關(guān)于高鋁黏土礦石類(lèi)型歸屬的探討

汪 松，呂國(guó)芳，趙鵬大

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢430074；2.河南省國(guó)土資源科學(xué)研究院，河南鄭州450053）

高鋁黏土是一種與鋁土礦、耐火黏土礦共生的礦產(chǎn)資源，具有較為重要的工業(yè)意義，被國(guó)土資源部列為保護(hù)性開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)。目前，在地質(zhì)勘查規(guī)范礦石工業(yè)類(lèi)型的劃分中將高鋁黏土歸并入耐火黏土礦，但在實(shí)際應(yīng)用中，高鋁黏土的理化性能、礦石特征與一般耐火黏土礦有較大的不同，反而與鋁土礦較為接近。因此，在實(shí)際勘查過(guò)程中常把高鋁黏土與一般的鋁土礦和耐火黏土礦相混淆。在對(duì)鋁土礦進(jìn)行勘查時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行耐火度測(cè)試等相關(guān)數(shù)據(jù)分析，直接導(dǎo)致一部分高鋁黏土被當(dāng)成普通鋁土礦；在耐火黏土礦的勘查過(guò)程中，也較少對(duì)耐火黏土礦中的高鋁黏土、硬質(zhì)黏土、軟質(zhì)黏土和半軟質(zhì)黏土進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，導(dǎo)致常將高鋁黏土當(dāng)成一般耐火黏土礦來(lái)使用。因此可見(jiàn)，高鋁黏土礦物屬性與礦石工業(yè)類(lèi)型不一致的矛盾造成了高鋁黏土資源的極大浪費(fèi)。本文在對(duì)高鋁黏土礦物屬性進(jìn)行理論梳理的基礎(chǔ)上，探討其礦石類(lèi)型歸屬問(wèn)題，并結(jié)合河南省進(jìn)行實(shí)證分析，完善高鋁黏土地質(zhì)勘查規(guī)范，為高鋁黏土的高效利用奠定理論基礎(chǔ)。

1 高鋁黏土礦石類(lèi)型歸屬的理論分析

1.1 高鋁黏土的礦物屬性及重要性

高鋁黏土主要礦物成分為一水硬鋁石，次要礦物成分為高嶺石和一水軟鋁石，與鋁土礦、普通耐火黏土礦緊密共生。高鋁黏土的用途較為廣泛：高鋁黏土經(jīng)過(guò)在電弧爐中熔融，可以制造高級(jí)研磨材料，其中電熔剛玉磨料是目前應(yīng)用最廣泛的一種磨料，占全部磨料產(chǎn)品的2／3，具有熱震性能好、耐沖刷、耐腐蝕、氣孔率低等特點(diǎn)，是制造高級(jí)研磨材料中非常重要的原料；高鋁黏土AL2O3的含量較高，硬度和比重較大，耐火度高，通常在高溫（1400～1800℃）煅燒成熟料，用以制造高級(jí)耐火材料制品；在建材工業(yè)上用以制作水泥窯和玻璃熔窯用的高鋁磚、磷酸鹽高鋁耐火磚、高鋁質(zhì)熔鑄磚；高鋁黏土與石灰石混合制成高鋁水泥，具有耐海水腐蝕性、快速硬化性、耐火耐熱性，在海港工程和軍事?lián)屝薰こ讨杏兄豢苫蛉钡淖饔茫淮送?，高鋁黏土還可以應(yīng)用于油井中，作為凈化石油用的支撐劑，在農(nóng)業(yè)上作為促肥劑，以及用作抗滑、抗磨的鋪路材料等等；高鋁黏土礦還普遍伴生有稀土金屬元素，在某種程度上講，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高鋁黏土礦的價(jià)值；近些年來(lái)，一些軍工企業(yè)也通過(guò)利用高鋁黏土生產(chǎn)航空航天材料[1－2]。

無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)價(jià)值來(lái)看，還是從資源綜合利用來(lái)看，又或者從軍事戰(zhàn)略意義來(lái)看，高鋁黏土礦都是一種極具重要價(jià)值的礦種，國(guó)家也對(duì)高鋁黏土的開(kāi)采、保護(hù)、規(guī)劃做了各項(xiàng)規(guī)定。2010年1月2日，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于采取綜合措施對(duì)耐火黏土螢石的開(kāi)采和生產(chǎn)進(jìn)行控制的通知》（國(guó)辦發(fā)〔2010〕號(hào)），對(duì)耐火黏土（高鋁黏土）開(kāi)采和生產(chǎn)總量限制、嚴(yán)格控制耐火黏土（高鋁黏土）新增開(kāi)采產(chǎn)能、積極推進(jìn)耐火黏土（高鋁黏土）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、有效實(shí)施耐火黏土（高鋁黏土）出口措施、提高耐火黏土（高鋁黏土）資源稅稅率等相應(yīng)控制措施。2010年2月22日，工業(yè)和信息化部等7部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《耐火黏土（高鋁黏土）行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)公告》（工聯(lián)原〔2010〕86號(hào)），對(duì)高鋁黏土行業(yè)在生產(chǎn)布局條件、規(guī)模、工藝與裝備、資源綜合利用和能源消耗、環(huán)境保護(hù)和土地復(fù)墾、主要產(chǎn)品質(zhì)量等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高高鋁黏土行業(yè)的準(zhǔn)入條件，限制其只能用于高級(jí)耐火材料、剛玉型研磨材料、高鋁水泥、陶瓷匣缽等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，并針對(duì)鋁土礦、耐火黏土礦床共生的高鋁黏土礦，必須進(jìn)行綜合開(kāi)采，合理利用，嚴(yán)防優(yōu)材劣用，對(duì)高鋁黏土礦實(shí)行開(kāi)采和生產(chǎn)的總量控制；2010年7月7日，國(guó)土資源部辦公廳發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展省級(jí)稀土等礦產(chǎn)勘查專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃編制工作的通知》（國(guó)土資發(fā)〔2010〕46號(hào)），將高鋁黏土列為保護(hù)性開(kāi)采礦種，要求各?。ㄊ校╅_(kāi)展高鋁黏土礦產(chǎn)資源勘查專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃編制工作。

1.2 現(xiàn)行高鋁黏土礦石類(lèi)型的歸屬及存在的問(wèn)題

1.2.1 現(xiàn)行高鋁黏土礦石類(lèi)型的歸屬

從現(xiàn)行礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及工業(yè)用途來(lái)看，將高鋁黏土劃入耐火黏土礦。在《中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——高嶺土、膨潤(rùn)土、耐火黏土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ／T0206－2002）中：耐火黏土礦是指耐火度大于1580℃的黏土，主要用于冶金、機(jī)械等部門(mén)，其次為輕工、建材、化工、國(guó)防等部門(mén)，依其理化性能、礦石特征和工業(yè)用途，一般分為軟質(zhì)黏土、半軟質(zhì)黏土、硬質(zhì)黏土和高鋁黏土等四種，如表1所示。

表1 耐火黏土礦石工業(yè)類(lèi)型

高鋁黏土的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：主要礦物為一水硬鋁石，次要礦物為一水軟鋁石和高嶺石，Al2O3含量高于50%，F(xiàn)e2O3含量低于3%，耐火度大于1770℃，礦石外觀特征主要為豆?fàn)?、鮞狀、角礫狀、致密塊狀、堅(jiān)硬粗糙狀和土狀。

1.2.2 存在的問(wèn)題

目前之所以把高鋁黏土歸并入耐火黏土礦主要在于其工業(yè)用途的相似性，高鋁黏土是用作生產(chǎn)高級(jí)耐火材料的主要原料，而耐火黏土的其他三種礦石類(lèi)型通常作為一般耐火材料使用。但是對(duì)比分析高鋁黏土與其他耐火黏土可知它們?cè)诘V物組分、巖石化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)上均存在著較大不同。因此，不能完全按照工業(yè)用途，將高鋁黏土歸入耐火黏土礦。

礦物組分方面，礦物組分是礦石類(lèi)型劃分中非常重要的影響因素，高鋁黏土與耐火黏土的其他三種礦石類(lèi)型在礦物組分上存在著極大的差異。高鋁黏土的主要礦物成分為一水硬鋁石和一水軟鋁石，而硬質(zhì)黏土、半軟質(zhì)黏土和軟質(zhì)黏土的主要礦物成分為高嶺石、伊利石、葉臘石等黏土礦物。結(jié)合杜清華等老一批學(xué)者的研究，黏土是指由黏土礦物、附生礦物和雜質(zhì)組成的，主要成分以黏土礦物為主的礦物，而黏土礦物主要為高嶺石類(lèi)、膠嶺石類(lèi)、多水高嶺石類(lèi)和水云母等由風(fēng)化作用而生成的次生礦物所組成[3]，從礦物組分上可以分析，硬質(zhì)黏土、半軟質(zhì)黏土和軟質(zhì)黏土均表現(xiàn)出典型的黏土礦特點(diǎn)，而高鋁黏土與黏土礦有較大的差異。

巖石化學(xué)方面，高鋁黏土礦AL2O3含量大于50%，而耐火黏土的其他三種礦石類(lèi)型AL2O3含量均在20%～30%之間。結(jié)合劉長(zhǎng)齡等[5]關(guān)于黏土礦與鋁土礦的分析可知：AL2O3是鋁質(zhì)巖的主要化學(xué)成分，而高鋁黏土中含有過(guò)半的AL2O3，與一般的黏土礦存在較大的差異。

物理結(jié)構(gòu)方面，高鋁黏土礦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常呈現(xiàn)豆?fàn)?，角礫狀，致密塊狀等，而耐火黏土的其他三種礦石類(lèi)型常呈現(xiàn)土狀、片狀等典型黏土礦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1.3 高鋁黏土與鋁土礦的對(duì)比分析

1.3.1 鋁土礦礦物屬性

在《中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——鋁土礦、冶美菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ／T0202－2002）中，主要從自然類(lèi)型和工業(yè)類(lèi)型來(lái)定義鋁土礦礦石類(lèi)型。

從自然類(lèi)型來(lái)看，主要從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、顏色和主要鋁礦物成分來(lái)劃分鋁土礦礦石類(lèi)型。按照結(jié)構(gòu)構(gòu)造分為土狀（粗糙狀）、致密狀、豆?fàn)?、鮞狀、碎屑狀、角礫狀鋁土礦等，還有砂狀、杏仁狀、斑點(diǎn)狀、氣孔狀鋁土礦等；按顏色分為白色、灰色、黑色、紅色、淺綠色鋁土礦等；按主要的鋁礦物成分分為一水型鋁土礦、三水型鋁土礦和混合型鋁土礦。

從工業(yè)類(lèi)型來(lái)看，在劃分礦石自然類(lèi)型的基礎(chǔ)上，按礦石AL2O3含量、鋁硅比值、工業(yè)用途、提取氧化鋁的方法及雜質(zhì)Fe2O3、S含量劃分礦石工業(yè)類(lèi)型。如高鋁耐火材料、電熔剛玉、高鋁水泥、拜爾法生產(chǎn)氧化鋁或燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁和聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁的礦石及高鐵鋁土礦、低鐵鋁土礦、高硫鋁土礦、低硫鋁土礦等。

鋁土礦礦床的一般工業(yè)指標(biāo)如表2所示。

表2 鋁土礦床一般工業(yè)指標(biāo)

1.3.2 高鋁黏土與鋁土礦的相似性分析

從礦物組分來(lái)看，高鋁黏土礦石的礦物成分與鋁土礦的礦物成分都是主要為一水型鋁土礦；從巖石化學(xué)來(lái)看，高鋁黏土礦AL2O3含量大于50%，完全符合鋁土礦中AL2O3含量大于40%的邊界品位；從物理結(jié)構(gòu)來(lái)看，高鋁黏土礦與鋁土礦的結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，均常呈現(xiàn)為豆?fàn)?、鮞狀、角礫狀、致密塊狀、堅(jiān)硬粗糙狀和土狀；從工業(yè)用途來(lái)看，高鋁黏土礦與鋁土礦也具有高度相似性，可以用作生產(chǎn)高級(jí)耐火材料、電熔剛玉、高鋁水泥等。高鋁黏土礦石的理化性能、礦石特征等均能達(dá)到鋁土礦工業(yè)指標(biāo)要求（見(jiàn)表2），而且高于鋁土礦工業(yè)指標(biāo)的基本要求。

由此可見(jiàn)，高鋁黏土實(shí)質(zhì)是鋁土礦，是鋁土礦中含AL2O3高、含F(xiàn)e2O3低的一種礦石，而且還是高品質(zhì)的鋁土礦。高鋁黏土的物理性質(zhì)、工業(yè)指標(biāo)、行業(yè)規(guī)范都適用于鋁土礦的相應(yīng)規(guī)范，高鋁黏土礦的地質(zhì)勘查規(guī)范應(yīng)該參照鋁土礦的地質(zhì)勘查規(guī)范。

在進(jìn)行鋁土礦勘查時(shí)，現(xiàn)行鋁土礦地質(zhì)勘查規(guī)范中未考慮高鋁黏土礦的特性，因此在實(shí)際地質(zhì)勘查中不會(huì)對(duì)鋁土礦進(jìn)行耐火度測(cè)試等相關(guān)數(shù)據(jù)分析，直接導(dǎo)致一部分高鋁黏土礦劃入普通鋁土礦，也錯(cuò)失大量?jī)?yōu)質(zhì)高鋁土礦的資源。

2 高鋁黏土礦石類(lèi)型歸屬的實(shí)證分析

2.1 河南省高鋁黏土開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及問(wèn)題

鋁土礦、耐火黏土礦是河南省的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)之一，資源儲(chǔ)量居全國(guó)第二位，僅次于山西省。河南省鋁土礦、耐火黏土礦資源主要分布在焦作、三門(mén)峽、平頂山之間三角形區(qū)域內(nèi)。截至2011年底，河南省列入儲(chǔ)量表的鋁土礦區(qū)113處，累計(jì)查明鋁土礦資源儲(chǔ)量8.72億t，保有資源儲(chǔ)量7.01億t；列入儲(chǔ)量表的耐火黏土礦區(qū)共86處，累計(jì)探明資源儲(chǔ)量34257萬(wàn)t，保有資源儲(chǔ)量29573萬(wàn)t。

表3 2011年河南省鋁土礦、耐火黏土礦資源儲(chǔ)量表

雖然河南省鋁土礦和耐火黏土礦均居于全國(guó)第二位，但高鋁黏土礦已探明儲(chǔ)量較少，截至2011年底，河南省明確作為高鋁黏土礦列入儲(chǔ)量表的只有2處，資源儲(chǔ)量只有550萬(wàn)t。高鋁黏土礦是與鋁土礦、耐火黏土礦緊密共生的礦產(chǎn)資源，既然鋁土礦和耐火黏土礦儲(chǔ)量都很高，為何高鋁黏土礦儲(chǔ)量如此少呢，這主要就是由于高鋁黏土礦礦物屬性與礦石類(lèi)型歸屬不一致的矛盾，導(dǎo)致有很大一部分基本達(dá)到高鋁黏土工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鋁土礦和耐火黏土礦由于缺少關(guān)鍵數(shù)據(jù)的檢測(cè)而錯(cuò)誤的劃入普通鋁土礦或普通耐火黏土礦。

在河南省鋁土礦113處礦區(qū)中，Al2O3含量達(dá)到60%以上礦區(qū)有42處，資源儲(chǔ)量達(dá)到33785萬(wàn)t，占鋁土礦資源保有量的48.2%。Al2O3含量達(dá)到60%以上且Fe2O3含量低于3%的礦區(qū)13處，資源儲(chǔ)量11166萬(wàn)t，占河南省鋁土礦資源儲(chǔ)量的15.93%，這部分鋁土礦是高鋁黏土礦的潛在資源。

2.2 如何準(zhǔn)確劃分及完善高鋁黏土地質(zhì)勘查規(guī)范

對(duì)高鋁黏土礦石類(lèi)型歸屬的探討，其核心在于根據(jù)其礦物屬性準(zhǔn)確劃分礦石類(lèi)型，完善勘查規(guī)范，實(shí)現(xiàn)其綜合利用，其根本目的是使有限的高鋁黏土資源發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，也就是在高鋁黏土礦產(chǎn)資源勘查、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以較小的消耗和投入獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

基于河南省的實(shí)際情況可知，目前河南省明確作為高鋁黏土使用的資源較少，但潛在資源儲(chǔ)量巨大，主要因?yàn)楦咪X黏土礦石類(lèi)型歸屬劃分不準(zhǔn)確，勘查規(guī)范不完善所致，因此我們可以通過(guò)以下兩個(gè)方面來(lái)準(zhǔn)確劃分及完善高鋁黏土勘查規(guī)范。

1）明確高鋁黏土的礦石類(lèi)型歸屬。高鋁黏土的礦物組分、巖石化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)均與耐火黏土礦有較大的差異，而高度相似于鋁土礦，因此，應(yīng)修訂相應(yīng)的礦石類(lèi)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，把高鋁黏土歸并入鋁土礦。

2）完善高鋁黏土礦勘查規(guī)范。高鋁黏土礦是耐火黏土礦和鋁土礦的伴生礦產(chǎn)，實(shí)際地質(zhì)勘查規(guī)范運(yùn)用現(xiàn)行的耐火黏土礦和鋁土礦的勘查規(guī)范都不能很好的探明其實(shí)際儲(chǔ)量，因此，當(dāng)明確高鋁黏土屬于鋁土礦時(shí)，以鋁土礦勘查規(guī)范為基礎(chǔ)，在具體地質(zhì)勘查過(guò)程中，對(duì)鋁土礦進(jìn)行耐火度檢測(cè)和Fe2O3含量分析，當(dāng)耐火度高于1770℃，F(xiàn)e2O3含量低于3%，并且Al2O3大于50%時(shí)，這部分鋁土礦將列入高鋁黏土礦，這樣就能在較大程度上提高高鋁黏土的資源儲(chǔ)量。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)理論分析和實(shí)證分析可以看出，目前高鋁黏土已探明儲(chǔ)量少，不能實(shí)現(xiàn)合理高效利用的原因在于高鋁黏土礦物屬性與現(xiàn)行礦石類(lèi)型劃分不一致，而礦石類(lèi)型歸屬的錯(cuò)誤又導(dǎo)致其在勘查時(shí)無(wú)法對(duì)高鋁黏土進(jìn)行區(qū)分和剝離。本文通過(guò)對(duì)高鋁黏土的礦石類(lèi)型歸屬進(jìn)行探討，分析其礦物組成、巖石化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)方面與耐火黏土礦、鋁土礦的差異和相似性，進(jìn)而完善其勘查規(guī)范。研究認(rèn)為：高鋁黏土理化性能、礦石特征等均能達(dá)到鋁土礦工業(yè)指標(biāo)要求，應(yīng)考慮將其歸類(lèi)為鋁土礦的一種，現(xiàn)行的鋁土礦地質(zhì)勘查規(guī)范沒(méi)有考慮高鋁黏土礦的特性，缺少對(duì)高鋁黏土礦的檢驗(yàn)手段，應(yīng)通過(guò)修正鋁土礦的地質(zhì)勘查規(guī)范，增加耐火度檢測(cè)、Fe2O3含量分析等項(xiàng)目的檢測(cè)，完善高鋁黏土勘查規(guī)范。這樣可以在較大程度上提高高鋁黏土的資源儲(chǔ)量，并且有利于高鋁黏土資源的綜合高效合理利用。

[1]匡敬忠，肖坤明，曾軍龍.從鋁土礦、磷礦及鈮鉭礦中綜合回收稀土的研究進(jìn)展[J].稀土，2012（2）：81－85.

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[4]劉長(zhǎng)齡.關(guān)于“鋁土礦、礬土、高鋁黏土”等名稱(chēng)的使用問(wèn)題[J].地質(zhì)與勘探，1986（6）：33－35.