我国刚玉矿物资源及应用

赵景勋

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031）

我国刚玉矿物资源及应用

赵景勋

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031）

本文对刚玉矿物的物理化学性质进行了介绍，就其地质产状、资源分布、矿山采选与应用等方面进行了归纳总结，分析了我国刚玉矿物资源的供给能力及其工业应用发展方向。

刚玉；矿产资源；应用

刚玉是一种纯的结晶氧化铝矿物。因其硬度大和高铝耐高温的特点，工业上主要用来做高级研磨材料和高级耐火节能材料，透明、半透明且色彩鲜艳者可做红、蓝宝石。自然界刚玉矿物资源较少，当今人们正大量用人造刚玉替代天然刚玉。

1 矿物性质

(1) 晶体形态。

刚玉属于三方晶系，L33L2PC对称型。晶体形态常呈腰鼓状或短柱状，也有呈板状或叶片状，与其形成的地质产状有关，产于低SiO2岩石中的多呈腰鼓状，产于高SiO2岩石中的则以板状为特征。集合体呈粒状或致密块状。

(2) 物理性质。

刚玉的颜色多样，不透明或半透明的刚玉通常呈黄灰色、蓝色，含铁的呈褐色，透明的刚玉除无色、白色外，红、黄、紫、绿、棕、黑色都常见，玻璃光泽，硬度9，无解理，密度3.95～4.28g/cm3。熔点2 000～2 050℃。耐磨性好，导热性、绝缘性良好，热膨胀系数小，化学性质稳定。

(3) 化学组成。

刚玉化学分子式为Al2O3，天然刚玉一般都含有Cr3+、Ti4+、Fe2+、Fe3+、V5+、Mn4+等微量元素，如河北灵寿的刚玉矿物化学组分(%)：Al2O396.63～98.89，杂质总量 1.12～2.83(以FeO、Cr2O3、TiO2为主，其中FeO为0.21～1.57，次为SiO、K2O、Na2O、MgO、NiO等)。常有磁铁矿、云母、钾长石等包体。

2 地质产状及分布

2.1 资源概况

地壳中Al2O3的分布仅次于SiO2，但刚玉矿物却远不如石英矿物分布广泛，这是因为Al2O3对SiO2的化学亲和力很大，容易结合成硅酸盐和水化物，所以只有在高温、富铝与贫硅的特殊地质条件下才能形成刚玉矿物，当其含量达到一定的要求时则成为刚玉矿床，因此世界范围内天然刚玉矿物资源量普遍较少。

我国除台湾省外的30多个省区已发现刚玉矿床(点)100余处，其中刚玉(宝石)矿床(点)70余处。但只有西藏曲水刚玉矿床、黑龙江穆棱刚玉(宝石)砂矿床作过详查地质评价工作，云南麻粟坡刚玉矿床、湖北英山甲河刚玉砂矿床等也做了较多的地质工作，其他大多为预查或普查评价，有的侧重地质基础性或应用性研究，有的作为宝石级矿物产地边采边探，地质工作程度普遍较低，这些矿床有的已小规模群采。主要产地还有：河北灵寿、江苏六合、福建明溪、河南灵宝、海南蓬莱、山东昌乐、新疆喀什、青海冷湖、内蒙阿克陶等，安徽大别山北部、陕西佛坪、河北卢龙及板城等也新见有矿产地。

2.2 矿床类型

根据国内外资料，常见的刚玉矿床成因类型有三种。

2.2.1 岩浆岩型刚玉矿床

岩浆岩型刚玉矿床细分为两三种。

(1) 正长岩型刚玉矿床。

该类型矿床是在岩浆岩分异作用过程中形成，刚玉集中于岩体的边缘，如辽宁凤城刚玉矿床。加拿大安大略刚玉矿床较为典型，刚玉为柱状晶体，长达5cm，Al2O3含量在95%以上。

(2) 伟晶岩型刚玉矿床。

该类型矿床与花岗岩浆作用有关。刚玉矿体位于伟晶岩中，矿石中刚玉含量变化大，低者5%，富集部位可达80%。南非德兰士瓦刚玉矿床为其代表，新疆哈密刚玉矿床亦属此类型。另外，还有一种粗结晶珠云刚玉岩，其中刚玉矿物呈层状产于珍珠云母集合体中。

(3) 火山岩型刚玉矿床。

该类型矿床与火山岩作用有关。刚玉矿床产于碱性玄武岩(如江苏盱眙)和酸性凝灰岩(如福建泉州)中，多由火山活动中后期热液蚀变成矿。

2.2.2 变质岩型刚玉矿床

变质岩型刚玉矿床细分为两种。

(1) 区域变质岩型刚玉矿床。

我国该类型矿床比较常见。主要在区域变质作用过程中，在碱性热液作用下，由岩石中的高铝矿物如红柱石、蓝晶石、矽线石等经进一步变质作用形成。这种矿床的矿体多呈扁豆状、囊状或透镜体状，长度数米至数百米，层控明显。如河北灵寿刚玉矿床，其赋矿岩石为刚玉黑云二长片麻岩，矿石具独特的眼圈状构造。刚玉被钾长石包围的俗称红眼圈石，被钾钠长石包围的俗称白眼圈石，被黑云母包围则俗称乌鸦石。自清朝以来人们据此特征对该矿开采上百年，留有多处采硐。矿石共生矿物见有刚玉、磁铁矿、矽线石、钾长石、石英等，其中刚玉含量8%～30%。此外，赋存于片麻岩中混合岩化伟晶岩刚玉矿床(如河北板城)亦属该类型。

(2) 接触交代变质型刚玉矿床。

该类型矿床多产于岩浆岩与大理石岩接触带，岩石为钙硅矽卡岩。如西藏曲水刚玉矿床，产于辉长岩与大理岩接触带中。

2.2.3 沉积型刚玉砂矿床

该类型矿床为各种成因的含刚玉矿床或岩石遭受风化破坏富集沉积而成，矿石中常伴生有磁铁矿、红柱石、蓝晶石、石英等矿物。如湖北英山甲河刚玉砂矿床。

当含有磁铁矿、赤铁矿、石英等杂质的富刚玉矿砂胶结并呈铁矿一样外观的粒状集合块时，则称其为刚玉砂或金刚砂。金刚砂一般含刚玉60%以上，多呈锖灰色或黑色。

2.3 时空分布

刚玉属于标志性非金属矿物，赋存于特定地质环境下的地质体中。通过对我国刚玉矿床(点)成矿地质条件及成矿规律的系统分析，我国刚玉矿床在时空分布上具备以下特征。

正长岩型刚玉矿床主要产于古生代、中生代和新生代霓霞岩、霞石正长岩建造中；伟晶岩型刚玉矿床主要产于古生代和中生代花岗伟晶岩建造中；火山岩型刚玉矿床主要产于中生代和新生代玄武岩建造与酸性凝灰岩建造中；区域变质岩型刚玉矿床主要产于太古代、元古代混合岩化伟晶岩建造与角闪岩相—麻粒岩相变粒岩片麻岩建造中；接触变质岩型刚玉矿床主要产于元古代、古生代、中生代矽卡岩大理岩建造中；沉积型刚玉砂矿床主要产于第四系残坡冲积碎屑建造中。其中赋存于中生代火山岩建造及太古代、元古代区域变质岩和混合岩化伟晶岩建造中的刚玉矿床(点)尤为集中。

3 矿山开采与选矿

3.1 采选工艺与技术

按成因，外生沉积刚玉矿床多为露天开采，采矿手段有机械、半机械化。原生刚玉矿床则据矿体形态和产状采取露天开采或硐采的方式，开采手段有手工、半机械、机械化。河北灵寿刚玉矿床为手工、半机械化硐采方式，采硐形态多为囊状、扁豆体状等与矿体形态一致。对宝石级刚玉矿床开采时主要采用静态爆破工艺。

刚玉选矿一般采用筛分、跳汰以及磁选等联合处理方法，也有采用摇床浮选方法，然后对其产品进行烘干，分级包装。对宝石级主要采用手选或其他技术手段进行分选处理。

当制取高级耐火节能材料等专用产品时，还要对刚玉精矿进行静电分离、风选或水沉降分级、热处理、包装等工序。

3.2 国外选矿工艺介绍

(1) 加拿大刚玉选矿。

加拿大刚玉选矿流程是将含刚玉10.5%的原矿用跳汰和摇床处理，得到含刚玉55%的精矿，再将其干燥后磁选，进而通过威尔费来摇床或空气跳汰机进行精选，回收含刚玉90%～95%的最终精矿。此外，还将此种选矿厂的废石进行再处理，回收刚玉精矿。

(2) 南非刚玉选矿。

南非对沉积型刚玉选矿流程是先将矿石通过筛孔为18mm的固定筛进行筛分，筛上物料在摇动手筛上采用手选，选出聚集于中央部分的矿物晶体；筛下物料进入装有3mm孔眼筛的摇动槽；摇动槽筛下产品丢弃，而筛上产品送手动旋转园盘进行洗矿后，即为精矿。对于块矿是将矿石放入木桶中，使其脱去矿石上附着的脉石矿物，然后进行筛分、浮选从而获得刚玉精矿。

4 应用评价

(1) 研磨材料。

刚玉莫氏硬度为9，在天然矿物中，其硬度仅次于金刚石，因此被广泛用作高级研磨材料。用它制成砂轮、研磨盘、砂布、研磨纸及研磨粉等，用其制造的磨具适用磨削各种硬度较大和抗张强度较高的金属，如碳钢、合金钢、可煅铸铁、硬青铜等。还可做超精研磨、抛光材料、精密铸造型砂、喷涂材料及各种精密仪表、手表和其他精密机械的轴承材料或耐磨部件等。

(2) 耐火材料。

刚玉在Al2O3—SiO2二元系内形成的所有物相中具有最高熔点，有极优良的力学性质、热性质、电性质和化学性质，故而也属于高级耐火节能材料，有着重要用途。如高强度、高密度的烧结刚玉砖，在现代大型高炉中腰部位使用，能使高炉生产寿命延长达7～8年，并能在持续承受负荷及高温状态下正常工作。

(3) 宝石矿物原(毛)料。

在人们生活中另一外重要用途为高档宝石矿物原(毛)料。除星光效应外，透明、半透明且色彩鲜艳并具有一定粒径的刚玉矿物可做宝石。红色的称为红宝石，其他色调的统称蓝宝石。目前宝石市场活跃，这也是人们近年来加强了刚玉(宝石)矿床地质工作的重要原因。此外，透明的刚玉还用作电子和国防工业激光及红外射线的窗口材料。

(4) 人造刚玉介绍。

由于天然刚玉矿物资源量较少，当今人们正大量用人造刚玉替代天然刚玉。人造刚玉是将铝矾土在电弧炉中熔化，提高氧化铝纯度，然后将其凝固粉碎、整粒而成。纯度高白色的产品称白刚玉，含少量杂质它色的统称棕刚玉。自1958年始我国引用此技术，目前已非常成熟并得到创新，可以通过不同工艺、添加不同组分配比，生产不同用途系列产品，包括人造红、蓝宝石等。人造刚玉产品的规模生产，除大量替代天然刚玉在工业应用外还实现了在电子、国防等尖端技术领域的实际应用。我国铝土矿资源丰富，这为发展人造刚玉产业提供了优越条件。

5 可供资源

我国具有较好的刚玉矿物资源成矿地质条件和远景，但地质工作程度明显偏低。目前累计查明刚玉矿物基础储量万余吨，查明资源量约数百万吨，资源短缺。天然刚玉产品主要外销日本。据亚洲金属网资料，我国出口日本天然刚玉2006年为4 355t、2012年为3 508t，约占日本全年进口量的31%～32%，少于印度(8 565t、6 133t)，远高于其他国家。

现今刚玉市场人造刚玉销售量远大于天然刚玉。人造刚玉需要大量的电能、焦炭及高品级铝土矿。从目前我国刚玉矿物资源分布、采选技术、工业应用及市场贸易几个方面综合分析，发展我国人造刚玉依然是今后一定时期内的主导方向，但从科学发展布局考虑，应注意对刚玉矿产地质找矿投入，加强其采选技术研究，努力走人造与天然刚玉工业并举之路。

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P619.242；TD985

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1007-9386(2014)01-0049-03