鋁土礦的筆記

一,鋁土礦的定義:鋁土礦實際上是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、二水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物,并包括高嶺石、蛋白石等多種礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱。鋁土礦床中普遍富含鎵、錯、釩、稀土、鈮、鉭、鈧、鋰、鋯和稀土等伴生元素。二，鋁土礦的類型:依據(jù)鋁土礦礦源物質(zhì)來源不同，鋁土礦基本可劃分為以下4種鋁土礦礦床類型[參考文獻:[1]廖士范，梁同榮，等.中國鋁土礦地質(zhì)學(xué)[M].貴陽：貴州科技出版社，1991.]（1） 鋁硅酸鹽古風(fēng)化殼原地堆積型鋁土礦床。該類礦床下伏基巖是細碎屑巖或基性火山巖，是由下伏基巖紅土化風(fēng)化殼原地堆積（少數(shù)為坡積）的鋁土礦床。其成礦規(guī)律是：首先與下伏基巖有過渡現(xiàn)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(guī)模大小、礦石品位貧富，取決于成礦時侵蝕間斷時間的長短及下伏基巖是否容易風(fēng)化。如果侵蝕間斷時間長，被侵蝕風(fēng)化的伏基巖多數(shù)是細碎屑巖、粘土頁巖，且只有一部分是碳酸鹽巖，這種情況下凹地較集中，形成的鋁土礦往往厚度大、規(guī)模大、礦石品質(zhì)佳，但隨之無礦天窗增多。如果被侵蝕風(fēng)化的下伏基巖是較易風(fēng)化的玄武巖，則礦層厚度及礦體規(guī)?？赡茌^大，礦石也可能較富；但如果成礦時侵蝕間斷時間過于短暫，玄武巖風(fēng)化作用不徹底，則形成的礦層厚度和規(guī)模較小，礦石品質(zhì)較差。該類礦床以遵義鋁硅酸鹽巖古風(fēng)化殼原地堆積亞型鋁土礦礦床最為典型，簡稱遵義式鋁土礦床。海南蓬萊鋁土礦亦屬于該類型鋁土礦床。（2） 含鋁、鐵、錳、硅泥質(zhì)等不純碳酸鹽巖古風(fēng)化殼原地堆積型鋁土礦床。這類礦床的鋁土礦直接覆在碳酸鹽巖的喀斯特侵蝕面上，為原地堆積，且多堆積在喀斯特溶洞、溶斗中，礦體不大（幾百米），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(xiàn)象，這種礦石質(zhì)量雖然稍貧，但礦層穩(wěn)定，厚度變化小。該類礦床以河南新安張窯院、河南鞏縣小關(guān)鋁土礦床較為典型，因而又稱新安式鋁土礦礦床或鞏縣式鋁土礦礦床，廣西貴港、武鳴等鋁土礦亦屬此類型鋁土礦床。（3） 碳酸鹽巖古風(fēng)化殼異地堆積型鋁土礦礦床。其成因與碳酸鹽巖喀斯特紅土化古風(fēng)化殼有關(guān)，鋁土礦不是原地堆積，而是從湖泊附近的紅土化風(fēng)化殼遷移過來堆積而成。由于下伏基巖是碳酸鹽巖，因此，風(fēng)化作用形成的是富鋁鈣紅土殘坡積層，一般侵蝕間斷時間越長，即風(fēng)化作用時間越長，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，礦層越厚。該類礦床以貴州修文縣小山壩鋁土礦礦床較為典型，又稱修文式鋁土礦床；其次是桂西地區(qū)（平果、靖西等）沉積層狀鋁土礦。這是我國最重要的鋁土礦類型。（4） 碳酸鹽古風(fēng)化殼原地堆積一近代喀斯特堆積型鋁土礦床。該礦床的層狀鋁土礦之上覆及下伏基巖均為石灰?guī)r，經(jīng)過第四紀(jì)喀斯特化，石灰?guī)r、鋁土礦石再風(fēng)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是：有一定規(guī)模的層狀礦體、有適宜的氣候條件、礦層上下要有較厚的石灰?guī)r，以及礦層直接頂、底板粘土頁巖較薄。該類礦床以平果巖溶堆積型鋁土礦最為典型，又稱平果式碳酸鹽巖古風(fēng)化殼原地堆積一現(xiàn)代喀斯特堆積亞型鋁土礦礦床。廖士文、梁同榮等著《中國鋁土礦地質(zhì)學(xué)》中所描述紅土型鋁土礦床，實際就是第四紀(jì)形成、沒有覆蓋層的鋁土礦床，筆者認為仍應(yīng)依礦源屬性情況歸為前述的（1）、（2）、（3）類型之一。沉積型（風(fēng)化-改造-再沉積成礦），堆積型（風(fēng)化-搬運-沉積成礦），紅土型（風(fēng)化-殘積（余）成礦）. 未詳細查閱三，鋁土礦的礦物成分簡介一水硬鋁石又名水鋁石，結(jié)構(gòu)式和分子式分別為AlO(OH)和Al2O3?H2O。斜方晶系，結(jié)晶完好者呈柱狀、板狀、鱗片狀、針狀、棱狀等。礦石中的水鋁石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5,Ta2O5,TR2O3等不同量類質(zhì)同象混入物。水鋁石溶于酸和堿，但在常溫常壓下溶解甚弱：需在高溫高壓和強酸或強堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁石形成于酸性介質(zhì)，與一水軟鋁石、赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、綠泥石、黃鐵礦等共生。其水化可變成三水鋁石，脫水可變成a剛玉，可被高嶺石、黃鐵礦、菱鐵礦、綠泥石等交代。一水軟鋁石又名勃姆石、軟水鋁石，結(jié)構(gòu)式為AlO(OH)，分子式為Al2O3?H2O。斜方晶系，結(jié)晶完好者呈菱形體、棱面狀、棱狀、針狀、纖維狀和六角板狀。礦石中的一水軟鋁石常含F(xiàn)e2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等類質(zhì)同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質(zhì)，主要產(chǎn)在沉積鋁土礦中，其特征是與菱鐵礦共生。它可被一水硬鋁石、三水鋁石、高嶺石等交代，脫水可轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石和a剛玉，水化可變成三水鋁石。三水鋁石又名水鋁氧石、氫氧鋁石，結(jié)構(gòu)式Al(OH)，分子式為Al2O3?3H2O。單斜晶系，結(jié)晶完好者呈六角板狀、棱鏡狀，常有呈細晶狀集合體或雙晶，礦石中三水鋁石多呈不規(guī)則狀集合體，均含有不同量的TiO2、SiO2、Fe2O3、Nb2O5、Ta2O5、Ga2O3等類質(zhì)同象或機械混入物。三水鋁石溶于酸和堿，其粉末加熱到100°C經(jīng)2h即可完全溶解。該礦物形成于酸性介質(zhì)，在風(fēng)化殼礦床中三水鋁石是原生礦物，也是主要礦石礦物，與高嶺石、針鐵礦、赤鐵礦、伊利石等共生。三水鋁石脫水可變成一水軟鋁石、一水硬鋁石和a剛玉，可被高嶺石、多水高嶺石等交代。鋁土礦石類型的轉(zhuǎn)換三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石是水鋁石3種不同的物相，水熱法試驗表明，三水鋁石在較低溫度和壓力條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石，隨環(huán)境溫度、壓力增大，進而轉(zhuǎn)化為一水硬鋁石，更高溫度和壓力時，一水硬鋁石則完全失水成為剛玉[參考文獻㈣楊重愚.輕金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.]另，常壓、無水加熱時，三水鋁石在140?200C亦可脫水依次轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石、一水硬鋁石。由三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石在較高溫、高壓條件下的相變換過程屬于單向非可逆變換，即它們不會因為溫度和壓力的降低而使一水軟鋁石轉(zhuǎn)化為三水鋁石，或一水硬鋁石轉(zhuǎn)化為一水軟鋁石，以及剛玉轉(zhuǎn)化為一水硬鋁石。但當(dāng)存在酸性物質(zhì)時，一水硬鋁石和一水軟鋁石以及鋁硅酸鹽等將會生成鋁鹽，隨酸性變?nèi)?，鋁鹽進而水解成為微溶、膠狀的Al(OH)3,并又重新凝聚成為三水鋁石，在這個過程中主要為化學(xué)或生物作用的結(jié)果。因而在自然界中，三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石會不斷呈單向、多環(huán)、非可逆地變化。如桂西地區(qū)第四系含鋁土礦堆積層中，塊狀和粒狀鋁土礦石的一水硬鋁石、三水鋁石的含量分別為48%?72%和V2%，而含鋁土礦堆積層中的粘土中則普遍含有較高成分的三水鋁石，尤其是堆積鋁土礦層的底板粘土，三水鋁石成分高達8%?12%，這是由于一水硬鋁石在弱酸性環(huán)境下不斷生成鋁鹽進而轉(zhuǎn)化為三水鋁石的結(jié)果。鋁鹽和膠狀的Al(OH)3均具易流動性，因而容易在低洼處(如湖泊、瀉湖)富集形成鋁土巖層或鋁土礦床國外鋁土礦礦石主要是三水鋁石型，次為一水軟鋁石型，而一水硬鋁石型鋁土礦極少。但我國則主要是一水硬鋁石型鋁土礦，三水鋁石型鋁土礦極少.國外的三水鋁石型鋁土礦具高鋁、低硅、高鐵的特點，礦石質(zhì)量好，適合耗能低的拜耳法處理。我國的一水硬鋁石型鋁土礦，總體特征是高鋁、高硅、低硫低鐵、中低鋁硅比，礦石質(zhì)量差，加工難度大，氧化鋁生產(chǎn)多用耗能高的聯(lián)合法.四，鋁土礦的化學(xué)成分:化學(xué)成分主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O+，五者總量占成分的95%以上，一般>98%，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有機質(zhì)、碳質(zhì)等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。Al2O3主要賦存于鋁礦物一一水鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石中，其次賦存于硅礦物中（主要是高嶺石類礦物）。在內(nèi)生條件下，由于有二氧化硅的廣泛存在，Al2O3與SiO2常緊密結(jié)合成各類鋁硅酸礦物，這些礦物一般鋁硅比小于1，而工業(yè)上對鋁礦石一般要求Al2O3A40%，Al/Si>1.8?2.6，因此內(nèi)生條件下很少形成工業(yè)鋁礦床。鋁土礦礦石含有鎵、釩、鈮、鉭、鈦、鈰及放射性元素等有用組分，這些有價值的伴生組分可綜合回收。而礦石中的硫、CO2、MgO、P2O5則是有害組分，不利于鋁的冶煉回收。鋁土礦的應(yīng)用鋁是僅次于鋼鐵的第二重要金屬，是具有極高經(jīng)濟價值的礦產(chǎn)資源。據(jù)統(tǒng)計，我國鋁土礦資源較缺乏，現(xiàn)有鋁土礦保有儲量為5.3億噸，僅占世界儲量的2.3%，礦石保障程度不過十幾年.前人早已認識到這這些伴生元素的重要性，但研究程度仍較低，僅發(fā)現(xiàn)這些元素在鋁土礦床中富集，缺乏對鋁土礦中這些伴生元素的賦存狀態(tài)、分布規(guī)律、控制因素和規(guī)模等系統(tǒng)研究，一旦解決上述問題，并結(jié)合合理的工業(yè)技術(shù)，不僅可為我國稀有金屬元素提供戰(zhàn)略基地，同時也能為鋁工業(yè)注入新的活力，增加新的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟增長點，使其實現(xiàn)持續(xù)高效發(fā)展，建立節(jié)約型社會。更重要的是礦產(chǎn)資源是一種有限的不可再生的資源，礦產(chǎn)資源的綜合利用將成為今后某些金屬的重要來源。它的應(yīng)用領(lǐng)域有金屬和非金屬兩個方面。鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其用量占世界鋁土礦總產(chǎn)量的90%以上。鋁土礦的非金屬用途主要是作耐火材料、研磨材料、化學(xué)制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(xué)制品方面以硫酸鹽、三水合物及氯化鋁等產(chǎn)品可應(yīng)用于造紙、凈化水、陶瓷及石油精煉方面；活性氧化鋁在化學(xué)、煉油、制藥工業(yè)上可作催化劑、觸媒載體及脫色、脫水、脫氣、脫酸、干燥等物理吸附劑；用r-Al2O3生產(chǎn)的氯化鋁可供染料、橡膠、醫(yī)藥、石油等有機合成應(yīng)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(yè)部門不可缺少的筑爐材料。金屬鋁是世界上僅次于鋼鐵的第二重要金屬，1995年世界人均消費量達到3.29kg。由于鋁具有比重小、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、易于機械加工及其他許多優(yōu)良性能，因而廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各部門。目前，全世界用鋁量最大的是建筑、交通運輸和包裝部門，占鋁總消費量的60%以上。鋁是電器工業(yè)、飛機制造工業(yè)、機械工業(yè)和民用器具不可缺少的原材料鋁土礦的成因（一）鋁土礦的成礦機理加里東構(gòu)造運動使華北地臺上升為陸，表面巨厚的寒武、奧陶系碳酸鹽巖遭受風(fēng)化侵蝕及夷平作用.至中石炭世接受沉積前已準(zhǔn)平原化，陸源碎屑物被帶到準(zhǔn)平原內(nèi)，準(zhǔn)平原上形成厚大的鈣紅土風(fēng)化殼物質(zhì)。鈣紅土經(jīng)長達1.4億年風(fēng)化淋濾，易溶組分淋失，形成富鋁、鐵、硅及稀有、稀土元素（被粘土礦物吸附）的風(fēng)化殼。此時風(fēng)化殼中的鋁硅礦物，已由蒙脫石、水云母轉(zhuǎn)變至高嶺石:三水鋁石階段，并在其中部分形成三水鋁石型鋁土礦，其實質(zhì)是雛型風(fēng)化殼型鋁土礦礦床。山西鋁土礦形成于海面沉降初期大規(guī)模海侵前的海泛作用之后。海泛使沉積區(qū)形成陸表海，并將準(zhǔn)平原上的風(fēng)化殼物質(zhì)沖刷懸浮，帶到古陸、古島邊緣沉積盆地中分異沉積，形成側(cè)向或垂向共生的山西式鐵礦，硫鐵礦、鋁土礦、粘土礦四種同源沉積礦產(chǎn)。沉積盆地原為準(zhǔn)平原上的湖泊或沼澤，時處成煤時代早期，陸生和水生植物發(fā)育，水介質(zhì)具較強的酸性；海泛的海水對這種酸性水雖有一定中和，但所有的鋁土礦成礦盆地均處于封閉一半封閉狀態(tài)，與其外陸表海水體對流近于斷絕，水中的有機質(zhì)分解的有機酸重新使水體具較強的酸性。沉積盆地粗略分為湖柵相（淺一中深湖相）和湖心（深湖）相，其成礦作用各不相同。湖棚相介質(zhì)呈弱一中酸性、氧化?弱還原環(huán)境，沉積作用以顆粒沉積為主，沉積物溶解再化學(xué)沉積為輔。沉積物中的鐵質(zhì)顆粒因比重太、粒較粗首先沉積，其成分為褐鐵礦易被酸性水溶解，于氧化和弱還原環(huán)境中分別沉積為赤鐵礦型和菱鐵礦型山西式鐵礦；鋁土和粘土質(zhì)微粒因粒度和比重小而緩慢沉積，并在沉積中進一步被酸性水水浸脫硅而礦物轉(zhuǎn)變，當(dāng)微粒中的高嶺石大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿X石時，便沉積為鋁土礦.（二）、鋁土礦的成礦規(guī)律沉積鋁土成礦除物源、搬運及補給方式外，主要取決于成礦古地理及環(huán)境，歸納起來主要以下幾個方面：1、 成礦于古陸、古島邊緣的成礦盆地：沉積鋁土礦的形成主要取決沉積成礦作用，要求在沉積過程中對以高嶺石等粘土礦物為主的沉積物進一步脫硅改造，因此要求封閉一■半封閉的成礦環(huán)境；只有古陸，古島邊緣的湖泊、沼澤、瀉湖和港灣才能達到這一環(huán)境要求。這是全國喀斯特鋁土礦均沿占陸、古島邊緣分布的根本原因；山西鋁土礦均形成于各古陸、古島邊緣的各成礦盆地中。2、 盆地的封閉性越好越有利于鋁土礦成礦，盆地的封閉性作用有二：其一，封閉性好的盆地與其外陸表海水體對流斷絕，使成礦介質(zhì)保持較強的酸性，有利于沉積物的水浸脫硅向鋁礦物轉(zhuǎn)變，所形成鋁土礦品位高、質(zhì)量好；如黔中成礦盆地外有廣順屏障島、豫西成礦盆地外有篙箕屏障島，是國內(nèi)封閉性最好的大型鋁土礦成礦盆地，所形成的鋁土礦品位高，富礦比例大；就稀有、稀土元素而言，鋁土礦的品位越高其中所含鋁礦物越多，所需為之轉(zhuǎn)變的粘土礦物越多。粘土礦物所攜的稀有、稀土元素總量越大，其伴生的品位亦越高。其二：盆地的封閉性越好，海泛海水在盆地中形成越強勁的避流，迥流的離心作用把水中越多的礦物質(zhì)拋向其外側(cè)，在盆地斜坡成礦，使所形成鋁土礦厚度和儲量大：反之封閉性越差，海泛海水不能形成迥流，水中的成礦物質(zhì)易被帶走：如山西封閉性最好的汾西次級盆地（屬霍西盆地）西坡（孝義?交口）在長60公矍，寬15公里面積內(nèi)，形成大、中型鋁土礦床35個，有D級以上鋁土礦儲量4億噸，E級遠景繼量3.70億噸，糙土礦儲量1.80億噸，從礦量規(guī)模面論應(yīng)為巨型鋁士礦成礦帶，成礦控制因素之一是盆地的封閉性好：又如汾西盆地南部的鄉(xiāng)寧盆地，為向西南大開放型盆地，僅在其西坡鄉(xiāng)寧縣的光華鎮(zhèn)形成少量低品位鋁士礦3、 成礦盆地的斜坡越開緩越有利于鋁土礦的形成，反之不然；盆地斜坡越開緩可越多接受海泛迥流外側(cè)的成礦物質(zhì)，越有利于成礦，相反盆地斜坡越陡窄，成礦物質(zhì)越不易保存和成礦。如汾西盆地西坡為巨大的呂粱古陸的開緩的斜坡。接受了迥流外側(cè)大量的成礦物質(zhì)，此也是在其中形成巨大的鋁土礦礦帶的原因之一。又如寧武一靜樂盆地西坡陡窄無鋁土礦及伴生元素礦產(chǎn)形成：東坡也較陡所形成的礦床以中小型為主。4、成礦盆地旁側(cè)的吉陸規(guī)模越大,越有利于成礦，反之，越不利于成礦；成礦盆地旁的古陸、古島規(guī)模越大所能補給的成礦物質(zhì)越多，越有利于成礦：反之補給的物質(zhì)少不利成礦。如汾西盆地西坡形成巨大鋁土礦帶，也與旁側(cè)巨大呂粱古陸大量的成礦物質(zhì)補給有關(guān)。又如沁源盆地西坡礦帶因西側(cè)霍山古島規(guī)模小，補給的成礦物質(zhì)有