铝土矿

铝土矿

中国铝土矿资源丰度属中等水平，产地310处，分布于19个省(区)。总保有储量矿石22.7亿吨，居世

界第7位。山西铝资源最多，保有储量占全国储量41%；贵州、广西、河南次之，各占17%左右。铝土矿

的矿床类型主要为古风化壳型矿床和红土型铝土矿床，以前者为最重要。古风化壳型铝土矿又可分贵州

修文式、遵义式、广西平果式和河南新安式4个亚类。从成矿时代来看，古风化壳铝土矿主要产于石炭

纪和二叠纪地层之中，为一水型铝土矿。福建漳浦式红土型铝土矿为由第三系到第四系玄武岩受近代风

化作用形成的残积红土型铝矿床，为三水型铝土矿。

1.1.1铝土矿的化学组成与矿物组成

铝元素在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为7.3%,仅次于氧和硅,居第三位。而在各种金属元素中,

铝的含量居首位。铝的化学性质活泼,在自然界仅以化合物状态存在。地壳中含铝矿物总计有250多种,

其中主要的是铝硅酸盐化合物,如高岭土、霞石、云母、黏土等。另一类重要的含铝矿物是氧化铝的水

合物。目前,铝土矿是氧化铝生产最主要的矿物资源,世界上98%以上的氧化铝出自铝土矿,现在世界上只

有俄罗斯有以霞石等为原料生产氧化铝的工厂。铝土矿是一种主要由氧化铝水合物组成的矿石,氧化铝

水合物包括三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。依据上述矿物的含量可将铝土矿分为三水铝石型、一

水软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型,其中混合型包括三水铝石-一水软铝石混合型、一水软铝石-

一水硬铝石混合型铝土矿等。有的一水硬铝石型铝土矿中还含有少量刚玉。鉴别铝土矿类型的主要方法

是通过矿石的X射线衍射分析、差热分析、结晶光学分析以及矿物学形态分析等,以确定铝土矿中氧化铝

水合物的类型。

铝土矿中氧化铝含量变化很大,低的在40%以下,高者可达70%。除氧化铝外,铝土矿中所含杂质,主要是氧

化硅、氧化铁和氧化钛,此外,还含有少量或微量的钙、镁、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元

素的化合物及有机物等。镓在铝土矿中含量虽少,但在氧化铝生产过程中会逐渐在分解母液中累积,从而

可以有效地自母液中回收镓。

除了氧化铝的水合物(三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石)之外,铝土矿中还含有含硅矿物、含铁矿物

、含钛矿物、含硫矿物及碳酸盐矿物等杂质矿物。这些杂质矿物都会对氧化铝的生产过程产生不同程度

的影响。含硅矿物是铝土矿中的主要杂质矿物,一般以高岭石、伊利石、叶蜡石、鲕绿泥石及长石等铝

硅酸盐矿物形态存在,有的铝土矿中还含有石英。铝土矿中通常会有2%~4%的TiO2,以锐钛矿、金红石和

板钛矿等矿物形态存在。铁矿物也是铝土矿中存在的主要杂质,主要的含铁矿物为赤铁矿α-Fe2O3和针

铁矿α-FeO(OH)。

铝土矿的质量主要取决于其中氧化铝存在的矿物形态和有害杂质的含量,不同类型的铝土矿其拜耳法溶

出性能差别很大。衡量铝土矿的质量,一般从以下几个方面考虑[1]。

(1)铝土矿的铝硅比:铝硅比是指矿石中Al2O3含量与SiO2含量的质量比,一般用A/S表示。氧化硅是碱法(

特别是拜耳法)生产氧化铝过程中最有害的杂质,所以在矿石供应许可的情况下铝硅比越高越好。

(2)铝土矿的氧化铝含量:氧化铝含量越高,氧化铝生产过程的矿耗越低,对氧化铝生产越有利。

(3)铝土矿的矿物类型:铝土矿的矿物类型对铝土矿的拜耳法溶出性能影响很大。其中,三水铝石型铝土

矿中的氧化铝最容易被苛性碱溶液溶出,一水软铝石次之,而一水硬铝石的溶出则较难。另外,铝土矿类

型对溶出以后各湿法处理工序的技术经济指标也有一定影响,因此,铝土矿类型与氧化铝生产的技术经济

指标密切相关。

在实际应用中,评价铝土矿质量的指标,对三水铝石型铝土矿而言,主要是其中的有效氧化铝和活性氧化

硅的含量。有效氧化铝是指在一定的溶出条件下能够从矿石中溶出到溶液中的氧化铝量。活性氧化硅是

指在生产过程中能与碱反应而造成Al2O3与Na2O损失的氧化硅。在实际生产中,有效氧化铝和活性氧化硅

的含量与矿石中总的氧化铝含量和总的氧化硅含量是不同的。例如一水硬铝石在三水铝石型铝土矿的溶

出条件下不与碱溶液反应,是无法溶出的,即使它的含量高,也不能计入有效氧化铝的含量。同样,矿石中

以石英形态存在的氧化硅,在较低的溶出温度条件下是不与碱溶液反应的惰性氧化硅,也不计入活性氧化

硅之内。对一水硬铝石型铝土矿而言,通常是以其中Al2O3含量与铝硅比来判别铝土矿的质量。因为在一

水硬铝石型铝土矿的溶出条件下,铝土矿中Al2O3可看成全部是有效的Al2O3,SiO2可看成全部是活性的

SiO2。

氧化铁一般对拜耳法生产影响不大,主要是增加了赤泥量;但红土型三水铝石及一水软铝石型铝土矿中部

分铁矿物是以针铁矿和铝针铁矿的形态存在,对溶出率、赤泥沉降性能以及碱耗都有不利的影响。

矿石中其他有害杂质如硫、碳酸盐及有机物等,其含量越低越好。

1.1.2铝土矿矿石结构特点

铝土矿矿床按其成因,可分为红土型、岩溶型和齐赫文型三种主要的地质类型。红土型铝土矿形成过程

中,其母岩首先要经过红土化作用,进而沉积风化或经搬运-沉积再风化。红土型铝土矿在世界铝土矿储

量中所占的比例较大,并且大多数红土型铝土矿为地表矿床,容易露天开采,且大多数为三水铝石型铝土

矿,其开采利用率较高[2]。岩溶型铝土矿的形成主要是含铝的岩石被含有SO2-4或CO2-3等具有较强的腐

蚀分解作用的溶液分解,使岩石中的不同元素随溶液的流动而沉积到不同的方位,经风化等形成铝土矿床

。地下开采的铝土矿主要属岩溶型铝土矿。齐赫文型矿床全部由搬运了的铝土矿组成,沉积于铝硅酸盐

岩石的表面,其形成过程在沉积和保留等方面需要许多有利条件的配合,所以只能形成小型的铝土矿区。

由于成分不同及其生成地质条件的变化,铝土矿具有各种颜色和结构形状,常见有如下几种。

(1)粗糙状(土状)铝土矿:其特点是表面粗糙,一般常见颜色有灰色、灰白色、浅黄色等。

(2)致密状铝土矿:其特点是表面光滑致密,断口呈贝壳状,颜色多为灰色、青灰色,其中高岭石含量较高,

铝硅比较低。

(3)豆鲕状铝土矿:其特征是表面呈鱼子状或豆状,胶结物主要是粗糙状铝土矿,其次为致密状铝土矿,颜

色多为深灰色、灰绿色、红褐色或灰白色。豆粒或鲕粒在矿石中的比例随矿区的不同而不同。鲕粒的构

造比较复杂,一般由2~7层的同心圆组成,这些同心圆可为同一矿物,也可以是不同的矿物。鲕心的成分也