鋁土礦

　 　 化學式為Al2O3·nH2O。以三水鋁石、一水硬鋁石等含水氧化鋁礦物為主，并含高嶺石、蛋白石、赤鐵礦等組成的多礦物混合物。是提取鋁、制造耐火材料和高鋁水泥的礦物原料。
　 　 鋁土礦實際上是指工業上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統稱。鋁土礦的應用領域有金屬和非金屬兩個方面，是生產金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應用領域，其用量占世界鋁土礦總產量的90%以上。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。
　 　 鋁土礦實際上是指工業上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統稱。它的應用領域有金屬和非金屬兩個方面。
　 　 鋁土礦是生產金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應用領域，其用量占世界鋁土礦總產量的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：化學制品方面以硫酸鹽、三水合物及氯化鋁等產品可應用于造紙、凈化水、陶瓷及石油精煉方面；活性氧化鋁在化學、煉油、制藥工業上可作催化劑、觸媒載體及脫色、脫水、脫氣、脫酸、干燥等物理吸附劑；用r-Al2O3生產的氯化鋁可供染料、橡膠、醫藥、石油等有機合成應用；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、導電導熱性好、易于機械加工及其他許多優良性能，因而廣泛應用于國民經濟各部門。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、飛機制造工業、機械工業和民用器具不可缺少的原材料。
　 　 重點討論的是生產金屬鋁的鋁土礦及其礦床。至于作耐火粘土用的鋁土礦及其礦床見非金屬礦“耐火粘土”中討論。
　 　 主要成分
　 　 三水鋁石（Gibbsite）Al(OH)3三水鋁石是鋁的氫氧化物結晶水合物，在鋁土礦中它是主要的成分。三水鋁石的晶體極細小，晶體聚集在一起成結核狀、豆狀或土狀，一般為白色，有玻璃光澤，如果含有雜質則發紅色。它們主要是長石等含鋁礦物風化后產生的次生礦物。 化學組成為Al(OH)3﹑晶體屬單斜晶系P21/n空間群的氫氧化物礦物。與拜三水鋁石(bayerite)和諾三水鋁石(nordstrandite)成同質多象。舊稱三水鋁礦或水鋁氧石。以礦物收藏家C.G.吉布斯(Gibbs)的姓于1822年命名。晶體結構與水鎂石相似，由夾心餅干式的(OH)-Al-(OH)配位八面體層平行疊置而成﹐只是Al3+不占滿夾層中的全部八面體空隙，僅占據其中的2/3。三水鋁石的晶體一般極為細小，呈假六方片狀，并常成雙晶，通常以結核狀﹑豆狀﹑土狀集合體產出。白色，或因雜質染色而呈淡紅至紅色。玻璃光澤﹐解理面顯珍珠光澤。底面解理極完全。摩斯硬度2.5～3.5﹐比重2.40。三水鋁石主要是長石等含鋁礦物化學風化的次生產物﹐是紅土型鋁土礦的主要礦物成分。但也可為低溫熱液成因。俄羅斯南烏拉爾的茲拉托烏斯托夫斯克的熱液脈中產出有達5厘米大小的晶體。用途見鋁土礦。
　 　 形態特性
　 　 鋁土礦（晶體化學）理論組成(wB%)：Al2O365.4，H2O34.6。常見類質同像替代有Fe和Ga，Fe2O3可達2%，Ga2O3可達0.006%。此外，常含雜質CaO、MgO、SiO2等。
　 　 單斜晶系：a0=0.864nm，b0=0.507nm，c0=0.972nm；Z=8。晶體結構與水鎂石相似，屬典型的層狀結構。不同者是Al3僅充填由OH-呈六方最緊密堆積層(∥(001))相間的兩層OH-中2/3的八面體空隙，因為Al3具有比Mg2高的電荷，故以較少的Al3數即可平衡OH-的電荷。
　 　 斜方柱晶類：C2h-2/m(L2PC)。晶體呈假六方板狀，極少見。主要單形：平行雙面a、c，斜方柱m。常依(100)和(110)成雙晶。常見聚片雙晶。集合體呈放射纖維狀、鱗片狀、皮殼狀、鐘乳狀或鮞狀、豆狀、球粒狀結核或呈細粒土狀塊體。主要呈膠態非晶質或細粒晶質。
　 　 物理性質：白色或因雜質呈淺灰、淺綠、淺紅色調。玻璃光澤，解理面珍珠光澤。透明至半透明。解理極完全。硬度2.5~3.5。相對密度2.30~2.43。具泥土臭味。偏光鏡下，無色。二軸晶。Ng=1.587，Nm=Np=1.566。
　 　 產狀與組合：主要由含鋁硅酸鹽經分解和水解而成。熱帶和亞熱帶氣候有利于三水鋁石的形成。在區域變質作用中，經脫水可轉變為軟水鋁石、硬水鋁石（140~200℃）；隨著變質程度的增高，可轉變為剛玉。
　 　 資源特點
　 　 中國鋁土礦除了分布集中外，以大、中型礦床居多。儲量大于2000萬t的大型礦床共有31個，其擁有的儲量占全國總儲量的49%；儲量在2000～500萬噸之間的中型礦床共有83個，其擁有的儲量占全國總儲量的37%，大、中型礦床合計占到了86%。中國鋁土礦的質量比較差，加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國總儲量的98%以上。在保有儲量中，一級礦石(Al2O360%～70%，Al/Si≥12)只占1.5%，二級礦石(Al2O351%～71%，Al/Si≥9)占17%，三級礦石(Al2O362%～69%，Al/Si≥7)占11.3%，四級礦石(Al2O3>62%，Al/Si≥5)占27.9%，五級礦石(Al2O3>58%，Al/Si≥4)占18%，六級礦石(Al2O3>54%，Al/Si≥3)占8.3%，七級礦石(Al2O3>48%，Al/Si≥6)占1.5%，其余為品級不明的礦石。
　 　 中國鋁土礦的另一個不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據統計只占全國總儲量的34%。與國外紅土型鋁土礦不同的是，中國古風化殼型鋁土礦常共生和伴生有多種礦產。在鋁土礦分布區，上覆巖層常產有工業煤層和優質石灰巖。在含礦巖系中共生有半軟質粘土、硬質粘土、鐵礦和硫鐵礦。鋁土礦礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素。在有些地區，上述共生礦產往往和鋁土礦在一起構成具有工業價值的礦床。鋁土礦中的鎵、釩、鈧等也都具有回收價值。
　 　 中國鋁土礦，地質工作程度比較高，截至1994年底，中國鋁土礦保有儲量中屬于勘探階段的占32.5%，屬于詳查階段的占55.8%，兩者合計，詳查以上工作程度的儲量占全國總保有儲量的88.3%。
　 　 發現過程
　 　 鋁元素是在1825年由丹麥物理學家H.C.奧爾斯德(H.C.Oersted)使用鉀汞齊與氯化鋁交互作用獲得鋁汞齊，然后用蒸餾法除去汞，第一次制得金屬鋁而發現的。金屬鋁的生產，初期是化學法。即1854年法國科學家H.仙克列爾戴維里(H.SainteClaireDiwill)創立的鈉法化學法和1865年俄國物理化學家H.H.別凱托夫(Н。Н.Бекетов)創立的鎂法化學法。法國于1855年采用化學法開始工業生產，是世界最早生產鋁的國家。鋁土礦的發現(1821年)早于鋁元素，當時誤認為是一種新礦物。從鋁土礦生產鋁，首先需制取氧化鋁，然后再電解制取鋁。鋁土礦的開采始于1873年的法國，從鋁土礦生產氧化鋁始于1894年，采用的是拜耳法，生產規模僅每日1t多。到了1900年，法國、意大利和美國等國家有少量鋁土礦開采，年產量才不過9萬噸。隨著現代工業的發展，鋁作為金屬和合金應用到航空和軍事工業，隨后又擴大到民用工業，從此鋁工業得到了迅猛發展，到1950年，全世界金屬鋁產量已經達到了151萬噸，1996年增至2092萬噸，成為僅次于鋼鐵的第二重要金屬。
　 　 成因規律
　 　 按照廖士范等人的意見，中國鋁土礦礦床可分為古風化殼型鋁土礦礦床和紅土型鋁土礦礦床。
　 　 中國古風化殼型鋁土礦礦床的形成經歷了三個階段。第一階段是陸生階段，是在大氣條件下由風化作用形成含有鋁土礦礦物、粘土礦物、氧化鐵礦物等的殘、坡積富鋁風化殼物質，例如鈣紅土層、紅土層或紅土鋁土礦，此階段為大氣條件下原地殘積、堆積或異地堆積階段；第二階段是富鋁鈣紅土層、紅土層或紅土鋁土礦為海水(或湖水)淹沒階段，有的立即為海水(或湖水)淹沒，有的則經過一定時間的巖化作用以后才為海水(或湖水)漸深埋地下，經過一段時期的成巖后生作用演變改造后形成原始鋁土礦層；第三階段是表生富集階段，是原始鋁土礦層隨地殼抬升到地表淺部后由于地表水或地下水的改造作用，使硅質淋失、鋁質富集，形成品位較富的有工業價值的鋁土礦礦床。中國古風化殼型鋁土礦主要形成于石炭紀。本類型鋁土礦礦床的形成，都與侵蝕間斷面的古風化殼有關。一般來說，侵蝕間斷時期長的，特別是下伏基巖是碳酸鹽巖或含鋁質多也較易風化的基性噴出巖(例如玄武巖)，所形成的礦床往往礦石品位富，礦層厚，礦體規模大。
　 　 至于紅土型鋁土礦礦床，一般認為是現代氣候條件下由含鋁巖石經風化作用形成的。紅土型鋁土礦礦床只有一個亞類，稱漳浦式紅土型鋁土礦床，是第三紀到第四紀玄武巖經過近代(第四紀)風化作用形成的鋁土礦床，其儲量很少，僅占中國鋁土礦總儲量的1.17%。中國現代紅土型鋁土礦主要形成在低緯度地區，如福建、海南及廣東一些地區。這些地區天氣炎熱、雨量充沛，又有易于風化的玄武巖，故能形成現代紅土型鋁土礦。至于中國的南沙群島、中沙群島雖然也在低緯度，有形成鋁土礦的氣候，但這些島嶼上升為陸的時間不長，僅1～3萬年，經受風化作用的時間短，故難以形成鋁土礦礦床。
　 　 主要用途
　 　 鋁土礦礦石用途多樣：
　 　 (1)煉鋁工業。用于國防、航空、汽車、電器、化工、日常生活用品等。
　 　 (2)精密鑄造。礬土熟料加工成細粉做成鑄模后精鑄。用于軍工、航天、通訊、儀表、機械及醫療器械部門。
　 　 (3)用于耐火　 制品。高鋁礬土熟料耐火度高達1780℃，化學穩定性強、物理性能良好。
　 　 (4)硅酸鋁耐火纖維。具有重量輕，耐高溫，熱穩定性好，導熱率低，熱容小和耐機械震動等優點。用于鋼鐵、有色冶金、電子、石油、化工、宇航、原子能、國防等多種工業。它是把高鋁熟料放進融化溫度約為2000～2200℃的高溫電弧爐中，經高溫熔化、高壓高速空氣或蒸汽噴吹、冷卻，就成了潔白的“棉花”——硅酸鋁耐火纖維。它可壓成纖維毯、板或織成布代替冶煉、化工、玻璃等工業高溫窯爐內襯的耐火磚。消防人員可用耐火纖維布做成衣服。
　 　 (5)以鎂砂和礬土熟料為原料，加入適當結合劑，用于澆注盛鋼桶整體桶襯效果甚佳。
　 　 (6)制造礬土水泥，研磨材料，陶瓷工業以及化學工業可制鋁的各種化合物。
　 　 其中最重要的用途是：鋁工業中提煉金屬鋁、作耐火材料和研磨材料，以及用作高鋁水泥原料。礦石用途不同，其質量要求各異。中國有色金屬工業總公司1994年發布的鋁土礦石的行業標準(YS/T78-94)。按照該標準將鋁土礦分成沉積型一水硬鋁石、堆積型一水硬鋁石及紅土型三水鋁石三大類型，并按化學成分分為LK12-70、LK8-65、LK5-60、LK3-53、LK15-60、LK11-55、LK8-50、LK7-50、LK3-40等九個牌號。該標準除了對鋁土礦的化學成分作出了規定外，還要求沉積型一水硬鋁石的水分不得大于7%，堆積型一水硬鋁石和紅土型三水鋁石的水分不得大于8%。此外要求鋁土礦石的粒度不得大于150mm。鋁土礦石不得混入泥土、石灰巖等雜物。