重晶石礦

重晶石是一種礦物質。我國礦藏比較豐富，其中貴州省的儲量占全國儲量的三分之一。

基本介紹

• 中文名：重晶石
• 外文名：Barite
• 化學式：BaSO4
• 顏色：灰白
• 晶系：斜方
• 硬度：2.5~3.5
• 礦物密度：4.5
• 套用：石油鑽探、化工等
• 分布：美國、俄羅斯、中國、秘魯、印度等國

簡介

礦床類別

重晶石(Barite)。我國重晶石礦床可分為四種類型，即沉積型礦床、火山沉積型礦床、熱液型礦床和殘坡積型礦床。

礦產分布

礦產的分布情況：全世界重晶石資源比較豐富，主要分布在美國、俄羅斯、中國、秘魯、印度等國，世界重晶石儲量為20億噸。

我國重晶石資源豐富，全國26個省，市自治區均有分布，主要集中在南方，貴州省占全國總儲量三分之一，湖南、廣西分別居全國第二、第三位，我國重晶石不但儲量大，而且品位高，BaSO4>92.8%。富礦儲量占全國富礦總量的99.4%，大中型礦儲量占全國總量88.4%，截止95年底，我國已探明重晶石資源儲量4.6億噸。

工業指標

邊界品位：硫酸鋇（BaSO4）30%

工業品位：硫酸鋇（BaSO4）50%

可采厚度：原生礦床0.25米，風化粘土質礦床1米。

重晶石是硫酸鹽類礦物，其化學式為BaSO₄，化學成分為BaO65.7%，SO₃34.3%。常含鍶和鈣，與Ba類質同象。
中國重晶石資源十分豐富。探明儲量居世界前列，全國有22個省、市、自治區都有分布。其中以廣西為最多，其次是湖南、陝西、貴州、甘肅、湖北、福建、山東等省的重晶石資源也比較集中。全國重晶石主要礦產地有50多處，大型礦床多集中於南方，北方較少。在現有的產地中，近一半是重晶石與其它礦產伴生，有的選礦困難，富礦少。有相當一部分礦床位於交通不便的地區。
我國的重晶石礦中，硫酸鋇含量大都在95%以上，有一小部分為90%，品質較好，可廣泛套用於化學工業、石油鑽探和油漆工業等方面。

重晶石類型特點

礦石類型	礦石特點	主要礦物	伴生礦物
沉積型	塊狀或條紋和豆粒狀構造	重晶石	石英、粘土礦物、黃鐵礦等
熱液型	緻密、灰至白色	重晶石、黃鐵礦、螢石等	黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、赤鐵礦、毒重石等
火山沉積型		重晶石	菱鐵礦、鏡鐵礦等
殘坡積型	易選、品位較高	重晶石、螢石	方解石等

重晶石礦物的礦物特徵 重晶石是最普通的富含鋇礦物，其要性質列於表2

主要性質

礦物名稱	化學式	化學組成; %	密 度; g/cm	莫氏硬度	晶系	形狀	顏色
重晶石	BaSO4	BaO,65.7; SO3,34.3	4.5	2.5~3.5	斜方	板狀; 柱狀	灰白

此外，重晶石難溶於水和酸、無毒、無磁性，能吸收X-射線及伽瑪射線等特性。

主要用途

加重劑。表3列出了它的主要用途。

表3重晶石的主要用途

套用領域	主 要用 途	備 注
石油鑽探	油氣井旋轉鑽探中的環流泥漿加重劑	冷卻鑽頭，潤滑鑽桿，封閉孔壁，控制油氣壓力，防止油井自噴等
化工	碳酸鋇、氯化鋇、	廣泛套用於催化劑、合成橡膠的凝結劑、螢光粉、油脂添加劑等
	硫酸鋇、鋅鋇白、氫氧化鋇、氧化鋇等各種鋇化合物	廣泛套用於試劑、紡織、防火、各種焰火、塑膠、殺蟲劑、焊藥等
玻璃	去氧劑、澄清劑、助熔劑	增加玻璃的光學穩定性、光澤和強度
橡膠、塑膠油漆	填料、增光劑、加重劑
建築	混凝土骨料、鋪路材料	重壓沼澤地區埋藏的管道，代替鉛板用於核設施，原子能工廠、X光實驗室等的禁止，延長路面的壽命

重晶石質量標準要求

重晶石產品根據其用途，有不同的規格及質量要求。

石油鑽井用重晶石粉 我國油田鑽井用重晶石粉的質量要求列於表4

表4石油鑽井用重晶石粉的質量要求

項 目	指 標	備 注
密度，g/cm	≥4.2
細度，—200目%; —325目%	≥97; ≥85~90
水溶物，%	≤0.1
粘土效應，Pa·s	≤0.125	加1%石膏前後的視粘度
硫酸鋇含量，%	≥90

重晶石粉的國家標準已制定，水溶性鹽（按鈣計算）不大於250PPm；200目篩餘量不大於3%，325目篩餘量不大於5%。

化工用重晶石 化工用重晶石分為三級，要求的指標是：BaSO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3和水溶性鹽的含量，詳見表5。

表5化工用重晶石的品級劃分

品 級	指 標， %
BaSO4	SiO2	Fe2O3	Al2O3	水溶性鹽
Ⅰ級	95	< 1.5	< 0.5	< 1	< 0.3
Ⅱ級	90	< 2.5	< 1.5	< 2	< 1.0
Ⅲ級	85	< 2.5	< 1.5	< 2	< 1.0

其它部門用重晶石粉 油漆、橡膠填料、普通玻璃、鋅鋇白生產用重晶石粉的質量要求列於表6。

表6油漆等用重晶石粉的質量要求

用 途	要求指標	備 注
BaSO4,%	CaCO3,%	Fe2O3,%	通過粒度，目
油漆	90~95		0.05	< 325	要求潔白度高
橡膠填料	> 98	< 0.36	微量	<325	不允許含有Mn、Cu、Pb雜質
普通玻璃	> 96	< 0.1	< 0.2	60	SiO2<1.5%,Al2O<0.15%
生產鋅鋇白	95~98		< 1		SiO2<1%,Al2O3越少越好

國際貿易產品品級 在國際貿易中，一般根據不同用途將重晶石分為三個品級，詳見表7。

表7國際貿易產品品級

級別	要 求 指 標
鑽井級	密度≥4.2g/cm,BaSO4≥92%,200目篩餘量小於3%，325目篩餘量小於5%
化工級	BaSO4 > 95%,Fe2O3和SrSO4含量不超過1%，氧化矽和氧化鈣只允許有微量
油漆級	潔白度高，細度至少通過325目

工藝技術

選礦方法

重晶石選礦方法的選擇受礦石類型、原礦性質、礦山規模，以及用途等的影響。採用的主要選礦方法如表8 所示。一般殘積型礦石容易選，因此，優先選用重選方法；沉積型礦石以及與硫化礦、螢石等伴生的熱液型礦石，除重選外，還要採用浮選方法；重晶石浮選一般採用的陰離子捕收劑：脂肪酸鹽、石油磺酸鹽或硫酸鹽等。

表8重晶石的主要選礦加工方法

選礦方法	選礦原理	套用範圍
手選	重晶石與伴生礦物的顏色，密度等差別	選出塊狀重晶石
重選	重晶石與伴生礦物的密度差異	包括洗礦、脫泥、篩分、跳汰、搖床等工藝方法多用於殘積型礦石
浮選	重晶石與伴生礦物的表面物理化學性質的差異	常用於沉積型重晶石礦以及與硫化礦、螢石等伴生的熱液型重晶石礦石
磁選	重晶石與氧化鐵類礦物的磁性差異	主要用於除掉氧化鐵類礦物雜質

工藝流程

殘積型重晶石礦的選礦工藝流程 殘積型重晶石礦一般用重選方法進行選別，即經洗礦、破碎、篩分後用跳汰或其他重選方法選出重晶石精礦。

地質勘查

綜述

重晶石礦的地質勘查工作相對而言比較薄弱，20世紀初才開始以尋找重晶石礦產為目的的地質調查活動。1949年以後重晶石礦產資源的地質勘探工作得到較大發展，並取得了重大成果。80年代以後，石油天然氣工業的發展與外貿出口的迅速增加，促進了重晶石的勘查工作。

礦產勘查工作

重晶石礦的地質勘查工作與其他礦產一樣劃分為普查、詳查、勘探三個階段。

普查階段：目的和任務是對已發現的礦點和地質、物化探等異常進行普查工作，查明是否有進一步工作的價值，提交普查報告，一般探求D+E級儲量，為是否進行詳查階段工作提供依據。

詳查階段：目的和任務是對經過普查階段工作證實具有進一步工作價值的礦床，做出是否具有工業價值的評價，提交詳查報告，一般探求C+D級儲量，其中C級儲量，一般非金屬礦20%～50%，為是否進行勘探階段工作提供依據，並可提供礦山總體規劃和作礦山項目建議書使用。

勘探階段：目的和任務是對經過詳查階段工作證實具有工業價值，並擬開採利用的礦床進行勘探，按全國礦產儲量委員會制定的有關規範探求各級儲量，提交勘探報告，作為礦山建設可行性研究和設計的依據。一般要求是：

1) 詳細探明勘查區內的地質、構造情況

2) 對礦體(層)的形狀、產狀和空間位置，礦石的品位、結構構造和工業類型、品級的種類及其比例等的控制和研究程度，達到探求相應儲量級別和礦山建設設計的要求

3) 對礦產加工選冶性能進行研究，做出是否具有可供工業建設設計的評價

4) 詳細探明水文地質、工程地質和其他開採技術條件

5) 對礦床進行詳細的技術經濟評價。

勘探類型

據國家技術監督局1992年發布的重晶石、毒重石地質勘探規範，重晶石礦床勘探類型劃分為四類：

第Ⅰ類型：礦體規模大、形態簡單，構造簡單。如陝西安康石梯重晶石礦床。

第Ⅱ類型：礦體規模大到中型，形態複雜程度中等，構造、岩脈發育程度簡單—中等，如廣西象州潘村重晶石礦床。

第Ⅲ類型：礦體規模以中型為主，礦體形態複雜，構造、岩脈發育程度複雜。如福建永安李坊重晶石礦床Ⅲ礦段、湖北隨州柳林六合灣礦段。

第Ⅳ類型：規模為小型，形態複雜，構造複雜。如海南儋縣冰嶺殘坡積重晶石礦床。

勘探手段

重晶石礦床的勘探大多採用探槽、淺井、豎井等工程，配合岩心鑽探。當地形適宜時，採用平硐進行勘探。對殘坡積重晶石砂礦可採用淺井進行勘探。

勘探工程的布置要根據礦體產狀等因素決定。重晶石礦體一般為層狀和脈狀，可按勘探線形式布置，以便取得礦床剖面資料，在水平與縱深方向圈定礦體。

進行岩心鑽探時，岩礦心採取率不應低於70%。對於較深鑽孔應每隔100m進行系統測斜。

在坑道中，重晶石礦石取樣一般用刻槽法，對於緻密塊狀礦石，樣槽斷面可為10cm×3cm或5cm×10cm。採樣長度，層狀礦為0.5～2m，脈狀礦為0.25～1m。對疏鬆礦石可用剝層法取樣，規格為50～100cm×20～50cm。鑽孔岩心取樣一般用劈心法。沿脈坑道中的樣品間距一般為10～20m。樣品布置應使樣品長度與礦體厚度方向一致。各種礦石類型都應單獨取樣。

礦石化學分析的基本項目為BaO、SO3和CO2，其他組分如Fe2O3、Al2O3、SiO2和可溶性鹽類可通過組合樣品分析確定。研究綜合礦石時，還須確定PbO、ZnO、MnO、Au、Ag和F等成分的含量。在礦石含有硫化物的情況下，組合樣品應進行光譜全分析和化學分析，以查明礦石中的伴生元素。

技術加工取樣一般採用全巷法或剝層法。通過技術加工試驗應查明選礦產品的質量和回收率，同時也取得合理選礦流程的設計資料。

礦石體重要按不同類型加以確定。對疏鬆的礦石還應確定濕度。作為塗料填料用的重晶石套用分光法測定重晶石的顏色。

勘探工程間距

據中華人民共和國國家標準GB/T 13692-92，重晶石礦床勘探時一般間距如表4.7.6。

表4.7.6重晶石礦床勘探工程間距(m)

t4-7-6.jpg

對於礦體延深不大的礦床，一次勘探完畢。礦體延深大的，一般不超過300m，以下部分用稀疏工程控制礦體遠景。

工業指標

對重晶石礦床的一般工業參考指標為：

1．原生礦

邊界品位：BaSO4 30%

工業品位：BaSO4 50%

可采厚度：≥1m

夾石剔除厚度：≥1m

2．堆積礦(隨原生礦附帶開採)

含礦率≥0.5t/m3(BaSO4≥45%)

可采厚度≥0.30m

礦山開採

開採分露天開採與地下開採，我國重晶石礦開採中鄉鎮企業土法開採占絕大多數，以露天開採為主，主要開採殘坡積礦床，及礦體露頭和淺部。如湖南衡南縣譚子山重晶石礦，是1958年投產的國營老企業，原有四個採礦工區，一個露采，三個地下開採(斜井、平硐)，80年代一個地下礦采完閉坑，另一個地下礦由於附近民采亂挖引起淹井而閉坑。露天礦也因剝離跟不上，採礦及邊坡不穩而影響正常生產。地下開採用過留礦法、充填法、階段崩落法等。地下開採中主要採礦設備為手推膠輪車，斜井用300kW卷揚機，通風用局部扇風機，井下支護有木支護、混凝土支護。露天開採主要裝備為裝載機、4t翻斗汽車。

選礦

重晶石的選礦方法有手選、重選、磁選、浮選

手選：原礦開採出來後，用簡單的人工手選是許多鄉村民采小礦常用的選礦方法。一些礦山，由於地質品位高，質量穩定，經過手選可以滿足外貿出口要求。如廣西象州潘村礦，用手選法選富塊礦，粒度要求30～150mm，BaSO4>95%，一般可以大於92%。手選法簡單易行，無需什麼設備，但生產率低，資源浪費大。

重選：原礦經洗礦篩分、破碎、分級脫泥，經跳汰選礦流程，可獲得質量較好的精礦，產品品位可達88%以上。衡南重晶石礦經重力選礦後的精礦可達92%。當地民眾用土法洗礦，每人每天可獲精礦100kg。破碎一般用顎式破碎機或衝擊式破碎機，細碎一般用對輥式破碎機。選別可用重介質轉筒分選機，圓錐分級機、跳汰分選機或搖床、螺旋機等。重晶石嵌布粒度大於2mm，通常可用重介質分選、跳汰分選。重介質分選的最大粒度為50mm，濕式、乾式跳汰選的最大粒度約為20mm。嵌布粒度小於2mm，可用搖床或螺旋分級機進行分選。精選前須用水力旋流器除去泥料以提高選別效果。

磁選：常用來選出一些含鐵礦物如菱鐵礦，用於要求含鐵很低的鋇基藥品的重晶石原料。

浮選：我國重晶石礦貧礦多、富礦少，已探明儲量的礦床有80%以上是和其他礦種伴生。對於嵌布粒度很細的礦石及重選尾礦的分選必須採用浮選。浮選有正浮選和反浮選兩種，反浮選通常是除去鹼金屬硫化物。

重晶石作為一種常見的鹽類礦物，其浮選過程按吸附形式分為兩種，一種是用脂肪酸烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽等陰離子捕收劑，按化學吸附的形式在重晶石礦物表面吸附而與其他分離；另一種是用陽離子胺類捕收劑，按物理吸附的形式來浮選重晶石。胺類捕收劑捕收效率低，對礦泥影響極敏感，因此用陰離子捕收劑較為理想。通常在球磨機中添加NaOH調整pH值為8～10，水玻璃作為調整劑加入礦漿中，在固體濃度40%～50%的條件下用油酸類捕收劑進行浮選。

加工礦產

1．高白度微細粉與超微粉的加工

高白度微細粉碎重晶石粉是將重晶石原礦經粉碎、洗選、增白而製得。粉末保持礦物的晶體結構，廣泛用於塗料、橡膠、塑膠、造紙、陶瓷等行業，國內一些大中型塗料廠用它代替鈦白粉生產多種油漆，是一種優質填料。

中國地質大學武漢管理幹部學院與化工部塗料工業研究所開發並在隨州重晶石企業工業化生產套用重晶石微細粉的工藝流程如圖4.7.7所示。

圖4.7.7微細粉工業生產流程

隨州重晶石礦是沉積型層狀礦床，其礦物化學分析結果為：BaSO4 94.78%、酸溶物2.1%、Si 0.72%、有機碳0.56%、Ca 0.43%、Fe 0.12%、Al 0.10%、Mg 0.17%。

礦石經過幾次破碎後得到微米級的微細生料，在焙燒爐焙燒2.5h，成為熟料，經水洗除去鹼質，稀酸洗後打漿，在反應釜中加入硫酸、鋁粉(酸溶、漂白)，在煮沸溫度下攪拌反應2.5h，得到漂白料，清水洗去可溶性鹽類，壓濾、烘乾(170℃)後成為成品。產品的技術性能符合IS03262重晶石b級品的質量指標。

反應釜內酸溶還原的化學反應過程如下：

酸溶：用硫酸溶解雜質有色元素。

[Fe2O3]+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

[MnO]+H2SO4=MnSO4+H2O

[NiO]+H2SO4=NiSO4+H2O

漂白：加入鋁粉，發生氫氣，還原Fe2+起漂白作用。

2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2

Fe2(SO4)3+H2=2FeSO4+H2SO4

上述物理化學加工方法中，漂白處理與超細磨是兩個技術關鍵。漂白處理是通過焙燒(除去碳)、酸洗(除去雜質有色元素)，因此需要掌握焙燒溫度與時間、加酸濃度、漂洗時間、還原劑的加入量與加放次數等，均應合理選擇。超細磨應選用高效磨機，併合理選擇有關參數。

四川省東南地質大隊套用超微細重晶石粉技術對四川某地優質重晶石進行加工，制出BaSO4≥98%，Fe2O3≤0.05%，ZBD白度≥90%，細度98%以上≤2μm的超微粉，並在造紙、橡膠、油漆、塑膠生產中套用，完全可以替代沉澱硫酸鋇，而且產品的基本性能更好，工業上的套用前景更加廣泛。

鋇鹽產品

以重晶石為原料生產鋇鹽產品除了立德粉(鋅鋇白)外，主要是碳酸鋇、氯化鋇、氫氧化鋇、硝酸鋇、硫酸鋇、鈦酸鋇、鉬酸鋇和一些精細化學品。

(1) 立德粉(鋅鋇白)立德粉為白色粉末狀，平均粒徑0.3～0.5 μm，不溶於水，與硫化氫及鹼液不起作用，遇酸液分解釋放出硫化氫。經長期日曬會變色，但放置暗處仍可恢復原色。生產立德粉的原料除重晶石外，還有氧化鋅、硫酸、粉煤等，其主要化學反應為：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O

BaSO4+2C=BaS+2CO2

ZnSO4+BaS=ZnS·BaSO4

(2)碳酸鋇主要原料為重晶石、石灰石、煤。工藝流程為：重晶石、煤粉→粉碎→焙燒→加熱水蒸氣浸取→澄清→碳化→加純鹼、蒸氣脫硫洗滌→過濾→烘乾→包裝。

(3)氯化鋇氯化鋇是白色有光澤的單斜晶體，加熱至113℃時失去水，成為白色粉末。易溶於水，溶解度隨溫度升高而增大。水溶液具苦鹹味，對人、畜及昆蟲均有毒害作用。

主要原料為重晶石、煤、鹽酸或氯氣、氯化鈣等。製法有鹽酸法、氯化鈣法、氯化法。鹽酸法，重晶石與煤粉還原焙燒後與鹽酸反應而製得。氯化鈣法，也是先還原焙燒，然後經浸取、脫硫等處理製得。氯化法是將硫化鋇液與氯氣反應得氯化鋇液，再經處理製得。

(4)氫氧化鋇氫氧化鋇是白色四方晶系體，易溶於熱水，溶液呈強鹼性。無水氫氧化鋇是有光澤的白色無定形粉末，有毒。

工業生產中以燒鹼法為主，即用燒鹼與氯化鋇溶液反應，經蒸發、結晶、分離而得。主要化學反應：

BaCl2+2NaOH→Ba(OH)2+2NaCl

(5)硝酸鋇硝酸鋇是無色或白色立方晶體，可溶於水和濃硫酸，高溫則分解，燃燒時分解成氧化物發出綠光有毒。主要由濃硝酸與碳酸鋇製得，也有用硝酸(50%)與硫化鋇製得的(如衡南縣化工農藥廠)。一級品含硝酸鋇≥99.0%，二級品≥98.5%。

(6)沉澱硫酸鋇(硫酸鋇)硫酸鋇是白色結晶粉末，幾乎不溶於水，熔於發煙硫酸和熔融的鹼。易與高錳酸鉀、碳酸鈣或鹼金屬硝酸鹽製成混晶。與碳共熱可還原為硫化鋇。

生產方法有重晶石精製法與芒硝?硫化鋇法，前者用重晶石與煤粉一起煅燒，再與Na2SO4反應而得，後者則是用硫化鋇與芒硝反應，經壓濾、乾燥、分離製成。

環境保護

我國重晶石礦絕大多數採用露天開採，採礦、洗礦過程中產生許多泥水，污染河流，雨季時還會污染農田。由於絕大多數礦山由鄉鎮企業民采，採礦點多而分散，直接治理不容易實施且難度較大，廣西石化廳採取集中洗礦的辦法，在支付採礦生產者礦款時統一扣繳環境保護治理費，由縣有關部門集中統一使用，按照水的流向，在下游建築簡易溢流壩，泥水經澄清後再通過溢流口排放，基本解決了泥水污染環境的問題。

地下開採的重晶石礦，坑內排出的廢水經檢測，水質無毒無害，不用專門處理，自由排放。鋇鹽生產排出的三廢均含有毒成分，對環境污染嚴重，必須加以治理。