我國耐火粘土礦產(chǎn)資源分類及綜合利用

牛仁杰，朱 進(jìn)，向 琦（中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會，北京　100831）

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我國耐火粘土礦產(chǎn)資源分類及綜合利用

牛仁杰，朱 進(jìn)，向 琦
（中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會，北京100831）

【摘 要】本文對我國耐火粘土的資源儲量、特點(diǎn)、分布及礦石特征等進(jìn)行簡述，并總結(jié)了我國耐火粘土資源的分類，資源開發(fā)應(yīng)用及綜合利用等。

【關(guān)鍵詞】耐火粘土；資源；綜合利用

耐火粘土是我國的優(yōu)勢資源，是多種礦物的混合物，通常將耐火度＞1580℃的粘土稱為耐火粘土。依其理化性能、礦石特征和工業(yè)用途，通常將耐火粘土分為軟質(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土和高鋁粘土。

1　我國耐火粘土礦床資源儲量及礦床分布

1.1資源儲量

我國的耐火粘土礦石類型及品種齊全，礦床分布廣泛，根據(jù)國土資源部2013年全國礦產(chǎn)資源儲量通報(bào)，分布于全國27個(gè)省區(qū)的耐火粘土礦區(qū)數(shù)479處，查明資源儲量為25.1億t， 另外還有地方中小礦山1 000余座，其中山東、山西、河北、河南、陜西、貴州及湖北等地資源集中，探明的儲量為全國的85%。其中高鋁粘土主要分布于山西、河南及貴州，查明資源儲量在3.2億t左右。

1.2礦床類型及分布

（1） 沉積在較老巖層不整合面上的耐火粘土礦床。該礦床位于石炭系二疊系底部，水鋁石和高嶺石為主，礦床一般較大。沿走向延伸1 000～3 500m，傾斜延伸300～500m，厚達(dá)十幾米。礦石工業(yè)類型主要以高鋁粘土礦和硬質(zhì)粘土礦為主，是我國重要耐火材料的原料，為主要開發(fā)利用的礦體。該類型礦床中高含量高鋁粘土礦儲量占全國耐火材料儲量將近90%，硬質(zhì)粘土近60%。礦床實(shí)例：浙江方蒙山、山西陽泉、孝義、河北趙各莊、河南鞏義、焦作等。

（2） 夾于砂巖、砂頁巖、凝灰?guī)r中的礦床。此類礦床位于石炭系、二疊系、侏羅系、第三系、第四系巖層中，以高嶺石類礦物為主，含少量石英，礦床一般厚為1m，沿走向、傾斜延展幾十到幾千米，產(chǎn)狀平緩。礦石工業(yè)類型主要為硬質(zhì)粘土和軟質(zhì)粘土礦。礦床實(shí)例：山西朔州、太原東山、山東王村、河北白馬山等。

（3） 含煤巖系中的高嶺土礦床，礦床位于石炭系、二疊系，產(chǎn)于煤系地層中的高嶺石泥巖或高嶺石耐火粘土礦床。礦物成分幾乎由高嶺石組成，少量一水軟鋁石，是一種優(yōu)質(zhì)高嶺石耐火材料，含Al2O332%～38%，SiO241%～51%，灼減量12%～17%，雜質(zhì)較低。礦床實(shí)例：山西大同、山東新汶等。

（4） 殘積礦床。礦物以高嶺石為主，主要產(chǎn)在酸性和中性的鋁酸鹽巖石風(fēng)化殼中的中型或小型礦床。礦床實(shí)例：江西高嶺土礦床。

2　我國耐火粘土礦床礦石工業(yè)類型及礦物特征

表1　耐火粘土中常見主要礦物的化學(xué)成分

2.1礦石分類

耐火粘土中常見的主要礦物有：一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石、珍珠陶土、高嶺石、地開石、水鋁英石、埃洛石、伊利石、葉蠟石、蒙脫石；次要礦物有：褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、菱鎂礦、鈦鐵礦、金紅石、白鈦礦、脫鈦礦、石英、蛋白石、玉髓、電氣石、鋯石、石榴石、長石、角閃石、輝石、榍石、方解石、白云石、石膏等。耐火粘土的化學(xué)成分，一般不穩(wěn)定，其主要成分為：Al2O3、SiO2、H2O，次要成分為TiO2、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O、CO2、SO3以及有機(jī)物等，詳見表1。我國習(xí)慣將耐火粘土分為軟質(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土和高鋁粘土四種，詳見表2。

2.2礦石特征

硬質(zhì)粘土的主要組成礦物為高嶺石及硬水鋁石、伊利石、葉蠟石，Al2O3含量（熟料）為30%～50%，指標(biāo)見表3，耐火度達(dá)1 630～1 700℃，耐火性及高溫下的熱穩(wěn)定性均較好。硬質(zhì)粘土質(zhì)地堅(jiān)硬，呈致密塊狀、鮞狀，較易風(fēng)化，沒有可塑性。

表2　耐火粘土礦石工業(yè)類型

表3　全國硬質(zhì)粘土重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)熟料化學(xué)成分（%）

軟質(zhì)粘土的主要礦物組成為高嶺石、伊利石和蒙脫石，Al2O3含量低，一般為22%～30%，耐火度＞1580℃，較硬質(zhì)粘土低。軟質(zhì)粘土一般呈土狀或似土狀，顆粒細(xì)小，粒徑常＜5μm，易風(fēng)化，在水中易浸散，可塑性好，結(jié)合性強(qiáng)。

半軟質(zhì)粘土的主要礦物組成為高嶺石，也含伊利石和硬水鋁石，Al2O3含量為25%～30%，有的達(dá)30%以上。其特性介于軟質(zhì)及硬質(zhì)粘土之間，可塑性較低，有一定的結(jié)合性，耐火度一般＞1630℃。軟質(zhì)粘土與半軟質(zhì)粘土指標(biāo)詳見表4。

表4　全國軟質(zhì)耐火粘土重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)化學(xué)成分（%）

高鋁粘土的主要礦物為一水硬鋁石，其他有軟水鋁石、三水鋁石和高嶺石等，Al2O3含量（熟料）在50%以上，有時(shí)可達(dá)90%以上（詳見表5），耐火度在1770℃以上，在高溫下強(qiáng)度大，抗渣性強(qiáng)。高鋁粘土呈致密塊狀或鮞狀，表面粗糙，硬度大。難風(fēng)化，沒有可塑性。

3　高效利用途徑

3.1分類利用原則

耐火粘土一般為Al2O3含量高低決定其耐火材料性能，所以耐火粘土根據(jù)不同耐火材料要求等級進(jìn)行分級開采、分類煅燒、分類利用，使其發(fā)揮不同級別燒結(jié)性能和煅燒后熟料的高溫性能。

3.2規(guī)范礦山開采管理

我國的耐火粘土資源浪費(fèi)嚴(yán)重，礦石利用率很低，部分地區(qū)不足30%，主要是礦山企業(yè)對礦產(chǎn)原料利潤的追求，對資源重視程度薄弱。保護(hù)耐火粘土資源從規(guī)范礦山企業(yè)，嚴(yán)格管理礦山開采生產(chǎn)方面入手，制定礦山開發(fā)管理制度，嚴(yán)格管理，引導(dǎo)礦山資源整合，減少小型礦山所占比例，提高產(chǎn)業(yè)集中度。

3.3提高生產(chǎn)技術(shù)水平

積極引導(dǎo)礦山企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)改造升級，引導(dǎo)企業(yè)正規(guī)化開采，杜絕濫采濫挖、只采不剝、采富棄貧等不合理現(xiàn)象，有效利用好中低品位的資源，并加強(qiáng)礦山管理，做到安全有序的生產(chǎn)，加快實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開發(fā)和運(yùn)輸，逐步改善礦區(qū)的勞動環(huán)境，提高效率。

表5　全國高鋁粘土重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)熟料化學(xué)成分（%）

3.4綜合利用資源

（1）綜合開發(fā)資源。

我國耐火資源中以一水軟鋁石為主，耐火粘土資源大都為綜合性礦床，常伴生共生有硬質(zhì)粘土、軟質(zhì)粘土，為我國重要的耐火粘土資源，對此類礦種含多種耐火原料的礦山，應(yīng)綜合開采，合理利用，避免浪費(fèi)資源。

（2）合理利用資源。

主要礦物成分為一水硬鋁石的耐火粘土雖然氧化鋁含量高，但是用于煉鋁電耗高、加工難度大，并非生產(chǎn)鋁的最佳原料，卻非常適合生產(chǎn)高鋁耐火材料，并且在世界上是少有的。主要成分為三水鋁石的資源則是生產(chǎn)氧化鋁的最理想經(jīng)濟(jì)的原材料。因此應(yīng)合理利用各類耐火粘土資源，發(fā)揮各自資源優(yōu)勢。

（3）雜質(zhì)耐火粘土資源高效利用。

高鈦耐火粘土，由于部分鈦含量高，當(dāng)含量達(dá)到4.5%以上的礦產(chǎn)，可以進(jìn)行鈦礦的綜合選礦，有效分離鈦礦資源。

高鐵耐火粘土是耐火粘土資源中儲量最大的，氧化鐵含量在3%～3.5%以內(nèi)可作為鐵礬土原料，用于煉鋼的造渣料或用于水泥工業(yè)制作高鋁水泥；而大部分高含鐵（>3.5%）耐火粘土資源作為廢石處理，隨著開采量的加劇，優(yōu)質(zhì)資源日益匱乏，高含鐵資源可以通過重選焙燒、磁選、浮選、光電選、電泳選、酸浸法等除鐵工藝方法，達(dá)到低含鐵的要求，適用于耐火材料的生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。目前，陽泉鋁土礦已通過選礦分級，有效降鐵降鈦，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用。

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【中圖分類號】P619.231

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1007-9386（2016）01-0043-03

【基金項(xiàng)目】國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201211067-2）。

【收稿日期】2016-02-23