基本介紹
- 中文名：鋁土礦
- 套用領域：金屬和非金屬
- 用量：占世界鋁土礦總產量的90%以上
- 主要組成成分：三水鋁石、一水鋁石等
- 用途：煉鋁工業、精密鑄造等
形成原因,結構構造,地理分布,成因分類,資源特點,發現過程,主要用途,典型礦床,開發基地,礦業簡史,發展現狀,藏品信息,
形成原因
階段性變革
按照廖士范等人的意見，中國鋁土礦礦床可分為古風化殼型鋁土礦礦床和紅土型鋁土礦礦床。
中國古風化殼型鋁土礦礦床的形成經歷了三個階段。第一階段是陸生階段，是在大氣條件下由風化作用形成含有鋁土礦礦物、粘土礦物、氧化鐵礦物等的殘、坡積富鋁風化殼物質，例如鈣紅土層、紅土層或紅土鋁土礦，此階段為大氣條件下原地殘積、堆積或異地堆積階段；第二階段是富鋁鈣紅土層、紅土層或紅土鋁土礦為海水(或湖水)淹沒階段，有的立即為海水(或湖水)淹沒，有的則經過一定時間的岩化作用以後才為海水(或湖水)淹沒，逐漸深埋地下，經過一段時期的成岩後生作用演變改造後形成原始鋁土礦層；第三階段是表生富集階段，是原始鋁土礦層隨地殼抬升到地表淺部後由於地表水或地下水的改造作用，使矽質淋失、鋁質富集，形成品位較富的有工業價值的鋁土礦礦床。中國古風化殼型鋁土礦主要形成於石炭紀。本類型鋁土礦礦床的形成，都與侵蝕間斷面的古風化殼有關。一般來說，侵蝕間斷時期長的，特別是下伏基岩是碳酸鹽岩或含鋁質多也較易風化的基性噴出岩(例如玄武岩)，所形成的礦床往往礦石品位富，礦層厚，礦體規模大。
鋁土礦
風化作用
至於紅土型鋁土礦礦床，一般認為是現代氣候條件下由含鋁岩石經風化作用形成的。紅土型鋁土礦礦床只有一個亞類，稱漳浦式紅土型鋁土礦床，是第三紀到第四紀玄武岩經過近代(第四紀)風化作用形成的鋁土礦床，其儲量很少，僅占中國鋁土礦總儲量的1.17%。中國現代紅土型鋁土礦主要形成在低緯度地區，如福建、海南及廣東一些地區。這些地區天氣炎熱、雨量充沛，又有易於風化的玄武岩，故能形成現代紅土型鋁土礦。至於中國的南沙群島、中沙群島雖然也在低緯度，有形成鋁土礦的氣候，但這些島嶼上升為陸的時間不長，僅1～3萬年，經受風化作用的時間短，故難以形成鋁土礦礦床。
結構構造
形狀特性
三水鋁石（Gibbsite）Al(OH)3三水鋁石是鋁的氫氧化物結晶水合物，在鋁土礦中它是主要的成分。三水鋁石的晶體極細小，晶體聚集在一起成結核狀、豆狀或土狀，一般為白色，有玻璃光澤，如果含有雜質則發紅色。它們主要是長石等含鋁礦物風化後產生的次生礦物。 化學組成為Al(OH)3﹑晶體屬單斜晶系P21/n空間群的氫氧化物礦物。與拜三水鋁石(bayerite)和諾三水鋁石(nordstrandite)成同質多象。舊稱三水鋁礦或水鋁氧石。以礦物收藏家C.G.吉布斯(Gibbs)的姓於1822年命名。晶體結構與水鎂石相似，由夾心餅乾式的(OH)-Al-(OH)配位八面體層平行疊置而成﹐只是Al3+不占滿夾層中的全部八面體空隙，僅占據其中的2/3。三水鋁石的晶體一般極為細小，呈假六方片狀，並常成雙晶，通常以結核狀﹑豆狀﹑土狀集合體產出。白色，或因雜質染色而呈淡紅至紅色。玻璃光澤﹐解理面顯珍珠光澤。底面解理極完全。摩斯硬度2.5～3.5﹐比重2.40。三水鋁石主要是長石等含鋁礦物化學風化的次生產物﹐是紅土型鋁土礦的主要礦物成分。但也可為低溫熱液成因。俄羅斯南烏拉爾的茲拉托烏斯托夫斯克的熱液脈中產出有達5厘米大小的晶體。
鋁土礦
特性描述
鋁土礦（晶體化學）理論組成(wB%)：Al2O365.4，H2O34.6。常見類質同像替代有Fe和Ga，Fe2O3可達2%，Ga2O3可達0.006%。此外，常含雜質CaO、MgO、SiO2等。
單斜晶系：a0=0.864nm，b0=0.507nm，c0=0.972nm；Z=8。晶體結構與水鎂石相似，屬典型的層狀結構。不同者是Al3僅充填由OH-呈六方最緊密堆積層(∥(001))相間的兩層OH-中2/3的八面體空隙，因為Al3具有比Mg2高的電荷，故以較少的Al3數即可平衡OH-的電荷。
鋁礬土
斜方柱晶類：C2h-2/m(L2PC)。晶體呈假六方板狀，極少見。主要單形：平行雙面a、c，斜方柱m。常依(100)和(110)成雙晶。常見聚片雙晶。集合體呈放射纖維狀、鱗片狀、皮殼狀、鐘乳狀或鮞狀、豆狀、球粒狀結核或呈細粒土狀塊體。主要呈膠態非晶質或細粒晶質。
物理性質：白色或因雜質呈淺灰、淺綠、淺紅色調。玻璃光澤，解理面珍珠光澤。透明至半透明。解理極完全。硬度2.5~3.5。相對密度2.30~2.43。具泥土臭味。偏光鏡下，無色。二軸晶。Ng=1.587，Nm=Np=1.566。
地理分布
成因分類
（1）修文式碳酸鹽岩古風化殼異地堆積亞型鋁土礦礦床，又稱碳酸鹽岩古風化殼異地堆積亞型鋁土礦礦床。其成因與碳酸鹽岩喀斯特紅土化古風化殼有關。又由於鋁土礦與下伏碳酸鹽岩基岩之間有數米厚的湖相鐵礦扁豆體沉積，鋁土礦不是原地堆積的，而是這個已接近乾枯的湖泊附近的紅土化風化殼異地遷移來堆積成的。該類礦床以貴州修文縣小山壩鋁土礦礦床較為典型。由於下伏基岩是碳酸鹽岩，因此由風化作用形成的是富鋁鈣紅土殘坡積層，一般說侵蝕間斷時間越長，即風化作用時間越長，由風化作用形成的殘坡積富鋁鈣紅土層越多、越厚，生成的鋁土礦物越多，粘土礦物越少，礦石品位越富，礦層厚度也越大。
（2）新安式碳酸鹽古風化殼原地堆積亞型鋁土礦礦床，又稱碳酸鹽岩古風化殼原地堆積亞型鋁土礦床，以河南新安張窯院鋁土礦床較為典型。這類礦床的鋁土礦直接覆在碳酸鹽岩的喀斯特侵蝕面上，是原地堆積的，許多情況下是堆積在喀斯特溶洞、溶斗中，礦體不長(幾百m)，但厚度較大(40～60m)。如果侵蝕間斷時間短暫，一般只形成鈣紅土殘積層，略有遷移搬運現象，這種礦石質量雖然稍貧，但礦層穩定，厚度變化小。
（3）平果式碳酸鹽岩古風化殼原地堆積-現代喀斯特堆積亞型鋁土礦礦床。又稱碳酸鹽古風化殼原地堆積-近代喀斯特堆積亞型鋁土礦床。該礦床的層狀礦之上覆及下伏基岩數百米厚度範圍以內均為石灰岩，經過第四紀喀斯特化，石灰岩、鋁土礦石再風化成鈣紅土及鋁土礦石碎塊墜落成堆積礦石。這類堆積礦的形成條件主要是：有一定規模的層狀礦、有適宜的氣候條件、礦層上下要有較厚的石灰岩，以及礦層直接頂、底板粘土頁岩較薄。
鋁土礦
（4）遵義式鋁矽酸鹽岩古風化殼原地堆積亞型鋁土礦礦床。又稱鋁矽酸鹽古風化殼原地堆積亞型鋁土礦床，下伏基岩是細碎屑岩或基性火山岩，是下伏基岩紅土化風化殼原地堆積(少數坡積)的鋁土礦床。這類礦床的成礦規律是：首先與下伏基岩有過渡現象，與上覆地層有侵蝕間斷面，因此厚度變化大，無礦天窗較多；其次，礦層厚度及礦體規模大小、礦石品位貧富，取決於成礦時侵蝕間斷時間的長短及下伏基岩的性質是否容易風化。如果侵蝕間斷時間長，被侵蝕風化的下伏基岩多數是細碎屑岩、粘土頁岩，只有一部分是碳酸鹽岩，往往礦層厚、規模大、礦石品質佳，但隨之無礦天窗增多。如果被侵蝕風化的下伏基岩是較易風化的玄武岩，則礦層厚度及礦體規模可能較大，礦石也可能較富。如果下伏基岩雖然是較易風化的玄武岩，但成礦時侵蝕間斷時間過於短暫，風化作用不徹底，則礦層厚度、礦體規模及礦石品質均難符合理想。
資源特點
中國鋁土礦除了分布集中外，以大、中型礦床居多。儲量大於2000萬t的大型礦床共有31個，其擁有的儲量占全國總儲量的49%；儲量在2000～500萬噸之間的中型礦床共有83個，其擁有的儲量占全國總儲量的37%，大、中型礦床合計占到了86%。中國鋁土礦的質量比較差，加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國總儲量的98%以上。在保有儲量中，一級礦石(Al2O360%～70%，Al/Si≥12)只占1.5%，二級礦石(Al2O351%～71%，Al/Si≥9)占17%，三級礦石(Al2O362%～69%，Al/Si≥7)占11.3%，四級礦石(Al2O3>62%，Al/Si≥5)占27.9%，五級礦石(Al2O3>58%，Al/Si≥4)占18%，六級礦石(Al2O3>54%，Al/Si≥3)占8.3%，七級礦石(Al2O3>48%，Al/Si≥6)占1.5%，其餘為品級不明的礦石。
鋁土礦
中國鋁土礦的另一個不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據統計只占全國總儲量的34%。與國外紅土型鋁土礦不同的是，中國古風化殼型鋁土礦常共生和伴生有多種礦產。在鋁土礦分布區，上覆岩層常產有工業煤層和優質石灰岩。在含礦岩系中共生有半軟質粘土、硬質粘土、鐵礦和硫鐵礦。鋁土礦礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素。在有些地區，上述共生礦產往往和鋁土礦在一起構成具有工業價值的礦床。鋁土礦中的鎵、釩、鈧等也都具有回收價值。
發現過程
鋁元素是在1825年由丹麥物理學家H.C.奧爾斯德(H.C.Oersted)使用鉀汞齊與氯化鋁互動作用獲得鋁汞齊，然後用蒸餾法除去汞，第一次製得金屬鋁而發現的。金屬鋁的生產，初期是化學法。即1854年法國科學家H.仙克列爾戴維里(H.SainteClaireDiwill)創立的鈉法化學法和1865年俄國物理化學家H.H.別凱托夫(Н。Н.Бекетов)創立的鎂法化學法。法國於1855年採用化學法開始工業生產，是世界最早生產鋁的國家。鋁土礦的發現(1821年)早於鋁元素，當時誤認為是一種新礦物。從鋁土礦生產鋁，首先需製取氧化鋁，然後再電解製取鋁。鋁土礦的開採始於1873年的法國，從鋁土礦生產氧化鋁始於1894年，採用的是拜耳法，生產規模僅每日1t多。到了1900年，法國、義大利和美國等國家有少量鋁土礦開採，年產量才不過9萬噸。隨著現代工業的發展，鋁作為金屬和合金套用到航空和軍事工業，隨後又擴大到民用工業，從此鋁工業得到了迅猛發展，到1950年，全世界金屬鋁產量已經達到了151萬噸，1996年增至2092萬噸，成為僅次於鋼鐵的第二重要金屬。
鋁土礦
主要用途
鋁土礦礦石用途多樣：
(1)煉鋁工業。用於國防、航空、汽車、電器、化工、日常生活用品等。
(4)矽酸鋁耐火纖維。具有重量輕，耐高溫，熱穩定性好，導熱率低，熱容小和耐機械震動等優點。用於鋼鐵、有色冶金、電子、石油、化工、宇航、原子能、國防等多種工業。它是把高鋁熟料放進融化溫度約為2000～2200℃的高溫電弧爐中，經高溫熔化、高壓高速空氣或蒸汽噴吹、冷卻，就成了潔白的“棉花”——矽酸鋁耐火纖維。它可壓成纖維毯、板或織成布代替冶煉、化工、玻璃等工業高溫窯爐內襯的耐火磚。消防人員可用耐火纖維布做成衣服。
(5)以鎂砂和礬土熟料為原料，加入適當結合劑，用於澆注盛鋼桶整體桶襯效果甚佳。
其中最重要的用途是：鋁工業中提鍊金屬鋁、作耐火材料和研磨材料，以及用作高鋁水泥原料。礦石用途不同，其質量要求各異。中國有色金屬工業總公司1994年發布的鋁土礦石的行業標準(YS/T78-94)。按照該標準將鋁土礦分成沉積型一水硬鋁石、堆積型一水硬鋁石及紅土型三水鋁石三大類型，並按化學成分分為LK12-70、LK8-65、LK5-60、LK3-53、LK15-60、LK11-55、LK8-50、LK7-50、LK3-40等九個牌號。該標準除了對鋁土礦的化學成分作出了規定外，還要求沉積型一水硬鋁石的水分不得大於7%，堆積型一水硬鋁石和紅土型三水鋁石的水分不得大於8%。此外要求鋁土礦石的粒度不得大於150mm。鋁土礦石不得混入泥土、石灰岩等雜物。
鋁土礦的非金屬用途主要是作耐火材料、研磨材料、化學製品及高鋁水泥的原料。鋁土礦在非金屬方面的用量所占比重雖小，但用途卻十分廣泛。例如：化學製品方面以硫酸鹽、三水合物及氯化鋁等產品可套用於造紙、淨化水、陶瓷及石油精煉方面；活性氧化鋁在化學、煉油、製藥工業上可作催化劑、觸媒載體及脫色、脫水、脫氣、脫酸、乾燥等物理吸附劑；用r-Al2O3生產的氯化鋁可供染料、橡膠、醫藥、石油等有機合成套用；玻璃組成中有3%～5%Al2O3可提高熔點、粘度、強度；研磨材料是高級砂輪、拋光粉的主要原料；耐火材料是工業部門不可缺少的築爐材料。
典型礦床
貴州鋁土礦床
修文小山壩鋁土礦礦區1957年開始勘探，累計探明鋁土礦2026.4萬噸，礦石平均品位為67.91%。1979年五龍寺礦區開始投產，礦層呈似層狀，產狀平緩，傾角5°～10°，向北東傾斜。
山西鋁土礦床
最早1960年對克俄鋁土礦床克俄礦段進行勘探，隨後又對卜家峪等礦段進行了勘探，共累計探明鋁土礦6265.6萬噸，礦石平均品位為64.36%。1986年山西鋁廠開始對孝義鋁土礦進行開採。礦石類型有緻密狀、粗糙狀和豆鮞狀三種。
河南鋁土礦床
平果鋁土礦床
該礦區面積有1750km2，在層狀礦體分布132km長的範圍內均有堆積礦石。最早1959～1961年對原生礦進行勘探。因原生礦含硫高不能利用，1974年轉對堆積礦進行勘探，前後一共累計探明鋁土礦儲量達12609.8萬t，平均品位64.69%。由於層狀礦石含硫太高(1.5%～7%)，工業尚難利用。
遵義鋁土礦床
該礦1989年進行勘探，探明儲量達1112萬噸，礦石平均品位為53.62%。礦層產出形狀複雜，無礦天窗多，含礦係數較小，約0.5左右。這些岩層原地紅土化剝蝕成鋁土物質、粘土礦物等風化殼物質於原地堆積，少部分是附近的風化殼鋁土礦物、粘土礦物由於坡積的作用略有遷移堆積而成。
蓬萊鋁土礦床
該礦床是現代紅土型鋁土礦礦床，1959～1961年進行普查勘探，1975年對羅本5、6號等9個礦體又進行了勘探，共累計探明鋁土礦儲量達2190.6萬噸，平均品位44.4%。鋁土礦分布在平緩山丘的山頂上，海拔高程約30～60m，為第三紀到第四紀的玄武岩風化紅土型三水鋁石鋁土礦礦床。
淄博王村鋁土礦
王村鋁土礦位於淄博盆地的西北部。1956年對其進行詳查，1964～1965年進行初勘和詳勘工作。1958年開始露采，1967年結束。1965年作開拓基建，1966年投產。該礦累計探明鋁土礦294.5萬噸，為一小型礦床。
開發基地
貴州是中國鋁土礦的主要產區，儲量約占全國的1/5，其中，清鎮、修文兩地的鋁土礦儲量最多、品位最高。鋁土礦加工後可用於製造水泥、耐火材料，還可以用於鋁工業、有色金屬冶煉和磨料磨具工業等。
該鋁土採掘及深加工基地依靠的清鎮麥格礦山，系貴陽耐火材料廠的礦山。2007年6月，深圳一公司成功收購政策性破產企業——貴陽耐火材料廠整體財產。按照“盤活存量、最佳化增量”的原則，該公司已投入近兩億元對清鎮麥格礦山進行開發。預計到2009年底，該公司在貴州將形成綜合生產能力40．4萬噸/年的產能，可實現銷售收入3．1億元，進而成為中國長江以南及中西南地區最大的耐火材料精加工企業。
貴陽耐火材料廠位於清鎮市麥格鄉的鋁土採掘及深加工基地開工建設。建設3條年產6萬噸高鋁熟料迴轉窯生產線，成為貴州省最大的鋁土深加工基地。貴州有望成為中國最大的鋁土礦深加工基地。
礦業簡史
中國鋁土礦的普查找礦工作最早始於1924年，當時由日本人板本峻雄等對遼寧省遼陽、山東省煙臺地區的礬土頁岩進行了地質調查。此後，日本人小貫義男等人，以及中國學者王竹泉、謝家榮、陳鴻程等先後對山東淄博地區、河北唐山和開灤地區，山西太原、西山和陽泉地區，遼寧本溪和復州灣地區的鋁土礦和礬土頁岩進行了專門的地質調查。中國南方鋁土礦的調查始於1940年，首先是邊兆祥對雲南昆明板橋鎮附近的鋁土礦進行了調查。隨後，1942～1945年，彭琪瑞、謝家榮、樂森王尋等人，先後對雲、貴、川等地鋁土礦、高鋁粘土礦進行了地質調查和系統採樣工作。總起來說，新中國成立以前的工作多屬一般性的踏勘和調查研究性質。
鋁土礦
鋁土礦真正的地質勘探工作是從新中國成立後開始的。1953～1955年間，冶金部和地質部的地質隊伍先後對山東淄博鋁土礦、河南鞏縣小關一帶鋁土礦(如竹林溝、茶店、水頭及鐘嶺等礦區)、貴州黔一帶鋁土礦(如林夕、小山壩、燕壠等礦區)、山西陽泉白家莊礦區，等等，進行了地質勘探工作。但是，由於缺少鋁土礦的勘探經驗，沒有結合中國鋁土礦的實際情況而盲目套用原蘇聯的鋁土礦規範，致使1960～1962年複審時，大部分地質勘探報告都被降了級，儲量也一下減少了許多。1958年以後，中國對鋁土礦的勘探積累了一定的經驗，在大搞銅鋁普查的基礎上，又發現和勘探了不少礦區，其比較重要的有：河南張窯院、廣西平果、山西孝義克俄、福建漳浦、海南蓬萊等等鋁土礦礦區。
中國鋁土礦的開採最早始於1911年，當時日本人首先對中國遼寧省復州灣鋁礬土礦進行開採，隨後1925～1941年又對遼寧省遼陽、山東煙臺礦區A、G兩層鋁土礦進行開採，以上開採多用作耐火材料。1941～1943年日本人對山東省淄博鋁土礦湖田和灃水礦區的田莊、紅土坡礦段進行了開採，礦石作為煉鋁原料。後來台灣鋁業公司也曾進行過小規模開採供煉鋁用。
中國鋁土礦大規模開發利用是從新國以後開始的。1954年首先恢復曾小規模開採過的山東灃水礦山。1958年以後在山東、河南、貴州等省先後建設了501、502、503三大鋁廠，為了滿足這三大鋁廠對鋁土礦的需求，在山東、河南、山西、貴州等省建成了張店鋁礦、小關鋁礦、洛陽鋁礦、修文鋁礦、清鎮鋁礦、陽泉鋁礦等鋁礦原料基地。
發展現狀
據美國礦業局《MineralCommoditySummaries》1996年資料，全世界鋁土礦儲量為230億t，儲量基礎為280億t，其中鋁土礦資源比較豐富的國家有：澳大利亞(儲量基礎79億t)、幾內亞(儲量基礎59億t)、巴西(儲量基礎29億t)、牙買加(儲量基礎20億t)、印度(儲量基礎12億t)、匈牙利(儲量基礎9億t)。中國鋁土礦的數量和質量都不及上述國家，如以A+B+C級儲量(工業儲量)和這些國家的儲量基礎相比，遠在它們之後。
整體上來看，中國鋁土礦資源較為豐富，鋁土礦保有基礎儲量在世界上居第七位，儲量在世界上居第八位。截至到2006年保有的資源儲量為27.76億噸，其中儲量5.42億噸，基礎儲量7.42億噸，資源量20.35億噸，主要分布在山西、河南、廣西、貴州4省區，其資源儲量占全國的90.9%，其中山西占41.6%、貴州占17.1%、河南16.7%、廣西占15.5%。另外，重慶、山東、雲南、河北、四川、海南等15個省市也有一定的資源儲量，但其合量僅占中國的9.1%。
1995年中國總共產鋁土礦礦石640萬t，除了有色系統的國有礦山企業外，中國鄉鎮集體礦山企業和個體採礦點也大量開採鋁土礦，但其產量不穩定。中國氧化鋁和鋁金屬的產量增長很快。1996年分別達到254.62萬t和190.07萬t，與1985年相比增長了近2.5倍和4倍。鋁材的產量增長得更快，1985年才31.00萬t，1996年增加到162.01萬t，增長35倍多(表3.9.10)。
鋁土礦主要用於氧化鋁工業和高鋁熟料行業等，2003年二者的用量幾乎相等。根據2003年主要省區鋁土礦產量中用於氧化鋁的比例，可以估算出鋁土礦資源儲量中可用於氧化鋁工業的資源儲量。
此外，考慮到氧化鋁的最佳承載能力必須立足於現實，即必須考慮高鋁熟料等行業對鋁土礦的需求。因此以鋁土礦資源部分用於氧化鋁生產的承載能力來評估各省氧化鋁的生產規模比較合適。隨著中國電解鋁規模的過度擴張，氧化鋁供應短缺矛盾日益突出，進口猛增，價格大幅上漲，產品利潤劇增。在經濟利益驅動下，河南、山西等部分擁有鋁土礦資源的省份掀起了地方建設氧化鋁企業的熱潮，據統計，河南、山西、山東等地都在大上氧化鋁廠，在建和擬建的項目有29處之多，規劃總規模達超過2000萬噸/年，加上現有氧化鋁生產規模總規模超過了3000萬噸/年。
