含量为40%的铝矾土,有什么用途?主要用于那些行业!

含量为40%的铝矾土,有什么用途?主要用于那些行业!
含量为40%的铝矾土,有什么用途?主要用于那些行业!

含量为40%的铝矾土,有什么用途?主要用于那些行业!
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.
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、近海湖盆地或滨海潟湖、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.
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.
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%.
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