根據主要鋁礦物的不同,鋁土礦通常分為三種主要礦石類型:三水鋁石型、壹水硬鋁石型和壹水硬鋁石型。國外鋁土礦主要是三水鋁石型,其次是壹水硬鋁石型,壹水硬鋁石型很少。我國鋁土礦礦石以壹水硬鋁石型為主,三水鋁石型少見(照片1.1)。
照片1.1河南鋁土礦
三水鋁石,又稱壹水硬鋁石和氫氧化鋁,是以1822中礦物收藏家C·G·吉布斯的姓氏命名的氫氧化鋁礦物。三水鋁石中Al2O3的質量分數為65.4%,H2O的質量分數為34.6%。常見的類質同象替代物如Fe和Ga的質量分數,Fe2O3可達2%和2%,Ga2O3可達0.006%。此外,還常含有CaO、MgO、SiO2等雜質。單斜晶系,A0 = 0.864納米,B0 = 0.507納米,C0 = 0.972納米;z=8 .結晶完善者為六角板狀、棱柱狀,常為細粒集合體或雙晶。礦石中的三水鋁石晶體非常細小,晶體聚集在壹起形成結核、豆粒或土壤。玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤,透明至半透明。乳溝極其完整。硬度2.5~3.5,相對密度2.30~2.43。三水鋁石是長石等含鋁礦物化學風化的次生產物,主要由鋁矽酸鹽礦物分解水解形成。熱帶亞熱帶氣候有利於三水鋁石的形成,三水鋁石是紅土型鋁土礦的主要礦物成分。在區域變質作用中,脫水後可轉化為壹水硬鋁石和壹水硬鋁石(140~200℃),隨變質程度的增加也可轉化為剛玉。
壹水硬鋁石又稱壹水硬鋁石,結構式和分子式分別為AlO(OH)和al2o 3·H2O。斜晶系,晶體完美的有柱狀、板狀、鱗片狀、針狀、棱柱狀等。礦石中的壹水硬鋁石通常含有不同量的類質同象混合物,如TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5和TR2O3。壹水硬鋁石形成於酸性介質中,自然界中常與壹水硬鋁石、赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、綠泥石、黃鐵礦共生。水化可以變成三水鋁石,脫水可以變成剛玉,也可以被高嶺石、黃鐵礦、菱鐵礦、綠泥石所替代。
壹水硬鋁石又稱勃姆石和壹水硬鋁石,結構式和分子式分別為AlO(OH)和al2o 3·H2O。斜晶系,晶體完美的有菱形、菱形、棱形、針狀、纖維狀和六角形。礦石中的壹水硬鋁石通常含有Fe2O3、TiO2、C2rO和Ga2O3等類質同象或機械包裹體。壹水硬鋁石形成於酸性介質中,主要產於鋁土礦中,常與菱鐵礦共生。它可以被壹水硬鋁石、三水鋁石和高嶺石所替代,可以通過脫水轉化為壹水硬鋁石或剛玉,通過水化轉化為三水鋁石。
鋁土礦的主要化學成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和H2O,五種成分的質量分數占鋁土礦成分的95%以上,壹般在98%以上。次要成分是硫、氧化鈣、氧化鎂、K2O、氧化鈉、二氧化碳、二氧化錳、有機物、碳等。微量成分包括鎵、鈮、鉭、鈷、鋯、釩、磷、鉻、鎳等。Al2O3主要賦存於鋁礦物——三水鋁石、壹水硬鋁石和壹水硬鋁石中,其次賦存於矽酸鹽礦物(主要為高嶺石)中。
鋁土礦中含有鎵、釩、鈮、鉭、鈦、鈰和放射性元素等有用組分,這些有價值的伴生組分可以綜合回收。但礦石中的S、CO2、MgO和P2O5是有害成分,不利於鋁土礦的冶煉和回收。
鋁土礦的應用領域是金屬和非金屬。金屬方面,鋁土礦是生產金屬鋁的主要原料,金屬鋁是鋁土礦最重要的應用領域,其消費量占世界鋁土礦總產量的90%以上。鋁是世界上僅次於鋼的第二重要金屬。鋁因其密度低、導電性和導熱性好、易加工等諸多優異性能,被廣泛應用於國民經濟的各個方面。目前,世界上最大的鋁消費在建築、運輸和包裝行業,占鋁消費總量的60%以上。同時,鋁是電器工業、飛機制造業、機械工業和民用電器不可缺少的原材料。鋁土礦的非金屬用途主要用作耐火材料、研磨材料、化學品和高鋁水泥的原料。
壹般來說,鋁土礦的應用主要有以下六個方面:
1)鋁冶煉行業。用於國防、航空、汽車、電器、化工、日用品生產等行業。
2)精密鑄造。鋁礬土熟料加工成細粉,制成精密鑄造用模具,用於軍事、航天、通訊、儀器儀表、機械和醫療器械等行業。
3)耐火制品。高鋁礬土熟料的耐火度高達1780℃,化學穩定性強,物理性能好。
4)矽酸鋁耐火纖維。它具有重量輕、耐高溫、熱穩定性好、導熱系數低、熱容量小、耐機械振動等優點。用於鋼鐵、有色冶金、電子、石油、化工、航空航天、原子能、國防等行業。它是將高鋁熟料放入熔化溫度約為2000~2200℃的高溫電弧爐中,經高溫熔化、高壓高速空氣或蒸汽吹送冷卻後,成為白色的“棉花”——矽酸鋁耐火纖維。可壓制成纖維毯、板或編織成布,代替耐火磚用於冶煉、化工、玻璃等行業的高溫爐內襯。消防員可以用耐火纖維布做衣服。
5)以鎂砂和鋁礬土熟料為原料,添加適當的結合劑,在澆註鋼桶時效果良好。
6)可用於生產氧化鋁水泥、研磨材料、陶瓷工業和化學工業中的鋁的各種化合物。