铝矾土

一、铝土矿基础知识

产品概念

实际上是指工业上能利用的,以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。铝土矿的应用领域有金属和非金属两个方面,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。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小,但用途却十分广泛。

主要成分

三水铝石(GibbsiteAl(OH)3是铝的氢氧化物矿物,在铝土矿中它是主要的成分。三水铝石的晶体极细小,晶体聚集在一起成结核状、豆状或土状,一般为白色,有玻璃光泽,如果含有杂质则发红色。它们主要是长石等含铝矿物风化后产生的次生矿物。化学组成为Al(OH)3﹑晶体属单斜晶系P21/n空间群的氢氧化物矿物。与拜三水铝石(bayerite)和诺三水铝石(nordstrandite)成同质多象。旧称三水铝矿或水铝氧石。以矿物收藏家C.G.吉布斯(Gibbs)的姓于1822年命名。晶体结构与水石相似,由夹心饼干式的(OH)-Al-(OH)配位八面体层平行叠置而成﹐只是Al3+不占满夹层中的全部八面体空隙,仅占据其中的2/3。三水铝石的晶体一般极为细小,呈假六方片状,并常成双晶,通常以结核状﹑豆状﹑土状集合体产出。白色,或因杂质染色而呈淡红至红色。玻璃光泽﹐解理面显珍珠光泽。底面解理极完全。摩斯硬度2.53.5﹐比重2.40。三水铝石主要是长石等含铝矿物化学风化的次生产物﹐是红土型铝土矿的主要矿物成分。但也可为低温热液成因。俄罗斯南乌拉尔的兹拉托乌斯托夫斯克的热液脉中产出有达5厘米大小的晶体。

我国铝土矿矿床类型

中国铝矾土矿矿床可分为两大类型:古风化壳型铝矾土矿矿床(Ⅰ型)和红土型铝矾土矿矿床(Ⅱ型)。前一类又分为四个亚类:修文式、新安式、平果式和遵义式。后一类只有一个亚类,称漳浦式。   

1)修文式:又称碳酸盐岩古风化壳异地堆积亚型铝土矿矿床。其成因与碳酸盐岩喀斯特红土化古风化壳有关。又由于铝土矿与下伏碳酸盐岩基岩之间有数米厚的湖相铁矿扁豆体沉积,铝土矿不是原地堆积的,而是这个已接近干枯的湖泊附近的红土化风化壳异地迁移来堆积成的。该类矿床以贵州修文县小山坝铝土矿矿床较为典型。这是我国最重要的一类铝土矿,其储量占本类型(Ⅰ型)74.76%   

2)新安式:又称碳酸盐岩古风化壳原地堆积亚型铝土矿床,以河南新安张窑院铝土矿床较为典型。其储量占本类型(Ⅰ型)5%   

3)平果式:又称碳酸盐古风化壳原地堆积-近代喀斯特堆积亚型铝土矿床。该矿床的层状矿之上覆及下伏基岩数百米厚度范围以内均为石灰岩,经过第四纪喀斯特化,石灰岩、铝土矿石再风化成红土及铝土矿石碎块坠落成堆积矿石。其占古风化壳型铝土矿总储量的15.04%   

4)遵义式:又称铝硅酸盐古风化壳原地堆积亚型铝土矿床,下伏基岩是细碎屑岩或基性火山岩,是下伏基岩红土化风化壳原地堆积(少数坡积)的铝土矿床。铝土矿与下伏基岩之间有连续过渡现象,铝土矿与上覆地层有侵蚀间断面。其占Ⅰ型矿床储量的5.2%   

红土型铝土矿矿床只有一个亚类,称漳浦式红土型铝土矿床,是第三纪到第四纪玄武岩经过近代(第四纪)风化作用形成的铝土矿床,其储量很少,仅占中国铝土矿总储量的1.17%

种类分布

基本类型

亚类型

主要分布地区

一水型铝土矿

1)水铝石-高岭石型(D-K型)

山西、山东、河北、河南、贵州

一水型铝土矿

2)水铝石-叶蜡石型(D-P型)

河南

一水型铝土矿

3)勃姆石-高岭石型(B-K型)

山东、山西

一水型铝土矿

4)水铝石-伊利石型(D-I型)

河南

一水型铝土矿

5)水铝石-高岭石-金红石(D-K-R型)

四川

三水型铝土矿

三水铝石型(G型)

福建、广东

铝土矿的开采

铝土矿的特征

铝土矿矿床的平均厚度在2-20米之间,其开采矿层厚度的加权平均值为5米。铝土矿开采前必须除去平均2米左右的覆盖层。目前,覆盖层厚度范围为0.4-12米,同时,采出的铝土矿中可用性Al2O3的含量为31-52%,平均为41%

铝土矿开采的能源消耗 

开采铝土矿所需要的能源比氧化铝精炼和铝电解所需要的能源要少得多。采矿和运输所用能源主要为柴油(占69%)和燃料油(占24%)。开采1吨干铝土矿的平均能耗为153MJ40-470MJ/吨不等)。每吨铝土矿从采矿地点运输到发(海)运点或当地精炼厂仓库平均里程为54千米(11-240千米不等)。铝土矿山的开采作业在更有效地利用能源和减少排放方面,采用了许多策略,包括:采购更大型的、能源效率更高的采矿设备和运矿车;改善矿山设备和运输机械的保养;通过优化运矿车循环周期降低其闲置和等待时间,更有效地使用运输设备;减少超载时的运输运城;利用坡度,使用下倾式带式运输机运输铝土矿,同时利用重力发电;在可能的情况下,改用低排放燃料,例如天然气

 

 

三 铝土矿选矿流程及应用领域

铝土矿选矿

从铝土矿矿石中分选出铝土矿精矿的过程。其目的是除去脉石矿物和有害杂质,分离高铝矿物和低铝矿物,以获得高铝硅比的精矿。

铝土矿主要按Al2O3含量或Al2O3/SiO2比值进行分级。不同用途的铝土矿,对杂质含量有不同的要求。中国有关标准将耐火材料用铝土矿分为五个等级,其中特级品要求Al2O375%,Fe2O3<2.0%,CaO<0.5%,耐火度>1770℃;四级品要求A12O345%~55%,Fe2O3<2.5%,CaO<0.7%,耐火度>1770℃;将生产氧化铝的铝土矿分为七个品级,其中一级品要求A12O3/SiO2≥12,A12O3≥60%;七级品要求A12O3/SiO2≥6,Al2O3≥48%。

主要选矿方法有洗矿、浮选、磁选、化学选矿等。洗矿是提高铝土矿铝硅比的最简单、有效的方法,通过洗矿一般可将矿石铝硅比提高约2倍,对质地疏松矿石的分选更为有效。洗矿常与其他分选方法结合组成洗矿(筛洗)一分级——手选流程。浮选法可用于分离水铝石和高岭石,用氧化石蜡皂和塔尔油作捕收剂,在碱性介质中进行。磁选用于分离含铁矿物。化学选矿主要有焙烧脱硅,这是基于矿石中主要含硅矿物是含水铝代硅酸盐,焙烧后部分Si()z转变为无晶形易溶于碱的氧化硅微粒而提高了物料的铝硅比。

主要选矿流程根据矿石的不同类型,采用不同的选矿工艺流程。

(1)三水铝石一高岭石类铝土矿的选矿流程。常采用先进行泥、砂分选,粗级别磨矿后用磁选除铁,矿泥磨矿后浮选。浮选药剂用油酸、塔尔油、机油按1:1:1配制。前苏联采用的低品位三水铝石高岭石型铝土矿的选矿流程见图1。铝土矿浮选精矿品位含Al2O349.65%,回收率45.3%。A1203/SiO2为12.3。

 

(2)一水软铝石一鲕绿泥石类铝土矿选矿流程。原矿特点是微细粒赤铁矿和鲕绿泥石与一水软铝石紧密结合,矿石易碎。选矿采用筛分洗矿后,粗级别进行选择性碎矿然后分级,粗粒级为低铝硅比产物。细级别用选择性絮凝可脱除杂质铁。中国山西阳泉铝土矿主要矿物为一水铝石一高岭石型,其浮选流程见图2,浮选精矿产率为40.62—26,品位含Al2O374.59%。

(3)高硅铝土矿脱硅选矿流程。采用浮选法较有效,铝矿物捕收剂有脂肪酸和磺酸盐类,调整剂有六偏磷酸钠、丹宁酸、焦磷酸钠、苏打、碳酸钠

(4)高铁铝土矿选矿流程。根据铁矿物的含量、种类及嵌布特性,采取不同的除铁方法。常见的有磁选、焙烧磁选、载体浮选脱铁。

应用领域

(1)炼铝工业。用于国防、航空、汽车、电器、化工、日常生活用品等。   

(2)精密铸造。矾土熟料加工成细粉做成铸模后精铸。用于军工、航天、通讯、仪表、机械及医疗器械部门。   

(3)用于耐火制品。高铝矾土熟料耐火度高达1780℃,化学稳定性强、物理性能良好。   

(4)硅酸铝耐火纤维。具有重量轻,耐高温,热稳定性好,导热率低,热容小和耐机械震动等优点。用于铁、有色冶金、电子、石油、化工、宇航、原子能、国防等多种工业。它是把高铝熟料放进融化温度约为20002200℃的高温电弧炉中,经高温熔化、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却,就成了洁白的“棉花”——硅酸铝耐火纤维。它可压成纤维毯、板或织成布代替冶炼、化工、玻璃等工业高温窑炉内衬的耐火砖。消防人员可用耐火纤维布做成衣服。   

(5)以镁砂和矾土熟料为原料,加入适当结合剂,用于浇注盛钢桶整体桶衬效果甚佳。   

(6)制造矾土水泥,研磨材料,陶瓷工业以及化学工业可制铝的各种化合物。

四、我国铝土矿储量分布

我国铝土矿分布高度集中,山西、贵州、河南和广西四个省()的储量合计占全国总储量的90.9%(山西41.6%、贵州17.1%、河南16.7%、广西15.5%),其余拥有铝土矿的15个省、自治区、直辖市的储量合计仅占全国总储量的9.1%

山西的铝土矿床()主要分布在孝义、交口、汾阳、阳泉、盂县、宁武、原平、兴县、保德、平陆等5大片42个县境内,面积约6.7km2,探明铝土矿储量,居全国第一,该区的资源总量估计可达20亿t

河南的铝土矿集中分布在黄河以南、京广线以西的巩县、登封、偃师、新安、三门峡、陕县、宝丰、鲁山、临汝、禹县等三大片10多个县境内,面积3万多km2,探明铝土矿储量居全国第2位,预测资源总量可达10亿t

贵州的铝土矿床主要分布在“黔中隆起”南北两侧的遵义、息峰、开阳、瓮安、正安、道真、修文、清镇、贵阳、平坝、织金、苟江、黄平等十几个县境内,面积2400km2,探明铝土矿储量居全国第3位。预测资源总量逾10亿t

广西的铝土矿集中分布在平果、田东、田阳、德保、靖西、桂县、那坡、果化、隆安、邕宁、崇左等县境内,探明铝土矿储量居全国第4位,预测铝土矿储量在8亿t以上。

山东的铝土矿主要分布在淄博、新泰、洪山等县境内,其探明铝土矿储量占全国总储量的3%

此外,在海南、广东、福建、云南、江西、湖北、湖南、陕西、四川、新疆、宁夏、河北等省(),也有铝土矿矿床产出。

近年来中国铝土矿进口情况