浅谈填料级重晶石（天然硫酸钡）资源现状及应用要求

天然硫酸钡在自然界中以矿物重晶石的形态存在，重晶石是一种重要的战略性非金属矿产资源，被广泛应用于石油、化工、建材、医药及军事等领域。欧美等发达国家分别于2017年和2018年将重晶石列为关键矿产，其地位越来越受到重视。

重晶石是以硫酸钡BaSO4为主要成分的非金属矿物。硬度3-3.5，比重4.3-4.5，是比重最大非金属矿物，微溶于沸腾的盐酸，几乎不溶于水，化学性质稳定，耐高温，1400℃开始分解。而天然的重晶石由于成矿条件和环境的因素影响，往往会伴生不同的脉石矿石，常见的伴生矿物有石英石、方解石、萤石、硅酸盐矿物，部分会与铅锌矿等有色金属矿物共生，影响重晶石矿物的纯度和白度，进而影响其使用性能。

本文简单概述了我国目前重晶石资源的现状，以及对重晶石作为填充剂用于石油工业和聚合物填充领域中的相关指标要求。

一、我国重晶石资源分布及其成因

我国重晶石资源储量丰富，位列全球第三，资源分布比较集中，主要分布在贵州、广西、陕西、湖南、重庆等地，其中以贵州、陕西为主。作为世界上最大的重晶石生产国及消费国，随着多年来大规模的开采，我国优质的重晶石资源已经十分匮乏，甚至多地的资源已经枯竭，原生资源需要经过后续的加工提纯工艺才能满足工业应用要求。

我国的重晶石的矿床类型以沉积型、热液型和残坡积型三大类为主，其中沉积型矿床占主要地位，其占总量的70%左右，比较典型的就是贵州天柱大河边矿，该矿是目前世界上探明储量最大的重晶石矿床，另外陕西安康、广西象州等地都属于该类矿床性质。

第二大类热液型，这类型矿床多分布于湘、黔、桂及山东地区古生代碳酸盐岩中，形成脉型重晶石矿，这类矿床的重晶石纯度和白度一般较高，围岩脉石矿物以方解石、萤石为主，比较典型的以贵州黔东南地区矿床为主，一般以中型矿居多。

残坡积型矿床中重晶石原生矿经过风化淋蚀作用转移至缓坡段或者低洼地带堆积成矿，一般矿床规模不大，围岩以砂质岩、脉石英等为主，重晶石的含量较高。

图片中国近年来重晶石资源储量及产量

二、资源现状

作为世界上最大的重晶石生产国及消费国，随着多年来大规模的开采，我国优质的重晶石资源过度消耗严重，特别是应用于涂料和橡塑领域的重晶石原矿已经十分匮乏，大多数原生资源需要经过后续的加工提纯工艺才能满足工业应用要求。

对于钻井级重晶石原矿，由于对白度、酸溶物、杂质含量要求不是十分严格，国内的大部分产地的原矿经过简单的清洗和重选就能获得合格的钻井级重晶石产品，也就是常说的“比重矿”。

而对于应用于涂料和橡塑等聚合物领域的重晶石，由于对白度、酸溶物、杂质含量和纯度要求更加严格，特别是白度和色相指标，大多数地方的原矿由于有机质含量的存在导致白度不能满足要求而无法使用。

目前国内能够能够规模性供应涂料及橡塑级重晶石原矿的地方主要在贵州、重庆、两地，陕西、湖北能供应部分。这些原矿需要经过后续的提纯工艺才能满足要求，一般分为物理方法和化学方法两类。物理方法主要是通过水洗加多段重选（跳汰或者摇床，或者两者结合）而获得高比重的重晶石矿，我们称之为“水洗矿”。化学方法则是采用强酸加热浸泡除去原矿中的酸溶性杂质，以达到提纯增白的作用，也就是我们常说的“酸洗矿”。

化学方法一般都要结合物理方法（重选法）共同使用才能获得高品质的重晶石矿，“酸洗矿”较之“水洗矿”一般比重会更高，酸溶物含量极低，白度也更好，价格也更高，但是隐患则是经过酸洗后的重晶石矿在后续工序中脱酸不彻底或导致原矿中有酸残留，而影响其使用。

三、填料级重晶石的应用及要求

我国每年生产的重晶石约300万吨，其中60%以上出口用于石油钻井级产品。在自我消耗部分，将近80%以上用于石油开采钻井液中以及钡化合物加工原材料和防辐射医疗等领域，只有较少部分用于涂料、塑料、胶粘剂等聚合物填充。

3.1钻井级重晶石

在石油钻井作业中重晶石主要作为增重剂添加于钻井液中，故而对于钻井级重晶石粉，其比重作为主要指标考察，另外由于钻井作业中有磁性定向工具，故而对重晶石粉中的磁性物质含量也有一定要求。

对于不同深度的油井，对重晶石粉的比重要求也不同，按照中国石化 Q/SHCG 90—2016《钻井液用加重材料技术要求》和中国石油 Q/SY 17008—2019《钻井液用加重剂重晶石粉》标准，钻井级重晶石粉的比重分为三个等级：三级品要求比重大于等于4.05g/cm3，二级品要求比重大于等于4.2 g/cm3，一级品要求比重大于等于4.3 g/cm3。

3.2聚合物填充用重晶石

重晶石具有鲜明且优异的物理化学特性，在很多应用领域具有不可替代的作用。钡化合物以及石油钻井领域用重晶石属于重晶石比较传统的应用，且附加值较低，而用于聚合物填充用重晶石粉是重晶石材料化的表现，极大的提升了重晶石的应用价值，同时对其指标也提出了更高且更为复杂的要求。在聚合物填充领域，重晶石粉主要用于粉末涂料、工业涂料、塑料改性、油墨等领域。 

GB/T37041-2018《精细重晶石粉》中对应用于聚合物填充领域的重晶石粉做出了要求，但是其指标比较宽泛，对于各个细分领域很难起到准确的规范和指导作用。

1、粉末涂料

粉末涂料是以微细粉末状存在的固体涂料，是一种低VOC排放的环保型涂料，广泛应用于船舶、管道、汽车、家电等领域。用于粉末涂料的重晶石粉对其纯度、白度和粒度均有一定要求，纯度会影响重晶石产品的防腐性能（特别是在船舶和防腐管道等防腐粉末涂料中）和比重（比重越大粉末涂料的流平性越优）以及吸油量，而白度则会影响粉末涂料的色泽和光泽，一般采用偏蓝相高白度重晶石粉有利于获得色泽鲜明的涂料。

在粉末涂料用重晶石粉通常有两大类，也就是我们常说的“消光钡”和“高光钡”。顾名思义，“消光钡”在不影响产品其他性能指标的前提下要有利于获得 “低光泽”的粉末涂料，主要影响因素是重晶石产品的平均粒度和径距，也就是粒径分布。同理，“高光钡”主要影响因素也是粒径分布，一般平均粒径较粗、分布较宽有利于得到低光泽产品，而较小的平均粒径，较小的径距以获得较高的光泽。

目前应用较多的“消光钡”细度在400-800目之间，根据打磨性要求不同选择略有差异，而“高光钡”细度一般要求在2500目以上。

2、工业涂料

工业涂料从分散介质角度可分为溶剂型和水性工业漆。硫酸钡由于优良的化学惰性，以及天然的低吸油值，适中的硬度在工业漆中有着广泛的应用。传统溶剂型工业漆由于环保问题，目前正在往高固体份和水性方向发展，硫酸钡的低吸油和良好的耐水性能等特性非常适合于高填充体系和水性体系中。

在一些工业漆，比如钢结构防腐漆中，因使用环境比较恶劣，故而对于硫酸钡的纯度要求较高，特别是其中碳酸盐的含量要严格控制；工业涂料大多数颜色较深，且天然硫酸钡大多应用于底漆中，故而在工业漆中对于硫酸钡的白度要求不高。此外，由于硫酸钡的比重较大，在涂料中容易沉底，故而要获得高性能的涂料级硫酸钡产品，需要对其进行表面改性处理，以改善硫酸钡的悬浮性。

3、橡塑填充改性

硫酸钡的主要应用除了在涂料领域外，另一大领域则是塑料和橡胶制品的填充及改性：

由于硫酸钡具有优良着色性能、适当的硬度，高比重，高光泽、优良的化学惰性和耐紫外老化性能，作为一种功能性的填充剂广泛应用于热塑性和特固性塑料中。

由于硫酸钡的高光泽性高耐热耐老化性能，在家电外壳用PP和ABS等塑料改性领域，可降低生产成本，提高制品的表面光泽度、表面硬度和耐老化性能。

在一些需要增加塑料制品比重的领域，硫酸钡也被大量使用，比如音箱的外壳、底座，橡胶或者塑料用瑜伽垫等。

另外，色母粒也是硫酸钡应用比较广泛的一个领域，由于硫酸钡天然具有优良的分散性，对颜料良好的分散和延展性，以及良好的着色性能，在色母粒中可以替代部分颜料的使用，节约生产成本。

橡塑填充改性用重晶石原矿主要考察指标为比重和白度。橡塑制品中添加重晶石主要应用其高比重和高光泽、低吸油值等特性，以获得比重大、亮度高、耐刮擦的高性能制品，故而重晶石的纯度越高越好，一般要求其硫酸钡含量90%以上；对于一些不要求白度的“黑料”，对重晶石的白度和色相要求则不严格，一般白度达到80左右即可，而对于“白料”制品，其对白度和色泽有较高要求，则对重晶石的白度和色相要求较高，一般要求白度达到88以上，b值要低。

结语

天然硫酸钡重晶石虽然是非金属矿中储量和应用相对较小的一个小类品种，但是作为我国的优势矿种和战略性资源，其在国民经济中的作用十分重要。合理应用我国重晶石资源，提高深加工程度和综合利用水平，开发聚合物、电子通信等领域高性能重晶石产品，提高重晶石的附加值具有重要的意义。