中国铝土矿资源
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铝土矿地下开采方法及开采难点摘要:跟随中国经济的迅速开展,诸多行业对铝土矿能源的使用量随之增多。
虽然近些年来中国铝土矿的生产量逐步增加,但是针对依靠铝土矿所制造的用料需要还是无法供给。
中国铝土矿矿石开掘渐渐由露天开发转型为地下开掘,而且中国原生沉积性铝土矿床诸多都是缓倾斜薄矿床,矿体直接顶底板围岩牢靠性不好,文章剖析了铝土矿地下开掘障碍的因素和措施,以保证铝土矿地下开掘时的安全快速提供理论凭据。
关键词:铝土矿;地下开采;采矿方法引言:跟随中国经济的迅速开展,诸多行业对铝土矿能源的使用量随之增多。
虽然近些年来中国铝土矿的生产量逐步增加,但是针对依靠铝土矿所制造的用料需要还是无法供给。
用中国铝业举例,2011年到2013年,其自身生产量占据需求用料比例的49%左右,还是需要开展大批量外购与进口铝土矿,而且因为印尼铝土矿出口制约等情况影响,中国铝土矿能源无法得以保证,导致氧化铝制造利润空间经受了惨重的压制。
不仅如此,浅部资源渐渐迈向衰竭,适合露天开采的铝土矿存量渐渐缩减而且无法供给大规模的制造需求。
迄今为止中国铝土矿地下开采矿石的模式仍不大,一般为低于15万t/a的中型或小型的地下矿山,基本遍布在山东、重庆各地,还有少数开采区域为豫西的贾家洼、段村雷沟矿;但是其他很多区域也在不断的建设铝土矿山,可以看出中国地下铝土矿资源一定会日益剧增。
近些年来,铝土矿的相关开掘措施的研究成果不在少数,深部地下能源开掘经验缺少,相当有部分深部开掘设计不完备,促使在作业中出现巷道垮塌等事件的发生。
从中国所有铝土矿来讲,地下开掘依旧处在摸索期。
因此文章对适合铝土矿地下开掘的方法及难点开展剖析,从而推进铝土矿深部安全快速的开掘提供鉴戒。
1.铝土矿地下开采方法1.1壁式崩落法此方式着重依照自然冒落或者是爆破的方法对矿石进行崩掉。
装矿措施按照矿体倾斜角度利用电耙、铲运机等机械设施开展装矿;支护可运用通用的木、钢、水压或液压支柱支护,也可以使用井字形砼预制模块护巷;出矿使用惯用的矿车或者汽车运载。
Al2O3品位为50.12%的蓝晶石精矿粉能用于铝或者硅铝合金的冶炼吗?一、铝冶炼工业上提取金属铝是先从铝土矿中提取氧化铝,然后将氧化铝电解成为金属铝。
所以说铝土矿是炼铝的主要原料。
1、铝土矿中国铝土矿资源量73514万吨,主要集中在河南、山西、广西、贵州四省,约占全国的90%。
在西北仅甘肃省永登县与青海省大通县一带地层中有铝土矿,新疆、陕西、西藏没有铝土矿。
铝土矿石化学成分要求(YS-T78-94)见下表:我国由于铝土矿多为一水硬铝石型的,用它来生产氧化铝耗能高,经济效益差,再加上我国氧化铝的生产能力不足,氧化铝的产量满足不了生产电解铝的需求,故每年要大量进口氧化铝,而且近年来进口的数量剧增,2011年全年累计进口量为188万吨,累计进口金额为77781万美元(2011年12月25日我国氧化铝进口统计),平均单价413.73上海有色金属网对铝土矿每天有价格公布,2012年2月6日部分地方的铝土矿价格见下表。
2012年2月6日铝土矿价格司。
青铜峡铝厂1964年筹建,1970年投产,年产电解铝43万吨,现归并中国电力投资集团公司。
3、氧化铝生产氧化铝生产有烧结法、拜耳法和联合法三种。
根据我国生产实践经验,不同氧化铝生产方法对矿石质量的要求有所不同。
烧结法适于处理含硅较高的低品级矿石,要求铝硅比(Al2O3/SiO2)为3~5,Fe2O3<10%;拜耳法适于处理含Al2O3高、SiO2低的富矿,一般要求Al2O3>65%,铝硅比>7:联合法适于处理中等品位的铝土矿。
我国铝土矿中的Al2O3品位一般在40~65%,铝硅比(Al2O3/SiO2)一般为5~7,所以在我国,氧化铝的生产多采用联合法。
4、原铝生产我国铝厂原铝生产均采用熔盐电解法。
方法是,将铝土矿用氢氧化钠溶液溶解,焙烧脱水,通过电解,在电极阴极回收金属铝。
工业冶炼铝的流程如下:化学反应式如下:第一步:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O第二步:NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3 电解Al2O3制取纯净的Al2O3第三步:2Al(OH)3=Al2O3+3H2O第四步:2Al2O3 == 4Al+3O2↑世界上,铝人均消耗量为3.3千克/年,我国铝人均消耗量为1.5千克/年,日本铝人均消耗量为33千克/年。
铝土矿井工开采方法及开采难点摘要:随着中国经济的快速发展,在铝土矿需求不断增加的同时,浅层铝土矿资源逐渐枯竭,铝土矿逐渐从露天开采向地下开采转变。
我国大多数铝土矿床为沉积型矿床,矿脉细而缓倾斜。
普遍存在矿体的连续性较差、直接顶底板稳固性较差、矿床水文地质条件复杂、矿体形态受底板控制影响,造成底板凹凸不平,起伏多变等问题。
以上问题导致铝土矿地下开采过程中经常发生顶板崩落,严重威胁工人的生命安全,安全保障水平较低。
因此,分析铝土矿的开采方法和开采难点具有重要的现实意义。
关键词:铝土矿;地下开采;采矿方法;虽然近年来中国铝土矿产量逐年增加,但依然无法满足铝土矿下游产品的生产原料需求。
我国铝土矿矿石开采逐步由露天开采转入地下开采,并且我国原生沉积性铝土矿床大多数为缓倾斜薄矿床,矿体直接顶底板围岩稳固性差。
一、我国铝土矿地下开采方法1.壁式崩落法。
铝土矿地下壁式崩落法开采的工程布置如图1所示。
该方法主要依靠自然冒落或爆破的方式崩落矿石。
装矿方法根据矿体倾斜度采用电耙、扒渣机、铲运机等装矿;支护可采用常规木、钢、水压、液压支柱、组合式支架支护,也可采用“井”字型混凝土预制块护巷;出矿采用传统的矿车、梭车或汽车运输。
该方法具有系统简单、适应性强、通风条件好等优点,缺点是材料消耗多,支护顶板管理复杂,适用于围岩易崩落、厚度不大、地表允许塌陷的缓倾斜矿体。
图1 壁式崩落法工程布置2.房柱法。
此方法矿房长80~150 m,宽40~60 m,多采用爆破落矿的方式进行崩矿,不支护或采用锚杆支护,当顶板稳定性差时应预留0.5~1 m的顶柱,装矿与运矿方式与崩落法基本一致,适用于矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体。
3.综合机械化开采方法。
综合机械化开采方法是近年来国内矿山人探索采用煤矿开采工艺开采铝土矿方法所提出的大规模开采方法,自然垮落法管理顶板。
其中此方法的创新点在于形成走向长壁工作面,采矿机械化程度高,实现连续高效生产,安全性强。
矿产资源M ineral resources 山西铝土矿矿床成因及古地理环境分析李凤浩1,霍彦萌2(1.河北省地矿局地质勘查技术中心,河北 石家庄 050000;2河北省地矿局第九地质大队,河北 邢台 054000)摘 要:山西铝土矿资源储量十分丰富,截止到2015年底,全省的铝土矿勘查矿区一共130多处,2018年又探明了8200万吨的铝土矿。
根据山西省现有铝土矿勘查的情况可知,铝土矿主要分布在七个区域。
其中以兴县——交口区域的储存量最多,占全省57%以上,矿石品位最佳的是粗糙状铝土矿石,最高品位含量占80%以上。
本文将简要对每一个集中区的矿体进行分析,可从矿体特征、矿结构、构造、化学成分以及共生和伴生矿产等几个方面展开研究讨论,并根据矿石成分分析古地理环境特征。
关键词:山西铝土矿;矿床成因;古地理环境特征中图分类号:P618.45 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2020)21-0095-2Analysis on genesis and paleogeographic environment of bauxite deposit in Shanxi ProvinceLI Feng-hao1, HUO yan-meng2(1.Geological exploration technology center of Hebei Provincial Bureau of Geology and mineral resources, Shijiazhuang 050000,China; 2.The ninth Geological Brigade of Hebei Bureau of Geology and mineral resources, Xingtai 054000,China)Abstract: Shanxi is rich in bauxite resources. By the end of 2015, there were more than 130 bauxite exploration areas in the province, and 82 million tons of bauxite had been proved in 2018. According to the existing bauxite exploration in Shanxi Province, bauxite is mainly distributed in seven regions. Xingxian - Jiaokou area has the largest storage, accounting for more than 57% of the province. The ore grade is the best coarse bauxite ore, with the highest content accounting for more than 80%. In this paper, the ore bodies in each concentration area will be analyzed briefly, and the ore body characteristics, ore structure, structure, chemical composition, symbiotic and associated minerals and other aspects will be studied and discussed, and the paleogeographic environment characteristics will be analyzed according to the ore composition.Keywords: Shanxi bauxite deposit genesis paleogeographic environment characteristics1 山西铝土矿矿体特征分析从北到南,从西到东一共将山西铝土矿集中区分成Ⅰ区到Ⅶ七个区域,其中Ⅰ区铝土矿集中区是保德—兴县,Ⅱ区是原平—宁武区,Ⅲ区是阳泉集中区,Ⅳ区是临县—交口区,Ⅴ区是沁源集中区,Ⅵ区是武乡集中区,Ⅶ区是平陆集中区[1]。
第一章概述1.1矿区位置、隶属关系及经济类型1、地理位置第一铝矿位于贵阳市的修文县龙场镇,矿山距修文县城所在地的龙场镇约8Km,经白云区至贵阳市约40Km,至中国铝业贵州分公司总部为25Km。
矿山交通方便。
第一铝矿矿山范围属修文铝土矿小山坝矿区,呈北北东向展布,长4km,宽1—3km,包括九架炉、银厂坡、五龙寺、猪坝腿、沈家沟、铁匠沟等六个矿段。
矿区地理位置为:东经106°36′07″—106°37′08″,北纬26°46′15″—26°48′20″。
银厂坡矿段均地处第一铝矿矿部之东,与矿部相距约3km。
2、交通第一铝矿位于贵州省贵阳市修文县城155°方向,直距6km,南距贵阳市34km,矿区公路与贵阳—修文公路的王官站相连,交通方便。
佯见交通位置图。
3、企业性质:有限责任公司4、采矿权人:中国铝业股份有限公司。
1.2矿山概况中国铝业贵州分公司(以下简称贵州分公司)地处贵州省贵阳市,是我国目前最大的矿山、氧化铝、电解铝联合企业之一。
现具有年产氧化铝120万吨,铝锭43万吨,碳素制品27万吨及自有矿山铝土矿110万吨、石灰石矿65万吨和多种高附加值产品的生产能力。
主要装备及技术经济指标居全国领先水平,铝电解技术达国际先进水平。
贵州分公司生产的氧化铝(氢氧化铝、粉体材料等)、电解铝(精铝、高纯铝、铝线杆、铝母线、铝合金等)、碳素制品(阴极、阳极、高炉碳块等)、铝型材四大产品分获省、部、国优称号。
贵州分公司现有氧化铝生产能力达到120万t/a,年需要铝土矿240万t/a(其中,高铝矿188万t/a,用矿品位A/S≥8;普铝矿52万t/a,用矿品位A/S=4.0~6.0)。
2010年7月,贵州分公司进行机构改革,将原有的三个矿山合并组建矿山公司。
贵州分公司自有的铝土矿山有小山坝矿区、长冲河矿区、燕垅-林歹矿区、坛罐窑矿区、麦坝矿区、猫场矿区、簸渡河矿区。
铝土矿生产勘查报告铝土矿是一种重要的矿产资源,广泛应用于冶金、建筑、化工等多个领域。
为了充分了解铝土矿的生产情况,进行勘查报告是必不可少的。
本文将对铝土矿的生产勘查报告进行详细描述。
一、引言铝土矿是指富含铝和铝化合物的矿石。
铝土矿广泛分布于全球各地,其中以中国、俄罗斯、巴西等国的产量最高。
铝土矿的生产勘查报告对于评估铝土矿资源的质量和储量、确定开采方案以及制定环境保护措施具有重要意义。
二、勘查区域概况本次勘查报告针对某一特定地区的铝土矿进行了勘查工作。
该勘查区域位于某省某市,总面积约为XXX平方公里。
通过对勘查区域的地质、地貌、气候等方面的调查,确定了该区域存在着丰富的铝土矿资源,并且储量较为可观。
三、矿石质量评估本次勘查工作重点对铝土矿的质量进行了评估。
通过采集矿石样品,并进行化学成分分析和物理性质测试,确定了该铝土矿的主要成分为氧化铝、硅酸盐等。
矿石质量评估结果显示,该铝土矿的含铝量高,适合用于铝冶炼工艺,并且硅酸盐含量适中,有利于提高铝的纯度。
四、储量评估在勘查过程中,通过地质勘探、测量和统计分析等方法,对铝土矿的储量进行了评估。
根据采样结果和勘探数据,结合地质模型,确定了勘查区域的铝土矿储量约为XXX万吨。
储量评估结果显示,该地区的铝土矿资源丰富,具有较大的开采潜力。
五、开采方案设计根据储量评估结果和地质条件,本次勘查报告提出了合理的开采方案。
首先,建议采用露天开采方式,利用挖掘机和运输设备进行开采和运输。
其次,为了最大限度地提高开采效率和资源利用率,建议采用适当的爆破技术和选矿工艺。
此外,还应制定相应的环境保护措施,减少对周边环境的影响。
六、经济评价本次勘查报告还对铝土矿的经济价值进行了评价。
根据市场行情和开采成本等因素,对铝土矿的市场价格进行了预测,并进行了盈利性分析。
经济评价结果显示,该铝土矿的开采具有一定的经济效益,有利于促进当地经济发展。
七、结论和建议综合以上内容,本次铝土矿生产勘查报告得出以下结论和建议:勘查区域的铝土矿资源丰富,储量较大,开采潜力巨大;铝土矿的质量适中,适合用于铝冶炼工艺;采用露天开采方式,结合适当的爆破技术和选矿工艺,可实现高效开采;开采该铝土矿能够带动当地经济发展,但需制定相应的环境保护措施,减少对环境的影响。
探讨露天开采铝土矿伴生资源的科学利用摘要:由于地质环境的复杂性以及区域性差异,我国绝大多数铝土矿都不是单一矿源,与之伴生的其他矿产也是宝贵的资源。
如何科学的利用这些伴生资源成为了矿产开采行业非常重视的一个问题。
在本文中,主要针对铝土矿伴生的粘土矿和锂元素的科学利用进行了讨论。
关键词:伴生资源;粘土矿;锂元素前言据有关数据显示,在我国已探明的矿床中,有超过百分之八十的矿床是伴生着两种及两种以上矿物的。
甚至有些大型综合矿床中伴生有其他贵重金属资源,如金、钛、银、锂等,这些伴生的矿产资源其经济价值甚至超过了主元素的价值[1]。
鉴于此,无论是从经济效益还是资源利用率上都有必要对这些伴生资源进行科学的收集以及合理的利用。
我国在铝土矿开采中,已经能够对伴生的镓、铁矿进行有效的回收和综合利用,而铝土矿矿石除了伴生有镓、铁矿外,还伴生有粘土矿、以及钛、钒、锂等金属元素。
在本文将重点介绍铝土矿开采中对粘土矿、锂元素这两种矿物的富集工艺及科学利用。
1我国铝土矿的分布及组成我国铝土矿的分布呈现出高度集中的状态。
山西、河南、贵州、广西这四个省的铝土矿储量占到了全国总量的百分之九十以上。
广西铝土矿储量居全国第二位,按官方公布的数字,广西铝资源主要集中在百色,全区铝土矿矿床主要为风化堆积型铝土矿、沉积型铝土矿两个类型,探明的铝土矿资源储量超过7亿吨,远景储量达10亿吨,占全国总储量的1/4以上,是我国的四大铝土矿基地之一[2]。
2铝土矿伴生资源的定义以及开采顺序2.1伴生资源的定义所谓的伴生资源指的就是在自然界中以某种形式聚集在同一个空间范围内的不同矿物。
如铝土矿中同时含有的锂、铁、镓以及其他矿物等,这是一种十分常见的现象。
对铝土矿的开采一般按照如下顺序:首先是第四系全新统,然后是上新统,最后是中统本溪组与中统峰峰组。
2.2伴生资源的作用与用途(1)黄土(红土):新生界第四系新近系的黄土、红土主要用于覆盖石、渣、恢复耕地、治理荒山荒坡。
孝义市铝土矿资源基本情况孝义市位于晋中盆地西南端,西与中阳县、交口县按壤,南与灵石县相邻,北与汾阳市相接,东与介休市相连,地理位置居于东经111°21′12″—111°56′09″,北纬36°56′30″—37°18′45″。
面积945.8平方公里,境内有孝柳、介西铁路、307国道和孝午路通过,交通便利,是吕梁全区货运集散地和交通枢纽。
我市境内铝土矿资源丰富,探明储量占全省储量的40%。
主要分布于西部山区,南阳乡、杜村乡、阳泉曲镇、下堡镇一带,南北长约18Km。
境内铝土矿赋存于石炭系中统本溪组下部,产状平缓,构造简单,层位稳定,厚度较大,质量较好,矿床成因类型均属中石炭世沉积矿床。
矿体呈层状、似层状,透镜状产于铝土页岩、粘土岩层。
与顶底界线清楚。
单矿体长几百米一千余米,一般厚2-4米,最厚十余米。
矿石类型主要有致密状、鲕状、豆状及粗糙状等,一般以粗糙状矿石质量为佳。
境内矿石主要由一水硬铝石及高岭石组成,另外还有少量的水云母、粘土、石英颗粒和星点状的金属矿物。
铝上矿中各主要化学成份含量分另为A120359-67%,Si0210-13%, Fe2O32.0-3.0%,A/S4.0-6.5%。
我市境内现有铝土矿生产矿区2个,国家规划区4个,地方规划区5个。
两生产区为:中国铝业公司孝义铝矿西河底矿区、克俄矿区,面积7.28平方公里;4个国家规划区为国家计委、地矿部计国土 (1989)1137号文批准设立的分别为:相王规划区、卜家峪规划区、石公规划区、杜村规划区,面积45.04平方公里;5个地方规划区为:柴场、柳湾、克俄、下堡、后活丹矿区,面积11.62平方公里。
各类矿区共有铝土矿床17个。
其中上表矿床11个,未上表矿床5个,正准备勘探的矿床1个,共累计探明铝土矿储量B+C+D级26837.3万吨,其中B级2512.7万吨,C级8442.8万吨,D级15881.8万吨。
1、铝的发现和历史1828年丹麦物理学家H.C 奥尔斯德发现了铝元素;1889年,奥地利Bayer发明了从铝土矿中提取氧化铝的方法,即拜耳法;至今,铝的工业化生产已有一百多年历史。
2、铝的生产方法铝土矿开采,氧化铝精炼,电解铝冶炼,铝材加工,废铝回收,再生铝生产,大概是这样。
铝土矿又名矾土矿、铝矾矿,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。
铝土矿是生产金属铝的最佳原料,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是作耐火材料、研磨材料、化学制品以及高铝水泥的原料。
铝土矿在非金属领域用量所占比重很小,但是用途十分广泛。
3、世界铝矿资源分布情况来源:金属百科(/metal/al/resources&production.shtml)世界铝土矿资源比较丰富,美国地质调查局2015年数据显示,世界铝土矿资源量为550-750亿吨。
世界铝土矿已探明储量约为280亿,主要分布在非洲(32%),大洋洲(23%),南美及加勒比海地区(21%),亚洲(18%)及其他地区(6%)。
从国家分布来看,铝土矿主要分布在几内亚、澳大利亚、巴西、中国、希腊、圭亚那、印度、印尼、牙买加、哈萨克斯坦、俄罗斯、苏里南、委内瑞拉、越南及其他国家。
其中几内亚(已探明铝土矿储量74亿吨)、澳大利亚(已探明铝土矿储量65亿吨)和巴西(已探明铝土矿出储量26亿吨)三国已探明储量约占全球铝土矿已探明总储量的60%。
数据来源:美国地质调查局4、我国铝土矿分布我国国土资源部发布《2014年中国国土资源公告》显示,截至2014年,我国铝土矿查明资源储量为42.3矿石亿吨。
我国铝矿、铝矾土资源储量分布较为集中,主要分布在山西、贵州、广西和河南四省(山西41.6%、贵州17.1%、河南16.7%、广西15.5%),共计90.9%;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%。
中国矿产资源分布情况中国是一个资源大国,矿产资源种类繁多,分布较为广泛。
下面主要从能源矿产、金属矿产和非金属矿产三个方面介绍中国矿产资源的分布情况。
一、能源矿产资源分布情况:1.煤炭:中国是全球最大的煤炭生产国,煤炭资源分布广泛,主要分布在华北、东北和西南地区。
其中,山西、内蒙古是我国主要的煤炭产区,河南、陕西、安徽、河北等省份也有较多的煤炭产量。
2.石油:我国石油资源主要分布在东北、华北、西南和西北地区。
其中,东北地区的大庆、胜利油田是我国最早开发的石油田,华北地区的渤海湾、华北平原也有较多的石油资源。
西南地区的四川盆地、重庆地区等地也有丰富的石油资源。
3.天然气:天然气主要分布在西南和西北地区。
西南地区的四川盆地、重庆地区以及西北地区的陕西、宁夏等地都有丰富的天然气资源。
二、金属矿产资源分布情况:1.铁矿石:我国铁矿石资源分布较为广泛,主要分布在东北、华北和西南地区。
其中,辽宁、山东等地是我国主要的铁矿石产区,四川、云南等地也有一定量的铁矿石。
2.铜矿石:我国铜矿石主要分布在西南和西北地区。
云南、内蒙古是我国两大重要的铜矿产区,新疆、西藏、甘肃等地也有较多的铜矿石资源。
3.铝土矿:我国的铝土矿主要分布在云南、贵州、广西等地,尤以云南省铝土矿储量最为丰富。
4.锌矿石、铅矿石:我国锌、铅矿石资源分布较为广泛,主要分布在西南、西北和华北地区。
贵州、云南、陕西、甘肃等地都有丰富的锌、铅矿石资源。
5.锡矿石:我国的锡矿石主要分布在江西、广西、云南等地,其中江西省为我国重要的锡矿产区。
三、非金属矿产资源分布情况:1.磷矿石:我国的磷矿石主要分布在云南、贵州、湖南等地。
云南省的磷矿储量是我国最为丰富的。
2.钾盐:我国的钾盐主要分布在新疆、四川、青海等地。
其中,新疆盐湖是我国最大的钾盐资源区。
3.硫矿、盐矿:硫矿主要分布在湖南、山东、贵州等地,而盐矿主要分布在山东、辽宁、河北等地。
4.石灰石、石膏:石灰石和石膏资源分布较为广泛,主要分布在江苏、河北、山东、湖南等地。
铝土矿资源地质特征2008-01-22 14:05:43 文字大小:【大】【中】【小】浏览次数:209摘要:铝土矿资源地质特征一、矿床时空分布及成矿规律按照廖士范等人的意见,中国铝土矿矿床可分为古风化壳型铝土矿矿床和红土型铝土矿矿床。
中国古风化壳型铝土矿矿床的形成经历了三个阶段。
第一阶段是陆生阶段,是在大气条件下由风化作风形成含有铝土矿矿物、粘土矿物、氧化铁矿物等的残、坡积富铝风化壳物质,例如钙红土层、红土层或红土铝土矿,此阶段为大气条件下原地残积、堆积或异地堆积阶段;第二阶段是富铝钙红土层、红土层或红土铝土矿为海水(或湖水)淹没阶段,有的立即为海水(或湖水)淹没,有的则经过一定时间的岩化作用以后才为海水(或湖水)淹没,逐渐深埋地下,经过一段时期的成岩后生作用演变改造后形成原始铝土矿层;第三阶段是表生富集阶段,是原始铝土矿层随地壳抬升到地表浅部后由于地表水或地下水的改造作用,使硅质淋失、铝质富集,形成品位较富的有工业价值的铝土矿矿床。
至于红土型铝土矿矿床,一般认为是现代气候条件下由含铝岩石经风化作用形成的。
我国古风化壳型铝土矿主要形成于石炭纪。
中、晚石炭世的铝土矿分布在我国北方的山西、河南、河北、山东等省,早石炭世的铝土矿分布在南方贵州中部地区。
风化壳型铝土矿的另一个重要成矿期为二叠纪,其中早二叠世铝土矿主要分布在四川、贵州、云南、湖南、湖北等省,晚二叠世到早三叠世铝土矿主要分布在广西、云南、四川、山东、河北、辽宁等省(区)。
本类型铝土矿矿床的形成,都与侵蚀间断面的古风化壳有关。
一般来说,侵蚀间断时期长的,特别是下伏基岩是碳酸盐岩或含铝质多也较易风化的基性喷出岩(例如玄武岩),所形成的矿床往往矿石品位富,矿层厚,矿体规模大。
在中国寻找古风化壳型铝土矿矿床,除注意地层中侵蚀间断之外,还应注意古地磁的低纬度位置,以及古陆邻近海洋的附近,因为这些地区为海洋气候,潮湿多雨,适宜风化作用的进行。
由于中国古风化壳型铝土矿的形成,经历过“陆生阶段”,因此必须研究堆积古残坡积钙红土层、红土层的低洼地区的古地理环境和古地貌,特别是喀斯特溶洞、溶斗发育规律、分布方向以及喀斯特高地(无矿地区)的分布规律,因为矿层的薄厚、矿体规模的大小受这些因素控制。
第一节 铝土矿概述 铝土矿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。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。 本章重点讨论的是生产金属铝的铝土矿及其矿床。至于作耐火粘土用的铝土矿及其矿床将在非金属矿“耐火粘土”一章中讨论。 一、矿物原料特点 铝是地壳中分布最广泛的元素之一,属亲石亲氧元素。铝在自然界中多成氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在,极少发现铝的自然金属。 自然界已知的含铝矿物有258种,其中常见的矿物约43种。实际上,由纯矿物组成的铝矿床是没有的,一般都是共生分布,并混有杂质。从经济和技术观点出发,并不是所有的含铝矿物都能成为工业原料。用于提炼金属铝的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。原苏联因缺乏铝土矿资源,利用霞石和明矾石提炼氧化铝。我国的硫磷铝锶矿可以综合回收氧化铝。 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α刚玉,可被高岭石、多水高岭石等交代。 铝土矿的化学成分主要为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——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Al2O3≥40%,Al/Si>1.8~2.6,因此内生条件下很少形成工业铝矿床。 目前,已知的国内外工业铝土矿多是在表生条件下形成的。在表生条件下铝土矿的生成主要有两种形式:即风化-残积(余)成矿(红土成矿)和风化-搬运-沉积成矿或风化-改造-再沉积成矿(沉积成矿)。风化-残积(余)成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),由于水、CO2和生物等的风化分解作用,母岩中易溶物质K、Na、Ca、Mg和SiO2被淋失排出,活动性小的物质Al、Fe、Ti残留原地形成红土型铝土矿。风化-搬运-沉积成矿是含铝岩石、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、搬运等物理、化学改造作用,于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或滨海(氵舄)湖、局限海盆内形成铝土矿,在水介质环境中形成沉积铝土矿。 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。 铝土矿矿石根据其所含的主要含铝矿物分为: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。 二、用途与技术经济指标 铝土矿矿石用途多样,其中最重要的用途是:铝工业中提炼金属铝、作耐火材料和研磨材料,以及用作高铝水泥原料。矿石用途不同,其质量要求各异。表3.9.1是中国有色金属工业总公司1994年发布的铝土矿石的行业标准(YS/T78-94)。按照该标准将铝土矿分成沉积型一水硬铝石、堆积型一水硬铝石及红土型三水铝石三大类型,并按化学成分分为LK12-70、LK8-65、LK5-60、LK3-53、LK15-60、LK11-55、LK8-50、LK7-50、LK3-40等九个牌号。该标准除了对铝土矿的化学成分作出了规定外,还要求沉积型一水硬铝石的水分不得大于7%,堆积型一水硬铝石和红土型三水铝石的水分不得大于8%。此外要求铝土矿石的粒度不得大于150mm。铝土矿石不得混入泥土、石灰岩等杂物。
工业上提取金属铝是先从铝土矿中提取氧化铝,然后氧化铝经电解成为金属铝。根据我国生产实践经验,不同氧化铝生产方法对矿石质量的要求还有所不同,其一般要求是: 1)烧结法:适于处理含硅较高的低品级矿石,要求Al2O3/SiO2为3~5(或3.5左右),Fe2O3<10%。 2)拜耳法:适于处理含Al2O3高、SiO2低的富矿,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:适于处理中等品位的铝土矿,我国主要用混联法,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,均不宜采用高硫矿石。 表3.9.2是铝土矿工业要求的几个矿床实例。
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。 我国作电熔刚玉的铝土矿要求见表3.9.3。
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%。表3.9.4是几个水泥厂具体的质量要求。
作耐火材料用铝土矿的技术要求,本章不予讨论,请参阅第三卷《非金属矿产》耐火粘土一章。 三、矿业简史 铝元素是在1825年由丹麦物理学家H.C.奥尔斯德(H.C.Oersted)使用钾汞齐与氯化铝交互作用获得铝汞齐,然后用蒸馏法除去汞,第一次制得金属铝而发现的。 金属铝的生产,初期是化学法。即1854年法国科学家H.仙克列尔戴维里(H.Sainte Claire Diwill)创立的钠法化学法和1865年俄国物理化学家H.H.别凯托夫(Н.Н.Бекетов)创立的镁法化学法。法国于1855年采用化学法开始工业生产,是世界最早生产铝的国家。 铝土矿的发现(1821年)早于铝元素,当时误认为是一种新矿物。从铝土矿生产铝,首先需制取氧化铝,然后再电解制取铝。铝土矿的开采始于1873年的法国,从铝土矿生产氧化铝始于1894年,采用的是拜耳法,生产规模仅每日1t多。 到了1900年,法国、意大利和美国等国家有少量铝土矿开采,年产量才不过9万t。随着现代工业的发展,铝作为金属和合金应用到航空和军事工业,随后又扩大到民用工业,从此铝工业得到了迅猛发展,到1950年,全世界金属铝产量已经达到了151万t,1996年增至2092万t,成为仅次于钢铁的第二重要金属。 我国铝土矿的普查找矿工作最早始于1924年,当时由日本人板本峻雄等对辽宁省辽阳、山东省烟台地区的矾土页岩进行了地质调查。此后,日本人小贯义男等人,以及我国学者王竹泉、谢家荣、陈鸿程等先后对山东淄博地区、河北唐山和开滦地区,山西太原、西山和阳泉地区,辽宁本溪和复州湾地区的铝土矿和矾土页岩进行了专门的地质调查。我国南方铝土矿的调查始于1940年,首先是边兆祥对云南昆明板桥镇附近的铝土矿进行了调查。随后,1942~1945年,彭琪瑞、谢家荣、乐森王寻等人,先后对云、贵、川等地铝土矿、高铝粘土矿进行了地质调查和系统采样工作。总起来说,新中国成立以前的工作多属一般性的踏勘和调查研究性质。 铝土矿真正的地质勘探工作是从新中国成立后开始的。1953~1955年间,冶金部和地质部的地质队伍先后对山东淄博铝土矿、河南巩县小关一带铝土矿(如竹林沟、茶店、水头及钟岭等矿区)、贵州黔中一带铝土矿(如林夕、小山坝、燕垅等矿区)、山西阳泉白家庄矿区,等等,进行了地质勘探工作。但是,当时由于缺少铝土矿的勘探经验,没有结合中国铝土矿的实际情况而盲目套用原苏联的铝土矿规范,致使1960~1962年复审时,大部分地质勘探报告都被降了级,储量也一下减少了许多。1958年以后,我国对铝土矿的勘探积累了一定的经验,在大搞铜铝普查的基础上,又发现和勘探了不少矿区,其中比较重要的有:河南张窑院、广西平果、山西孝义克俄、福建漳浦、海南蓬莱,等等铝土矿矿区。 我国铝土矿的开采最早始于1911年,当时日本人首先对我国辽宁省复州湾铝矾土矿进行开采,随后1925~1941年又对我国辽宁省辽阳、山东烟台矿区A、G两层铝土矿进行开采,以上开采多用作耐火材料。1941~1943年日本人对我国山东省淄博铝土矿湖田和沣水矿区的田庄、红土坡矿段进行了开采,矿石作为炼铝原料。后来台湾铝业公司也曾进行过小规模开采供炼铝用。 我国铝土矿大规模开发利用是从新中国以后开始的。1954年首先恢复以前日本人曾小规模开采过的山东沣水矿山。1958年以后在山东、河南、贵州等省先后建设了501、502、503三大铝厂,为了满足这三大铝厂对铝土矿的需求,在山东、河南、山西、贵州等省建成了张店铝矿、小关铝矿、洛阳铝矿、修文铝矿、清镇铝矿、阳泉铝矿等铝矿原料基地。 进入80年代,特别是1983年中国有色金属工业总公司成立以后,我国铝土矿的地质勘探和铝工业得到了迅速发展,新建和扩建了以山西铝厂、中州铝厂为代表的一批大型铝厂,使我国原铝产量由1954年的不足2000t,发展到了现在的187万t。建立了从地质、矿山到冶炼加工一整套完整的铝工业体系,铝金属及其加工产品基本可满足我国经济建设的需要。