铝土矿

　 　 化学式为Al2O3·nH2O。以三水铝石、一水硬铝石等含水氧化铝矿物为主，并含高岭石、蛋白石、赤铁矿等组成的多矿物混合物。是提取铝、制造耐火材料和高铝水泥的矿物原料。
　 　 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。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。
　 　 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。
　 　 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见非金属矿“耐火粘土”中讨论。
　 　 主要成分
　 　 三水铝石（Gibbsite）Al(OH)3三水铝石是铝的氢氧化物结晶水合物，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。晶体结构与水镁石相似，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2.5～3.5﹐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。用途见铝土矿。
　 　 形态特性
　 　 铝土矿（晶体化学）理论组成(wB%)：Al2O365.4，H2O34.6。常见类质同像替代有Fe和Ga，Fe2O3可达2%，Ga2O3可达0.006%。此外，常含杂质CaO、MgO、SiO2等。
　 　 单斜晶系：a0=0.864nm，b0=0.507nm，c0=0.972nm；Z=8。晶体结构与水镁石相似，属典型的层状结构。不同者是Al3仅充填由OH-呈六方最紧密堆积层(∥(001))相间的两层OH-中2/3的八面体空隙，因为Al3具有比Mg2高的电荷，故以较少的Al3数即可平衡OH-的电荷。
　 　 斜方柱晶类：C2h-2/m(L2PC)。晶体呈假六方板状，极少见。主要单形：平行双面a、c，斜方柱m。常依(100)和(110)成双晶。常见聚片双晶。集合体呈放射纤维状、鳞片状、皮壳状、钟乳状或鲕状、豆状、球粒状结核或呈细粒土状块体。主要呈胶态非晶质或细粒晶质。
　 　 物理性质：白色或因杂质呈浅灰、浅绿、浅红色调。玻璃光泽，解理面珍珠光泽。透明至半透明。解理极完全。硬度2.5~3.5。相对密度2.30~2.43。具泥土臭味。偏光镜下，无色。二轴晶。Ng=1.587，Nm=Np=1.566。
　 　 产状与组合：主要由含铝硅酸盐经分解和水解而成。热带和亚热带气候有利于三水铝石的形成。在区域变质作用中，经脱水可转变为软水铝石、硬水铝石（140~200℃）；随着变质程度的增高，可转变为刚玉。
　 　 资源特点
　 　 中国铝土矿除了分布集中外，以大、中型矿床居多。储量大于2000万t的大型矿床共有31个，其拥有的储量占全国总储量的49%；储量在2000～500万吨之间的中型矿床共有83个，其拥有的储量占全国总储量的37%，大、中型矿床合计占到了86%。中国铝土矿的质量比较差，加工困难、耗能大的一水硬铝石型矿石占全国总储量的98%以上。在保有储量中，一级矿石(Al2O360%～70%，Al/Si≥12)只占1.5%，二级矿石(Al2O351%～71%，Al/Si≥9)占17%，三级矿石(Al2O362%～69%，Al/Si≥7)占11.3%，四级矿石(Al2O3>62%，Al/Si≥5)占27.9%，五级矿石(Al2O3>58%，Al/Si≥4)占18%，六级矿石(Al2O3>54%，Al/Si≥3)占8.3%，七级矿石(Al2O3>48%，Al/Si≥6)占1.5%，其余为品级不明的矿石。
　 　 中国铝土矿的另一个不利因素是适合露采的铝土矿矿床不多，据统计只占全国总储量的34%。与国外红土型铝土矿不同的是，中国古风化壳型铝土矿常共生和伴生有多种矿产。在铝土矿分布区，上覆岩层常产有工业煤层和优质石灰岩。在含矿岩系中共生有半软质粘土、硬质粘土、铁矿和硫铁矿。铝土矿矿石中还伴生有镓、钒、锂、稀土金属、铌、钽、钛、钪等多种有用元素。在有些地区，上述共生矿产往往和铝土矿在一起构成具有工业价值的矿床。铝土矿中的镓、钒、钪等也都具有回收价值。
　 　 中国铝土矿，地质工作程度比较高，截至1994年底，中国铝土矿保有储量中属于勘探阶段的占32.5%，属于详查阶段的占55.8%，两者合计，详查以上工作程度的储量占全国总保有储量的88.3%。
　 　 发现过程
　 　 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.SainteClaireDiwill)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9万吨。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151万吨，1996年增至2092万吨，成为仅次于钢铁的第二重要金属。
　 　 成因规律
　 　 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用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)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。中国古风化壳型铝土矿主要形成于石炭纪。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。
　 　 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。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%。中国现代红土型铝土矿主要形成在低纬度地区，如福建、海南及广东一些地区。这些地区天气炎热、雨量充沛，又有易于风化的玄武岩，故能形成现代红土型铝土矿。至于中国的南沙群岛、中沙群岛虽然也在低纬度，有形成铝土矿的气候，但这些岛屿上升为陆的时间不长，仅1～3万年，经受风化作用的时间短，故难以形成铝土矿矿床。
　 　 主要用途
　 　 铝土矿矿石用途多样：
　 　 (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。用于钢铁、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2000～2200℃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。
　 　 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。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。