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我国铝矾土资源储量及应用发展

发表时间: 2020-06-18 16:41:10

作者: 天津三青涵熙国际贸易有限公司

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在工业上,铝矾土主要用来做炼铝和生产耐火材料的原料。

铝矾土(aluminoussoil;bauxite)又称矾土或铝土矿,是一种土状矿物。一般呈白色或灰白色,也会因含铁而呈褐黄或浅红色。密度范围为3.9~4g/cm3,莫氏硬度1~3,质脆,不透明,不溶于水,可溶于硫酸、氢氧化钠溶液,极难熔化。在组成上,铝矾土是多种由含水氧化铝矿石组成的矿物的总称,其主要成分为Al2O3。如有的由一水软铝石(γ-AlO(OH))、一水硬铝石(α-AlO(OH))和三水铝石(Al2O3·3H2O)构成;有的是水铝石和高岭石(2SiO2·Al2O3·2H2O)相伴构成;有的以高岭石为主,且随着高岭石含量的增高,构成为一般的铝土岩或高岭石质黏土。铝矾土一般是外生作用或化学风化形成的,很少有纯矿物,总是包含一些杂质矿物,或多或少的会含有部分其他的黏土矿物、钛矿物、铁矿物及碎屑重矿物等等。在工业上,铝矾土主要用来做炼铝和生产耐火材料的原料。

目前,世界上已知的富存铝矾土的国家有49个。中国有丰富的铝矾土资源,在全国18个省、自治区、直辖市已查明铝土矿产地205处,其中大型产地72处(不包括台湾)。总储量约37亿吨,主要分布在山西、山东、河南、河北、贵州、广西、四川、辽宁、湖南等地。居世界前列,与巴西、澳大利亚、几内亚同属世界铝矾土资源大国(张彦平,2012)。

虽然我国的铝矾土资源总储量较为丰富,但因大部分矿石结构不利于其在生产中的应用,且氧化铝的含量高的优质铝矾土矿储量比例较低,客观上对铝矾土矿的开发利用造成了不利的影响。表1为全国铝矾土矿硅铝比值分布的统计表。

由表1可知,我国的铝矾土矿的硅铝比值分布大部分在4~9之间,占储量总比例的73.96%,而硅铝比值较高的优质矿产总含量较低,硅铝比值>9的仅占总含量的18.62%。

我国储藏的铝矾土矿的矿物构成主要以一水硬铝石为主,合计储量占总储量的99%,其次有少量的以三水铝石为主的铝矾土矿,仅占全国总储量的1%。

较低的硅铝比以及以一水硬铝石为主的矿物结构限制了我国铝矾土资源的应用范围,进入21世纪以来我国逐渐成为铝产品生产的世界第一大国,铝矾土的需量极大,而相对有限的铝矾土资源更主要的应用方向为氧化铝及金属铝的生产,优质的铝矾土资源中能够应用于耐火材料方向的有限。近年来,由于缺乏统一的统筹管理,我国的铝矾土资源开发情况存在管理落后,只采不剥,乱采乱掘,只采富矿,摒弃贫矿等现象,矿石的利用率不到40%,大量的中低品位的铝矾土矿石和碎矿不能够被有效地利用,造成我国特等铝矾土矿几乎耗尽,高品质高品位的铝矾土矿资源日益枯竭。作为高铝耐火材料的重要原料,优质铝矾土矿物的匮乏严重制约了我国耐火材料工业的持续健康发展,引起相关人员的广泛关注。要解决相关的问题,首先在原矿的开采和加工过程中要加强统一管理,采取更为科学的选矿管理方案,合理配置资源。并且要大力发展中低品位铝矾土资源利用途径。

(1)铝矾土是生产高铝质耐火材料的主要原料。

目前,我国在将铝矾土资源应用与耐火材料生产方向时,主要有以下的利用途径:

制备矾土基均质料,从上世纪八九十年代开始,以钟香崇为代表的多名耐火材料方面的专家就针对利用中低品位的铝矾土进行矾土基均质料的生产进行了大量的研究工作,取得了大量的实验成果。我国在“八五”科技攻关中已取得突出成果,产品中Al2O3含量(w)可达85%以上,并且同一级别产品中Al2O3含量(w)误差不大于1%,但其成果直至本世纪初尚未转化推广。

(2)制备改性料:

即通过去除原料中的杂质或加入其他有益的氧化物以改善和优化高温性能(NymphodoraPapassiopi,2010),通过这样方法生产的优质原料称为改性料,如电熔尖晶石系列合成料,烧结和电熔锆刚玉料等;其产品目前已投入使用,且已取得良好的使用效果。

(3)制备转型料:

以高铝矾土为原料,通过高温还原及氮化处理,使铝矾土中的Al2O3和SiO2转变或部分转变为AlON、SiAlON以及其与氧化物的复合材料。

矿物原料在作为耐火材料原料使用时,大部分需要经过预处理,以使其性能在高温下稳定,了解铝矾土在高温处理过程中的变化,对该材料的利用研究有重要的帮助。

以下为一水铝石一高岭石(D-K型),即我国铝矾土矿的主要矿物类型的加热性能变化。

综合反应:

整个过程中,材料的体积收缩约20%。在整个反应过程中,首先发生水铝石的分解反应,水铝石在450℃~550℃时开始脱水,出现刚玉假象,当温度超过1100℃时,逐渐转变为刚玉相。高岭石在脱水后,首先形成污水偏高岭石,然后转变为莫来石相,析出非晶质的SiO2,在高温下转变为方石英。

在温度大于1200℃时,由水铝石转变而来的刚玉相可与高岭石转化为莫来石时析出的SiO2反应生成二次莫来石,其反应式为:

如果处理温度继续提升,在温度大于1400℃或1500℃时,材料会发生重结晶烧结作用,莫来石和刚玉的晶粒长大,气孔缩小消失,材料致密性迅速增加。



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