我国重晶石的加工制备与开发应用现状分析

重晶石是最常见的含钡矿物，化学组成为：BaO 65.7%，SO 3 34.3%。

密度为4.5g/cm 3，摩氏硬度2.5～3.5。

重晶石化学性质稳定，难溶于水、不溶于盐酸、无磁性、无毒性，能吸收Ｘ-射线及Ｙ-射线。

在水温达到100℃时，重晶石在水中的溶解度也不超过
3.9mg/L。

凭借优良性能，重晶石应用广泛，据悉其用途已超过2000项。

我国传统的重晶石工业主要是生产低附加值的初级产品，包括生产石油、天然气钻井泥浆的加重剂及含钡的化工产品，而且生产过程对环境产生较大的污染。

为了提高重晶石矿物的附加值，
可以通过物理和化学的方法将低品位的重晶石矿物提纯、加工，使其具有新的功能与用途，提高重晶石矿物的利用价值，以实现资源的高效利用，为我国传统非金属矿物资源加工提供全新的思路
[1]。

1.高纯重晶石的制备
【摘要】重晶石是我国重要的无机非金属矿物，其应用领域广泛，被大量应用于油气钻井、水泥、油漆填料等领域。

本文重点介绍了高纯、超细活性制备技术的研究进展，并对重晶石的开发应用现状进行了分析。

【关键词】重晶石；提纯；超细活性重晶石；开发应用
我国重晶石的加工制备与开发应用现状分析
徐鹏金/文
各工业部门对重晶石深加工产品的要求主要是白度和粒度，但是天然重晶石中，常见石英、赤铁矿、萤石等伴生矿物，常含有一些着色杂质而影响其自然白度。

而且不同用途的重晶石对重晶石的纯度、白度、杂质含量的要求不同。

目前关于重晶石的提纯技术分为物理提纯和化学提纯。

1.1重晶石的物理提纯[2]
重晶石的物理提纯方法主要有：手选、重选、磁选。

手选是小矿山常用的方法，是通过观察矿石的光泽、颜色、密度区别重晶
石与脉石，从而选出块状的重晶石。

手
图1 一种萤石重晶石类矿重力分选工艺
选法简单方便易行，对设备依赖低，成本小，但对矿石要求高并且生产效率低，对资源造成极大浪费。

重选是根据重晶石与伴生矿物的密度差别进行提纯，只能处理颗粒较大、嵌布简单、脉石矿物密度小的重晶石矿。

磁选是利用不同矿石之间磁性的差异，在磁力的作用下进行选别的方法。

磁选主要来除掉一些具有磁性氧化铁类矿物如菱铁矿，通常与重选联合使用，以降低重晶石精矿中铁的含量。

1.2重晶石的化学提纯
当重晶石矿组成复杂、嵌布粒度细，物理提纯方法不能解决时，可尝试化学提纯。

化学提纯有浮选、煅烧、浸出等。

1.2.1浮选法提纯
浮选法主要是利用矿物的表面物理化学性质差异分离重晶石与伴生矿物。

研究不同类型重晶石浮选，需针对性进行研究。

目前萤石-重晶石类型的矿石是重晶石存在的主要形式，重晶石与萤石同样具有相似的物化性质，其密切
的共生关系导致两者分离困难[3]。

来自金石资源集团股份有限公司的王锦华等采用高密度三产品重介质旋流器，应用自动化控制系统将皮带输送机、泵等辅助设施设备将矿石、悬浮液、水在工艺流程中合理流动，最终将萤石与重晶石分离，获得萤石浮选工艺原料及重晶石浮选工艺原料，克服了萤石-重晶石类矿物混合浮选产品品质不高回
收率偏低问题。

图
2 制备高纯萤石粉及尾矿重晶石高效利用的方法
2.超细活性重晶石的制备
天然重晶石与有机材料之间物理化学结构和性质有着显著的差异，两者的表面性质不同导致重晶石矿粉作为填料时难以有效地分散于有机材料中，从而难以发挥重晶石颗粒的优良特性，并影响复合材料的机械性能。

因此对重晶石矿粉进行表面改性，有目的地改变粉体表面原来的物理化学性质，提高其与高分子材料的分散性、亲和性，使其具有更广泛的应用前景。

2.1表面改性方法[6]
重晶石的改性主要是利用各种改性试剂结合改性方法，对重晶石进行改性，改性后的重晶石表面性质发生了变化。

表面包裹改性：指利用物理或化学方法使有机物在重晶石颗粒表面形成稳定均匀的包覆层，从而达到对粉体表面进行改性的目的。

机械化学改性：指矿物经过超细粉
碎及激活粉体表面性质的过程，在此过
程中由于颗粒粒度变小，其晶体结构、
溶解性能、化学吸附和反应活性发生显
著变化，有利于对其他物质的吸附。

胶囊化改性：是在重晶石颗粒表面
覆盖均质且有一定厚度的薄膜的一种表
面改性方法。

高能表面改性：是指利用紫外线、
红外线、电晕放电、等离子体照射和电
子束缚等方法对粉末进行表面改性的方
法。

目前，高能表面改性方法技术较复
杂，成本较高，还难以大规模工业化。

2.2表面改性工艺
天然重晶石粉末表面改性工艺分湿
法和干法两种。

干法改性工艺是指粉末
在干态下或干燥后在表面改性设备中进
行分散，同时加入配置好的表面改性剂，
在一定的温度下进行表面改性处理的工
艺。

无机粉末的表面物理涂覆、化学包
覆、机械化学和部分胶囊化改性常用这
种工艺。

湿法改性工艺是在一定固液比
或固含量的浆料中添加配置好的表面改
性剂及助剂，在搅拌分散和一定温度条
件下对粉体表面改性的工艺。

湿法工艺
一般采用反应罐，包覆改性后再进行过
滤和干燥脱水。

使用无机表面改性剂的
沉淀反应包膜改性一般采用这种工艺[2，
4]。

来自湖南楚天钡业有限公司的黄向
阳、彭国煌在聚合物分散剂存在下，将
重晶石原料进行研磨，得到重晶石粉体。

通过分散剂的使用，制备的重晶石粉体
具有优异的细粒度和非常高的分散性，
当用于涂料时具有分散性好、稳定性高
和白度高等优点。

来自四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心（国土资源部成都矿产资源监督检测中心）的喻福涛等提供了一种制备高纯萤石粉及尾矿重晶石高效利用的方法，解决已有萤石重晶石混合浮选工艺流程稳定性差，不容易操作，不能生产高品位FC-98级萤石精矿、生产的重晶石精矿品位较低的问题。

1.2.2煅烧提纯
由于重晶石矿物在成床过程中混入
Fe
2O
3
、TiO
2
、有机质等杂质，这些杂
质会使重晶石发灰、发绿及发青等，从而影响重晶石的纯度和白度，严重降低重晶石的使用价值。

煅烧可使有机质挥
发，煅烧除杂主要适用于去除能够在高
温下吸热分解或挥发的杂质[4]。

卢长生通过高温煅烧+常温盐酸
溶浸除去重晶石粉体中的绝大部分杂
石，可以大幅度地提升重晶石粉体的白
度，得到高纯度、高白度的精细重晶石
粉体。

1.2.3浸出提纯
浸出提纯主要是用于除掉重晶石中
的碳及有色杂质，主要方法有酸浸法、
氧化—还原法、有机酸络合法。

酸浸法
是利用酸与矿物中的杂质金属或金属氧
化物进行反应，生成可溶于水或稀酸的
化合物，经洗涤过滤，将可溶物去除。

氧化—还原法首先加入氧化剂使矿物中
伴生的金属化合物溶解，并氧化重晶石
中的致色有机物，再加入还原剂将Fe3+
还原成Fe2+，使其溶解，达到除杂增白、
提高矿物品位的目的。

有机酸络合法是在除铁过程中添加
有机酸如EDTA、抗坏血酸、柠檬酸、
草酸等，这类酸能溶解铁氧化物，并形
成络合物，达到很好的除铁效果[2，5]。

图
3 重晶石表面改性工艺流程
王健[7]等使用油酸钠作为改性剂，对重晶石表面进行改性处理，通过控制
在改性过程中的实验条件参数，优化重晶石改性条件，改善重晶石表面性能，
为与TiO 2复合奠定基础。

3.重晶石的开发应用现状分析
3.1重晶石的应用[6]
重晶石因其特殊的物理化学性质，被应用于石油、天然气等钻井行业，还可作为制取相关化工产品的原料、防辐射建筑材料、医学领域的钡餐等工业的原料。

（1）钻井泥浆加重剂
重晶石粉末在石油钻探中用作油气井旋转钻探中的环流泥浆加重剂，作用是冷却钻头，带走切削下来的碎屑物，润滑钻杆，封闭孔壁，控制油气压力，防止油井自喷。

（2）各种钡化合物
以重晶石为原料可以制造氧化钡、碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、沉淀硫酸钡、氢氧化钡等化工原料。

这些钡化合物广泛应用于试剂、催化剂、糖的精制、纺织、防火、各种焰火、合成橡胶的凝结剂、荧光粉、油脂添加剂等。

（3）填料工业用重晶石
重晶石在橡胶、油漆、塑料中用作
填料，可增加制品的硬度、耐磨性、强度等。

（4）其他传统领域用重晶石重晶石在建筑中用作混泥土骨料、铺路材料，可代替铅版用于核设施、原子能工厂、X 光实验室等的屏蔽，延长路面的寿命；重晶石和油料调和后涂于布基上制造油布；重晶石粉用来精制煤油；在医药工业中做消化道造影剂；还可制农药、制革、制焰火等。

此外，重晶石还用作提取金属钡，用作电视和其他真空管的吸气剂、粘结剂。

钡与其他金属(铝、镁、铅、钙）制成合金，用于轴承制造。

（5）超微活化重晶石的应用经过提纯、超微细和表面改性，重晶石矿物材料在聚合物材料、凝胶材料、导电材料、磁性材料、耐高温材料等领域具有广泛作用。

如陈有双等利用硬脂酸对重晶石进行有机活化改性，通过直接共混法制备重晶石/天然橡胶((NR)
复合材料，结果表明：重晶石对NR 有明显的补强作用，当活化重晶石含量为30%时，能获得拉伸强度、断裂伸长率及耐磨性能优异的复合材料；邢昊等研究发现在高铝水泥中掺加适量的重晶石粉混合材不仅提高了高铝水泥的早期强度，而且可抑制高铝水泥后期强度倒缩；杨华明等发现重晶石基复合导电粉末用于高性能导电涂料显示出优良的综合性能，可以大大降低制备成本[1，4]。

3.2重晶石的生产及消费概况
[8]
全球重晶石资源丰富，且分布相对集中。

全球重晶石资源仅集中在中国、哈萨克斯坦、土耳其、印度、伊朗、美国等少数国家。

2019年全球重晶石储量30000万吨；其中哈萨克斯坦储量8500万吨，为全球第一，占比达28.33%，印度储量5100万吨，占比达17.00%，中国为全球第三，储量3600万吨，占12.00%。

2015至2016年间，全球重晶石产量一直比较稳定，保持在7000多千吨。

2018年产量增长至9180千吨，2019年全球重晶石产量9500千吨，同比增长3.49%。

其中中国重晶石产量2900千吨，为全球第一。

图4 2019
年全球各主要国家重晶石储量走势（单位：万吨）
图5 2014-2019年全球重晶石产量走势（单位：千吨）
2018年我国重晶石市场需求量达到近几年最高值，2806千吨，2019年不到1900千吨，同比下降32.5%。

图6 2014-2019年中国重晶石产量走势（单位：千吨）
图7 2015-2019年中国重晶石市场需求量走势（单位：千吨）
结语
中国是最大的重晶石生产国和出口国，美国是全球最大的重晶石消费国，其重晶石消费的变化对全球生产和贸易产生极大影响。

未来重晶石发展趋势主要为：发展高纯、超微细化、复合化技术，重点开发高纯钡盐和钛酸钡；通过
对重晶石改性使其能够为涂料、塑料、
造纸工业等提供分散性调料；开发下一
代磁性材料钡铁氧体；开发助剂类钡盐
精细化学品；利用纳米重晶石制备高性
能的复合材料。

相信随着我国重晶石产
品质量的提高、高附加值产品品种的增
多以及出口贸易机制的健全，我国的重
晶石产品出口竞争优势将会不断增强。

参考文献：
[1]赵义，彭会清.重晶石矿物的开发与应用研究进展[J].中国非金属矿工业导刊，2015(06):3-6.
[2]肖琴. 超细活性重晶石的制备工艺研究[D].中南大学，2013.
[3]王东. 低品位重晶石浮选试验及机理研究[D].贵州大学，2019.
[4]胡佩伟，杨华明，胡岳华，霍成立.重晶石矿物材料的制备技术与应用进展[J].材料导报，2008，22(S2):191-194.
[5]肖琴，满瑞林，杨萍，尹晓莹，黄雄.重晶石矿制备活性重晶石的研究进展[J].矿产保护与利用，2012(06):50-54.
[6]胡春艳. 天然重晶石粉末表面改性及工艺流程设计[D].重庆大学，2010.
[7]王健，丁浩，周红.重晶石表面改性工艺[J].中国粉体技术，2017，23(02):62-64+98.
[8] 智研咨询. 2020-2026年中国重晶石行业市场发展潜力及投资前景分析报告[R]. 智研咨询集团.。