關于高鋁黏土礦石類型歸屬的探討

汪 松，呂國芳，趙鵬大

（1.中國地質大學 （武漢）經濟管理學院，湖北 武漢430074；2.河南省國土資源科學研究院，河南鄭州450053）

高鋁黏土是一種與鋁土礦、耐火黏土礦共生的礦產資源，具有較為重要的工業意義，被國土資源部列為保護性開發礦產。目前，在地質勘查規范礦石工業類型的劃分中將高鋁黏土歸并入耐火黏土礦，但在實際應用中，高鋁黏土的理化性能、礦石特征與一般耐火黏土礦有較大的不同，反而與鋁土礦較為接近。因此，在實際勘查過程中常把高鋁黏土與一般的鋁土礦和耐火黏土礦相混淆。在對鋁土礦進行勘查時，沒有進行耐火度測試等相關數據分析，直接導致一部分高鋁黏土被當成普通鋁土礦；在耐火黏土礦的勘查過程中，也較少對耐火黏土礦中的高鋁黏土、硬質黏土、軟質黏土和半軟質黏土進行詳細區分，導致常將高鋁黏土當成一般耐火黏土礦來使用。因此可見，高鋁黏土礦物屬性與礦石工業類型不一致的矛盾造成了高鋁黏土資源的極大浪費。本文在對高鋁黏土礦物屬性進行理論梳理的基礎上，探討其礦石類型歸屬問題，并結合河南省進行實證分析，完善高鋁黏土地質勘查規范，為高鋁黏土的高效利用奠定理論基礎。

1 高鋁黏土礦石類型歸屬的理論分析

1.1 高鋁黏土的礦物屬性及重要性

高鋁黏土主要礦物成分為一水硬鋁石，次要礦物成分為高嶺石和一水軟鋁石，與鋁土礦、普通耐火黏土礦緊密共生。高鋁黏土的用途較為廣泛：高鋁黏土經過在電弧爐中熔融，可以制造高級研磨材料，其中電熔剛玉磨料是目前應用最廣泛的一種磨料，占全部磨料產品的2／3，具有熱震性能好、耐沖刷、耐腐蝕、氣孔率低等特點，是制造高級研磨材料中非常重要的原料；高鋁黏土AL2O3的含量較高，硬度和比重較大，耐火度高，通常在高溫（1400～1800℃）煅燒成熟料，用以制造高級耐火材料制品；在建材工業上用以制作水泥窯和玻璃熔窯用的高鋁磚、磷酸鹽高鋁耐火磚、高鋁質熔鑄磚；高鋁黏土與石灰石混合制成高鋁水泥，具有耐海水腐蝕性、快速硬化性、耐火耐熱性，在海港工程和軍事搶修工程中有著不可或缺的作用；此外，高鋁黏土還可以應用于油井中，作為凈化石油用的支撐劑，在農業上作為促肥劑，以及用作抗滑、抗磨的鋪路材料等等；高鋁黏土礦還普遍伴生有稀土金屬元素，在某種程度上講，其經濟價值可能遠遠超過高鋁黏土礦的價值；近些年來，一些軍工企業也通過利用高鋁黏土生產航空航天材料[1－2]。

無論是從經濟價值來看，還是從資源綜合利用來看，又或者從軍事戰略意義來看，高鋁黏土礦都是一種極具重要價值的礦種，國家也對高鋁黏土的開采、保護、規劃做了各項規定。2010年1月2日，國務院辦公廳發布《關于采取綜合措施對耐火黏土螢石的開采和生產進行控制的通知》（國辦發〔2010〕號），對耐火黏土（高鋁黏土）開采和生產總量限制、嚴格控制耐火黏土（高鋁黏土）新增開采產能、積極推進耐火黏土（高鋁黏土）產業結構調整、有效實施耐火黏土（高鋁黏土）出口措施、提高耐火黏土（高鋁黏土）資源稅稅率等相應控制措施。2010年2月22日，工業和信息化部等7部門聯合發布《耐火黏土（高鋁黏土）行業準入標準公告》（工聯原〔2010〕86號），對高鋁黏土行業在生產布局條件、規模、工藝與裝備、資源綜合利用和能源消耗、環境保護和土地復墾、主要產品質量等方面進行嚴格控制，提高高鋁黏土行業的準入條件，限制其只能用于高級耐火材料、剛玉型研磨材料、高鋁水泥、陶瓷匣缽等工業產品的生產，并針對鋁土礦、耐火黏土礦床共生的高鋁黏土礦，必須進行綜合開采，合理利用，嚴防優材劣用，對高鋁黏土礦實行開采和生產的總量控制；2010年7月7日，國土資源部辦公廳發布《關于開展省級稀土等礦產勘查專項規劃編制工作的通知》（國土資發〔2010〕46號），將高鋁黏土列為保護性開采礦種，要求各省（市）開展高鋁黏土礦產資源勘查專項規劃編制工作。

1.2 現行高鋁黏土礦石類型的歸屬及存在的問題

1.2.1 現行高鋁黏土礦石類型的歸屬

從現行礦產行業標準及工業用途來看，將高鋁黏土劃入耐火黏土礦。在《中華人民共和國地質礦產行業標準——高嶺土、膨潤土、耐火黏土礦產地質勘查規范》（DZ／T0206－2002）中：耐火黏土礦是指耐火度大于1580℃的黏土，主要用于冶金、機械等部門，其次為輕工、建材、化工、國防等部門，依其理化性能、礦石特征和工業用途，一般分為軟質黏土、半軟質黏土、硬質黏土和高鋁黏土等四種，如表1所示。

表1 耐火黏土礦石工業類型

高鋁黏土的劃分標準為：主要礦物為一水硬鋁石，次要礦物為一水軟鋁石和高嶺石，Al2O3含量高于50%，Fe2O3含量低于3%，耐火度大于1770℃，礦石外觀特征主要為豆狀、鮞狀、角礫狀、致密塊狀、堅硬粗糙狀和土狀。

1.2.2 存在的問題

目前之所以把高鋁黏土歸并入耐火黏土礦主要在于其工業用途的相似性，高鋁黏土是用作生產高級耐火材料的主要原料，而耐火黏土的其他三種礦石類型通常作為一般耐火材料使用。但是對比分析高鋁黏土與其他耐火黏土可知它們在礦物組分、巖石化學、物理結構上均存在著較大不同。因此，不能完全按照工業用途，將高鋁黏土歸入耐火黏土礦。

礦物組分方面，礦物組分是礦石類型劃分中非常重要的影響因素，高鋁黏土與耐火黏土的其他三種礦石類型在礦物組分上存在著極大的差異。高鋁黏土的主要礦物成分為一水硬鋁石和一水軟鋁石，而硬質黏土、半軟質黏土和軟質黏土的主要礦物成分為高嶺石、伊利石、葉臘石等黏土礦物。結合杜清華等老一批學者的研究，黏土是指由黏土礦物、附生礦物和雜質組成的，主要成分以黏土礦物為主的礦物，而黏土礦物主要為高嶺石類、膠嶺石類、多水高嶺石類和水云母等由風化作用而生成的次生礦物所組成[3]，從礦物組分上可以分析，硬質黏土、半軟質黏土和軟質黏土均表現出典型的黏土礦特點，而高鋁黏土與黏土礦有較大的差異。

巖石化學方面，高鋁黏土礦AL2O3含量大于50%，而耐火黏土的其他三種礦石類型AL2O3含量均在20%～30%之間。結合劉長齡等[5]關于黏土礦與鋁土礦的分析可知：AL2O3是鋁質巖的主要化學成分，而高鋁黏土中含有過半的AL2O3，與一般的黏土礦存在較大的差異。

物理結構方面，高鋁黏土礦結構復雜，常呈現豆狀，角礫狀，致密塊狀等，而耐火黏土的其他三種礦石類型常呈現土狀、片狀等典型黏土礦結構特點。

1.3 高鋁黏土與鋁土礦的對比分析

1.3.1 鋁土礦礦物屬性

在《中華人民共和國地質礦產行業標準——鋁土礦、冶美菱鎂礦地質勘查規范》（DZ／T0202－2002）中，主要從自然類型和工業類型來定義鋁土礦礦石類型。

從自然類型來看，主要從結構構造、顏色和主要鋁礦物成分來劃分鋁土礦礦石類型。按照結構構造分為土狀（粗糙狀）、致密狀、豆狀、鮞狀、碎屑狀、角礫狀鋁土礦等，還有砂狀、杏仁狀、斑點狀、氣孔狀鋁土礦等；按顏色分為白色、灰色、黑色、紅色、淺綠色鋁土礦等；按主要的鋁礦物成分分為一水型鋁土礦、三水型鋁土礦和混合型鋁土礦。

從工業類型來看，在劃分礦石自然類型的基礎上，按礦石AL2O3含量、鋁硅比值、工業用途、提取氧化鋁的方法及雜質Fe2O3、S含量劃分礦石工業類型。如高鋁耐火材料、電熔剛玉、高鋁水泥、拜爾法生產氧化鋁或燒結法生產氧化鋁和聯合法生產氧化鋁的礦石及高鐵鋁土礦、低鐵鋁土礦、高硫鋁土礦、低硫鋁土礦等。

鋁土礦礦床的一般工業指標如表2所示。

表2 鋁土礦床一般工業指標

1.3.2 高鋁黏土與鋁土礦的相似性分析

從礦物組分來看，高鋁黏土礦石的礦物成分與鋁土礦的礦物成分都是主要為一水型鋁土礦；從巖石化學來看，高鋁黏土礦AL2O3含量大于50%，完全符合鋁土礦中AL2O3含量大于40%的邊界品位；從物理結構來看，高鋁黏土礦與鋁土礦的結構構造相似，均常呈現為豆狀、鮞狀、角礫狀、致密塊狀、堅硬粗糙狀和土狀；從工業用途來看，高鋁黏土礦與鋁土礦也具有高度相似性，可以用作生產高級耐火材料、電熔剛玉、高鋁水泥等。高鋁黏土礦石的理化性能、礦石特征等均能達到鋁土礦工業指標要求（見表2），而且高于鋁土礦工業指標的基本要求。

由此可見，高鋁黏土實質是鋁土礦，是鋁土礦中含AL2O3高、含Fe2O3低的一種礦石，而且還是高品質的鋁土礦。高鋁黏土的物理性質、工業指標、行業規范都適用于鋁土礦的相應規范，高鋁黏土礦的地質勘查規范應該參照鋁土礦的地質勘查規范。

在進行鋁土礦勘查時，現行鋁土礦地質勘查規范中未考慮高鋁黏土礦的特性，因此在實際地質勘查中不會對鋁土礦進行耐火度測試等相關數據分析，直接導致一部分高鋁黏土礦劃入普通鋁土礦，也錯失大量優質高鋁土礦的資源。

2 高鋁黏土礦石類型歸屬的實證分析

2.1 河南省高鋁黏土開發現狀及問題

鋁土礦、耐火黏土礦是河南省的優勢礦產之一，資源儲量居全國第二位，僅次于山西省。河南省鋁土礦、耐火黏土礦資源主要分布在焦作、三門峽、平頂山之間三角形區域內。截至2011年底，河南省列入儲量表的鋁土礦區113處，累計查明鋁土礦資源儲量8.72億t，保有資源儲量7.01億t；列入儲量表的耐火黏土礦區共86處，累計探明資源儲量34257萬t，保有資源儲量29573萬t。

表3 2011年河南省鋁土礦、耐火黏土礦資源儲量表

雖然河南省鋁土礦和耐火黏土礦均居于全國第二位，但高鋁黏土礦已探明儲量較少，截至2011年底，河南省明確作為高鋁黏土礦列入儲量表的只有2處，資源儲量只有550萬t。高鋁黏土礦是與鋁土礦、耐火黏土礦緊密共生的礦產資源，既然鋁土礦和耐火黏土礦儲量都很高，為何高鋁黏土礦儲量如此少呢，這主要就是由于高鋁黏土礦礦物屬性與礦石類型歸屬不一致的矛盾，導致有很大一部分基本達到高鋁黏土工業標準的鋁土礦和耐火黏土礦由于缺少關鍵數據的檢測而錯誤的劃入普通鋁土礦或普通耐火黏土礦。

在河南省鋁土礦113處礦區中，Al2O3含量達到60%以上礦區有42處，資源儲量達到33785萬t，占鋁土礦資源保有量的48.2%。Al2O3含量達到60%以上且Fe2O3含量低于3%的礦區13處，資源儲量11166萬t，占河南省鋁土礦資源儲量的15.93%，這部分鋁土礦是高鋁黏土礦的潛在資源。

2.2 如何準確劃分及完善高鋁黏土地質勘查規范

對高鋁黏土礦石類型歸屬的探討，其核心在于根據其礦物屬性準確劃分礦石類型，完善勘查規范，實現其綜合利用，其根本目的是使有限的高鋁黏土資源發揮最大的經濟效益，也就是在高鋁黏土礦產資源勘查、開發過程中，以較小的消耗和投入獲得較大的經濟效益和社會效益。

基于河南省的實際情況可知，目前河南省明確作為高鋁黏土使用的資源較少，但潛在資源儲量巨大，主要因為高鋁黏土礦石類型歸屬劃分不準確，勘查規范不完善所致，因此我們可以通過以下兩個方面來準確劃分及完善高鋁黏土勘查規范。

1）明確高鋁黏土的礦石類型歸屬。高鋁黏土的礦物組分、巖石化學、物理結構均與耐火黏土礦有較大的差異，而高度相似于鋁土礦，因此，應修訂相應的礦石類型分類標準，把高鋁黏土歸并入鋁土礦。

2）完善高鋁黏土礦勘查規范。高鋁黏土礦是耐火黏土礦和鋁土礦的伴生礦產，實際地質勘查規范運用現行的耐火黏土礦和鋁土礦的勘查規范都不能很好的探明其實際儲量，因此，當明確高鋁黏土屬于鋁土礦時，以鋁土礦勘查規范為基礎，在具體地質勘查過程中，對鋁土礦進行耐火度檢測和Fe2O3含量分析，當耐火度高于1770℃，Fe2O3含量低于3%，并且Al2O3大于50%時，這部分鋁土礦將列入高鋁黏土礦，這樣就能在較大程度上提高高鋁黏土的資源儲量。

3 結論與討論

通過理論分析和實證分析可以看出，目前高鋁黏土已探明儲量少，不能實現合理高效利用的原因在于高鋁黏土礦物屬性與現行礦石類型劃分不一致，而礦石類型歸屬的錯誤又導致其在勘查時無法對高鋁黏土進行區分和剝離。本文通過對高鋁黏土的礦石類型歸屬進行探討，分析其礦物組成、巖石化學和物理結構方面與耐火黏土礦、鋁土礦的差異和相似性，進而完善其勘查規范。研究認為：高鋁黏土理化性能、礦石特征等均能達到鋁土礦工業指標要求，應考慮將其歸類為鋁土礦的一種，現行的鋁土礦地質勘查規范沒有考慮高鋁黏土礦的特性，缺少對高鋁黏土礦的檢驗手段，應通過修正鋁土礦的地質勘查規范，增加耐火度檢測、Fe2O3含量分析等項目的檢測，完善高鋁黏土勘查規范。這樣可以在較大程度上提高高鋁黏土的資源儲量，并且有利于高鋁黏土資源的綜合高效合理利用。

[1]匡敬忠，肖坤明，曾軍龍.從鋁土礦、磷礦及鈮鉭礦中綜合回收稀土的研究進展[J].稀土，2012（2）：81－85.

[2]楊軍臣，王鳳玲，李德勝，等.鋁土礦中伴生稀有稀土元素賦存狀態及走向查定[J].礦冶，2004（6）：89－92.

[3]杜清華.從黏土定義看“高鋁黏土”的命名周題[J].地質論評，1965（5）：224－228.

[4]劉長齡.關于“鋁土礦、礬土、高鋁黏土”等名稱的使用問題[J].地質與勘探，1986（6）：33－35.