铝土矿的笔记

一,铝土矿的定义:铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、二水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物,并包括高岭石、蛋白石等多种矿物所组成的矿石的统称。铝土矿床中普遍富含镓、错、钒、稀土、铌、钽、钪、锂、锆和稀土等伴生元素。二，铝土矿的类型:依据铝土矿矿源物质来源不同，铝土矿基本可划分为以下4种铝土矿矿床类型[参考文献:[1]廖士范，梁同荣，等.中国铝土矿地质学[M].贵阳：贵州科技出版社，1991.]（1） 铝硅酸盐古风化壳原地堆积型铝土矿床。该类矿床下伏基岩是细碎屑岩或基性火山岩，是由下伏基岩红土化风化壳原地堆积（少数为坡积）的铝土矿床。其成矿规律是：首先与下伏基岩有过渡现象，与上覆地层有侵蚀间断面，因此厚度变化大，无矿天窗较多；其次，矿层厚度及矿体规模大小、矿石品位贫富，取决于成矿时侵蚀间断时间的长短及下伏基岩是否容易风化。如果侵蚀间断时间长，被侵蚀风化的伏基岩多数是细碎屑岩、粘土页岩，且只有一部分是碳酸盐岩，这种情况下凹地较集中，形成的铝土矿往往厚度大、规模大、矿石品质佳，但随之无矿天窗增多。如果被侵蚀风化的下伏基岩是较易风化的玄武岩，则矿层厚度及矿体规模可能较大，矿石也可能较富；但如果成矿时侵蚀间断时间过于短暂，玄武岩风化作用不彻底，则形成的矿层厚度和规模较小，矿石品质较差。该类矿床以遵义铝硅酸盐岩古风化壳原地堆积亚型铝土矿矿床最为典型，简称遵义式铝土矿床。海南蓬莱铝土矿亦属于该类型铝土矿床。（2） 含铝、铁、锰、硅泥质等不纯碳酸盐岩古风化壳原地堆积型铝土矿床。这类矿床的铝土矿直接覆在碳酸盐岩的喀斯特侵蚀面上，为原地堆积，且多堆积在喀斯特溶洞、溶斗中，矿体不大（几百米），但厚度较大（40〜60m）。如果侵蚀间断时间短暂，一般只形成钙红土残积层，略有迁移搬运现象，这种矿石质量虽然稍贫，但矿层稳定，厚度变化小。该类矿床以河南新安张窑院、河南巩县小关铝土矿床较为典型，因而又称新安式铝土矿矿床或巩县式铝土矿矿床，广西贵港、武鸣等铝土矿亦属此类型铝土矿床。（3） 碳酸盐岩古风化壳异地堆积型铝土矿矿床。其成因与碳酸盐岩喀斯特红土化古风化壳有关，铝土矿不是原地堆积，而是从湖泊附近的红土化风化壳迁移过来堆积而成。由于下伏基岩是碳酸盐岩，因此，风化作用形成的是富铝钙红土残坡积层，一般侵蚀间断时间越长，即风化作用时间越长，形成的残坡积富铝钙红土层越多、越厚，生成的铝土矿物越多、粘土矿物越少，矿石品位越富，矿层越厚。该类矿床以贵州修文县小山坝铝土矿矿床较为典型，又称修文式铝土矿床；其次是桂西地区（平果、靖西等）沉积层状铝土矿。这是我国最重要的铝土矿类型。（4） 碳酸盐古风化壳原地堆积一近代喀斯特堆积型铝土矿床。该矿床的层状铝土矿之上覆及下伏基岩均为石灰岩，经过第四纪喀斯特化，石灰岩、铝土矿石再风化成钙红土及铝土矿石碎块坠落成堆积矿石。这类堆积矿的形成条件是：有一定规模的层状矿体、有适宜的气候条件、矿层上下要有较厚的石灰岩，以及矿层直接顶、底板粘土页岩较薄。该类矿床以平果岩溶堆积型铝土矿最为典型，又称平果式碳酸盐岩古风化壳原地堆积一现代喀斯特堆积亚型铝土矿矿床。廖士文、梁同荣等著《中国铝土矿地质学》中所描述红土型铝土矿床，实际就是第四纪形成、没有覆盖层的铝土矿床，笔者认为仍应依矿源属性情况归为前述的（1）、（2）、（3）类型之一。沉积型（风化-改造-再沉积成矿），堆积型（风化-搬运-沉积成矿），红土型（风化-残积（余）成矿）. 未详细查阅三，铝土矿的矿物成分简介一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlO(OH)和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浓度下才能完全分解。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a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a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°C经2h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a刚玉，可被高岭石、多水高岭石等交代。铝土矿石类型的转换三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石是水铝石3种不同的物相，水热法试验表明，三水铝石在较低温度和压力条件下可以转变为一水软铝石，随环境温度、压力增大，进而转化为一水硬铝石，更高温度和压力时，一水硬铝石则完全失水成为刚玉[参考文献㈣杨重愚.轻金属冶金学[M].北京：冶金工业出版社，2004.]另，常压、无水加热时，三水铝石在140〜200C亦可脱水依次转变为一水软铝石、一水硬铝石。由三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石在较高温、高压条件下的相变换过程属于单向非可逆变换，即它们不会因为温度和压力的降低而使一水软铝石转化为三水铝石，或一水硬铝石转化为一水软铝石，以及刚玉转化为一水硬铝石。但当存在酸性物质时，一水硬铝石和一水软铝石以及铝硅酸盐等将会生成铝盐，随酸性变弱，铝盐进而水解成为微溶、胶状的Al(OH)3,并又重新凝聚成为三水铝石，在这个过程中主要为化学或生物作用的结果。因而在自然界中，三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石会不断呈单向、多环、非可逆地变化。如桂西地区第四系含铝土矿堆积层中，块状和粒状铝土矿石的一水硬铝石、三水铝石的含量分别为48%〜72%和V2%，而含铝土矿堆积层中的粘土中则普遍含有较高成分的三水铝石，尤其是堆积铝土矿层的底板粘土，三水铝石成分高达8%〜12%，这是由于一水硬铝石在弱酸性环境下不断生成铝盐进而转化为三水铝石的结果。铝盐和胶状的Al(OH)3均具易流动性，因而容易在低洼处(如湖泊、泻湖)富集形成铝土岩层或铝土矿床国外铝土矿矿石主要是三水铝石型，次为一水软铝石型，而一水硬铝石型铝土矿极少。但我国则主要是一水硬铝石型铝土矿，三水铝石型铝土矿极少.国外的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。我国的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.四，铝土矿的化学成分:化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O+，五者总量占成分的95%以上，一般>98%，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。Al2O3主要赋存于铝矿物一一水铝石、一水软铝石、三水铝石中，其次赋存于硅矿物中（主要是高岭石类矿物）。在内生条件下，由于有二氧化硅的广泛存在，Al2O3与SiO2常紧密结合成各类铝硅酸矿物，这些矿物一般铝硅比小于1，而工业上对铝矿石一般要求Al2O3A40%，Al/Si>1.8〜2.6，因此内生条件下很少形成工业铝矿床。铝土矿矿石含有镓、钒、铌、钽、钛、铈及放射性元素等有用组分，这些有价值的伴生组分可综合回收。而矿石中的硫、CO2、MgO、P2O5则是有害组分，不利于铝的冶炼回收。铝土矿的应用铝是仅次于钢铁的第二重要金属，是具有极高经济价值的矿产资源。据统计，我国铝土矿资源较缺乏，现有铝土矿保有储量为5.3亿吨，仅占世界储量的2.3%，矿石保障程度不过十几年.前人早已认识到这这些伴生元素的重要性，但研究程度仍较低，仅发现这些元素在铝土矿床中富集，缺乏对铝土矿中这些伴生元素的赋存状态、分布规律、控制因素和规模等系统研究，一旦解决上述问题，并结合合理的工业技术，不仅可为我国稀有金属元素提供战略基地，同时也能为铝工业注入新的活力，增加新的产业和经济增长点，使其实现持续高效发展，建立节约型社会。更重要的是矿产资源是一种有限的不可再生的资源，矿产资源的综合利用将成为今后某些金属的重要来源。它的应用领域有金属和非金属两个方面。铝土矿是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。铝土矿的非金属用途主要是作耐火材料、研磨材料、化学制品及高铝水泥的原料。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小，但用途却十分广泛。例如：化学制品方面以硫酸盐、三水合物及氯化铝等产品可应用于造纸、净化水、陶瓷及石油精炼方面；活性氧化铝在化学、炼油、制药工业上可作催化剂、触媒载体及脱色、脱水、脱气、脱酸、干燥等物理吸附剂；用r-Al2O3生产的氯化铝可供染料、橡胶、医药、石油等有机合成应用；玻璃组成中有3%〜5%Al2O3可提高熔点、粘度、强度；研磨材料是高级砂轮、抛光粉的主要原料；耐火材料是工业部门不可缺少的筑炉材料。金属铝是世界上仅次于钢铁的第二重要金属，1995年世界人均消费量达到3.29kg。由于铝具有比重小、导电导热性好、易于机械加工及其他许多优良性能，因而广泛应用于国民经济各部门。目前，全世界用铝量最大的是建筑、交通运输和包装部门，占铝总消费量的60%以上。铝是电器工业、飞机制造工业、机械工业和民用器具不可缺少的原材料铝土矿的成因（一）铝土矿的成矿机理加里东构造运动使华北地台上升为陆，表面巨厚的寒武、奥陶系碳酸盐岩遭受风化侵蚀及夷平作用.至中石炭世接受沉积前已准平原化，陆源碎屑物被带到准平原内，准平原上形成厚大的钙红土风化壳物质。钙红土经长达1.4亿年风化淋滤，易溶组分淋失，形成富铝、铁、硅及稀有、稀土元素（被粘土矿物吸附）的风化壳。此时风化壳中的铝硅矿物，已由蒙脱石、水云母转变至高岭石:三水铝石阶段，并在其中部分形成三水铝石型铝土矿，其实质是雏型风化壳型铝土矿矿床。山西铝土矿形成于海面沉降初期大规模海侵前的海泛作用之后。海泛使沉积区形成陆表海，并将准平原上的风化壳物质冲刷悬浮，带到古陆、古岛边缘沉积盆地中分异沉积，形成侧向或垂向共生的山西式铁矿，硫铁矿、铝土矿、粘土矿四种同源沉积矿产。沉积盆地原为准平原上的湖泊或沼泽，时处成煤时代早期，陆生和水生植物发育，水介质具较强的酸性；海泛的海水对这种酸性水虽有一定中和，但所有的铝土矿成矿盆地均处于封闭一半封闭状态，与其外陆表海水体对流近于断绝，水中的有机质分解的有机酸重新使水体具较强的酸性。沉积盆地粗略分为湖栅相（浅一中深湖相）和湖心（深湖）相，其成矿作用各不相同。湖棚相介质呈弱一中酸性、氧化〜弱还原环境，沉积作用以颗粒沉积为主，沉积物溶解再化学沉积为辅。沉积物中的铁质颗粒因比重太、粒较粗首先沉积，其成分为褐铁矿易被酸性水溶解，于氧化和弱还原环境中分别沉积为赤铁矿型和菱铁矿型山西式铁矿；铝土和粘土质微粒因粒度和比重小而缓慢沉积，并在沉积中进一步被酸性水水浸脱硅而矿物转变，当微粒中的高岭石大部分转变为三水铝石时，便沉积为铝土矿.（二）、铝土矿的成矿规律沉积铝土成矿除物源、搬运及补给方式外，主要取决于成矿古地理及环境，归纳起来主要以下几个方面：1、 成矿于古陆、古岛边缘的成矿盆地：沉积铝土矿的形成主要取决沉积成矿作用，要求在沉积过程中对以高岭石等粘土矿物为主的沉积物进一步脱硅改造，因此要求封闭一■半封闭的成矿环境；只有古陆，古岛边缘的湖泊、沼泽、泻湖和港湾才能达到这一环境要求。这是全国喀斯特铝土矿均沿占陆、古岛边缘分布的根本原因；山西铝土矿均形成于各古陆、古岛边缘的各成矿盆地中。2、 盆地的封闭性越好越有利于铝土矿成矿，盆地的封闭性作用有二：其一，封闭性好的盆地与其外陆表海水体对流断绝，使成矿介质保持较强的酸性，有利于沉积物的水浸脱硅向铝矿物转变，所形成铝土矿品位高、质量好；如黔中成矿盆地外有广顺屏障岛、豫西成矿盆地外有篙箕屏障岛，是国内封闭性最好的大型铝土矿成矿盆地，所形成的铝土矿品位高，富矿比例大；就稀有、稀土元素而言，铝土矿的品位越高其中所含铝矿物越多，所需为之转变的粘土矿物越多。粘土矿物所携的稀有、稀土元素总量越大，其伴生的品位亦越高。其二：盆地的封闭性越好，海泛海水在盆地中形成越强劲的避流，迥流的离心作用把水中越多的矿物质抛向其外侧，在盆地斜坡成矿，使所形成铝土矿厚度和储量大：反之封闭性越差，海泛海水不能形成迥流，水中的成矿物质易被带走：如山西封闭性最好的汾西次级盆地（属霍西盆地）西坡（孝义〜交口）在长60公矍，宽15公里面积内，形成大、中型铝土矿床35个，有D级以上铝土矿储量4亿吨，E级远景继量3.70亿吨，糙土矿储量1.80亿吨，从矿量规模面论应为巨型铝士矿成矿带，成矿控制因素之一是盆地的封闭性好：又如汾西盆地南部的乡宁盆地，为向西南大开放型盆地，仅在其西坡乡宁县的光华镇形成少量低品位铝士矿3、 成矿盆地的斜坡越开缓越有利于铝土矿的形成，反之不然；盆地斜坡越开缓可越多接受海泛迥流外侧的成矿物质，越有利于成矿，相反盆地斜坡越陡窄，成矿物质越不易保存和成矿。如汾西盆地西坡为巨大的吕粱古陆的开缓的斜坡。接受了迥流外侧大量的成矿物质，此也是在其中形成巨大的铝土矿矿带的原因之一。又如宁武一静乐盆地西坡陡窄无铝土矿及伴生元素矿产形成：东坡也较陡所形成的矿床以中小型为主。4、成矿盆地旁侧的吉陆规模越大,越有利于成矿，反之，越不利于成矿；成矿盆地旁的古陆、古岛规模越大所能补给的成矿物质越多，越有利于成矿：反之补给的物质少不利成矿。如汾西盆地西坡形成巨大铝土矿带，也与旁侧巨大吕粱古陆大量的成矿物质补给有关。又如沁源盆地西坡矿带因西侧霍山古岛规模小，补给的成矿物质有