铝土矿地质特征及成矿条件研究

汤 飞

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 清镇 551400)

0 引 言

铝土矿的主要产地是中国、印度和巴西。虽然我国铝土矿资源储量低，但相应的需求量也很大。就我国铝土矿资源相关的地质条件和成矿特征，系统勘探对于铝土矿勘探的正常工作是非常有帮助的。同时，因为铝土资源的分布非常广泛，具体成分也多样，成矿过程的复杂与多变，影响的因素较多。

1 铝土矿概述

中国的铝土矿源，一般在山西和贵州。按照前人的分析研究经验可以看出，在铝土矿成矿方面，我国与国外具有相同的地理条件，部分地区与其他国家存在差异。但是，我国的铝矿土资源比较特别。例如，在国外，新生代红土类铝土矿约占总出货量的83 %，沉积型铝土矿大概占有16 %，堆积型铝土矿在0.5 %以下。我国的沉积型铝土矿储存量非常高，达到了90 %，新生代红土的铝土矿在中国很少有，堆积型铝土矿所占的比例仅为10 %。

2 铝土矿矿床分类

2.1 国外铝土矿分类体系

经过一个世纪的漫长研究，国外地质学家大多根据铝土矿矿物组成、矿床成因与产地的大地构造背景，深入分析并研究了铝土矿。首先，利用矿石矿物的化学成分划分铝土矿分类。在实际应用中，该办法将有助于重新划分我国的铝土矿地球化学特征和矿产研究；而通过一段时间的实验，目前我国铝土矿的形态特征和地质产状，已作为我国铝土矿划分的重要标准。这些划分模式可以反映矿体的存在形式与情况，但仍无法成为我国铝土矿划分的准则。有些地质研究者对我国铝土矿实行了纯划分，其在现场的适用性并不会非常高。根据土壤生成的具体条件，多布申斯基曾将我国铝土矿主要划分为沉积类和红土类。而目前，根据国外铝土矿的种类，则主要分为喀斯特和红土，在这里，岩溶景观铝土矿主要生成于碳酸盐岩岩溶表面，而红土则生成于铝硅盐酸上。基岩分类与母岩和矿体中的物质成分、形状及其演示学特性等有关。近年来，在向世界各地引入中国铝土矿资源的过程中，铝土矿的种类主要和基岩种类相结合。

2.2 国内铝土矿分类体系

1984年，矿物储量委员会把铝土矿分成堆积型、堆积型和红土类型。沉积类型可分为2个亚类：碳酸盐侵蚀面上的地层和铝硅酸盐侵蚀面上的地层。由于矿床的形成原因，学者李启津指出，凭借一水硬铝石的标型基本特点和矿物来源的一些基本资料，可将其分为以下类型：红土沉积红木型、红土沉积类型、钙质红土型、岩溶堆积型、红土类型[1]。

3 铝土矿的地质特征分析

3.1 古风化型铝土矿

古风化型铝土矿的重要形态主要是透镜状和层状，其中一部分矿物是石灰岩形成的。自上而下形成含铁矿层，主要由泥岩、石灰石、铝等多金属矿层组成。矿层的化学稳定性很强。一般情况下，长度、宽度和厚度分别为200～500 mm、500～1500 mm和1～3 mm。古风化作用中，铝土矿的主要成分包括了铁矿石、铝多金属矿、铝质岩、水泥石，矿石结构以中质量和胶态的居多。该矿物品质较高，且分布范围广泛，含硫量大，目前尚未开发利用。因为这类铝土矿石堆积型铝土矿的原生矿，受到产量质量以及粮食储量影响着其产量质量和特性[2]。

3.2 堆积型铝土矿

堆积型的中国铝土矿石，是同古风类型中的中国铝土矿物的另一种原生矿物。其在工业上应用十分宽广，这类矿体具有较大的复杂性，一般为环状、线形、不规则状等。在地抛面条件下，矿体的一般划分形式表现为透镜状和层状。因为地形结构十分脆弱，经常会有一些变化，使矿体的形状有所变化。堆积型铝土矿的主要成分为钛矿石、铁矿石、硅矿石和铝矿石，就自然类型而言，该矿物属于一水硬铝石铝土矿。在制造业上，相关的技术流程也可以来制造氧化铝。而在工业生产上，该矿物也是一个高铁镁铝土矿[3]。

3.3 红土型铝土矿

红土型铝土矿中的所有组成矿物，都是以长时间的风化溶解中形成不同种类的碳酸盐岩，根据矿体来看，这种铝土矿的主要形式是层状和层状中国铝土矿，矿层具有非分强大的稳定性能，由于产状和埋藏面积、坡向以及地形和坡度等的原因，构成中国铝土矿层主要是粘土和铝土矿。同时，在结构上，实现了豆形和块状的结合。在矿石构造方面，重点设计了赤铁矿、石英等。

4 铝土矿成矿作用

4.1 岩溶古地理的探矿作用

(1)中国的岩溶溶出型铝土矿，大多散布于古陆和海岛的边沿。对带有封闭特性的盆地，铝土矿矿化过程涉及以下益处：密闭性好、地表海洋对流较少的盆地，可以使盆地内的成矿溶剂产生较好的酸性，从而保证以高岭石等一系列黏土矿石为主要成分的沉积物质可以将水浸脱硅转化为中国铝土矿。

(2)在平缓宽广的盆地山坡上，可堆积大量火成岩的矿物；陡峭狭窄，各种成矿物质保存完好。古陆古岛的规模，对于附近的成矿盆地起着决定性的作用。以霍西—鹤洞盆地为例，在西坡集中有贫瘠铝土矿成矿带，在附近吕梁古陆中的矿石非常多，因为霍山古岛规模范围较小，因此对于大量的成矿石难以形成，这导致了沁源盆地西部断矿区矿床厚度相对比较薄，进而形成的成矿资源价值非常低[4]。

4.2 红土风化成壳

铝土矿在分布上大多集中于侵蚀面，并伴有沉积作用。地表浅层暴露出来的铁铝岩系在长期以往的沉积中，经过风化的作用，会形成红土和钙红土风化壳。与此同时，经过长期风化的土壤，起初会溶解成铝矿土等一些矿源岩。在地表水和地下水的共同影响下，会形成碱式水溶液。该水溶液将形成溶解物源中二氧化硅的损失，并析出氧化物铝、氧化物铁和二氧化硅，从而形成硅溶胶。

4.3 河流搬运沉积

一般在湿热环境下，因为会长时间进行风化，铝土矿矿源会形成一些铝胶体的悬浮液，河流将其运送到矿坑中。因在介质性质差异的因素下，可沉淀氧化铝粒子。在特定的运动阶段时，由于受到地面引力分异的作用，古大陆边缘产生了大量粗碎物的聚集地，继而产生高品位的铝土矿。在远离古大陆的水体上，胶体溶液会出现沉淀现象。从而产生一小部分物质来源好、但品质较差的铝土矿[5]。

4.4 矿石变优过程

当铝土矿的掩埋深度不深时，就直接裸露于土壤表面。而随着长时间风化腐蚀，受地表水和雨水的影响，更容易产生酸式。在强酸性水溶液的影响下，会形成很多的粘土矿物脱硅。但雨水则会冲走已溶解物质有Fe(OH)3和SiO2等，化学性质稳定后，留下了Al2O3，这将增加矿物质量，矿石结构松散，色泽变淡。矿层位于地下，随着时间的推移，覆盖层也会变厚。基于此中情况之下，我国铝土矿中的压强会有所增加，干扰了矿物的顺利固结，使之在后期构造运动的影响下，容积逐渐减小。在铝土矿中会形成很多的小裂隙，影响缝隙中水的流动；当水显碱性时，铝土矿会带走粘土矿物中的Fe(OH)3和SiO2等。脱硅使铝土矿的品质有所增加，脱硅以后的粘土矿物向高贵粘土进行转变，还有一些则会向铝土矿边界品位的铝土矿进行转变。当水呈酸性并富含SiO2等时候，就会产生有序的高岭石，并在铁铝酸盐底部产生了一层高岭土；当水中含有二价铁离子和三价铁离子时，底部矿石极有可能形成铁黏土岩和铁铝岩，并可以形成山西型铁矿。

5 共生矿产

5.1 铁矿

铝土矿共生铁矿通常产于沉积型，或喀斯特矿床中，位于矿体和底板之间的夹层中。在贵州铝土矿共生铁矿也被称之为清镇市铁矿。据计算，共生铁矿体的实际延伸直径可达到数十米或数百米；厚度则可保持在1～2 m之内。由于共生铁矿石的资源量大，又受各种原因制约，造成了铝土矿共生铁矿的实际效率低下。

5.2 硫铁矿

铝土矿与共生硫铁矿，主要产于沉积类型或为喀斯特类型矿体的中下部，以星点状或团块状等形态产生，与陨硫铁和粘土矿物一起组成了矿石矿物。这一种类的共生硫铁矿，主要散布于贵州喀斯特铝土矿中，而该共生矿产的实际使用程度也相当低。

5.3 铁矾土

科学研究也证实，铁矾土与铝土矿主要以共生形态赋存，在中国华北地区较为普遍。铝土矿与共存的铁矾土矿体，基本赋存于上石炭统本溪组的底层含铁岩系之中，并具体在较高铝黏土地层的下方。但该共存矿藏的开发利用程度相当低下，亟需进一步优化完善的开发利用系统。

5.4 三水铝石矿

铝土矿及共生三水铝石矿的品质相对而言较低，在桂西地区的堆积类矿床中遍布。桂西的中国铝土矿层序特点见图1。对堆积型矿床来说，它赋存于第四红色地层，而红色地层当中又具有相当面积的三水铝石层，其近三成所含矿岩系已超过边界品位，溶出量的最小值可达96 %。共生三水铝石矿由于具备较高的热溶出物特性，其冶炼生产成本低廉，具有较明显的经济价值。

图1 桂西铝土矿层序特征Fig.1 Strata succession of Bauxite in Guixi municipality

6 以贵州省正安县旦坪铝土矿为例

6.1 矿石类型和品级

以贵州省正安县旦坪铝土矿为例，旦坪中铝土矿的天然形态可分成4类：碎屑型、豆鲕状、致密状和半土状的中国铝土矿。矿区内的各矿体中都散布有碎屑状和豆鲕形的中国铝土矿，而0.5土星铝土矿则主要散布于矿井后部，致密铝土矿主要分布在矿区南部。

6.1.1 碎屑状铝土矿

矿区主要自然类型，占样品总量的78.38 %。灰色、深灰色、黄灰，为碎片样结构，或块状构成。矿物结构由疏松至紧密。这类碎屑颗粒很明显，主要以砂屑和砾石碎屑的形式存在。碎屑片呈棱角状、球形，大小不等，且分布不规则。Al2O3的平均浓度是56.41 %，a/s 6.95。不同碎屑类型中铝土矿的品质差异较大。其中，灰色和深灰色角砾岩中铝土矿的品质较好。但随着角岩屑浓度的减少，也逐渐和零点五土质铝土矿有关。

6.1.2 豆鲕状铝土矿

该区铝土矿属次生自然类型，占样品总数的14.41 %。灰白、深灰质，为豆鲕样构成，块状构成。矿石疏松易碎，孔隙率大，吸水性强。Al2O3的平均含量为53.64 %，a/s 5.38。

6.1.3 致密状铝土矿

该区铝土矿属次生自然类型，占总样品的5.44 %。灰、深灰色，为泥质的晶态结构，局部区域有碎屑结构和块状结构。矿物中的一水硬铝石含量大约为50 %。矿石结构紧密，表层细致，硬度高，但脆性较大，切面均匀光洁，呈贝壳状，但吸水性较弱。因此它是一个极低品位的热不平衡透镜。

6.1.4 半土状铝土矿

该区铝土矿主要为次生自然类型，占样品总量的1.77 %，为深灰色、灰白色和黄灰色。矿石主要呈泥岩粉晶构造和0.5土质块态构造。矿石表层粗糙，裂隙不均匀，但吸水性较强，且质量松散，常呈现0.5土状。Al2O3的一般浓度为64.21 %，a/s 15.67。矿石质量比较好。

6.2 矿石品级及工业类型

6.2.1 矿石品级

矿区矿石按《矿产地质勘查规范铝土矿》铝土矿品位分级标准划分。根据矿区矿体统计，矿石品位有V和VI 2种，其中V级产品占21.27 %，VI级产品占78.73 %，可用于氧化铝生产。

6.2.2 矿石工业类型

按照一般的划分方法，将矿区矿石工业类型主要划分为中硫含铁(0.3 %

6.3 矿体围岩和夹石

6.3.1 矿体围岩

铝土矿矿体直接顶部，包括铝土矿、铝质黏土岩、P2/碳质泥土岩、p2q灰岩和泥质灰岩。矿体底板主要包括中国铝土矿、铝土矿泥砂岩、陨硫铁和黄泥岩夹页岩。煤层的直接顶部包括了黏土岩、碳质黏土岩、石灰石，底层则为铝质黏土岩。结构见表1。

表1 旦坪铝土矿矿体直接顶底板岩石岩性特征Tab.1 Lithology of roof and floor rocks of the bauxite orebody

6.3.2 夹石

根据矿区299个钻孔、104个山地工程统计综合分析结果。I号矿体见5个不稳定夹石，II、VII号矿体各见1个不稳定夹石产出，呈单工程插花状分布；仅在VI号矿体见连续性不稳定夹石产出，矿体中部无矿天窗北部见2层不稳定夹石产出。

7 结 语

应促进我国铝土矿资源勘察工作质量的提高，尽快开发利用铝土矿等重要矿产资源，在利用过程中要注意不破坏自然环境，严格按照我国的有关法令，保证研究的合理性与科学性，合理利用矿山资源，推动资源利用率提高，为当地经济社会的良好发展提供了条件，增加经济性和社会效益，从而促进当地社会国民经济的健康快速发展。