產(chǎn)量的13%，吸附凈化材料約占總產(chǎn)量的16%，土壤改良及肥料約占總產(chǎn)量的5%,其他占1%。以市場銷售量為依據(jù)，2018年我國硅藻土各類產(chǎn)品的銷售量見表3[9]。自20世紀(jì)60年代開始開發(fā)硅藻土礦，經(jīng)過近60年的發(fā)展，國內(nèi)已形成僅次于美國規(guī)模的硅藻土加工利用產(chǎn)業(yè)鏈。目前有吉林、浙江、云南三大生產(chǎn)基地，2019年中國硅藻土產(chǎn)量為42.0萬噸，同比增長1.2%，近年總體呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢(見圖3)。

表3 2018年硅藻土各類產(chǎn)品的銷售量

圖3 2015年至2019年國內(nèi)硅藻土產(chǎn)量及增速(李志威等，2021[9])Fig.3 Domestic diatomite production and growth rate from 2015 to 2019

硅藻土應(yīng)用市場中，助濾劑在國內(nèi)外都是公認(rèn)的最成熟產(chǎn)業(yè)，也是應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品。目前國內(nèi)硅藻土助濾劑市場規(guī)模約25萬噸，主要應(yīng)用行業(yè)分析，油品、啤酒飲料等大部分食品行業(yè)。根據(jù)近年來的需求處于穩(wěn)定增長的趨勢，且都是國民經(jīng)濟(jì)的必需品，也屬于“十四五”期間國家重點(diǎn)發(fā)展的消費(fèi)品領(lǐng)域，所以硅藻土在助濾劑產(chǎn)品應(yīng)用中的需求量是保持穩(wěn)定增長的趨勢。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)硅藻土產(chǎn)品在進(jìn)出口數(shù)量方面，2019年國內(nèi)硅藻土進(jìn)口數(shù)量為1.37萬噸，同比增長22.2%，出口數(shù)量為1.59萬噸，同比增長46.1%[11]，出口的主要是吉林白山地區(qū)的優(yōu)質(zhì)硅藻土資源。

3.2 硅藻土礦供需形勢分析

中國盡管硅藻土資源豐富，品質(zhì)好，是亞洲最大的硅藻土產(chǎn)業(yè)基地，具有一定的優(yōu)勢，但是該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍存在一些問題，面臨著一些機(jī)遇和挑戰(zhàn)(見表4)。

表4 我國硅藻土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢與劣勢和機(jī)遇與挑戰(zhàn)

產(chǎn)業(yè)發(fā)展劣勢產(chǎn)業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)1.企業(yè)規(guī)模小、缺乏核心競爭力,相互之間惡性競爭壓價;2.行業(yè)利潤微薄;3.企業(yè)自主創(chuàng)新能力不足;4.缺乏整體長遠(yuǎn)規(guī)劃;5.缺少強(qiáng)勢品牌;6.攻關(guān)力量不足,市場開拓局限;7.區(qū)位優(yōu)勢較差,能源、物流成本高。1.國內(nèi)存在浙江、云南、內(nèi)蒙等地的同行業(yè)競爭,浙江區(qū)位優(yōu)勢明顯;地區(qū)發(fā)展不平衡;2.國際競爭對手“世界礦產(chǎn)公司”在資金、技術(shù)和市場份額等方面優(yōu)勢巨大;3.人民幣升值影響出口。

硅藻土除了傳統(tǒng)應(yīng)用，如食品、油品及飲料等助濾劑，涂料、填料、農(nóng)藥載體、土壤改良劑、吸附劑及飼料等，其在新興領(lǐng)域應(yīng)用潛力也非常巨大：①硅藻精土脲醛樹脂膠環(huán)保填料項(xiàng)目。②木材/硅藻精土復(fù)合材料項(xiàng)目。③塑料行業(yè)多功能填料項(xiàng)目。④冶金系統(tǒng)保溫隔熱制品及民用硅酸鈣制品項(xiàng)目。⑤硅藻精土負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合材料衍生環(huán)保材料項(xiàng)目。⑥利用改性硅藻土生產(chǎn)果蔬保鮮紙箱及環(huán)保、隔音紙板和其他功能紙板以及造紙?zhí)盍?。⑦多功能飼料填料、化妝品和齒科填料。⑧高檔復(fù)合助濾劑、吸附劑項(xiàng)目。⑨多孔環(huán)保陶瓷項(xiàng)目。⑩油井水泥減輕劑以及微孔玻璃等。隨著人們生活水平的不斷提高，硅藻土產(chǎn)品的應(yīng)用更加廣泛，預(yù)測到2025年，我國硅藻土表觀消費(fèi)量可達(dá)60萬噸，未來5至10年硅藻土產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)較快發(fā)展態(tài)勢。而我國目前硅藻土產(chǎn)品處于供大于求的狀態(tài)，未來供應(yīng)量完全可以滿足需求量的要求。

4 硅藻土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議

隨著中國、印度等發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，硅藻土產(chǎn)品需求前景廣闊，今后5至10年硅藻土產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展。為了使硅藻土產(chǎn)業(yè)在將來能夠可持續(xù)、健康發(fā)展下去，保持供需平衡，我國硅藻土產(chǎn)業(yè)應(yīng)注重以下幾點(diǎn)：①制定科學(xué)勘查開發(fā)規(guī)劃，保障資源的可持續(xù)供給和綜合開發(fā)。②加強(qiáng)資源勘查開發(fā)管控，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境保護(hù)的和諧統(tǒng)一。③產(chǎn)品生產(chǎn)求新求變，多措施并舉促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)型升級。④提高核心競爭力，打造完整并富有活力的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式[12]。