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      石榴石的生產消費和國際貿易

               中森編輯          2017-06-17

       1.    石榴石(Garnet)概述:

        天然石榴石(garnet)是一組具有等軸晶體結構,物理性質和化學成分相似的復雜鋁(鈣)硅酸鹽礦物的總稱;石榴石礦物通?;瘜W式為X3Y2(SiO4)3,這里X可能是二價鈣、鐵、鎂或錳等,而Y代表三價鋁、鉻、鐵或鈦(少有);

        石榴石的英文名字是garnet,這一名稱源自中古英文garnet,意思是深紅色;或由拉丁字“granatus”演變而來,其意是晶粒狀;還可能是參照Punica granatum (石榴pomegranate), 因這種礦物與石榴的種子相似,故名石榴石。

        石榴石屬于島狀硅酸鹽礦物;它的物理性質隨其成分的差異亦有變化;通常,石榴石外觀為結晶顆粒;顏色有多種多樣,幾乎占了所有顏色,包括紅色:紫紅、血紅、深紅、桔紅、玫瑰紅、褐紅、橙紅、棕紅、暗紅、桃紅、紅褐等;黃色:桔黃色、黃褐等;綠色:黃綠、鮮綠、暗綠等;以及藍色、紫色、黑色、棕色和無色等,最稀缺的是上世紀90年代發現的藍色石榴石;上述顏色中,有的在不同條件下,有時發生變化,如有的在白天陽光下呈藍綠色,在白熾燈光下,則呈紫色,這是因為石榴石含釩的緣故;其它變色的石榴石不一一列舉,有時,人們把這些石榴石誤認為是紫翠玉。

        石榴石有玻璃光澤;巖礦具有角裂隙、介殼狀斷口,邊角鋒利,有玻璃或樹脂光澤;莫氏硬度6.5—7.5,比重3.1—4.3;熔點為1170-1315攝氏度;常呈完好晶形,如菱形十二面體、四角三八面體、或立方晶形;

        另外,在X3Y2(SiO4)3化學式中,當鈣位于X位置時,有以下幾種少見的石榴石組礦物生成:

        ●    Goldmanite: Ca3V2(SiO4)3釩鈣榴石

        ●    Kimzeyite: Ca3(Zr,Ti)2[(Si,Al,Fe3+)O4]3 鋯榴石

        ●    Morimotoite: Ca3Ti4+Fe2+(SiO4)3鈦鐵榴石

        ●    Schorlomite: Ca3(Ti4+,Fe3+)2[(Si,Ti)O4]3鈦榴石

        含氫氧化物-鈣處于X 位置時,有以下幾種石榴石礦物:

        ●    Hydrogrossular: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x水綠榴石;

        Hibschite: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x (x 為 0.2 至1.5)

        Katoite: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x (x 大于1.5)

        鎂或錳位于X 位置時,則生成以下石榴石礦物:

        ●    Knorringite: Mg3Cr2(SiO4)3鎂鉻榴石

        ●    Majorite: Mg3(Fe,Al,Si)2(SiO4)3鎂榴石

        ●    Calderite: Mn3Fe3+2(SiO4)3鐵錳榴石;

        總之,石榴石組礦物由于化學組成的差異,構成不同石榴石礦物:

        另外,除了天然石榴石外,還可以根據需要,人工合成石榴石,其通?;瘜W式是 A3B2(C O4)3,在C(硅)的位置上,可有許多元素替換硅,其中包括釔、釓、鍺、鎵、鋁、釩和鐵等;如用于激光媒介的釔榴石Y3Al2(AlO4)3和計算機存儲材料的釓榴石Gd3Ga2(GaO4)3等。

        在世界范圍內,天然石榴石的生成,大致可分為原生礦床和次生礦床兩大類:原生礦又分為榴輝巖型、片麻巖和片巖型、火山巖型、偉晶巖型(pegmatite)和接觸交代矽卡巖型等類型;大量存在于片麻巖(gneisses)、片巖(schists)、接觸變質巖(contact metamorphic rock)和變質晶體石灰石〔metamorphosed crystalline limestone〕中;次生礦床就是砂礦石榴石(alluvial garnet),按產出位置可分為風化的殘坡積砂礦、河湖沉積砂礦和濱海砂礦三種類型,在世界許多地方存在于重礦砂和礫石礦床中;概括說來,石榴石礦床分布廣泛,但具有商業開采價值的礦藏發現較少;

        目前國際貿易中主要石榴石交易品種是鐵鋁榴石和鈣鐵榴石,這兩種石榴石質硬而重,工業用途較廣。

        石榴石的用途:石榴石的使用始于銅器時代,主要用作寶石和磨料,所以根據石榴石的用途,又分寶石級石榴石和工業級石榴石,本文談及的是工業級石榴石;

        石榴石化學惰性強,熔點高,韌性好,不溶于水,酸中溶解度只有1%,基本不含自由硅,具有較高的抗物理撞擊性能;以及較高的硬度、邊角鋒利度、磨削力和比重,加上它的再循環使用能力,使它對許多工業部門來說,是一種理想的多用途材料;從作為滲濾介質到噴水切割,噴砂研磨等方面,均可使用石榴石;目前已經用于許多重要工業部門,比如光學工業、電子工業、機械工業、儀器儀表、印刷工業、建筑建材、以及地礦等部門;

        作為研磨級石榴石,可細分為兩類:噴砂級和噴水級;將開采或收集的石榴石粉碎成小顆粒;大于60目的通常用于噴砂;20目至60目的石榴石用于噴水切割;其它小于20目的,用于拋光玻璃和精研;總之,較大顆粒用于快速加工工序,而較小顆粒石榴石用于精細修整;

        噴砂研磨介質:有三大用途:一是噴砂級石榴石可用于噴砂除銹,噴砂去污,磨削鋼鐵等材料,用于造船及大型成套設備制造的金屬表面準備,船舶維護等;

        二是制造型砂、燒結磨具和涂覆粘接磨料,如砂紙、砂輪、砂布和研磨膏等,用于木材、皮革等的加工:在樹脂磨具中,石榴石可作填充劑替代碳化硅、棕剛玉,由于無游離二氧化硅,石榴石是環保型噴砂材料;石榴石也可制成固結砂輪,用以磨削鏡頭和鏡片;石榴石對木材、玻璃、陶瓷制品、皮革、石料等的加工,均可獲得良好的效果。

        三是用作拋光材料:高等級的石榴石粉可用于拋光光學儀器、光學玻璃、電視機顯像管、LCD熒光屏、示波管、鏡頭、眼鏡、鏡片,磨砂玻璃、工藝玻璃杯瓶等,以及硅片、單晶硅、鍺、鋰等電子和半導體材料;在機械儀表工業中,拋光零部件、工具、刃具和量具等;在印刷工業中,用于研磨金屬印版等;它在磨削拋光上述材料時,很少產生擦傷和劃痕。

      在建筑工業部門,用于打磨高級地面,玻璃、陶瓷制品;加工天然和人造石材;制造高鐵水泥;加工石米彩砂,涂料填充料等;

        在礦冶部門,用于研磨金相樣品等;

        在珠寶首飾行業,石榴石用于加工打磨寶石;

        由于目前噴砂研磨市場,大量使用硅砂、礦渣和煤焦等材料,有不可克服的缺點,容易造成硅塵,嚴重污染環境;而石榴石,基本沒有上述缺點,而且供應穩定,材質清潔,適合用作噴砂研磨材料,現在已經部分地代替硅砂,將來有可能完全取而代之;

        噴水切割:由于其邊角鋒利,切割速度快,粒度穩定,耐用持久等優點,石榴石使用廣泛,成效好;石榴石漿液通過高壓噴嘴,依靠高壓水流進行水刀切割,用于切割石油(天然氣)管道、鋼鐵、鋁型材、玻璃、塑料等;這種切割方法精確無塵而且安全環保,沒有火花產生,切割速度快,粒度穩定,耐用持久,廣泛用于航空航天和國防大型船舶制造等。

        過濾介質:石榴石用作多重水過濾介質,用于工業廢水和民用飲水的凈化過濾,特別是純凈水的生產;用于游泳池水凈化等;

        交通運輸:利用其抗風化和磨擦時不產生游離SiO2的特性,低品級的石榴石顆??捎糜诮ㄔ鞕C場跑道和防滑高速路面;制造高鐵水泥,加工成彩石米、彩砂等;

        儀表工業:結晶好的石榴石可作儀器儀表的軸承;

        石化工業:由于石榴石密度高,可用作石油鉆井泥漿加重劑,以及利用其化學惰性和韌性,用作橡膠、塑料和油漆涂料的填料;

        現代科技:用于人工合成釔榴石,以生產激光材料;合成鎵釓榴石,用來制造計算機存儲元件等。

        由于石榴石主要用于研磨材料,石榴石的粒度和結構應力,特別是結構應力非常重要,它可決定產生塵埃的數量,回收的能力及其綜合成本。

      2.世界工業級石榴石儲量和生產:

        2.1世界工業級石榴石儲量:

        美國:美國石榴石資源主要集中于紐約州靠近North Creek 的粗晶粒片麻巖中,其它較大礦床分布于愛達荷州,緬因州,蒙大拿州,新罕布什爾州,北卡羅來納州、奧勒岡州等。

      中國:根據中國國土資源部資料,截止2009年底,中國石榴石礦物查明資源儲量約為5400萬噸,主要礦床(按礦石儲量排序)分布在湖北(25984萬噸);山東(4945萬噸);四川(1398萬噸);河北(1172萬噸);內蒙(605萬噸);陜西(378萬噸);吉林(260萬噸);山西(139萬噸)等;

        印度:研磨級石榴石礦床主要分布在Andhra Pradesh, Chhattisgarh, Jharkhand, Kerala, Orissa, Rajasthan 和 Tamil Nadu各州;石榴石砂礦主要分布在Kerala, Orissa and Tamil Nadu等州的濱海海砂與鈦鐵礦、金紅石和硅線石等共生。

        除上述外,其它國家如澳大利亞、加拿大、俄羅斯和土耳其等也有較大石榴石礦床;排在上述國家之后,還有智利、捷克、巴基斯坦、南非、西班牙、泰國和烏克蘭等國家,也較富有石榴石資源。

        2.2 世界石榴石生產:

        世界工業石榴石的生產,據USGS的統計,2010年為141萬噸。從2010年生產統計來看,澳大利亞、加拿大、中國、印度和美國是世界上主要生產國家,面向國內外市場;近年來,俄國和土耳其也開始進行石榴石的商業開采,主要是面向國內市場。另外,有一些小的生產國家如智利、捷克、巴基斯坦、南非、西班牙、泰國和烏克蘭等,產量較少,主要用來供應國內用戶。

        目前,印度、中國等亞洲國家石榴石生產占世界總產的55%,而且成本最低;澳大利亞2010年生產約15萬噸,北美生產為5萬噸,非洲地區約2萬噸。澳大利亞、印度、中國和美國等國家生產的石榴石,除了供應國內需求外,還要出口供應世界石榴石市場。

        目前,根據石榴石產地不同可分為砂礦和巖礦;砂礦分濱海砂礦和河床砂礦,濱海砂礦主要位于印度和澳大利亞海濱,所以世界部分主要石榴石生產廠家均位于印度和澳大利亞;河床石榴石礦床(River garnet)主要富集在澳大利亞,屬于砂積礦床(placer deposit)。

        巖礦石榴石的應用歷史最久,主要產于美國、中國和西印度;巖礦石榴石晶體加工包括:在選礦廠破碎,然后風選純化,磁選過篩,必要時再進行水洗;破碎后的石榴石,有鋒利的邊角,因之比砂礦石榴石的功能要好得多,因砂礦石榴石經過千萬年的滾磨,邊角已經變得圓滑;
      3.世界石榴石的消費:

        目前整個世界每年消費約達140萬噸,預計消費量還要增加;主要消費國家有美國、日本 對許多工業部門來說,石榴石是一種理想的多用途材料。從作為滲濾介質到噴水切割,噴砂研磨等方面,均可使用石榴石。

        美國消費概況:歷史上,美國石榴石消費曾占世界總消費的三分之二,但在過去的20多年里,新的生產設施不斷涌現,開始是澳大利亞,然后是印度和中國,最近是歐洲;目前,美國消費占世界總消費的比例大大下降了;

        2010年,美國消費約占世界總消費的5%; 2009年美國消費為70300噸,2010年比2009年有小幅增加,為71600噸;2010年美國國內銷售估計比2009年增加約18%;主要用于噴水切割,占美國總消費的35%,噴砂介質占30%,水過濾用占15%,研磨用粉占10%,其它占10%;

        美國國內工業級石榴石消費部門主要有飛機和汽車制造,噴砂精整鋁型材表面;電子部件生產,石榴石粉用來高質無痕半導體和其它金屬的磨光;石油工業,用來清潔石油鉆井用的鉆管和套管;造船工業,用來清潔和精整造船用鋁型材;紡織品石洗以及木質家具精整加工等;另外,高質高值的石榴石晶粒主要用來鏡片和平板玻璃拋光;石榴石粉用來精整防滑面、防滑漆面和陶瓷表面拋光等;

        低質石榴石硬度低,用于過濾工廠,實行水凈化過濾和處理;生產砂紙和用于精整氈制品、硬橡膠、皮革、塑料和木材等;

        4.國際貿易和市場價格

        美國石榴石進出口:2010年,美國仍然是石榴石凈進口國,美國進口補充了美國國內生產的不足;進口來源國主要有澳大利亞、中國、加拿大和印度;2006年至2009年美國石榴石進口有38%來自印度,37%來自澳大利亞,16%來自中國,8%來自加拿大,其它國家占1%。

        2010年,美國石榴石進口約比2009年下降21%;而出口則下降7%;

        美國石榴石供應充分,主要問題是印度產石榴石內混有鈦鐵礦和氯化合物;多少世紀以來,天然石榴石都是在海濱加工研磨成粉,供應市場,從印度杜蒂戈林海濱運出的石榴石粉為56目至100目的,其中大部分是80目的;

        澳大利亞石榴石蘊藏豐富,主要產自河砂,屬于砂積石榴石礦床。

        中國石榴石進出口:

        因為海關沒有石榴石進出口統計數字,所以只能估計,石榴石在亞洲有印度和中國作為生產大國和出口大國,美國每年從中國進口約為5000噸左右,而歐洲、日本和韓國,以及中國臺灣等,每年從中國大陸進口工業級石榴石共約3萬噸以上;所以中國近幾年來出口工業級石榴石約35000噸,進口約1000噸;

        5.石榴石世界市場趨勢:

        5.1 世界市場價格:

        石榴石國際市場價格高低幅度相差較大,要看用途、質量、購買數量以及來源和類型等因素,美國國內市場價格是從50-2000美元/噸;2009年,美國國內石榴石原精礦,根據用途不同,價格從83美元至226美元不等,平均價格為每噸150美元;精選石榴石價格,根據用途,每噸從83美元至331美元,均價276美元;

        美國從其它國家進口平均價格,估計如下:澳大利亞每噸均價197美元;加拿大每噸312美元;中國每噸361美元;印度209美元;

        5.2 世界石榴石市場趨勢:

        世界石榴石市場供應穩定,價格有小幅上??;由于大部分石榴石用于傳統的噴砂研磨市場,噴水切割市場和環保水過濾市場,所以隨著世界經濟的復蘇,大部分國家的經濟運行步入較為正常態勢;特別是運輸機械、軍工部門和尖端工業領域需要較大數量研磨介質材料和噴水切割介質,所以石榴石的消費市場前景看好;

        雖然到目前為止,在研磨介質材料市場上,石英砂仍然占有較大份額的市場,但由于環保的問題,石榴石有潛力增加它的市場份額,因為石榴石僅含有不足0.1%的自由硅,符合美國和世界衛生組織有關標準的規定;而且人們環保意識越來越強烈,石榴石代替硅砂等趨勢越來越明顯,估計,研磨級石榴石的消費年均增長率可達4-5%;另外在歐洲,使用石英砂拋光遺留下的砂渣處理成本很高,而且很難與從船舶上清除下來的有毒油漆一起掉下來。所以使用石榴石,不管從成本上講,還是從環保和工人的健康方面而言,都是最好的選擇。石榴石最終將替代硅砂是毫無疑問的。

        另外,據報道,噴水切割用石榴石市場增長非常迅速,雖然近幾年來,增速無法與上世紀90年代的20%的增速相比,但也在10%左右,而且市場依然保持強勁;噴水切割目前廣泛用于航空航天工業、軍事工業等,特別是近年來,世界各國,特別是美國,大力發展軍事工業,發展軍用飛機和艦船制造,石榴石消費因之將繼續增長;據WGI的總裁Lindsey Gorrill講:噴水切割部門要求質量好,粒度適宜的石榴石;

        過濾用和拋光用石榴石的需求增幅較小,僅為3%左右,也許拋光用石榴石的用量,由于純平電視和計算機技術的運用,而呈減少趨勢;但環保部門進行水處理的任務越來越嚴重,有關部門表示:過濾用石榴石將更加廣泛,更加精細;

        雖然石榴石市場潛力巨大,但目前在工業制造部門,與其它礦物相比,生產和需求相對較少;

        當然,和石英砂相比,總的說,石榴石價格較貴,但石榴石可回收,可多次使用,還是物有所值的;而且,石榴石的價格,在過去幾年時間里,由于生產者的競爭而保持相對穩定;

        無論如何,石榴石市場前景是光明的,石榴石將隨著科學技術的發展,用途越來越廣泛,市場需求越來越強勁,價格也會在目前較為堅挺的基礎上,進一步得到改善。

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