中國現在,非常缺鐵!

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NO.2308-中國有多缺鐵

作者:嚴寒

校稿:朝乾 / 編輯:板栗、果果

根據2021年中國礦產資源報告,中國鐵礦石表觀消費量(國內產量+淨進口量)為14.2億噸。2021年全年, 中國累計進口鐵礦石 11.24萬噸 ,進口額高達1.2萬億元,佔中國總進口額的7%。

中國的鐵礦石進口量巨大,而且還有上升的趨勢

近15年來, 我國 鐵礦石 平均對外依存度高達75% 。2016至2020年連續5年鐵礦石對外依存度更是高達80%以上,進口來源國高達53個。在十九屆五中全會後, 鐵礦被列為 戰略性礦產 、國內找礦行動主攻礦種。

為實現進口來源多樣化,保證能源安全

近年來中國也在積極加大非洲進口比例▼

作為鋼鐵工業的基礎原料,鐵礦石是對國民經濟、國防工業都極為重要的戰略資源,而如此大的鐵礦石需求缺口,證明了 我國鐵礦資源的供應鏈安全形勢十分嚴峻。

中國難道真的缺鐵嗎?據2021年中國礦產資源報告,中國鐵礦儲量108.78億噸,位居世界第四位。主要儲存在山西(~10%),遼寧(~12%)和四川(~18%)等省。 既然我國鐵礦石儲量不少,為何還要大力進口鐵礦石呢?

中國鐵礦在山西、遼寧和四川三省 的分佈

較其他礦產來説還算平均▼

富礦少,貧礦多,礦石平均品位低

礦石的品位是指 礦石中有用組分的含量 ,也是衡量礦石質量好壞的重要指標。根據產出礦石的品位,鐵礦分為 貧鐵礦,普通鐵礦,富鐵礦 (鐵含量高於50wt.%, wt%為重量百分率 )三種。全世界鐵礦石的平均品位約為49%, 而中國的鐵礦石平均品位只有 34% 上下。

由於中國低品位礦石的大量消費

近期世界平均鐵礦石品位急劇下降

(參考:wiki)▼

世界各國鐵礦石品位差異較大,巴西、俄羅斯、澳大利亞等國富鐵礦居多,鐵礦石的品位高,均在50%以上,開採價值大;而 以中國、烏克蘭、美國為代表的 鐵礦品位低 ,有的甚至不具備開採的經濟價值。

二戰後鐵礦石需求增加,加上美國高品位赤鐵礦的枯竭

導致低品位鐵礦資源開發活動急劇增長

(美國北卡羅來納州鐵礦 圖:壹圖網)▼

中國的 貧鐵礦 約佔總儲量的94.6% ,如東北鐵礦石主產區鞍鋼礦區,所產鐵礦石98%為 貧鐵礦 ,礦石平均品位只有30%左右。

而在華北鐵礦區的首鋼礦石(河北遷安水廠鐵礦、杏山鐵礦等)、包鋼礦石(內蒙古白雲鄂博礦)、太鋼礦石(山西袁家村鐵礦、峨口鐵礦等)平均含鐵量40%,屬於 普通鐵礦

鞍山大孤山鐵礦 是鞍山最早開採的鐵礦基地

從日偽時期到現代有着近百年的開採歷史

(像是一條通往地心的路  圖:圖蟲創意)▼

在我國已探明108.78億噸的鐵礦石儲量中, 鐵含量超過50%的富鐵礦資源僅為10.02億噸 ,較為代表性的是位於 海南昌江 的石碌鐵礦,平均品位為51.2%,最高達69%,但已於2017年8月開採完畢。

為了保護和利用地質遺蹟和礦業遺蹟資源

石碌鐵礦近年被建設成為國家礦山公園

(衞星圖上看就像“歷史的眼淚”  圖:Google map)

此外,國內的富鐵礦還有弓長嶺鐵礦二礦區(遼陽市)和張家窪鐵礦(萊蕪市)。

富礦少,貧礦多,礦石平均品位低 的特徵,使得我國雖然鐵礦石儲量巨大,但是同重量原礦石在相同分選流程後產出的鐵元素遠不及從澳大利亞、巴西等國進口的礦石, 極大增加了單位重量鐵元素的產出成本。

中國鐵礦大都是貧礦和低品礦

所以我們鐵礦雖多,但能用的很少▼

地質條件不利於形成大型富鐵礦

在國際上,無論是總的鐵資源量還是富鐵礦石,主要為 沉積變質型鐵礦 ,如著名的澳大利亞哈莫里斯鐵礦牀、巴西的 Minas Cerais 、北美的蘇必利爾湖鐵礦、俄羅斯的庫爾斯克和克里沃羅格鐵礦。

俄羅斯的庫爾斯克鐵礦 尤其盛產磁鐵礦

(圖:shutterstock)▼

該類型鐵礦佔世界鐵礦總儲量的60%,佔富鐵儲量的70%,在我國佔鐵礦總儲量的58%,佔富鐵礦儲量的27%。

中國鐵礦牀類型多為沉積變質型鐵礦牀▼

該類型鐵礦產於長期穩定的 拉通環境 。克拉通指的是古老而穩定的大陸塊體,它具有巨厚的巖石圈,內部少有地震、巖漿作用等。

沉積變質型鐵礦在全球古老克拉通幾乎都有產出, 往往分佈面積廣,儲量巨大,產狀穩定 。現已發現的含礦帶長達數十千米至數百千米,面積可達幾百至幾千平方千米,含礦層厚數百米。

美國密歇根州前寒武紀 帶狀鐵礦層 露頭

(圖:wiki)▼

該類礦牀的形成顧名思義,就是大陸地殼形成後,先在沉積作用下 形成 含鐵地層 ,並在之後的地質歷史時期裏 發生了一定的變質作用從而 富集成礦 ,它與前寒武紀地殼的組成與演化密切相關。

然而,雖然我國的華北地塊、揚子地塊和塔里木地塊都基本形成於元古代(距今>800 Ma, Ma為百萬年 ),具備形成沉積變質型富鐵礦的先決條件。但是 隨着大陸的漂移以及大陸間的相互作用,使得我國大陸具有特殊的 活動性

華北地塊、揚子地塊和塔里木地塊都是十分古老的地塊

因此其礦產資源也更豐富一些

注:揚子地塊的位置仍有爭議,此處僅為示意

(羅迪尼亞大陸 參考:wiki)▼

尤其是西伯利亞克地塊和華北克地塊、塔里木地塊碰撞形成天山-興蒙造山帶,北部的華北地塊、塔里木地塊和南部的揚子地塊、北羌塘地塊碰撞形成中央造山帶(崑崙-祁連-秦嶺造山帶),以及現在正在發生的印度-澳大利亞板塊與歐亞板塊匯聚形成青藏高原,東邊的太平洋板塊與歐亞板塊匯聚形成地震、巖漿活躍區,等等。

中國大地構造分區圖

由於我國內陸 自元古宙以來的 地質運動-巖漿活動 十分頻繁和強烈 ,所以不利於形成和保存沉積變質型富鐵礦。

但另一方面, 多期次的地質運動和巖漿活動 ,也為與巖漿活動相關的接觸交代(矽卡巖)型、玢巖型、海相火山巖型、巖漿型富鐵礦的形成 提供了重要的物質基礎和有利的成礦條件。

矽卡巖礦牀礦體大都分佈在侵入巖附近,多為中小型礦牀

(矽卡巖鐵礦牀 圖:wiki)▼

我國的富鐵礦主要是 接觸交代(矽卡巖)型礦牀 ,佔50%以上,主要分佈於揚子地塊東北緣長江中下游成礦帶的大冶礦集區,華北克拉通東部陸塊的萊蕪、淄博和濟南礦集區以及華北克拉通中部造山帶的邯鄲和臨汾礦集區。

接觸交代(矽卡巖)型礦牀 是指未噴發出來的中酸性-中基性巖漿(巖漿SiO 2 含量為53%~66%)在地下凝固形成的巖石與碳酸鹽類巖石的接觸帶附近,由含礦氣水熱液交代作用而形成的礦牀。

中國鐵礦牀分佈圖

鐵礦石儲量最多的沉積變質型鐵礦牀

富鐵礦儲量並不多

部分礦體通常 產於巖體內部的碳酸鹽類巖石中或距離成礦巖體 數百米 的圍巖地層中 這使得接觸交代(矽卡巖)型 鐵礦的礦體形態呈不規則的板狀、似層狀、脈狀、透鏡狀和囊狀等 ,成礦規模相對較沉積變質型礦牀要小很多。

矽卡巖的礦物種類繁多

往往呈不同的礦物組合產出

(不同的矽卡巖礦石形態 圖:wiki)▼

這樣的成因和產出形態, 使得很多的接觸交代(矽卡巖)型鐵礦位於 地下 ,需要通過礦井採礦,開採方法以井下開採和露天開採相結合,無形中增加了開採成本。

這也是制約中國鐵礦的第二個不利因素,導致採礦成本遠高於澳大利亞、巴西等國。

開採成本遠高於國際平均水平

開採成本的差別取決於 開採難度、運輸成本和分選難度。

而開採難度取決於開採方式。現有的開採方式有露天開採和礦井開採兩種。

兩種開採方式示意 (圖:KGS)▼

露天開採 是使用採掘設備在敞露狀態下,以山坡露天或凹陷露天的方式,逐個階段向下剝離巖石和採出鐵礦石的一種採礦方法。

看這陣仗,就知道採礦有多難

(德國萊茵蘭煤礦的巨型鬥輪挖掘機  圖:wiki)▼

通常最後會開採出 階梯狀 的礦坑

(澳大利亞日出壩金礦  圖:wiki)▼

而當礦牀埋藏深度較大時,通常採用 礦井開採 的方式,通常必須開鑿有地表通往礦體的巷道,如豎井、斜井、斜坡道等。

因此, 礦井開採的開採難度和工序複雜度遠超露天開採。 而且由於作業空間較小,其作業安全性、生產效率和露天採礦相比存在很大的差異。在成本方面,前期打井挖掘、開採過程中持續加固保證作業安全,以及開採完成後對礦坑進行填充綠化,都需要額外花銷。

井下開採,遠沒有“黃金礦工”小遊戲那麼簡單

(帶有豎井通道的現代地下礦井示意  圖:wiki )▼

以澳大利亞最著名的皮爾巴拉地區為例, 它擁有最富盛名的 沉積變質型富鐵礦脈 ,鐵礦牀礦體厚、規模大、連續性好,山形不復雜,鐵礦石埋藏深度較淺, 非常適合進行 大型機械化 的露天開採。

皮爾巴拉地區所在

放眼過去都是紅土

感受一下這片地區鐵礦藏的富饒程度

帕拉布爾杜鐵礦  圖:wiki)▼

此外,這裏 常年乾燥少雨,更有利於開採作業 。皮爾巴拉地區向西300公里就是黑德蘭港口, 運輸方便快捷 。這直接成就了該地區極低的CFR( Cost and Freight ,即成本加運費)現金成本,僅34.5美元/噸。

皮爾巴拉地區 可謂佔盡了 開採鐵礦的 天時地利

(抵達黑德蘭港的必和必拓鐵礦石列車  圖:wiki)▼

由於國內鐵礦的產出特點, 井下采礦比例高達60.10% ,還有17.34%的礦區採取露天和井下聯合開採的方式,僅有22.56%的礦牀露天開採。很多礦區的作業平台都在地下幾百米甚至幾公里,再加之品位較低,使得 選礦成本隨之升高 ,中國CFR現金成本長期處於82.8美元/噸的高位,高於80-90%的產鐵礦國家。

實際上82.8這個數字偏低了

完全成本可能接近100美元/噸

近年來,雖然海運運費水漲船高, 但進口礦石價格仍低於國內開採成本 。這導致中國鐵礦石雖然儲量豐富,但進口國外鐵礦石的經濟效益更高。

現階段, 全球鐵礦石行業呈現寡頭壟斷的競爭格局 。2020年,巴西的淡水河谷以及澳大利亞的必和必拓、力拓、FMG四大鐵礦石企業巨頭佔全球鐵礦石市場50%以上的市場份額。

2021年世界前10位鐵礦石企業

(不包括三井等非採礦企業)

近年來,由於中澳關係日趨緊張,為了保障我國高品位礦石的供應安全, 我國正在加速佈局 非洲鐵礦石 的投資、勘探和開發 。此外,對中國內陸地區富鐵礦的勘探仍是地質工作者的重要使命。

非洲一些國家也擁有相當豐富的鐵礦資源

但由於貧窮、沒有技術,只能依靠與其他國家合作開採

(被稱為 “鐵礦石魚子醬” 的幾內亞西芒杜鐵礦)  

(圖: Rio Tinto )▼

青藏高原 作為中國最重要的資源儲備地,儲礦潛力巨大。 青藏高原鐵礦主要分佈在岡底斯山北麓的措勤富鐵礦集區、藏西獅泉河地區、青藏鐵路沿線的當曲—碾廷一帶和西崑崙地區,遠景資源量數十億噸,主要富鐵礦區的鐵礦資源量逾億噸。

青藏鐵路的運力加成 下,青藏高原有望成為我國未來重要的鐵礦資源庫。

這片土地的礦業發展,仍需拭目以待

(圖:圖蟲創意)▼

最後:

參考資料:

[1] 張招崇,李厚民,李建威,宋謝炎,胡浩,李立興,柴鳳梅,侯通,許德如.我國鐵礦成礦背景與富鐵礦成礦機制[J].中國科學:地球科學,2021,51(06):827-852.

*本文內容為作者提供,不代表地球知識局立場 

封面:shutterstock

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