一、什么是鋁土礦
鋁土礦實際上是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱。它的應用領域有金屬和非金屬兩個方面。
鋁土礦是生產金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應用領域，其用量占世界鋁土礦總產量的90%以上。
鋁土礦的非金屬用途主要是作耐火材料、研磨材料、化學制品及高鋁水泥的原料。鋁土礦在非金屬方面的用量所占比重雖小，但用途卻十分廣泛。例如：化學制品方面以硫酸鹽、三水合物及氯化鋁等產品可應用于造紙、凈化水、陶瓷及石油精煉方面;活性氧化鋁在化學、煉油、制藥工業(yè)上可作催化劑、觸媒載體及脫色、脫水、脫氣、脫酸、干燥等物理吸附劑;用r-Al2O3生產的氯化鋁可供染料、橡膠、醫(yī)藥、石油等有機合成應用;玻璃組成中有3%～5%Al2O3可提高熔點、粘度、強度;研磨材料是高級砂輪、拋光粉的主要原料;耐火材料是工業(yè)部門不可缺少的筑爐材料。
金屬鋁是世界上僅次于鋼鐵的第二重要金屬，1995年世界人均消費量達到3.29kg。由于鋁具有比重小、導電導熱性好、易于機械加工及其他許多優(yōu)良性能，因而廣泛應用于國民經濟各部門。目前，全世界用鋁量最大的是建筑、交通運輸和包裝部門，占鋁總消費量的60%以上。鋁是電器工業(yè)、飛機制造工業(yè)、機械工業(yè)和民用器具不可缺少的原材料。
二、中國鋁土礦礦業(yè)簡史
鋁元素是在1825年由丹麥物理學家H.C.奧爾斯德(H.C.Oersted)使用鉀汞齊與氯化鋁交互作用獲得鋁汞齊，然后用蒸餾法除去汞，第一次制得金屬鋁而發(fā)現(xiàn)的。
金屬鋁的生產，初期是化學法。即1854年法國科學家H.仙克列爾戴維里(H.Sainte Claire Diwill)創(chuàng)立的鈉法化學法和1865年俄國物理化學家H.H.別凱托夫(Н.Н.Бекетов)創(chuàng)立的鎂法化學法。法國于1855年采用化學法開始工業(yè)生產，是世界最早生產鋁的國家。
鋁土礦的發(fā)現(xiàn)(1821年)早于鋁元素，當時誤認為是一種新礦物。從鋁土礦生產鋁，首先需制取氧化鋁，然后再電解制取鋁。鋁土礦的開采始于1873年的法國，從鋁土礦生產氧化鋁始于1894年，采用的是拜耳法，生產規(guī)模僅每日1t多。
到了1900年，法國、意大利和美國等國家有少量鋁土礦開采，年產量才不過9萬t。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，鋁作為金屬和合金應用到航空和軍事工業(yè)，隨后又擴大到民用工業(yè)，從此鋁工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，到1950年，全世界金屬鋁產量已經達到了151萬t，1996年增至2092萬t，成為僅次于鋼鐵的第二重要金屬。
中國鋁土礦的普查找礦工作最早始于1924年，當時由日本人板本峻雄等對遼寧省遼陽、山東省煙臺地區(qū)的礬土頁巖進行了地質調查。此后，日本人小貫義男等人，以及中國學者王竹泉、謝家榮、陳鴻程等先后對山東淄博地區(qū)、河北唐山和開灤地區(qū)，山西太原、西山和陽泉地區(qū)，遼寧本溪和復州灣地區(qū)的鋁土礦和礬土頁巖進行了專門的地質調查。中國南方鋁土礦的調查始于1940年，首先是邊兆祥對云南昆明板橋鎮(zhèn)附近的鋁土礦進行了調查。隨后，1942～1945年，彭琪瑞、謝家榮、樂森王尋等人，先后對云、貴、川等地鋁土礦、高鋁粘土礦進行了地質調查和系統(tǒng)采樣工作。總起來說，新中國成立以前的工作多屬一般性的踏勘和調查研究性質。
鋁土礦真正的地質勘探工作是從新中國成立后開始的。1953～1955年間，冶金部和地質部的地質隊伍先后對山東淄博鋁土礦、河南鞏縣小關一帶鋁土礦(如竹林溝、茶店、水頭及鐘嶺等礦區(qū))、貴州黔中一帶鋁土礦(如林夕、小山壩、燕垅等礦區(qū))、山西陽泉白家莊礦區(qū)，等等，進行了地質勘探工作。但是，當時由于缺少鋁土礦的勘探經驗，沒有結合中國鋁土礦的實際情況而盲目套用原蘇聯(lián)的鋁土礦規(guī)范，致使1960～1962年復審時，大部分地質勘探報告都被降了級，儲量也一下減少了許多。1958年以后，中國對鋁土礦的勘探積累了一定的經驗，在大搞銅鋁普查的基礎上，又發(fā)現(xiàn)和勘探了不少礦區(qū)，其中比較重要的有：河南張窯院、廣西平果、山西孝義克俄、福建漳浦、海南蓬萊，等等鋁土礦礦區(qū)。
中國鋁土礦的開采最早始于1911年，當時日本人首先對中國遼寧省復州灣鋁礬土礦進行開采，隨后1925～1941年又對中國遼寧省遼陽、山東煙臺礦區(qū)A、G兩層鋁土礦進行開采，以上開采多用作耐火材料。1941～1943年日本人對中國山東省淄博鋁土礦湖田和灃水礦區(qū)的田莊、紅土坡礦段進行了開采，礦石作為煉鋁原料。后來臺灣鋁業(yè)公司也曾進行過小規(guī)模開采供煉鋁用。
中國鋁土礦大規(guī)模開發(fā)利用是從新中國以后開始的。1954年首先恢復以前日本人曾小規(guī)模開采過的山東灃水礦山。1958年以后在山東、河南、貴州等省先后建設了501、502、503三大鋁廠，為了滿足這三大鋁廠對鋁土礦的需求，在山東、河南、山西、貴州等省建成了張店鋁礦、小關鋁礦、洛陽鋁礦、修文鋁礦、清鎮(zhèn)鋁礦、陽泉鋁礦等鋁礦原料基地。
進入80年代，特別是1983年中國有色金屬工業(yè)總公司成立以后，中國鋁土礦的地質勘探和鋁工業(yè)得到了迅速發(fā)展，新建和擴建了以山西鋁廠、中州鋁廠為代表的一批大型鋁廠，使中國原鋁產量由1954年的不足2000t，發(fā)展到了現(xiàn)在的187萬t。建立了從地質、礦山到冶煉加工一整套完整的鋁工業(yè)體系，鋁金屬及其加工產品基本可滿足中國經濟建設的需要。
三、資源狀況
截至1996年末，中國已探明鋁土礦礦區(qū)310處，分布于全國19個省、自治區(qū)、直轄市。鋁土礦保有儲量達到22.73億t，其中A+B+C級7.05億t，占總保有儲量的31%。圖3.9.1示出了中國1960～1995年鋁土礦保有儲量和A+B+C級儲量增長狀況。
據(jù)美國礦業(yè)局《MineralCommoditySummaries》1996年資料，全世界鋁土礦儲量為230億t，儲量基礎為280億t，其中鋁土礦資源比較豐富的國家有：澳大利亞(儲量基礎79億t)、幾內亞(儲量基礎59億t)、巴西(儲量基礎29億t)、牙買加(儲量基礎20億t)、印度(儲量基礎12億t)、匈牙利(儲量基礎9億t)。中國鋁土礦的數(shù)量和質量都不及上述國家，如以中國A+B+C級儲量(工業(yè)儲量)和這些國家的儲量基礎相比，遠在它們之后。
中國鋁土礦資源還是比較豐富的，華北地臺、揚子地臺、華南褶皺系及東南沿海四個成礦區(qū)都具有較好的鋁土礦成礦條件，尤以晉中-晉北、豫西-晉南、黔北-黔中三個成礦帶成礦條件較好，資源遠景也大;桂西-滇東及川南-黔北等成礦帶也有一定的遠景。有關部門根據(jù)已有地質條件和成礦條件分析，中國鋁土礦資源總量預計可達50億t。
四、資源特點
中國鋁土礦除了分布集中外，以大、中型礦床居多。儲量大于2000萬t的大型礦床共有31個，其擁有的儲量占全國總儲量的49%;儲量在2000～500萬t之間的中型礦床共有83個，其擁有的儲量占全國總儲量的37%，大、中型礦床合計占到了86%。
中國鋁土礦的質量比較差，加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國總儲量的98%以上。在保有儲量中，一級礦石 (Al2O360%～70%，Al/Si≥12)只占1.5%，二級礦石(Al2O351%～71%，Al/Si≥9)占17%，三級礦石 (Al2O362%～69%，Al/Si≥7)占11.3%，四級礦石(Al2O3>62%，Al/Si≥5)占27.9%，五級礦石 (Al2O3>58%，Al/Si≥4)占18%，六級礦石(Al2O3>54%，Al/Si≥3)占8.3%，七級礦石 (Al2O3>48%，Al/Si≥6)占1.5%，其余為品級不明的礦石。
中國鋁土礦的另一個不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據(jù)統(tǒng)計只占全國總儲量的34%。
與國外紅土型鋁土礦不同的是，中國古風化殼型鋁土礦常共生和伴生有多種礦產。在鋁土礦分布區(qū)，上覆巖層常產有工業(yè)煤層和優(yōu)質石灰?guī)r。在含礦巖系中共生有半軟質粘土、硬質粘土、鐵礦和硫鐵礦。鋁土礦礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素。在有些地區(qū)，上述共生礦產往往和鋁土礦在一起構成具有工業(yè)價值的礦床。鋁土礦中的鎵、釩、鈧等也都具有回收價值。
中國鋁土礦的最后一個特點是，地質工作程度比較高，截至1994年底，中國鋁土礦保有儲量中屬于勘探階段的占32.5%，屬于詳查階段的占55.8%，兩者合計，詳查以上工作程度的儲量占全國總保有儲量的88.3%。
五、中國鋁土礦儲量分布
中國鋁土礦分布高度集中，山西、貴州、河南和廣西四個省(區(qū))的儲量合計占全國總儲量的90.9%(山西41.6%、貴州17.1%、河南16.7%、廣西15.5%)，其余擁有鋁土礦的15個省、自治區(qū)、直轄市的儲量合計僅占全國總儲量的9.1%。
山西的鋁土礦床(點)主要分布在孝義、交口、汾陽、陽泉、盂縣、寧武、原平、興縣、保德、平陸等5大片42個縣境內，面積約6.7萬km2，探明鋁土礦儲量，居全國第一，該區(qū)的資源總量估計可達20億t。
河南的鋁土礦集中分布在黃河以南、京廣線以西的鞏縣、登封、偃師、新安、三門峽、陜縣、寶豐、魯山、臨汝、禹縣等三大片10多個縣境內，面積3萬多km2，探明鋁土礦儲量居全國第2位，預測資源總量可達10億t。
貴州的鋁土礦床主要分布在“黔中隆起”南北兩側的遵義、息峰、開陽、甕安、正安、道真、修文、清鎮(zhèn)、貴陽、平壩、織金、茍江、黃平等十幾個縣境內，面積2400km2，探明鋁土礦儲量居全國第3位。預測資源總量逾10億t。
廣西的鋁土礦集中分布在平果、田東、田陽、德保、靖西、桂縣、那坡、果化、隆安、邕寧、崇左等縣境內，探明鋁土礦儲量居全國第4位，預測鋁土礦儲量在8億t以上。
山東的鋁土礦主要分布在淄博、新泰、洪山等縣境內，其探明鋁土礦儲量占全國總儲量的3%。
此外，在海南、廣東、福建、云南、江西、湖北、湖南、陜西、四川、新疆、寧夏、河北等省(區(qū))，也有鋁土礦礦床產出。
一、地質勘查
目前，中國利用的主要是沉積型的鋁土礦。
根據(jù)中國鋁土礦床地質特點，一般沉積型鋁土礦床產狀平緩，圈定礦體地表邊界時采用探槽、淺井，深部采用鉆探。但當?shù)V體產狀陡，且在地形條件有利時，也可適當配合少量硐探已探求高級儲量和驗證鉆孔資料的可靠性。對于堆積型和紅土型鋁土礦床因其埋藏不深，除圈定礦體外部可采用探槽配合淺井之外，其他地段全部采用淺井進行勘探。
中國鋁土礦根據(jù)礦石類型、礦床類型，以及開采方式的不同，在勘探時其工業(yè)指標也有所不同。表3.9.6列出了中國提煉金屬鋁用鋁土礦礦床的一般工業(yè)指標。
根據(jù)全國礦產儲量委員會制定的鋁土礦地質勘探規(guī)范，按照礦體延展規(guī)模、礦體形態(tài)復雜程度、礦體厚度穩(wěn)定程度、內部結構復雜程度、構造復雜程度等地質因素和勘探難易程度，將沉積型鋁土礦床劃分為四個勘探類型。
1)第Ⅰ勘探類型：礦體延展規(guī)模大、形態(tài)簡單、厚度穩(wěn)定—不穩(wěn)定、內部結構簡單—較簡單、構造簡單的似層狀沉積型鋁土礦床。如山西克俄鋁土礦床。
2)第Ⅱ勘探類型：礦體延展規(guī)模中—大、形態(tài)較簡單、厚度穩(wěn)定—不穩(wěn)定、內部結構簡單—較簡單、構造簡單—較簡單的似層狀、透鏡狀沉積型鋁土礦床。如河南賈溝、貴州魏家寨、山東王村等鋁土礦床。
3)第Ⅲ勘探類型：礦體延展規(guī)模中—小、形態(tài)不規(guī)則、厚度不穩(wěn)定—很不穩(wěn)定、內部結構簡單—復雜、構造簡單—復雜的透鏡狀沉積型鋁土礦床。如貴州老荒坡、燕垅A礦段一號礦體等鋁土礦床。
4)第Ⅳ勘探類型：礦體延展規(guī)模很小、形態(tài)很不規(guī)則、厚度極不穩(wěn)定、內部結構復雜—很復雜的小透鏡狀、漏斗狀沉積型鋁土礦床。如河南張窯院2號礦體。
根據(jù)中國鋁土礦地質勘探和礦山生產實踐經驗，通過探采對比，結合鋁土礦床的四個勘探類型，總結出了如表3.9.7所示的鋁土礦床的勘探工程間距。
二、礦山開采
中國鋁土礦生產礦山和國外一樣，也是以露采為主，開采的實踐證明，單一的自卸汽車直進溝開拓對大多數(shù)鋁土礦床是行之有效的開拓運輸方式，它具有投資省、基建時間短、投產快、適應時強的優(yōu)點。因此在中國露天鋁礦開采中得到了廣泛的應用。但是與國外相比，露采的剝采比大，采礦損失率和礦石貧化率高。以有色金屬工業(yè)系統(tǒng)為例，1986年全國平均剝采比為3.74t/t，1990年增至9.17t/t;采礦損失率和礦石貧化率1986年分別為7.42%和 10.85%，1990年分別降為4.73%和7.25%。由于中國鋁土礦礦床普遍覆層厚，礦床工業(yè)指標規(guī)定的剝采比達10～15m3/m3，有的礦山設計境界剝采比高達22～25m3/m3。據(jù)統(tǒng)計，剝離量占采剝總量的80%～90%，剝離費用占礦石成本的50%～80%，在剝離費用中運輸費占 40%～70%，故運輸工序是鋁土礦露天開采的關鍵。
目前，中國地下開采礦山不多，處于試驗階段，像山東一般采用長壁陷落法或短壁陷落法，而貴州則采用分層崩落法或留礦法。采掘比一般為200～300m/萬t。由于中國許多鋁土礦資源需用地下開采，并且又多屬難采礦床，因此加強地下采礦方法的研究勢在必行。
三、選礦與加工技術
鋁土礦選礦比較簡單，一般采用手選，像廣西平果鋁廠，設計采用“三洗兩碎—手選工藝。隨著中國耐火材料和鋁氧工業(yè)的發(fā)展，對鋁土礦原料的生產提出了愈來愈高的要求。如僅僅依靠目前人工揀選是難以達到的，而且會致使資源遭到嚴重破壞。因此盡快建設規(guī)模生產的選礦廠已是一個十分緊迫的問題。
由于鋁土礦作為煉鋁原料，不同的冶煉方法對其質量要求不同。拜耳法鋁硅比大于8～10，聯(lián)合法為5～7，燒結法則3.5～5.0，因此作為煉鋁原料，鋁土礦選別的首要任務是提高鋁硅比，同時礦石中的氧化鐵會降低拜耳法生產時溶出釜的生產率，降低燒結法生產時熟料溫度，并妨礙氧化鋁轉為鋁酸鈉。而作為耐火材料原料時，則還需降低TiO2的含量，礦石中的鈦、鐵雜質會使耐火材料在高溫下過早地出現(xiàn)玻璃相而降低耐火材料的性能。此外，氧化鉀、鈉在鋁土礦的燒結過程中，起著阻礙二次莫來石的進展和分解已形成的一次莫來石，使網狀結構受到破壞，大大降低耐火材料的荷重軟化點。目前，通過浮選脫硅、機械或化學處理脫除鈦、鐵雜質，以及采取相應措施脫除鉀、鈉雜質的研究和試驗已在進行之中，對鋁土礦進行選別已經提上了議事日程。
中國氧化鋁生產多采用聯(lián)合法，即混聯(lián)聯(lián)合法，它是以拜耳法處理大部分易溶的一水硬鋁石，將難溶或不溶部分轉入燒結法，且在燒結法中再配入部分鋁土礦以提高品位。像鄭州鋁廠、山西鋁廠、貴州鋁廠、中州鋁廠等均用此法生產氧化鋁。
山東鋁廠采用燒結法處理鋁硅比3～5的一水硬鋁石，廣西平果鋁廠是中國采用拜耳法生產氧化鋁的唯一鋁廠。
中國鋁廠原鋁生產均采用熔鹽電解法。電解鋁是高能耗產品，噸鋁約耗電1.6萬kWh,1996年全國電解鋁耗電量約304億kWh，占全國發(fā)電量的3.0%。表3.9.9列出了中國前50名鋁廠噸鋁交流電耗指標。
四、環(huán)境保護
由于鋁土礦主要是露天開采，占用土地多，影響面大，因此，如何通過復墾減少礦山用地，保護生態(tài)環(huán)境是一個十分突出的問題。下面以中國目前最大的露天鋁礦——山西孝義鋁礦為例，說明鋁土礦在開采復墾問題上的進展。
山西孝義鋁礦設計規(guī)模：一二期工程合計年產鋁土礦礦石215萬t，采剝總量達到17.30萬t。設計總占地面積1158.2hm2，截止1995年已累計征地721hm2，今后礦山生產建設分期分批待征土地還有433.3hm2。由于近年來礦區(qū)鄰近村莊土地銳減，加之土地征用費劇增，因此給礦山生產和礦區(qū)鄰近村莊生活帶來了難以承受的壓力與沉重的負擔。
為了解決這個問題，孝義鋁礦采取了剝離-采礦-復墾一體化的復墾新技術，實現(xiàn)邊開采，邊復墾，以最少的投入，減少反復運輸，獲得礦山用地復墾的良性循環(huán)。通過二年來的實踐，該礦的西河底礦區(qū)在開采初期即可復墾造地。依據(jù)已經審批論證的土地復墾總體規(guī)模，預計該礦區(qū)開采終了，復墾率可達75%，總計復墾土地543.3hm2，其中復墾耕地為471hm2。
為了有效地節(jié)約耕地與切實保護耕地，以及充分發(fā)揮復墾耕地的效能，有關部門實行了“以地換地”和臨時用地的政策。目前該礦已與下莊、克俄二村委達成了以該礦2.67hm2復墾耕地互換等量的礦山用地，這樣不僅有效地抑制了礦區(qū)耕地的減少，而且礦區(qū)村民過去支離破碎的小塊地通過礦山復墾可以有效地變成山區(qū)“小平原”，耕地質量和水土條件得以根本改善。礦山企業(yè)通過用復墾耕地與礦山生產用地互換，西河底礦區(qū)總計可節(jié)省土地費5776萬元。
孝義鋁礦通過剝離-采礦-復墾一體化所取得的社會效益、環(huán)境效益和經濟效益都十分巨大，這項技術的推廣為中國鋁土礦開采中節(jié)約耕地、保護生態(tài)環(huán)境開辟了一條新路，提供了寶貴的經驗。
電解鋁生產過程中，產生一些氟化物，對環(huán)境造成污染也是鋁工業(yè)亟待解決的一個問題。目前中國的鋁電解槽70%以上是自焙陽極電解槽，這些自焙槽多數(shù)沒有安裝消除氟化物等有害氣體的環(huán)境保護設施，采用煙囪高空排放，有的小鋁廠甚至連高空排放措施都未采用，使鋁廠工人在充斥著氟化物和瀝青煙的惡劣環(huán)境中工作，大量氟化物排入空中，又污染了周圍的環(huán)境。為了改變這種狀況，應首先推廣干陽極糊技術，大力開展干法凈化煙氣的研究和推廣應用工作，同時要狠抓環(huán)境保護設施，加強“三廢” 治理，以減輕對環(huán)境的污染。
