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NO.2308-中国有多缺铁

作者:严寒

校稿:朝乾 / 编辑:板栗、果果

根据2021年中国矿产资源报告,中国铁矿石表观消费量(国内产量+净进口量)为14.2亿吨。2021年全年,中国累计进口铁矿石11.24亿吨,进口额高达1.2万亿元,占中国总进口额的7%。

中国的铁矿石进口量巨大,而且还有上升的趋势▼

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近15年来,我国铁矿石平均对外依存度高达75%。2016至2020年连续5年铁矿石对外依存度更是高达80%以上,进口来源国高达53个。在十九届五中全会后,铁矿被列为战略性矿产、国内找矿行动主攻矿种。

为实现进口来源多样化,保证能源安全

近年来中国也在积极加大非洲进口比例▼

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作为钢铁工业的基础原料,铁矿石是对国民经济、国防工业都极为重要的战略资源,而如此大的铁矿石需求缺口,证明了我国铁矿资源的供应链安全形势十分严峻。

中国难道真的缺铁吗?据2021年中国矿产资源报告,中国铁矿储量108.78亿吨,位居世界第四位。主要储存在山西(~10%),辽宁(~12%)和四川(~18%)等省。既然我国铁矿石储量不少,为何还要大力进口铁矿石呢?

中国铁矿在山西、辽宁和四川三省的分布

较其他矿产来说还算平均▼

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富矿少,贫矿多,矿石平均品位低

富矿少,贫矿多,矿石平均品位低

矿石的品位是指矿石中有用组分的含量,也是衡量矿石质量好坏的重要指标。根据产出矿石的品位,铁矿分为贫铁矿,普通铁矿,富铁矿(铁含量高于50wt.%,wt%为重量百分率)三种。全世界铁矿石的平均品位约为49%,而中国的铁矿石平均品位只有34%上下。

由于中国低品位矿石的大量消费

近期世界平均铁矿石品位急剧下降

(参考:wiki)▼

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世界各国铁矿石品位差异较大,巴西、俄罗斯、澳大利亚等国富铁矿居多,铁矿石的品位高,均在50%以上,开采价值大;而以中国、乌克兰、美国为代表的铁矿品位低,有的甚至不具备开采的经济价值。

二战后铁矿石需求增加,加上美国高品位赤铁矿的枯竭

导致低品位铁矿资源开发活动急剧增长

(美国北卡罗来纳州铁矿 图:壹图网)▼

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中国的贫铁矿约占总储量的94.6%,如东北铁矿石主产区鞍钢矿区,所产铁矿石98%为贫铁矿,矿石平均品位只有30%左右。

而在华北铁矿区的首钢矿石(河北迁安水厂铁矿、杏山铁矿等)、包钢矿石(内蒙古白云鄂博矿)、太钢矿石(山西袁家村铁矿、峨口铁矿等)平均含铁量40%,属于普通铁矿。

鞍山大孤山铁矿是鞍山最早开采的铁矿基地

从日伪时期到现代有着近百年的开采历史

(像是一条通往地心的路 图:图虫创意)▼

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在我国已探明108.78亿吨的铁矿石储量中,铁含量超过50%的富铁矿资源仅为10.02亿吨,较为代表性的是位于海南昌江的石碌铁矿,平均品位为51.2%,最高达69%,但已于2017年8月开采完毕。

为了保护和利用地质遗迹和矿业遗迹资源

石碌铁矿近年被建设成为国家矿山公园

(卫星图上看就像“历史的眼泪” 图:Google map)▼

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此外,国内的富铁矿还有弓长岭铁矿二矿区(辽阳市)和张家洼铁矿(莱芜)。

富矿少,贫矿多,矿石平均品位低的特征,使得我国虽然铁矿石储量巨大,但是同重量原矿石在相同分选流程后产出的铁元素远不及从澳大利亚、巴西等国进口的矿石,极大增加了单位重量铁元素的产出成本。

中国铁矿大都是贫矿和低品矿

所以我们铁矿虽多,但能用的很少▼

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地质条件不利于形成大型富铁矿

地质条件不利于形成大型富铁矿

在国际上,无论是总的铁资源量还是富铁矿石,主要为沉积变质型铁矿,如著名的澳大利亚哈莫里斯铁矿床、巴西的Minas Cerais、北美的苏必利尔湖铁矿、俄罗斯的库尔斯克铁矿和乌克兰的克里沃罗格铁矿。

俄罗斯的库尔斯克铁矿尤其盛产磁铁矿

(图:shutterstock)▼

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该类型铁矿占世界铁矿总储量的60%,占富铁储量的70%,在我国占铁矿总储量的58%,占富铁矿储量的27%。

中国铁矿床类型多为沉积变质型铁矿床▼

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该类型铁矿产于长期稳定的克拉通环境。克拉通指的是古老而稳定的大陆块体,它具有巨厚的岩石圈,内部少有地震、岩浆作用等。

沉积变质型铁矿在全球古老克拉通几乎都有产出,往往分布面积广,储量巨大,产状稳定。现已发现的含矿带长达数十千米至数百千米,面积可达几百至几千平方千米,含矿层厚数百米。

美国密歇根州前寒武纪带状铁矿层露头

(图:wiki)▼

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该类矿床的形成顾名思义,就是大陆地壳形成后,先在沉积作用下形成含铁地层,并在之后的地质历史时期里发生了一定的变质作用从而富集成矿,它与前寒武纪地壳的组成与演化密切相关。

然而,虽然我国的华北地块、扬子地块和塔里木地块都基本形成于元古代(距今>800 Ma,Ma为百万年),具备形成沉积变质型富铁矿的先决条件。但是随着大陆的漂移以及大陆间的相互作用,使得我国大陆具有特殊的活动性

华北地块、扬子地块和塔里木地块都是十分古老的地块

因此其矿产资源也更丰富一些

注:扬子地块的位置仍有争议,此处仅为示意

(罗迪尼亚大陆 参考:wiki)▼

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尤其是西伯利亚克地块和华北克地块、塔里木地块碰撞形成天山-兴蒙造山带,北部的华北地块、塔里木地块和南部的扬子地块、北羌塘地块碰撞形成中央造山带(昆仑-祁连-秦岭造山带),以及现在正在发生的印度-澳大利亚板块与欧亚板块汇聚形成青藏高原,东边的太平洋板块与欧亚板块汇聚形成地震、岩浆活跃区,等等。

中国大地构造分区图▼

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由于我国内陆自元古宙以来的地质运动-岩浆活动十分频繁和强烈,所以不利于形成和保存沉积变质型富铁矿。

但另一方面,多期次的地质运动和岩浆活动,也为与岩浆活动相关的接触交代(矽卡岩)型、玢岩型、海相火山岩型、岩浆型富铁矿的形成提供了重要的物质基础和有利的成矿条件。

矽卡岩矿床矿体大都分布在侵入岩附近,多为中小型矿床

(矽卡岩铁矿床 图:wiki)▼

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我国的富铁矿主要是接触交代(矽卡岩)型矿床,占50%以上,主要分布于扬子地块东北缘长江中下游成矿带的大冶矿集区,华北克拉通东部陆块的莱芜、淄博和济南矿集区以及华北克拉通中部造山带的邯郸和临汾矿集区。

接触交代(矽卡岩)型矿床是指未喷发出来的中酸性-中基性岩浆(岩浆SiO2含量为53%~66%)在地下凝固形成的岩石与碳酸盐类岩石的接触带附近,由含矿气水热液交代作用而形成的矿床。

中国铁矿床分布图▼

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铁矿石储量最多的沉积变质型铁矿床

富铁矿储量并不多▼

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部分矿体通常产于岩体内部的碳酸盐类岩石中或距离成矿岩体数百米的围岩地层中,这使得接触交代(矽卡岩)型铁矿的矿体形态呈不规则的板状、似层状、脉状、透镜状和囊状等,成矿规模相对较沉积变质型矿床要小很多。

矽卡岩的矿物种类繁多

往往呈不同的矿物组合产出

(不同的矽卡岩矿石形态 图:wiki)▼

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这样的成因和产出形态,使得很多的接触交代(矽卡岩)型铁矿位于地下,需要通过矿井采矿,开采方法以井下开采和露天开采相结合,无形中增加了开采成本。

这也是制约中国铁矿的第二个不利因素,导致采矿成本远高于澳大利亚、巴西等国。

开采成本远高于国际平均水平

开采成本远高于国际平均水平

开采成本的差别取决于开采难度、运输成本和分选难度。

而开采难度取决于开采方式。现有的开采方式有露天开采和矿井开采两种。

两种开采方式示意(图:KGS)▼

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露天开采是使用采掘设备在敞露状态下,以山坡露天或凹陷露天的方式,逐个阶段向下剥离岩石和采出铁矿石的一种采矿方法。

看这阵仗,就知道采矿有多难

(德国莱茵兰煤矿的巨型斗轮挖掘机 图:wiki)▼

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通常最后会开采出阶梯状的矿坑

(澳大利亚日出坝金矿 图:wiki)▼

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而当矿床埋藏深度较大时,通常采用矿井开采的方式,通常必须开凿有地表通往矿体的巷道,如竖井、斜井、斜坡道等。

因此,矿井开采的开采难度和工序复杂度远超露天开采。而且由于作业空间较小,其作业安全性、生产效率和露天采矿相比存在很大的差异。在成本方面,前期打井挖掘、开采过程中持续加固保证作业安全,以及开采完成后对矿坑进行填充绿化,都需要额外花销。

井下开采,远没有“黄金矿工”小游戏那么简单

(带有竖井通道的现代地下矿井示意 图:wiki)▼

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以澳大利亚最著名的皮尔巴拉地区为例,它拥有最富盛名的沉积变质型富铁矿脉,铁矿床矿体厚、规模大、连续性好,山形不复杂,铁矿石埋藏深度较浅,非常适合进行大型机械化的露天开采。

皮尔巴拉地区所在▼

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放眼过去都是红土

感受一下这片地区铁矿藏的富饶程度

(帕拉布尔杜铁矿 图:wiki)▼

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此外,这里常年干燥少雨,更有利于开采作业。皮尔巴拉地区向西300公里就是黑德兰港口,运输方便快捷。这直接成就了该地区极低的CFR(Cost and Freight,即成本加运费)现金成本,仅34.5美元/吨。

皮尔巴拉地区可谓占尽了开采铁矿的天时地利

(抵达黑德兰港的必和必拓铁矿石列车 图:wiki)▼

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由于国内铁矿的产出特点,井下采矿比例高达60.10%,还有17.34%的矿区采取露天和井下联合开采的方式,仅有22.56%的矿床露天开采。很多矿区的作业平台都在地下几百米甚至几公里,再加之品位较低,使得选矿成本随之升高,中国CFR现金成本长期处于82.8美元/吨的高位,高于80-90%的产铁矿国家。

实际上82.8这个数字偏低了

完全成本可能接近100美元/吨▼

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近年来,虽然海运运费水涨船高,但进口矿石价格仍低于国内开采成本。这导致中国铁矿石虽然储量丰富,但进口国外铁矿石的经济效益更高。

现阶段,全球铁矿石行业呈现寡头垄断的竞争格局。2020年,巴西的淡水河谷以及澳大利亚的必和必拓、力拓、FMG四大铁矿石企业巨头占全球铁矿石市场50%以上的市场份额。

2021年世界前10位铁矿石企业

(不包括三井等非采矿企业)▼

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近年来,由于中澳关系日趋紧张,为了保障我国高品位矿石的供应安全,我国正在加速布局非洲铁矿石的投资、勘探和开发。此外,对中国内陆地区富铁矿的勘探仍是地质工作者的重要使命。

非洲一些国家也拥有相当丰富的铁矿资源

但由于贫穷、没有技术,只能依靠与其他国家合作开采

(被称为“铁矿石鱼子酱”的几内亚西芒杜铁矿)

(图:Rio Tinto)▼

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青藏高原作为中国最重要的资源储备地,储矿潜力巨大。青藏高原铁矿主要分布在冈底斯山北麓的措勤富铁矿集区、藏西狮泉河地区、青藏铁路沿线的当曲—碾廷一带和西昆仑地区,远景资源量数十亿吨,主要富铁矿区的铁矿资源量逾亿吨。

在青藏铁路的运力加成下,青藏高原有望成为我国未来重要的铁矿资源库。

这片土地的矿业发展,仍需拭目以待

(图:图虫创意)▼

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参考资料:

[1] 张招崇,李厚民,李建威,宋谢炎,胡浩,李立兴,柴凤梅,侯通,许德如.我国铁矿成矿背景与富铁矿成矿机制[J].中国科学:地球科学,2021,51(06):827-852.

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*本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场

封面:shutterstock

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