话说找铝矿

刘继顺

2008-07-26

铝元素发现于1825年。其时，丹麦物理学家H.C.奥尔斯德(H.C.Oersted)利用钾汞齐与氯化铝反应，得到铝汞齐，再用蒸馏法除去汞，第一次制得了金属铝。1854年法国科学家H.Sainte Claire Diwill创立了钠法化学法，1865年俄国物理化学家H.H.别凯托夫创立了镁法化学法，用于金属铝的生产。1855年法国便用化学法开始了铝的工业生产。

铝土矿（又名铝矾土矿）的发现于1821年，明显早于铝元素的发现。当时误将铝土矿认为一种新矿物。1873年，法国率先开采铝土矿，且于1894年采用拜耳法，由铝土矿生产氧化铝，生产规模仅1吨/日。到1900年，法意美等国有少量铝土矿开采，年产量不过9万吨。1950年，全世界金属铝的产量已达151万吨，1996年增至2092万吨。至今铝已成为仅次于钢铁的第二重要金属。

铝属亲石亲氧元素，系地壳中分布最广的元素之一，在自然界中以氧化物、氢氧化物和含氧的硅酸盐存在。自然铝罕见，仅在俄罗斯西伯利亚暗色岩中见及。已知的含铝矿物有258种，常见的约43种。自然界，不存在单矿物组成的铝矿床。铝矿床都是复矿物矿床，且混有杂质。用于提取金属铝的原料主要是由一水硬铝石、一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿，也有用霞石、明矾石、硫磷铝锶矿回收氧化铝的。

一水硬铝石又名水铝石，结构式AlO(OH)，分子式为Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质，与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石，脱水可变成α刚玉，可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等交代。

一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为AlO(OH)，分子式为Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石 中的一水软铝石常含Fe2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代，脱水可转变成一水硬铝石和α刚玉，水化可变成三水铝石。

三水铝石又名水铝氧石、氢氧铝石，结构式Al(OH)，分子式为Al2O3·3H2O。单斜晶系，结晶完好者呈六角板状、棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，均含有不同量的TiO2、SiO2、Fe2O3、Nb2O5、Ta2O5、Ga2O3等类质同象或机械混入物。三水铝石溶于酸和碱，其粉末加热到100℃经2小时即可完全溶解。该矿物形成于酸性介质，在风化壳矿床中三水铝石是原生矿物，也是主要矿石矿物，与高岭石、针铁矿、赤铁矿、伊利石等共生。三水铝石脱水可变成一水软铝石、一水硬铝石和α刚玉，可被高岭石、多水高岭石等交代。

铝土矿主要由Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和H2O＋所组成，其总量占成分的95%以上，一般＞98%，次为S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，Ga、Ge、Nb、Ta、REE、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等量微。Al2O3主要赋存于铝矿物—水铝石、一水软铝石、三水铝石中，其次赋存于硅酸盐矿物中(高岭石类矿物)。

在内生条件下，因SiO2广泛存在，Al2O3与SiO2常紧密结合，形成各类铝硅酸矿物，这些矿物一般铝硅比小于1，而工业上对铝矿石一般要求Al2O3≥40%，Al/Si＞1.8～2.6，因此内生条件下很少形成工业铝矿床。

已发现的铝土矿床均是在表生条件下形成的，有风化-残积型 (红土型铝土矿)、堆积型和沉积型铝土矿。红土型铝土矿是含铝母岩在湿热气候条件下，具排泄良好的有利地形(如残丘、低山和台地)，在水、CO2和生物等作用下，风化分解，母岩中易溶物质K、Na、Ca、Mg和SiO2等被淋失排出，活动性小的物质Al、Fe、Ti残留于原地，形成红土型铝土矿。堆积型铝土矿是含铝岩石、红土风化壳或已形成的红土矿床，在重力、水和自然酸（硫酸、碳酸、有机酸)等作用下，经机械的或化学的风化、剥蚀、搬运等作用，于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或滨海泻湖、局限海盆内堆积而成，在水介质环境中则形成沉积铝土矿。

铝土矿矿石常含有镓、钒、钽、钛、铈用放射性元素等有有组分，这些有价值的伴生组分可综合回收。而矿石中的硫、CO2、MgO、P2O5则为有害组分，不利于铝的冶炼回收。

根据含铝矿物的种类和数量，可将铝土矿划分为：三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型。国外铝土矿矿石大多为三水铝石型，次为一水软铝石型，而一水硬铝石型铝土矿极少。中国则以一水硬铝石型铝土矿为主，三水铝石型铝土矿极少。

三水铝石型铝土矿具高铝、低硅、高铁的特点，矿石质量好，适合耗能低的拜耳法处理。一水硬铝石型铝土矿，总体特征是高铝、高硅、低硫低铁、中低铝硅比，矿石质量差，加工难度大，氧化铝生产多用耗能高的联合法。

不同氧化铝生产方法对矿石质量的要求有所不同：

1)烧结法：要求Al2O3/SiO2为3～5(或3.5左右)，Fe2O3＜10%。水分不得大于7%，矿石的粒度不得大于150mm，不得混入泥土、石灰岩等高钙高铁等杂物。

2)拜耳法：一般要求Al2O3＞65%，Al2O3/SiO2＞7。氧化铁在拜耳法流程中不与碱起反应，只是铁高赤泥量大，赤泥洗涤复杂，易造成碱和氧化铝的机械损失，但不宜有铝针铁矿。

3）联合法：混联法，即在拜耳法的赤泥中添加部分低品级矿石提高烧结法的铝硅比，一般要求Al2O3＞60%，Al2O3/SiO2为5～7，Fe2O3＜10%。对氧化铝生产而言，硫是很有害的杂质。

用作研磨材料的铝土矿，要求含Al2O3高、铁和钛低，一般要求Al2O3 ≥70%，Fe2O3 ≤5%，TiO2 ≤4.5%，CaO+MgO≤1.0%，Al2O3/SiO2≥12。作高铝水泥原料的铝土矿石必须：Fe2O3 ＜2.5%,TiO2＜3.5%,R2O(一价金属氧化物)＜1.0%,MgO＜1.0%。

作耐火材料的铝土矿是指煅烧后Al2O3>=48%、而含Fe2O3较低的铝土矿。高铝铝土矿熟料是经煅烧的铝土矿，熟料应为灰白浅黄及深灰色，主要用于高铝质耐火材料，也可用来制作电熔棕刚玉。 高铝铝土矿熟料是按AL2O3含量及Fe2O3、TiO2、CaO+MgO、K2O+Na2O等杂质含量和熟料体积密度与吸水等项指标来分级的。

铝土矿的找矿标志：

1、外貌与粘土岩相似，但与粘土岩相比，岩性致密，硬度较大（一水硬铝石6.5-7，一水软铝石3.5，三水铝石2.5-3.5），密度较大（一水硬铝石3.2-3.5，一水软铝石3.01-3.46，三水铝石2.3-2.43），无可塑性。

2、颜色为白色、灰白色、微黄的白色，黄褐色、灰绿色、浅红或无色，颜色与所含杂质有关。

3、玻璃光泽，解理面珍珠光泽，贝壳状断口，性脆，条痕白色。

4、隐晶质块状，鳞片状，胶状，放射纤维状，皮壳状，钟乳状，鲕状，豆状，球粒状结核。

5、三水铝石具泥土臭味。

6、常与现代岩溶面或古岩溶面有关。

7、红土型铝土矿主要分布于赤道附近的热带、亚热带地区，与近代红土风化壳有关，时代主要为第三纪，次为中生代。风化母岩主要为1）玄武岩；2）花岗岩，闪长岩，霞石正长岩；3）古老变质岩中的片麻岩，片岩，千枚岩和变质玄武岩，花岗岩；4）各类碎屑岩；5）碳酸盐岩。

8、沉积型铝土矿往往发育在海相碳酸盐岩区，产于碳酸盐岩系中，具有一定的层位，含铝层位从泥盆纪至新生代均有，但主要产于石炭系、白垩系和第三系中。亦见于新生代陆相沉积岩中，分布在古风化壳红土中，与下伏围岩不整合接触，而与上覆的湖相粘土岩、河流相砂岩整合接触。