我国磷矿资源比较丰富,已探明的资源储量仅次于摩洛哥和美国,居世界第三位。云南、贵州、四川、湖北和湖南5省,是我国主要磷矿资源储藏地区,储量达98.6亿吨,占全国总储量的74.5%。
磷化工包括磷肥工业、黄磷及磷化物工业、磷酸及磷酸盐工业、有机磷化物工业、含磷农药及医药工业等等。世界上磷矿石的消费结构中,约80%用于农业,其余的用于提取黄磷、磷酸及制造其他磷酸盐系列产品。磷化工产品,在工业、国防、尖端科学和人民生活中已被普遍应用。除了在农业中用作磷肥、含磷农药、家禽和牲畜的饲料以外,在洗涤剂、冶金、机械、选矿、钻井、电镀、颜料、涂料、纺织、印染、制革、医药、食品、玻璃、陶瓷、搪瓷、水处理、耐火材料、建筑材料、日用化工、造纸、弹药、阻燃及灭火等方面广泛使用。
随着科技的发展,高纯度及特种功能磷化工产品,在尖端科学、国防工业等方面也被进一步推广应用,涌现出大量新产品。如电子电气材料、传感元件材料、离子交换剂、催化剂、人工生物材料、太阳能电池材料、光学材料等。由于磷化工产品,不断向更多的产业部门渗透,特别是在尖端科学和新兴产业部门中的应用,使磷化工成为国民经济中的一个重要的产业。磷化工产品在人们的衣、食、住、行各个领域,发挥着越来越重要的作用。
我国磷矿的开采方式分为地下开采和露天开采两大类:
地下开采,约占开采总产量的60%,其采矿方法主要为空场法和崩落法,如贵州开磷(集团)公司采用锚杆护顶分段空场法。
露天开采有代表性的大中型矿山是云南磷化学工业(集团)公司、昆阳、晋宁磷矿、湖北黄麦岭磷化工集团公司、贵州瓮福、湖北荆襄大峪口磷矿,约占磷矿总产量的40%。
第十二节新型矿物资源——锰结核
大洋底蕴藏着极其丰富的矿藏资源,锰结核就是其中的一种。
锰结核是沉淀在大洋底的一种矿石,表面呈黑色或棕褐色,形状如球状或块状,它含有30多种金属元素,其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。
锰结核又称多金属结核、锰矿球、锰矿团、锰瘤等,它是一种铁、锰氧化物的集合体,颜色常为黑色和褐黑色。锰结核的形态多种多样,有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化比较大,也比较悬殊,从几微米到几十厘米的都有,重量最大的达几十千克。
在锰结核中,各种金属成分的含量大约是:有经济价值的有锰、镍、铜及钴。其他成分有铁、硅及铝,亦有少量钙、钠、镁、钾、钛及钡,连带有氢及氧。
铜、钴、镍是陆地上紧缺的矿产资源,开采海底锰结核,获取这些金属是非常有必要的。美国锰矿全靠进口,对从锰结核生产锰也非常感兴趣,所以美国最为重视锰结核开发。美国在大洋锰结核开发技术方面,也处于领先地位。
锰结核的物质来源,大致有四方面:
(1)来自陆地、大陆或岛屿的岩石风化后,释放出铁、锰等元素,其中一部分被海流带到大洋沉淀。
(2)来自火山,岩浆喷发产生的大量气体,与海水相互作用时,从熔岩中搬走一定量的铁、锰,使海水中锰、铁越来越多。
(3)来自生物,浮游生物体内富集微量金属,它们死亡后,尸体分解,金属元素也就进入海水。
(4)来自宇宙,有关资料表明,宇宙每年要向地球降落2000~5000吨宇宙尘埃,它们富含金属元素,分解后也进入海洋。
锰结核广泛地分布于世界海洋2000~6000米水深海底的表层,而以生成于4000~6000米水深海底的品质最佳。锰结核总储量估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广,储量占一半以上,约为17000亿吨。锰结核密集的地方,每平方米的面积就有100多千克,简直是一个挨一个铺满海底。
锰结核中有50%以上是氧化铁和氧化锰,其中还含有镍、铜、钴、钼、钛等20多种元素。仅太平洋底的储量而论,这种锰结核中含锰多达4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴98亿吨,其金属资源,相当于陆地上总储量的几百倍甚至上千倍。如果按照目前世界金属消耗水平计算,铜可供应600年,镍可供应15000年,锰可供应24000年,钴可满足人类13万年的需要。如此看来,这是一笔巨大的财富。而且这种结核增长速度很快,每年以1000万吨的速度在不断堆积。因此,锰结核将成为一种人类取之不尽的“自生矿物”。
锰结核是怎样形成的呢?科学家推测,地球已有50亿年的历史,在这一过程中,它在不断地变动。通过地壳中岩浆和热液的活动,以及地壳表面剥蚀搬运和沉积作用,形成了多种矿床。雨水的冲蚀,使地面上溶解一部分矿物质,流入了海内。在海水中,锰和铁本来是处于饱和状态的。由于这种河流夹带作用,使这两种元素含量不断增加,引起了过饱和沉淀,最初是以胶体的含水氧化物沉淀出来。在沉淀过程中,又多方吸附铜、钴等物质,并与岩石碎屑、海洋生物遗骨等形成结核体,沉到海底,之后又随着底流一起滚动,像滚雪球一样,越滚越大,越滚越多,形成了大小不等的锰结核。
1873年,一艘英国深海调查船“挑战者号”,在环球海洋考察中,从渔网里挑拣出一块乌黑发亮、光滑的小石头。通过化学分析得知,内含25%的锰、20%的铁,还有钴、镍、铜、钛、钢等,都适合工业冶炼的原料要求。当时没有引起重视,只是写出一篇调查报告就草草了事。
近几十年来,随着冶金工业的迅速发展,陆地上的资源日渐紧缺。
于是,人们把注意力转向海洋,洋底锰结核的开发和利用,终于被旧事重提。
看过《西游记》的人都会记得,孙悟空大闹东海龙宫得“镇海之宝”——金箍棒的故事。这里所说的金箍棒,实际上是用金、银、铜、铁制成的,威力无穷,能降妖伏魔。“镇海之宝”的故事,虽然是一则美丽的神话,但它反映了古代人们美好的愿望和幻想。如今,神话变成了现实,真正的海底“镇海之宝”——锰结核,已被人们发现,并开始大规模的采集。
19世纪70年代,英国深海调查船“挑战者号”,在环球海洋考察中,首先发现了深海洋底的锰结核。100多年后,太平洋的锰结核被连续大量发现。据估算总藏量达3万亿吨。锰结核,又叫锰块团,其颜色从黑色到褐色,外形大多为球形,小如豌豆,大如土豆。如果切开来看的话,层层包裹,很像洋葱,平铺在海底,如同铺路的卵石。据初步调查,每平方米的海底约有60千克的锰结核。
有的锰结核,锰含量达到55%。除锰以外,还含有铁、镍、铜、钴、钛等20多种金属元素,含量都很高。锰结核所含有的金属,被广泛应用于现代社会各个方面。如金属锰,可用于制造锰钢,极为坚硬,能抗冲击、耐磨损,大量用于制造坦克、钢轨、粉碎机等。锰结核所含的铁,是炼钢的主要原料;所含的金属镍,可用于制造不锈钢;所含的金属钴,可用来制造特种钢;所含的金属铜,大量用于制造电线。锰结核所含的金属钛,有着密度小、强度高、硬度大的特点,因此被广泛应用于航空航天工业,有“空间金属”的美称。锰结核不仅储量大,而且还会不断地生长。生长速度因时因地而异,平均每千年增长1毫米。以此计算,全球锰结核每年增长1000万吨堪称“取之不尽,用之不竭”的可再生多金属矿物资源。
锰结核里包含多种战略物资,必将引起资源争夺。1978年,日本采矿船用抽吸式和气动提升式,采集锰结核获得成功。美国已用20万吨级的采矿船,用自动控制的设备,采集南太平洋底的锰结核。
我国的海洋调查船,已于1979年开始采集南太平洋的锰结核样品。1988年初,“海洋4号”船在南海尖峰山区水深1480米处,采获猛结核262.72千克,其中最重的一块为39.3千克。1988年底,“向阳红16号”船在太平洋圈定10万平方千米的猛结核远景矿区,为研究、开发和利用海底宝藏提供了宝贵的资料。
第十三节珍贵无比——金矿
世界上没有任何一种金属能像黄金这样源源不断地介入人类的经济生活,并对人类社会产生如此重大的影响。它那耀眼夺目的光泽和无与伦比的物理化学特性,有着神奇而又永恒的魅力。黄金的社会地位,虽在人类数千年的文明史中历尽沧桑,沉浮荣辱,升降变迁不定,但至今仍然在众多人群之中保持着神圣的光环,是世人共同追求的财富。
实际上,金是人类所发现的第一种金属,时间可追溯到新石器时代。那时人们用磨制的石器,将采来的自然金,加工成各种形状的贡品和器物。在这一过程中,渐渐地认识了金与众不同的特性。
黄金以它的美丽、稀有、名贵、稳定和极好的延展性,备受人类的喜爱。
纯金为金黄色,含有杂质时,其颜色可相应变化。如含银或铂时,颜色变淡;含铜时,颜色变深。根据在试金板上划下的金的条痕色泽,可估计金的成色。高成色金,条痕为赤黄色;含10%的银时,其条痕为悦目的金黄色;含银20%~30%时,为草黄色;银含量超过30%,则具有黄中带绿的色调;含银超过50%,则丧失金所固有的黄色,而近于银白色。
金拥有耀眼的光泽,白光下反射率平均为74%,随着含银量的增加,反射率增高,硬度增大,密度减小。因此我们可以根据金的硬度来确定金的成色(表3.18.1)。
金的挥发性极差,在熔点温度之上至1300℃几乎无挥发性,但在煤气和CO气体中,挥发性大大增加。因此,在碳覆盖层下熔炼金,会因挥发而造成金的损失。
金的延展性极好。1克纯金可拉成3500米长、直径为0.00434毫米的细丝,或压成厚度为0.23毫米×10.8毫米的金箔。
到目前为止,世界上已发现98种金矿物和含金矿物,但常见的只有47种,而工业直接利用的矿物仅10多种。按晶体化学原则,可将金矿物和含金矿物分为以下7种:
(1)自然元素类矿物自然金、银金矿、金银矿、银铜金矿;(2)金属互化物类金矿物围山矿、四方铜金矿;(3)金银碲化物类矿物有碲金矿、碲金银矿、针碲金矿;(4)金银硒化物类矿物硒金银矿;(5)金银铋化物类矿物黑铋金矿;(6)金银锑化物类矿物;(7)金银硫化物类矿物硫金银矿。
迄今,我国已发现的金矿物有38种。若包括亚种和变种,多达46种。其中我国首次发现的有22种,包括变种,达25种。岩金矿床中约44种,砂金矿床中约10种。我国金的经济矿物,主要是自然金和银金矿,少数矿床中,有金银矿、碲金矿、针碲金银矿、碲金银矿和黑铋金矿等。个别矿床以金的碲化物为主要经济矿物之一。
狗头金是天然产出,质地不纯,颗粒大而形态不规则的块金。
它通常由自然金、石英和其他矿物集合体组成。有人以其形似狗头,称之为狗头金。有人以其形似马蹄,称之为马蹄金。但多数统称这种天然块金为狗头金。
狗头金在世界上分布稀少,不易多得,由于黄金价值昂贵,因此被人们视为宝中之宝。找到狗头金,往往是出于偶然的机会。一旦发现狗头金。常常会引起社会轰动。19世纪中叶,一位木匠在美国西海岸路旁,拣到一块重32千克的狗头金,此事传播开来,人们纷纷涌向这里,到处挖金子,形成淘金热潮。淘金热持续了50年之久一座新兴的旧金山市出现了。澳大利亚一辆大篷车,路过金矿区时被石头颠翻,下车检查一看,竟是一块巨大的狗头金,重77.6千克。
找到狗头金,就意味着可以获得一笔可观的财富,因而它也成为人类福气的象征。
1985年底,世界黄金储备量为65315吨,其中官方黄金储备最多的是美国,达8220吨;私人储备量最多的是法国,为6251吨。
印度和美国的私人储备量都是3732吨。