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资源科学的利用(共2篇)

 论文栏目:资源科学论文     更新时间:2014-3-4 15:51:03   

第一篇

1天津市地热资源开发问题

(1)地热资源利用率低,管理水平不高。地热利用结构和方式单一,利用技术、工艺及配套设备陈旧,供热井以供暖为例,以简单的直接供热为主要方式,其热能利用率不足30%。地热排放温度过高,不仅直接导致地热能利用率下降,还会形成新的环境污染。(2)地热开采布局不合理。地热井主要集中在市区及近郊,使得这些地区水位下降较快,对地质环境造成一定的影响。(3)地热回灌量严重偏低,有待调整提高。(4)地热资源研究落后于开发。地热研究基本上是一种静态研究,对这些年开采利用的动态研究不足,对地热开发利用的可持续性产生一定影响。(5)地热应用领域较窄。地热发电尚未进行尝试,地热供暖的梯级利用还没有全面推行。但是随着地热资源开发的规模化、集中化,已经造成热储层压力(水位)的迅速下降,因此急需掌握地热资源的开采动态变化规律,并以此为基础进行地热资源开发利用规划,优先在地热行业上有所作为,使地热开发实现科学管理、有序开发、合理利用,并实现地热资源的可持续开发,使地热资源成为促进生态宜居城市、助力“美丽天津建设”的关键。

2加强地热产业的战略研究是当务之急

2.1加强地热产业的战略研究有利于保证地热资源的可持续利用

地热资源的开发要坚持科学发展第一位的原则,以经济效益为出发点,寓环境保护于经济增长之中,依靠物质与能量梯级循环利用的资源配置模式,提高资源利用率和能量转换率。天津市对全市的地热资源做了较为详细的规划,提出了地热资源利用的分区概念,包括限制开采区、控制开采区和鼓励开采区。一是限制开采区,由于该区域地热开采已超采或达到饱和,热储压力下降快,因此需要严格地控制开采,增加回灌,对现有地热开采利用系统进行改建。二是控制开采区,在该区域内有一定的资源储量,部分地段尚有一定潜力,地热开采已初具规模,热储压力下降速率中等,开采布局有待调整。保证本区内采灌平衡,即新增开采量应小于该区域内增加的回灌量,也应采用梯级、综合、高效利用新技术,提高资源利用率。地热供热项目采用回灌开发模式。三是鼓励开采区,本区域开发程度低,开采规模。晁幌陆邓俾市。亲试辞蹦芙洗蟮牡厍。考虑到热储层对开采强度反应的滞后现象,应遵循稳步推开原则,使地热井布局科学合理。同时也在提高该地区建设规划程度,形成科学规范开发利用,实行项目高起点,优先考虑建设规划程度高、集约化技术水平高、综合效益高的项目,限制或禁止单一分散式开发模式。

2.2加强地热产业的战略研究有利于优化地热产业结构

利用地热资源,应实现合理开发与节约使用相结合。要坚持“科学合理开发、开发保护并重”的原则,通过调整产业结构,控制能耗高的利用方式,有步骤地淘汰落后的、耗能高的设备,使设备和系统向节约型方向发展。以供热为例加强能源的管理工作,对各种能源的分配计划要严格控制,实行总量控制;依靠科学技术,在开发能源的同时,建立起资源保护系统,强化回灌开发的管理措施;采用先进技术,实现梯级综合利用,提高资源利用率;改进工艺技术,优化系统参数;合理使用新材料,物尽其用;加强管理,杜绝浪费现象。应引导地热产业可持续发展,转变地热开发杂乱无序、地热井遍地开花的状态,使其能形成经济效益和地质环境保护双赢的局面,在地热利用中受益。要深入研究,寻找在综合利用方面的切入点。

2.3加强地热产业的战略研究是地矿局自身经济发展战略的需要

天津地矿局在地热勘查方面和开凿地热井方面已成熟,一方面加强地热产业的战略研究可以继续保证其在地热科研方面的优势,加强地热资源勘查和开发,正确引导地热利用;另一方面也是布局整个地热产业的有利时机,应和政府相互配合,在地热整体规划的指导下,快速切入地热产业,形成特色产业链。目前天津市国土资源和房屋管理局在分析全区资源量、热储特征和开发现状以及热储压力动态特征基础上,提出总量控制和利用方式控制的措施:短期(至2010年)开采总量控制在3300万m3/年,其中孔隙型热储开采量1700万m3/年,基岩岩溶裂隙型热储开采量1600万m3/年;利用方式控制:孔隙型热储为开发生活热水、洗。」婺9┤龋换胰却⒁怨┤任。

3地热产业发展的基本思路和方向

3.1地热勘查开发和研究

地热勘查开发和研究是整个地热产业的顶端,对地热资源的勘查、开发、监测和保护,起着决定性的作用,这一部分也是政府关注的焦点,肩负着地热资源利用战略的重任。地热勘查开发和研究要坚持宏观调控,协调统一,既要充分发挥市场机制,加大宏观调控力度,又要力求与其他规划协调统一。以《天津市经济和社会发展第十个五年计划纲要》和《全国矿产资源规划》为指导,紧密结合社会发展需求,以市场为导向,重点加强市场需求大的地热资源勘查评价工作,确保本区规划与全国性规划衔接,与《天津市城市总体规划》、近期建设规划保持统一,为天津经济发展保驾护航。同时促进和培养商业性地热市场的建设,提高地热勘查工作在城市化进程、环境保护等方面的作用。在已有勘查和开发工作的基础上,积极提出地热开采与回灌布局的科学利用方案,努力实现开发与保护并举,进行全区统筹规划,以有效地保护生态环境、防治灾害,保证地热资源的可持续开发利用。地热勘查开发和研究坚持科技创新,提高勘查精度和水平。在地热勘查工作中,要产、学、研相结合,促进新理论、新技术、新方法的应用。提高地热地质研究精度,为合理开发地热资源提供技术保障与依据。地热综合利用研究,包括深层地热、浅层和地能转换热能等三个层次的研究。天津地矿局地热院、地勘院和地调院均对地热开发的不同层次进行了研究,应选择形成产业和经济效益的突破口,并逐步形成产业链条。加快地热能源利用新方法、新渠道研究与实施。世界上对地热利用的方式多种多样,地热干燥除湿、地热孵化、地热发电及地热装备工艺等还存在空白,提升地热利用效率和层次,保证地热资源用好用足,这方面有较广阔的研究和发展空间。

3.2规范地热资源开发行为,推行地热资源高效和集约化利用

天津市依靠丰富的地热资源形成多层次的地热利用产业,但也存在地热产业利益体多元化,走地热资源利用集约化、集团化发展的道路有较大的阻力。这是天津市在地热资源利用方面面临的新课题。推行地热资源高效和集约化利用,重点推行梯级利用和联采联灌。以地热供暖建站为例,要加强梯级利用研究,推广梯级利用技术,减少地热开采量。对已有的地热供热站,重新调整布局,推行联采联灌,采灌结合,保证资源可持续利用,并实现规模效应,天津市地质矿产勘查开发局在这方面要提出建设性的意见和方案。同时通过优化地热供热站分布,实行地热开采指标限制,推行梯级利用,通过示范性建站,填补在地热利用方面的空白。根据不同的开采区,要采取不同的策略,首先要建立高水平的供热站点,起到示范效用。其次也可以考虑收购现有供热站,进行改造升级,特别是通过政府,在限制开采量上采取回灌和梯级利用方式,减少相对开采量。地热井密度大的地区要关停一部分地热井,限制开采井数量。政府应通过财政税收政策促进地热资源高效和集约化利用。根据《可再生能源法》的要求,政府应设立可再生能源发展专项资金支持可再生能源发展,对地热能的开发利用予以支持,对技术研发、设备制造等给予适当的优惠。

3.3加快地热产业内部整合,用热单位重组优化

一是地热产业内部整合。用热单位重组优化。以资本为平台,采取市场化运作,组建地热开发利用集团性公司,对小而分散的供热站、地热开采井实行并购重组,推行联采联灌的高效节能模式。以技术和效益作为出发点,使一些供热效益低、资源条件差、供热成本高的企业自愿通过重组,实现供热企业大型化、集约化。二是用标准和制度规范已有地热开发利用企业。在一定时期内实行有开采必须有回灌的强制性规定,不具备回灌条件,要补回灌井,或并入其他有条件的企业。政府也应出台政策,禁止大规模直给直排式供热,必须利用热泵技术梯级模式和采取回灌开发模式,禁止尾水高温排放等措施。

3.4地热资源的保护

当前地热资源有水位下降过快、停采后恢复不足的现象,地热资源的保护具有非常重要的意义。保护地热资源的主要措施有减少开采、研究开采规律、调整开采布局、加大回灌和动态监测等措施,以保证地热资源可持续利用。对于现有资源开采企业,政府也要引导和规范,具备回灌井施工条件的必须补建回灌井,加大回灌量,缓解水位下降速率过快的情况。在地热资源开采层位结构调整中,要适当调整各热储层的地热资源开采比重。在地热资源利用结构调整中,改变地热单一的利用方式,特别是单一的地热采暖利用方式,积极推广梯级开发利用方式,减少地热资源开采量。尤其是无法建成回灌系统的单井系统,地热尾水要充分利用,提高尾水的重复利用率,将排放量减到最低。在开采布局上,要限制市区、塘沽中心城区、大港中心城区及武清中心城区的开采量,加大调控力度,通过调整回灌开采布局、利用热泵技术等多种途径,提高地热利用率,减缓资源消耗速度,逐步改变目前开采层位、开采地区过于集中的现象。提高地热动态监测水平,对动态监测网进行改造升级。

作者:高凤栋 展民晓 单位:天津市地质矿产勘查开发局

第二篇

1碲铋资源概况

1.1国外碲铋资源情况

碲是一种重要的稀有金属,在地壳中的含量低,大部分伴生于铜、铅、镍、金或银的矿物中,或以杂质的形式存于其他硫化矿中(主要在硫化铜矿中)。全球已探明储量约为(106.2~148.5)×103t,其中具有经济价值的约为49.5×103t,在铜矿中储量约为32.4×103t,其次是铅矿(储量约为铜矿的1/4)。碲资源主要分布在美洲的美国、加拿大、智利、秘鲁,非洲的赞比亚、刚果,亚洲的中国、菲律宾、日本,以及欧洲的俄罗斯等国家和地区。表1为世界碲资源储量情况。世界上绝大多数碲都是以伴生矿的形式存在,按照矿物种类划分,主要有以下几种类型:(1)斑岩铜矿和铜钼矿床和铜镍硫化物矿床;(2)含铜黄铁矿矿床和黄铁矿多金属矿床;(3)层状砂岩铜矿床;(4)贵金属矿床;(5)锡石硫化物矿床;(6)热液铀矿床;(7)酸碳盐岩中的层控铅锌矿床;(8)低温汞、锑矿床[1]。自然界中铋以单质和化合物两种状态存在,铋单独矿床少,常与铅、锌、铜、钨、钼、锡、碲等伴生。主要矿物有辉铋矿(Bi2S3)、泡铋矿(Bi2O3)、菱铋矿(nBi2O3·mCO2·H2O)、铜铋矿(3Cu2S4Bi2S3)、方铅铋矿(PbS·Bi2S3)等[2]。

1.2国内碲铋资源

我国现已探明伴生碲储量在世界处于第三位[3]。全国已发现伴生碲矿产地约30处,保有储量近14.0×103t,分布在全国16个省(地区),其储量主要集中于广东、江西、甘肃、四川等地。攀西地区碲铋资源主要分布在雅安市的石棉县和汉源县。1991年,在四川石棉县大水沟发现了全世界首例独立碲铋矿,碲的平均品位0.08%[4],远景储量大于2.0×103t[5]。石棉县大水沟碲铋硫铁矿是迄今为止世界上有报道的唯一“碲独立原生矿床”,被称为仅次于大熊猫的“第二国宝”。石棉县的总体目标是实现碲、铋的深加工及应用,并达到国际先进水平,最终将石棉县打造成为“中国碲谷”。四川省石棉县大水沟的独立碲铋矿床位于扬子地台西缘、泸定-冕宁区域韧性剪切成矿带的中北部地段。大水沟地区的矿石为块状、浸染状和细脉状等,组成的矿物成分主要有:辉碲铋矿、叶碲铋矿、硫碲铋矿、磁黄铁矿、黄铁矿、白云石、石英、黄铜矿、方铅矿等32种矿物。矿石类型中以白云石-碲化物型矿石为主要形式。其中最主要的碲化物为辉碲铋矿(占碲化物90%以上),其基本化学式为Bi2Te1.97~2.05S1.03~1.21,平均化学式为Bi2Te2.02S1.07。其次为叶碲铋矿,基本化学式为BiTe0.95~0.99,平均化学式为BiTe0.97[6]。全世界铋金属资源绝大部分在中国,储量为240×103t,占世界总储量的73%,基础储量为470×103t,占世界的69%。中国的铋资源主要集中在湖南的柿竹园,柿竹园铋金属的储量达到305×103t,占全国已探明储量的76%,占世界已探明储量的42%。除了湖南,铋矿在江西、广东、内蒙、云南、福建、广西的一些地方也有分布[7]。

2碲铋的主要性质

1782年赖兴施泰因在含金的矿石中首次发现了碲,1798年M.H.克拉普罗兹从金矿中首次将碲提炼出来,从此人类才逐渐开始了对碲的认识[8]。1753年英国C.若弗鲁瓦和T.伯格曼确认铋是一种化学元素,定名为bismuth。1757年,日夫鲁瓦经分析研究确定铋为新元素,自此铋才正式被人们所认识。碲与铋的主要性质见表2。鉴于科学发达程度,在过去的几百年里没有条件也没有能力对其进行充分的利用与开发,都是作为其他金属如金、铜和铅的副产品未被重视。

3碲铋的提取工艺

传统的提取碲主要是针对富含碲的铜(镍或铅等)阳极泥、酸泥进行的,一般其中碲的品位大于等于4%,在提取碲的同时回收金、银、铜、硒等元素[9,10]。但是石棉县的碲铋独立矿品位低,不能采取传统的提取工艺,需要开发新的提取工艺。冯振华、安莲英、廖梦霞和汪模辉[11]等研究人员对此特殊矿质结构进行了一系列的生物湿法工艺研究并提出浮选-生物浸出—萃取分离工艺,并成功获得较纯的碲,碲的回收率达90.91%[12];蒋新宇提出用盐酸加氯酸钠浸出-还原浸出液-水解的工艺,分离碲、铋也取得了一定的成功[13](见图1)。铋的冶炼分粗炼和精炼两步骤。粗炼的方法因原料而异,以硫化铋精矿、氧化铋和铋的混合矿、氧化铋渣以及氯氧化铋等作为炼铋原料时,采用混合熔炼法,配入适量铁屑、纯碱、萤石粉、煤粉等,在反射炉中进行混合熔炼,得到粗铋,再精炼[14]。总的来说,目前针对攀西独特的以辉碲铋矿为主的专项研究还不多,还需要进一步深入研究,这是开发资源需要做的基础工作,也是第一重要的工作。

4碲铋的应用

4.1碲的应用

(1)碲在冶金行业的应用碲在冶金工业中的应用占78%。碲可以增强钢的机械加工性能,提高不锈钢、低碳钢加工成品率。添加碲可以增强铁的耐热振、耐机械震动性能,改善其抗酸蚀和抗疲劳性能。在铅、锡中添加碲可以分别提高铅的耐腐蚀性和抗疲劳性能、改善锡合金的拉伸强度和降低加工硬化作用。在铜中添加碲可以改善机械加工性能,提高耐腐蚀性。在锡中添加0.05%的碲可以得到一种锡合金,其拉伸强度是普通锡的两倍。在镍电解中过程中,电解液中添加NaTeO3(75mL/L)就能生成一层过渡的镍层,能够最终形成抗腐蚀性很强的电解镍层[15]。(2)碲在石油与化工行业的应用碲在石油和化学工业中的应用占12%左右。碲作为催化剂和硫化剂用在橡胶合成行业,能提高橡胶生产效率。碲还作为催化剂用在石油裂化、煤氢化等方面。在摄影、印刷业上,碲被用作调色剂和固体润滑剂,且表现了很好的效果[3]。(3)碲在玻璃陶瓷行业的应用在玻璃中加入TeO2可以制作特种碲玻璃,与普通玻璃相比,有折射率大、形变温度低、密度大以及红外透明等特点。碲玻璃的红外透明性能有助于其在红外光学方面的应用,可用作红外窗等。其良好的光敏性,则可以用作光导摄像管。软化温度低的特点则可能制作真空密闭半导体元件材料。碲还可以用作玻璃和陶瓷的着色剂。(4)碲在医药行业的应用碲的有机化合物可以抗肿瘤与抑制白血病细胞增殖。碲可以用于杀虫剂、杀菌剂,用于生产放射性同位素,还可以用于如脱发、梅毒等疾病的治疗。(5)碲在电子和电气工业的应用由于SeTe和SeAs合金在单位时间内的感光量较高,常用于感光器。碲铬汞化合物是用于军事和航天系统红外探测器的主要光敏材料,碲化铬则以其良好的吸光特性而被应用于光电系统。利用含碲化合物性能优良的光敏特性,在资源普查、卫星航测、激光制导等方面显示了突出的优势[16,17]。太阳能实际是地球上最主要的能量来源,尽管太阳辐射到地球大气层外界的能量仅为其辐射能量的22万亿分之一,但已高达1.73×105TW,即相当于5.9×106t煤燃烧释放的能量,这取之不尽、用之不竭的能量是最有前景的未来能源[18,19]。CdTe薄膜太阳电池便是其中表现最为出色的太阳能电池,性能长期稳定,电池成本低———被认为是未来实现低于1美元/峰瓦成本目标的典型薄膜电池,CdTe有比硅更为优越的性能[20]。最近5年来,世界各国尤其是美、日、德等西方发达国家相继发起大规模光伏发展计划和太阳能屋顶计划,太阳能光伏产业以每年30%的增长率快速发展[21]。不久的将来,以CdTe材料制备的薄膜太阳能电池将会广泛用于航天航空、船舶、军事、汽车以及民用等行业[22]。Bi2Te3基化合物的最高无量纲热电优值TZ接近于1,是目前室温附近应用得最好的热电材料[23,24]。与传统制冷和发电技术相比,热电材料具有无机械运动部件、无噪声、无振动、无需制冷剂、对环境友好、结构紧密、占用空间小、可靠性高和使用寿命长等优点,因此可以用于工业余热、汽车尾气、温差发电等领域,也可用于微电子、光电子器件的冷却与恒温,或者医疗器材,尤其是在制冷业(电冰箱、空调机等)是原用的氟氯烃物质CFC-11,CFC-12(简称氟里昂)的理想替代物质[25],具有广阔的商业应用前景。正是由于碲的上述性能,可使其在21世纪不仅会在光电子领域中发挥重要作用,同时也将延伸到其他各个行业。

4.2铋的应用

铋常与铅、锡、锑、铟等制造易熔合金,用做消防装置、自动喷水器、锅炉安全塞等,在发生火灾时,这些安全塞会“自动”熔化,之后喷出水来;在电气工业上,被用作电器保险丝、焊锡。铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度铸型。碳酸氧铋和硝酸氧铋可用于治疗皮肤损伤和肠胃疾。26,27]。

5结语及建议

(1)在国家战略资源高度上,制定碲铋资源开发及产业发展专项规划,实现科学可持续开发。碲和铋同钒钛、稀土一样都是国家战略资源,碲和铋是美国、日本、俄罗斯和欧洲等国家极其短缺的资源,许多国家都将其作为战略物资,严格控制、管理和储备。长期以来,由于多年来管理失控、不合理开采和出口,使大量宝贵的碲铋资源廉价流失,以至于优势逐渐丧失。建议制定碲铋资源开发及产业发展专项规划,实现保护性的科学可持续开发,千万不能走稀土开发的老路。同时,还须制定相应的专有配套政策,否则还会出现资源无序开发、造成宝贵资源大量流失的乱象。(2)依托碲铋资源优势,完善和延长碲铋综合开发利用产业链,开发新技术、制备新材料,获得更多的高附加值产品。中国目前碲铋的产业链条既不完整又弱。两衩挥幸桓銎笠敌纬赏暾牟盗刺。国内碲铋生产加工企业基本上停留在原料级产品和低附加值产品,如制备安全塞、保险丝、焊锡、铅字等。依托攀西地区碲铋资源储量巨大的优势,我国应当研究碲铋新材料技术,向高尖端、高附加值的碲铋功能材料方向转化,并将其广泛应用于军事武器装备、感光器、野外用电池、激光制导、绿色制冷等领域。如开发纳米Bi2Te3热电材料、太阳电池用CdTe薄膜材料等具有广阔市场前景的高附加值功能材料。建议将碲铋功能材料的开发纳入“国家高技术研究发展计划(“863计划”)、国家重点基础研究发展计划(“973计划”)等国家专项计划。(3)必须整合、规范现有开发企业,综合开发利用碲铋资源,实现伴生的有益元素的综合回收利用。综合开发利用碲铋资源,不仅要提取其中的碲铋,而且同时回收其他伴生资源(如铁、硫等),实现资源全面综合利用。建议整合、规范现有开发企业,提高产业集中度。首先整合、合并现有的采选、冶炼企业,提高企业管理水平,采用新工艺技术,提高从原矿中回收碲、铋产品的回收率。

作者:廖先杰 杨绍利 单位: 攀枝花学院 四川省钒钛材料工程技术研究中心

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