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铝土矿 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3～5Al2O3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AlOOH和Al2O3H2O。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AlOOH，分子式为Al2O3H2O。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AlOH，分子式为Al2O33H2O。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。 表3.9.1铝土矿石化学成分要求YS-T78-94 t3-9-1.jpg 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。 表3.9.2铝土矿工业要求矿床实例 t3-9-2.jpg 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，CaOMgO≤1.0，Al2O3/SiO2≥12。 我国作电熔刚玉的铝土矿要求见表3.9.3。 表3.9.3我国作电熔刚玉原料的铝土矿质量要求 t3-9-3.jpg 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。 表3.9.4作高铝水泥原料的铝土矿石质量要求 t3-9-4.jpg 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。 一、资源状况 截至1996年末，我国已探明铝土矿矿区310处，分布于全国19个省、自治区、直辖市。铝土矿保有储量达到22.73亿t，其中ABC级7.05亿t，占总保有储量的31。图3.9.1示出了我国1960～1995年铝土矿保有储量和ABC级储量增长状况。 图3.9.1我国铝土矿储量增长曲线 m3-9-1.jpg 据美国矿业局Mineral Commodity Summaries1996年资料，全世界铝土矿储量为230亿t，储量基础为280亿t，其中铝土矿资源比较丰富的国家有澳大利亚储量基础79亿t、几内亚储量基础59亿t、巴西储量基础29亿t、牙买加储量基础20亿t、印度储量基础12亿t、匈牙利储量基础9亿t。我国铝土矿的数量和质量都不及上述国家，如以我国ABC级储量工业储量和这些国家的储量基础相比，远在它们之后。 我国铝土矿资源还是比较丰富的，华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海四个成矿区都具有较好的铝土矿成矿条件，尤以晋中-晋北、豫西-晋南、黔北-黔中三个成矿带成矿条件较好，资源远景也大；桂西-滇东及川南-黔北等成矿带也有一定的远景。有关部门根据已有地质条件和成矿条件分析，我国铝土矿资源总量预计可达50亿t。 二、储量分布 我国铝土矿分布高度集中，山西、贵州、河南和广西四个省区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。 山西的铝土矿床点主要分布在孝义、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6.7万km2，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、河北等省区，也有铝土矿矿床产出。 图3.9.2和表3.9.5示出了我国主要的铝土矿矿床及其开发利用状况。 三、资源特点 我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t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。 我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Al2O3 60～70，Al/Si ≥12只占1.5，二级矿石Al2O3 51～71，Al/Si≥9占17，三级矿石Al2O3 62～69，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。 我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，我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。 我国铝土矿的最后一个特点是，地质工作程度比较高，截至1994年底，我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。 图3.9.2 中国铝土矿分布图 m3-9-2.jpg 表3.9.5中国铝土矿主要产地一览表 t3-9-5.jpg t3-9-5-A.jpg 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。 具体来说，①修文式碳酸盐岩古风化壳异地堆积亚型铝土矿矿床，由于下伏基岩是碳酸盐岩，因此由风化作用形成的是富铝钙红土残坡积层，一般说侵蚀间断时间越长，即风化作用时间越长，由风化作用形成的残坡积富铝钙红土层越多、越厚，生成的铝土矿物越多，粘土矿物越少，矿石品位越富，矿层厚度也越大。②新安式碳酸盐古风化壳原地堆积亚型铝土矿矿床，这类矿床的铝土矿直接覆在碳酸盐岩的喀斯特侵蚀面上，是原地堆积的，许多情况下是堆积在喀斯特溶洞、溶斗中，矿体不长几百m，但厚度较大40～60m。如果侵蚀间断时间短暂，一般只形成钙红土残积层，略有迁移搬运现象，这种矿石质量虽然稍贫，但矿层稳定，厚度变化小。③平果式碳酸盐岩古风化壳原地堆积-现代喀斯特堆积亚型铝土矿矿床。这类堆积矿的形成条件主要是有一定规模的层状矿、有适宜的气候条件、矿层上下要有较厚的石灰岩，以及矿层直接顶、底板粘土页岩较薄。④遵义式铝硅酸盐岩古风化壳原地堆积亚型铝土矿矿床。这类矿床的成矿规律是首先与下伏基岩有过渡现象，与上覆地层有侵蚀间断面，因此厚度变化大，无矿天窗较多；其次，矿层厚度及矿体规模大小、矿石品位贫富，取决于成矿时侵蚀间断时间的长短及下伏基岩的性质是否容易风化。如果侵蚀间断时间长，被侵蚀风化的下伏基岩多数是细碎屑岩、粘土页岩，只有一部分是碳酸盐岩，往往矿层厚、规模大、矿石品质佳，但随之无矿天窗增多。如果被侵蚀风化的下伏基岩是较易风化的玄武岩，则矿层厚度及矿体规模可能较大，矿石也可能较富。如果下伏基岩虽然是较易风化的玄武岩，但成矿时侵蚀间断时间过于短暂，风化作用不彻底，则矿层厚度、矿体规模及矿石品质均难符合理想。 我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。 二、矿床类型 按照廖士范等人的意见，中国铝土矿矿床可分为两大类型古风化壳型铝土矿矿床Ⅰ型和红土型铝土矿矿床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型的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型的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、铝土矿石再风化成钙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。 三、典型矿床区 一 贵州修文小山坝铝土矿矿区 修文小山坝铝土矿矿区1957年开始勘探，累计探明铝土矿2026.4万t，矿石平均品位为67.91。1979年五龙寺矿区开始投产，矿层呈似层状，产状平缓，倾角5～10，向北东倾斜。铝土矿层居含矿系中部图3.9.3，其上均为灰色致密状铝土质粘土岩，与铝土矿层呈渐变关系。矿层之下为赤铁质页岩，常夹紫红色砂质页岩，两者呈沉积接触，界线清楚。矿层上部致密铝土质粘土岩之中常夹有粗糙状土状铝土矿扁豆体，长几厘米到几十厘米不等，厚几厘米，与致密铝土质粘土岩和土状铝土矿的接触界线不明显，似为渐变关系。致密铝土质粘土岩之上常有粘土页岩与粉砂岩互层，有时夹碳质页岩或劣煤图3.9.3。铝土矿层长500～1400m，宽数百米至1000m不等。铝土矿含矿系厚2～20m，一般厚8m左右。符合工业要求的铝土矿层平均厚2～3m，居于含矿系中部，多数由粗糙状土状铝土矿石、半粗糙状半土状铝土矿石及砾屑豆鲕状铝土矿石组成，以及致密状铝土矿石等矿石自然类型组成。 二 山西孝义克俄铝土矿床 最早1960年对克俄铝土矿床克俄矿段进行勘探，随后又对卜家峪等矿段进行了勘探，共累计探明铝土矿6265.6万t，矿石平均品位为64.36。1986年山西铝厂开始对孝义铝土矿进行开采。铝土矿赋存于石炭系上统本溪组下段即含矿岩系中上部。含矿岩系下伏基岩为奥陶系中统峰峰组灰岩，二者之间呈平行不整合接触，石灰岩的喀斯特侵蚀面较清楚。含矿岩系自下而上由“山西式”铁矿赤、褐铁矿、铝铁岩、铝土矿、耐火粘土矿、粘土页岩、碳质页岩、煤线等组成图3.9.4，厚8～20m，矿体厚度一般为1～8m。铝土矿层下界距奥陶系灰岩侵蚀面0.92～7.34m，一般2～5m。矿体呈似层状、扁豆体状，长约1800m，宽400～120m。矿石类型有致密状、粗糙状和豆鲕状三种。 图3.9.3贵州修文县小山坝铝土矿矿床地层柱状剖面图 ① ①地层时代根据贵州省地质局区测队1978年资料，层序岩性根据修文队1958年资料 m3-9-3.jpg 图3.9.4克俄矿段20线剖面图矿层柱状对比图 1.第四系；2.太原组上段；3.太原组下段；4.本溪组上段；5.本溪组下段；6.奥陶系中统；7.铝土岩、粘土岩；8.粘土质页岩；9.鲕状铝土矿；10.粗糙状铝土矿；11.山西式铁矿；12.石灰岩；13.铝土矿 m3-9-4.jpg 图3.9.5河南新安县张窑院溶斗状铝土矿矿床地质剖面图 1.豆鲕状铝土矿；2.致密状铝土矿；3.半粗糙状铝土矿；4.高岭石粘土岩；5.铝土质高岭石粘土岩；6.煤层；7.铁质页岩；8.石灰岩；9.渐变界线；C2t.上石炭统太原组；C2b.上石炭统本溪组；O2m.中奥陶统马家沟组 m3-9-5.jpg 三 河南新安张窑院铝土矿矿床 该矿床1961～1964年以耐火粘土矿进行勘探，1966年开始投产。累计探明铝土矿949.7万t。含矿层的地质时代与山西孝义克俄矿床的时代相同，均属晚石炭世本溪期。含矿层上覆地层是太原统，两者为整合关系；下伏地层为中奥陶统马家沟组。两者呈喀斯特平行不整合接触关系。所不同的是铝土矿之下一般缺失山西式铁矿。铝土矿或粘土岩直接堆积在马家沟组石灰岩喀斯特溶斗、溶洞之中，矿体厚度极大，一般厚10～15m，个别达41.8m，但长轴很小，仅300～500m，宽100～300m。平均品位为70.79。矿体之中常夹碳质岩、劣煤一至数层图3.9.5。张窑院矿床有大小矿体9个，大致呈东西向分布，可能与赋存矿体的古喀斯特溶斗、溶洞沿东西方向的古断裂发育有关。铝土矿矿石也由粗糙状、半粗糙状、致密状、豆鲕状矿石组成。矿石质量比修文式铝土矿矿床要好，但储量规模要小得多。 四 广西平果铝土矿矿床 该矿区面积有1750km2，在层状矿体分布132km长的范围内均有堆积矿石。最早1959～1961年对原生矿进行勘探。因原生矿含硫高不能利用，1974年转对堆积矿进行勘探，前后一共累计探明铝土矿储量达12609.8万t，平均品位64.69。由于层状矿石含硫太高1.5～7，目前工业尚难利用。堆积矿石可露天开采，精矿石品位高，含硫低，工业价值大。铝土矿呈层状，局部呈凸镜状，居于含矿系中部或下部。矿层往往直接覆在茅口组石灰岩之上。含矿系顶板为煤层、碳质页岩，如其尖灭时则含矿系直接与合山组石灰岩、硅质页岩接触。已勘探地区共有16个矿层，最长的矿层长4500m，最短的50m，一般500～1500m；宽30～800m，一般200～500m。矿层厚度一般2m左右，最厚可达5.93m。矿层厚度的变化与基岩古侵蚀面的起伏有关图3.9.6。 图3.9.6广西平果县那豆铝土矿矿床ⅠⅠ′横剖面地质图① 1.层状铝土矿；2.堆积铝土矿；3.石灰岩；4.铁铝岩；5.卡斯特假整合；6.碳质页岩；7.煤层；8.浅井；①柱状剖面为钻孔资料 m3-9-6.jpg 五 贵州遵义苟江铝土矿矿床 该矿1989年进行勘探，探明储量达1112万t，矿石平均品位为53.62。矿层产出形状复杂，无矿天窗多，含矿系数较小，约0.5左右。矿层厚度变化也很大，0.7～11.5m，个别厚达83m，而其中夹碳质岩或劣煤可达4层图3.9.7。铝土矿矿石主要由土状、半土状、致密状、碎屑状、豆鲕状矿石组成，以土状矿石最富，致密矿石较贫，半土状、碎屑状、豆鲕状矿石居中等。苟江铝土矿床中个别地段含铝岩系直接与灰色白云岩接触，缺失过渡层，矿层也特厚超过83m，含铝岩组直接覆于碳酸盐喀斯特漏斗之中，是桐梓组第二段及部分第一段白云岩被红土化剥蚀的结果。而含铝岩系物质来源可能是下伏缺失的岩层，这些岩层原地红土化剥蚀成铝土物质、粘土矿物等风化壳物质于原地堆积，少部分是附近的风化壳铝土矿物、粘土矿物由于坡积的作用略有迁移堆积而成。 图3.9.7贵州遵义苟江铝土矿矿床13线勘探线剖面图① 1.浮土；2.石灰岩；3.白云岩；4.铝土矿，少量高岭石粘土岩；5.粘土页岩；6.劣煤或碳质页岩；7.略有层理的粘土岩；P1q.下二叠统栖霞组；P1l.下二叠统梁山组；C1.下石炭统；O1t2.O1t1.下奥陶统桐梓组；①据贵州省地质局102队资料 m3-9-7.jpg 六 海南蓬莱铝土矿矿床 该矿床是现代红土型铝土矿矿床，1959～1961年进行普查勘探，1975年对罗本5、6号等9个矿体又进行了勘探，共累计探明铝土矿储量达2190.6万t，平均品位44.4。铝土矿分布在平缓山丘的山顶上，海拔高程约30～60m，为第三纪到第四纪的玄武岩风化红土型三水铝石铝土矿矿床。矿体由玄武岩风化而成的红土及铝土矿石团块组成，其中红土约占70～80，矿石团块约占20～30重量比。矿体呈复碟状，依地形坡度成缓倾斜。矿体顶板界线清晰，常呈不规则状、微波状，凹凸不平。底顶常过渡为不含矿石的红土层或直接覆在风化的玄武岩之上图3.9.8。铝土矿矿石呈棕色，部分呈棕红、灰褐、灰黄及灰白等色。矿石均呈团块状。块度一般为1～5cm，个别1m以上。矿石的自然类型有①棕黄色结核状矿石；②灰白色粉砂岩状矿石；③褐红色、白色斑点状矿石；④棕黄色气孔状矿石；⑤致密状矿石。矿石中铝土矿石占90以上，其他尚有褐铁矿矿石、赤铁矿矿石、钛赤铁矿矿石以及残存的玄武岩块等。 图3.9.8海南蓬莱铝土矿矿床鸡姑矿段Ⅳ号地质剖面示意图① 1.红土型铝土矿矿床；2.含铝土矿块的红土；3.第三纪到第四纪玄武岩；4.残坡积红土；5.突变或渐变接触界线；①据广东省地质局海南地质队1967年资料 m3-9-8.jpg 七 山东淄博王村铝土矿 王村铝土矿位于淄博盆地的西北部。1956年对其进行详查，1964～1965年进行初勘和详勘工作。1958年开始露采，1967年结束。1965年作开拓基建，1966年投产。该矿累计探明铝土矿294.5万t，为一小型矿床。 矿区出露地层有奥陶系中统、石炭系中、上统和二叠系。铝土矿产于二叠系上统南宁组万亚组第一段上部，属“A”层铝土矿。第一段共分三层第一层为灰色细粒泥质砂岩，第二层为含矿层，厚5.6～10.7m，第三层灰至深灰色、紫色泥岩。铝土矿呈层状及透镜状。矿体规模为长300～1000m，宽160～1000m。矿石矿物成分以一水硬铝石为主，呈微晶状及胶状，次为高岭石、菱铁矿，等等。矿石成分，平均含Al2O3 54.93、SiO2 17.21、Fe2O3 11.36。铝硅比为3.19。矿石多为豆状、豆鲕状结构。 一、 地质勘查 目前，我国利用的主要是沉积型的铝土矿。 根据我国铝土矿床地质特点，一般沉积型铝土矿床产状平缓，圈定矿体地表边界时采用探槽、浅井，深部采用钻探。但当矿体产状陡，且在地形条件有利时，也可适当配合少量硐探已探求高级储量和验证钻孔资料的可靠性。对于堆积型和红土型铝土矿床因其埋藏不深，除圈定矿体外部可采用探槽配合浅井之外，其他地段全部采用浅井进行勘探。 我国铝土矿根据矿石类型、矿床类型，以及开采方式的不同，在勘探时其工业指标也有所不同。表3.9.6列出了我国提炼金属铝用铝土矿矿床的一般工业指标。 表3.9.6我国铝土矿一般工业指标 t3-9-6.jpg 根据全国矿产储量委员会制定的铝土矿地质勘探规范，按照矿体延展规模、矿体形态复杂程度、矿体厚度稳定程度、内部结构复杂程度、构造复杂程度等地质因素和勘探难易程度，将沉积型铝土矿床划分为四个勘探类型。 1第Ⅰ勘探类型矿体延展规模大、形态简单、厚度稳定不稳定、内部结构简单较简单、构造简单的似层状沉积型铝土矿床。如山西克俄铝土矿床。 2第Ⅱ勘探类型矿体延展规模中大、形态较简单、厚度稳定不稳定、内部结构简单较简单、构造简单较简单的似层状、透镜状沉积型铝土矿床。如河南贾沟、贵州魏家寨、山东王村等铝土矿床。 3第Ⅲ勘探类型矿体延展规模中小、形态不规则、厚度不稳定很不稳定、内部结构简单复杂、构造简单复杂的透镜状沉积型铝土矿床。如贵州老荒坡、燕垅A矿段一号矿体等铝土矿床。 4第Ⅳ勘探类型矿体延展规模很小、形态很不规则、厚度极不稳定、内部结构复杂很复杂的小透镜状、漏斗状沉积型铝土矿床。如河南张窑院2号矿体。 根据我国铝土矿地质勘探和矿山生产实践经验，通过探采对比，结合铝土矿床的四个勘探类型，总结出了如表3.9.7所示的铝土矿床的勘探工程间距。 表3.9.7铝土矿的勘探类型和勘探工程间距 t3-9-7.jpg 二、矿山开采 我国铝土矿生产矿山和国外一样，也是以露采为主，开采的实践证明，单一的自卸汽车直进沟开拓对大多数铝土矿床是行之有效的开拓运输方式，它具有投资省、基建时间短、投产快、适应时强的优点。因此在我国露天铝矿开采中得到了广泛的应用。但是与国外相比，露采的剥采比大，采矿损失率和矿石贫化率高。以有色金属工业系统为例，1986年全国平均剥采比为3.74t/t，1990年增至9.17t/t；采矿损失率和矿石贫化率1986年分别为7.42和10.85，1990年分别降为4.73和7.25。由于我国铝土矿矿床普遍覆层厚，矿床工业指标规定的剥采比达10～15m3/m3，有的矿山设计境界剥采比高达22～25m3/m3。据统计，剥离量占采剥总量的80～90，剥离费用占矿石成本的50