我国耐火粘土矿产资源分类及综合利用

牛仁杰，朱 进，向 琦（中国非金属矿工业协会，北京　100831）



我国耐火粘土矿产资源分类及综合利用

牛仁杰，朱 进，向 琦
（中国非金属矿工业协会，北京100831）

【摘 要】本文对我国耐火粘土的资源储量、特点、分布及矿石特征等进行简述，并总结了我国耐火粘土资源的分类，资源开发应用及综合利用等。

【关键词】耐火粘土；资源；综合利用

耐火粘土是我国的优势资源，是多种矿物的混合物，通常将耐火度＞1580℃的粘土称为耐火粘土。依其理化性能、矿石特征和工业用途，通常将耐火粘土分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土。

1　我国耐火粘土矿床资源储量及矿床分布

1.1资源储量

我国的耐火粘土矿石类型及品种齐全，矿床分布广泛，根据国土资源部2013年全国矿产资源储量通报，分布于全国27个省区的耐火粘土矿区数479处，查明资源储量为25.1亿t， 另外还有地方中小矿山1 000余座，其中山东、山西、河北、河南、陕西、贵州及湖北等地资源集中，探明的储量为全国的85%。其中高铝粘土主要分布于山西、河南及贵州，查明资源储量在3.2亿t左右。

1.2矿床类型及分布

（1） 沉积在较老岩层不整合面上的耐火粘土矿床。该矿床位于石炭系二叠系底部，水铝石和高岭石为主，矿床一般较大。沿走向延伸1 000～3 500m，倾斜延伸300～500m，厚达十几米。矿石工业类型主要以高铝粘土矿和硬质粘土矿为主，是我国重要耐火材料的原料，为主要开发利用的矿体。该类型矿床中高含量高铝粘土矿储量占全国耐火材料储量将近90%，硬质粘土近60%。矿床实例：浙江方蒙山、山西阳泉、孝义、河北赵各庄、河南巩义、焦作等。

（2） 夹于砂岩、砂页岩、凝灰岩中的矿床。此类矿床位于石炭系、二叠系、侏罗系、第三系、第四系岩层中，以高岭石类矿物为主，含少量石英，矿床一般厚为1m，沿走向、倾斜延展几十到几千米，产状平缓。矿石工业类型主要为硬质粘土和软质粘土矿。矿床实例：山西朔州、太原东山、山东王村、河北白马山等。

（3） 含煤岩系中的高岭土矿床，矿床位于石炭系、二叠系，产于煤系地层中的高岭石泥岩或高岭石耐火粘土矿床。矿物成分几乎由高岭石组成，少量一水软铝石，是一种优质高岭石耐火材料，含Al2O332%～38%，SiO241%～51%，灼减量12%～17%，杂质较低。矿床实例：山西大同、山东新汶等。

（4） 残积矿床。矿物以高岭石为主，主要产在酸性和中性的铝酸盐岩石风化壳中的中型或小型矿床。矿床实例：江西高岭土矿床。

2　我国耐火粘土矿床矿石工业类型及矿物特征

表1　耐火粘土中常见主要矿物的化学成分

2.1矿石分类

耐火粘土中常见的主要矿物有：一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石、珍珠陶土、高岭石、地开石、水铝英石、埃洛石、伊利石、叶蜡石、蒙脱石；次要矿物有：褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、菱镁矿、钛铁矿、金红石、白钛矿、脱钛矿、石英、蛋白石、玉髓、电气石、锆石、石榴石、长石、角闪石、辉石、榍石、方解石、白云石、石膏等。耐火粘土的化学成分，一般不稳定，其主要成分为：Al2O3、SiO2、H2O，次要成分为TiO2、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O、CO2、SO3以及有机物等，详见表1。我国习惯将耐火粘土分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土四种，详见表2。

2.2矿石特征

硬质粘土的主要组成矿物为高岭石及硬水铝石、伊利石、叶蜡石，Al2O3含量（熟料）为30%～50%，指标见表3，耐火度达1 630～1 700℃，耐火性及高温下的热稳定性均较好。硬质粘土质地坚硬，呈致密块状、鲕状，较易风化，没有可塑性。

表2　耐火粘土矿石工业类型

表3　全国硬质粘土重点产区熟料化学成分（%）

软质粘土的主要矿物组成为高岭石、伊利石和蒙脱石，Al2O3含量低，一般为22%～30%，耐火度＞1580℃，较硬质粘土低。软质粘土一般呈土状或似土状，颗粒细小，粒径常＜5μm，易风化，在水中易浸散，可塑性好，结合性强。

半软质粘土的主要矿物组成为高岭石，也含伊利石和硬水铝石，Al2O3含量为25%～30%，有的达30%以上。其特性介于软质及硬质粘土之间，可塑性较低，有一定的结合性，耐火度一般＞1630℃。软质粘土与半软质粘土指标详见表4。

表4　全国软质耐火粘土重点产区化学成分（%）

高铝粘土的主要矿物为一水硬铝石，其他有软水铝石、三水铝石和高岭石等，Al2O3含量（熟料）在50%以上，有时可达90%以上（详见表5），耐火度在1770℃以上，在高温下强度大，抗渣性强。高铝粘土呈致密块状或鲕状，表面粗糙，硬度大。难风化，没有可塑性。

3　高效利用途径

3.1分类利用原则

耐火粘土一般为Al2O3含量高低决定其耐火材料性能，所以耐火粘土根据不同耐火材料要求等级进行分级开采、分类煅烧、分类利用，使其发挥不同级别烧结性能和煅烧后熟料的高温性能。

3.2规范矿山开采管理

我国的耐火粘土资源浪费严重，矿石利用率很低，部分地区不足30%，主要是矿山企业对矿产原料利润的追求，对资源重视程度薄弱。保护耐火粘土资源从规范矿山企业，严格管理矿山开采生产方面入手，制定矿山开发管理制度，严格管理，引导矿山资源整合，减少小型矿山所占比例，提高产业集中度。

3.3提高生产技术水平

积极引导矿山企业进行生产技术改造升级，引导企业正规化开采，杜绝滥采滥挖、只采不剥、采富弃贫等不合理现象，有效利用好中低品位的资源，并加强矿山管理，做到安全有序的生产，加快实现机械化开发和运输，逐步改善矿区的劳动环境，提高效率。

表5　全国高铝粘土重点产区熟料化学成分（%）

3.4综合利用资源

（1）综合开发资源。

我国耐火资源中以一水软铝石为主，耐火粘土资源大都为综合性矿床，常伴生共生有硬质粘土、软质粘土，为我国重要的耐火粘土资源，对此类矿种含多种耐火原料的矿山，应综合开采，合理利用，避免浪费资源。

（2）合理利用资源。

主要矿物成分为一水硬铝石的耐火粘土虽然氧化铝含量高，但是用于炼铝电耗高、加工难度大，并非生产铝的最佳原料，却非常适合生产高铝耐火材料，并且在世界上是少有的。主要成分为三水铝石的资源则是生产氧化铝的最理想经济的原材料。因此应合理利用各类耐火粘土资源，发挥各自资源优势。

（3）杂质耐火粘土资源高效利用。

高钛耐火粘土，由于部分钛含量高，当含量达到4.5%以上的矿产，可以进行钛矿的综合选矿，有效分离钛矿资源。

高铁耐火粘土是耐火粘土资源中储量最大的，氧化铁含量在3%～3.5%以内可作为铁矾土原料，用于炼钢的造渣料或用于水泥工业制作高铝水泥；而大部分高含铁（>3.5%）耐火粘土资源作为废石处理，随着开采量的加剧，优质资源日益匮乏，高含铁资源可以通过重选焙烧、磁选、浮选、光电选、电泳选、酸浸法等除铁工艺方法，达到低含铁的要求，适用于耐火材料的生产中，实现资源的有效利用。目前，阳泉铝土矿已通过选矿分级，有效降铁降钛，实现了资源综合利用。

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【中图分类号】P619.231

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）01-0043-03

【基金项目】国土资源部公益性行业科研专项（201211067-2）。

【收稿日期】2016-02-23