APP下载

关于高铝黏土矿石类型归属的探讨

2014-11-20吕国芳赵鹏大

中国矿业 2014年1期
关键词:铝土矿储量黏土

汪 松,吕国芳,赵鹏大

(1.中国地质大学 (武汉)经济管理学院,湖北 武汉430074;2.河南省国土资源科学研究院,河南郑州450053)

高铝黏土是一种与铝土矿、耐火黏土矿共生的矿产资源,具有较为重要的工业意义,被国土资源部列为保护性开发矿产。目前,在地质勘查规范矿石工业类型的划分中将高铝黏土归并入耐火黏土矿,但在实际应用中,高铝黏土的理化性能、矿石特征与一般耐火黏土矿有较大的不同,反而与铝土矿较为接近。因此,在实际勘查过程中常把高铝黏土与一般的铝土矿和耐火黏土矿相混淆。在对铝土矿进行勘查时,没有进行耐火度测试等相关数据分析,直接导致一部分高铝黏土被当成普通铝土矿;在耐火黏土矿的勘查过程中,也较少对耐火黏土矿中的高铝黏土、硬质黏土、软质黏土和半软质黏土进行详细区分,导致常将高铝黏土当成一般耐火黏土矿来使用。因此可见,高铝黏土矿物属性与矿石工业类型不一致的矛盾造成了高铝黏土资源的极大浪费。本文在对高铝黏土矿物属性进行理论梳理的基础上,探讨其矿石类型归属问题,并结合河南省进行实证分析,完善高铝黏土地质勘查规范,为高铝黏土的高效利用奠定理论基础。

1 高铝黏土矿石类型归属的理论分析

1.1 高铝黏土的矿物属性及重要性

高铝黏土主要矿物成分为一水硬铝石,次要矿物成分为高岭石和一水软铝石,与铝土矿、普通耐火黏土矿紧密共生。高铝黏土的用途较为广泛:高铝黏土经过在电弧炉中熔融,可以制造高级研磨材料,其中电熔刚玉磨料是目前应用最广泛的一种磨料,占全部磨料产品的2/3,具有热震性能好、耐冲刷、耐腐蚀、气孔率低等特点,是制造高级研磨材料中非常重要的原料;高铝黏土AL2O3的含量较高,硬度和比重较大,耐火度高,通常在高温(1400~1800℃)煅烧成熟料,用以制造高级耐火材料制品;在建材工业上用以制作水泥窑和玻璃熔窑用的高铝砖、磷酸盐高铝耐火砖、高铝质熔铸砖;高铝黏土与石灰石混合制成高铝水泥,具有耐海水腐蚀性、快速硬化性、耐火耐热性,在海港工程和军事抢修工程中有着不可或缺的作用;此外,高铝黏土还可以应用于油井中,作为净化石油用的支撑剂,在农业上作为促肥剂,以及用作抗滑、抗磨的铺路材料等等;高铝黏土矿还普遍伴生有稀土金属元素,在某种程度上讲,其经济价值可能远远超过高铝黏土矿的价值;近些年来,一些军工企业也通过利用高铝黏土生产航空航天材料[1-2]。

无论是从经济价值来看,还是从资源综合利用来看,又或者从军事战略意义来看,高铝黏土矿都是一种极具重要价值的矿种,国家也对高铝黏土的开采、保护、规划做了各项规定。2010年1月2日,国务院办公厅发布《关于采取综合措施对耐火黏土萤石的开采和生产进行控制的通知》(国办发〔2010〕号),对耐火黏土(高铝黏土)开采和生产总量限制、严格控制耐火黏土(高铝黏土)新增开采产能、积极推进耐火黏土(高铝黏土)产业结构调整、有效实施耐火黏土(高铝黏土)出口措施、提高耐火黏土(高铝黏土)资源税税率等相应控制措施。2010年2月22日,工业和信息化部等7部门联合发布《耐火黏土(高铝黏土)行业准入标准公告》(工联原〔2010〕86号),对高铝黏土行业在生产布局条件、规模、工艺与装备、资源综合利用和能源消耗、环境保护和土地复垦、主要产品质量等方面进行严格控制,提高高铝黏土行业的准入条件,限制其只能用于高级耐火材料、刚玉型研磨材料、高铝水泥、陶瓷匣钵等工业产品的生产,并针对铝土矿、耐火黏土矿床共生的高铝黏土矿,必须进行综合开采,合理利用,严防优材劣用,对高铝黏土矿实行开采和生产的总量控制;2010年7月7日,国土资源部办公厅发布《关于开展省级稀土等矿产勘查专项规划编制工作的通知》(国土资发〔2010〕46号),将高铝黏土列为保护性开采矿种,要求各省(市)开展高铝黏土矿产资源勘查专项规划编制工作。

1.2 现行高铝黏土矿石类型的归属及存在的问题

1.2.1 现行高铝黏土矿石类型的归属

从现行矿产行业标准及工业用途来看,将高铝黏土划入耐火黏土矿。在《中华人民共和国地质矿产行业标准——高岭土、膨润土、耐火黏土矿产地质勘查规范》(DZ/T0206-2002)中:耐火黏土矿是指耐火度大于1580℃的黏土,主要用于冶金、机械等部门,其次为轻工、建材、化工、国防等部门,依其理化性能、矿石特征和工业用途,一般分为软质黏土、半软质黏土、硬质黏土和高铝黏土等四种,如表1所示。

表1 耐火黏土矿石工业类型

高铝黏土的划分标准为:主要矿物为一水硬铝石,次要矿物为一水软铝石和高岭石,Al2O3含量高于50%,Fe2O3含量低于3%,耐火度大于1770℃,矿石外观特征主要为豆状、鲕状、角砾状、致密块状、坚硬粗糙状和土状。

1.2.2 存在的问题

目前之所以把高铝黏土归并入耐火黏土矿主要在于其工业用途的相似性,高铝黏土是用作生产高级耐火材料的主要原料,而耐火黏土的其他三种矿石类型通常作为一般耐火材料使用。但是对比分析高铝黏土与其他耐火黏土可知它们在矿物组分、岩石化学、物理结构上均存在着较大不同。因此,不能完全按照工业用途,将高铝黏土归入耐火黏土矿。

矿物组分方面,矿物组分是矿石类型划分中非常重要的影响因素,高铝黏土与耐火黏土的其他三种矿石类型在矿物组分上存在着极大的差异。高铝黏土的主要矿物成分为一水硬铝石和一水软铝石,而硬质黏土、半软质黏土和软质黏土的主要矿物成分为高岭石、伊利石、叶腊石等黏土矿物。结合杜清华等老一批学者的研究,黏土是指由黏土矿物、附生矿物和杂质组成的,主要成分以黏土矿物为主的矿物,而黏土矿物主要为高岭石类、胶岭石类、多水高岭石类和水云母等由风化作用而生成的次生矿物所组成[3],从矿物组分上可以分析,硬质黏土、半软质黏土和软质黏土均表现出典型的黏土矿特点,而高铝黏土与黏土矿有较大的差异。

岩石化学方面,高铝黏土矿AL2O3含量大于50%,而耐火黏土的其他三种矿石类型AL2O3含量均在20%~30%之间。结合刘长龄等[5]关于黏土矿与铝土矿的分析可知:AL2O3是铝质岩的主要化学成分,而高铝黏土中含有过半的AL2O3,与一般的黏土矿存在较大的差异。

物理结构方面,高铝黏土矿结构复杂,常呈现豆状,角砾状,致密块状等,而耐火黏土的其他三种矿石类型常呈现土状、片状等典型黏土矿结构特点。

1.3 高铝黏土与铝土矿的对比分析

1.3.1 铝土矿矿物属性

在《中华人民共和国地质矿产行业标准——铝土矿、冶美菱镁矿地质勘查规范》(DZ/T0202-2002)中,主要从自然类型和工业类型来定义铝土矿矿石类型。

从自然类型来看,主要从结构构造、颜色和主要铝矿物成分来划分铝土矿矿石类型。按照结构构造分为土状(粗糙状)、致密状、豆状、鲕状、碎屑状、角砾状铝土矿等,还有砂状、杏仁状、斑点状、气孔状铝土矿等;按颜色分为白色、灰色、黑色、红色、浅绿色铝土矿等;按主要的铝矿物成分分为一水型铝土矿、三水型铝土矿和混合型铝土矿。

从工业类型来看,在划分矿石自然类型的基础上,按矿石AL2O3含量、铝硅比值、工业用途、提取氧化铝的方法及杂质Fe2O3、S含量划分矿石工业类型。如高铝耐火材料、电熔刚玉、高铝水泥、拜尔法生产氧化铝或烧结法生产氧化铝和联合法生产氧化铝的矿石及高铁铝土矿、低铁铝土矿、高硫铝土矿、低硫铝土矿等。

铝土矿矿床的一般工业指标如表2所示。

表2 铝土矿床一般工业指标

1.3.2 高铝黏土与铝土矿的相似性分析

从矿物组分来看,高铝黏土矿石的矿物成分与铝土矿的矿物成分都是主要为一水型铝土矿;从岩石化学来看,高铝黏土矿AL2O3含量大于50%,完全符合铝土矿中AL2O3含量大于40%的边界品位;从物理结构来看,高铝黏土矿与铝土矿的结构构造相似,均常呈现为豆状、鲕状、角砾状、致密块状、坚硬粗糙状和土状;从工业用途来看,高铝黏土矿与铝土矿也具有高度相似性,可以用作生产高级耐火材料、电熔刚玉、高铝水泥等。高铝黏土矿石的理化性能、矿石特征等均能达到铝土矿工业指标要求(见表2),而且高于铝土矿工业指标的基本要求。

由此可见,高铝黏土实质是铝土矿,是铝土矿中含AL2O3高、含Fe2O3低的一种矿石,而且还是高品质的铝土矿。高铝黏土的物理性质、工业指标、行业规范都适用于铝土矿的相应规范,高铝黏土矿的地质勘查规范应该参照铝土矿的地质勘查规范。

在进行铝土矿勘查时,现行铝土矿地质勘查规范中未考虑高铝黏土矿的特性,因此在实际地质勘查中不会对铝土矿进行耐火度测试等相关数据分析,直接导致一部分高铝黏土矿划入普通铝土矿,也错失大量优质高铝土矿的资源。

2 高铝黏土矿石类型归属的实证分析

2.1 河南省高铝黏土开发现状及问题

铝土矿、耐火黏土矿是河南省的优势矿产之一,资源储量居全国第二位,仅次于山西省。河南省铝土矿、耐火黏土矿资源主要分布在焦作、三门峡、平顶山之间三角形区域内。截至2011年底,河南省列入储量表的铝土矿区113处,累计查明铝土矿资源储量8.72亿t,保有资源储量7.01亿t;列入储量表的耐火黏土矿区共86处,累计探明资源储量34257万t,保有资源储量29573万t。

表3 2011年河南省铝土矿、耐火黏土矿资源储量表

虽然河南省铝土矿和耐火黏土矿均居于全国第二位,但高铝黏土矿已探明储量较少,截至2011年底,河南省明确作为高铝黏土矿列入储量表的只有2处,资源储量只有550万t。高铝黏土矿是与铝土矿、耐火黏土矿紧密共生的矿产资源,既然铝土矿和耐火黏土矿储量都很高,为何高铝黏土矿储量如此少呢,这主要就是由于高铝黏土矿矿物属性与矿石类型归属不一致的矛盾,导致有很大一部分基本达到高铝黏土工业标准的铝土矿和耐火黏土矿由于缺少关键数据的检测而错误的划入普通铝土矿或普通耐火黏土矿。

在河南省铝土矿113处矿区中,Al2O3含量达到60%以上矿区有42处,资源储量达到33785万t,占铝土矿资源保有量的48.2%。Al2O3含量达到60%以上且Fe2O3含量低于3%的矿区13处,资源储量11166万t,占河南省铝土矿资源储量的15.93%,这部分铝土矿是高铝黏土矿的潜在资源。

2.2 如何准确划分及完善高铝黏土地质勘查规范

对高铝黏土矿石类型归属的探讨,其核心在于根据其矿物属性准确划分矿石类型,完善勘查规范,实现其综合利用,其根本目的是使有限的高铝黏土资源发挥最大的经济效益,也就是在高铝黏土矿产资源勘查、开发过程中,以较小的消耗和投入获得较大的经济效益和社会效益。

基于河南省的实际情况可知,目前河南省明确作为高铝黏土使用的资源较少,但潜在资源储量巨大,主要因为高铝黏土矿石类型归属划分不准确,勘查规范不完善所致,因此我们可以通过以下两个方面来准确划分及完善高铝黏土勘查规范。

1)明确高铝黏土的矿石类型归属。高铝黏土的矿物组分、岩石化学、物理结构均与耐火黏土矿有较大的差异,而高度相似于铝土矿,因此,应修订相应的矿石类型分类标准,把高铝黏土归并入铝土矿。

2)完善高铝黏土矿勘查规范。高铝黏土矿是耐火黏土矿和铝土矿的伴生矿产,实际地质勘查规范运用现行的耐火黏土矿和铝土矿的勘查规范都不能很好的探明其实际储量,因此,当明确高铝黏土属于铝土矿时,以铝土矿勘查规范为基础,在具体地质勘查过程中,对铝土矿进行耐火度检测和Fe2O3含量分析,当耐火度高于1770℃,Fe2O3含量低于3%,并且Al2O3大于50%时,这部分铝土矿将列入高铝黏土矿,这样就能在较大程度上提高高铝黏土的资源储量。

3 结论与讨论

通过理论分析和实证分析可以看出,目前高铝黏土已探明储量少,不能实现合理高效利用的原因在于高铝黏土矿物属性与现行矿石类型划分不一致,而矿石类型归属的错误又导致其在勘查时无法对高铝黏土进行区分和剥离。本文通过对高铝黏土的矿石类型归属进行探讨,分析其矿物组成、岩石化学和物理结构方面与耐火黏土矿、铝土矿的差异和相似性,进而完善其勘查规范。研究认为:高铝黏土理化性能、矿石特征等均能达到铝土矿工业指标要求,应考虑将其归类为铝土矿的一种,现行的铝土矿地质勘查规范没有考虑高铝黏土矿的特性,缺少对高铝黏土矿的检验手段,应通过修正铝土矿的地质勘查规范,增加耐火度检测、Fe2O3含量分析等项目的检测,完善高铝黏土勘查规范。这样可以在较大程度上提高高铝黏土的资源储量,并且有利于高铝黏土资源的综合高效合理利用。

[1]匡敬忠,肖坤明,曾军龙.从铝土矿、磷矿及铌钽矿中综合回收稀土的研究进展[J].稀土,2012(2):81-85.

[2]杨军臣,王凤玲,李德胜,等.铝土矿中伴生稀有稀土元素赋存状态及走向查定[J].矿冶,2004(6):89-92.

[3]杜清华.从黏土定义看“高铝黏土”的命名周题[J].地质论评,1965(5):224-228.

[4]刘长龄.关于“铝土矿、矾土、高铝黏土”等名称的使用问题[J].地质与勘探,1986(6):33-35.

猜你喜欢

铝土矿储量黏土
国内外铝土矿拜耳法氧化铝溶出对比分析
基于三维软件资源储量估算对比研究
全球钴矿资源储量、供给及应用
不一般的黏土插画
2019 年世界油气储量与产量及其分布
2008~2017年我国新增石油天然气探明地质储量特征分析
黏土多肉植物
报纸“黏土”等
W2018078 马来西亚延长铝土矿出口禁令至2018年底
河南省铝土矿的勘查现状及找矿前景