鋁土礦地質特征及成礦條件研究

湯 飛

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 清鎮 551400)

0 引 言

鋁土礦的主要產地是中國、印度和巴西。雖然我國鋁土礦資源儲量低，但相應的需求量也很大。就我國鋁土礦資源相關的地質條件和成礦特征，系統勘探對于鋁土礦勘探的正常工作是非常有幫助的。同時，因為鋁土資源的分布非常廣泛，具體成分也多樣，成礦過程的復雜與多變，影響的因素較多。

1 鋁土礦概述

中國的鋁土礦源，一般在山西和貴州。按照前人的分析研究經驗可以看出，在鋁土礦成礦方面，我國與國外具有相同的地理條件，部分地區與其他國家存在差異。但是，我國的鋁礦土資源比較特別。例如，在國外，新生代紅土類鋁土礦約占總出貨量的83 %，沉積型鋁土礦大概占有16 %，堆積型鋁土礦在0.5 %以下。我國的沉積型鋁土礦儲存量非常高，達到了90 %，新生代紅土的鋁土礦在中國很少有，堆積型鋁土礦所占的比例僅為10 %。

2 鋁土礦礦床分類

2.1 國外鋁土礦分類體系

經過一個世紀的漫長研究，國外地質學家大多根據鋁土礦礦物組成、礦床成因與產地的大地構造背景，深入分析并研究了鋁土礦。首先，利用礦石礦物的化學成分劃分鋁土礦分類。在實際應用中，該辦法將有助于重新劃分我國的鋁土礦地球化學特征和礦產研究；而通過一段時間的實驗，目前我國鋁土礦的形態特征和地質產狀，已作為我國鋁土礦劃分的重要標準。這些劃分模式可以反映礦體的存在形式與情況，但仍無法成為我國鋁土礦劃分的準則。有些地質研究者對我國鋁土礦實行了純劃分，其在現場的適用性并不會非常高。根據土壤生成的具體條件，多布申斯基曾將我國鋁土礦主要劃分為沉積類和紅土類。而目前，根據國外鋁土礦的種類，則主要分為喀斯特和紅土，在這里，巖溶景觀鋁土礦主要生成于碳酸鹽巖巖溶表面，而紅土則生成于鋁硅鹽酸上。基巖分類與母巖和礦體中的物質成分、形狀及其演示學特性等有關。近年來，在向世界各地引入中國鋁土礦資源的過程中，鋁土礦的種類主要和基巖種類相結合。

2.2 國內鋁土礦分類體系

1984年，礦物儲量委員會把鋁土礦分成堆積型、堆積型和紅土類型。沉積類型可分為2個亞類：碳酸鹽侵蝕面上的地層和鋁硅酸鹽侵蝕面上的地層。由于礦床的形成原因，學者李啟津指出，憑借一水硬鋁石的標型基本特點和礦物來源的一些基本資料，可將其分為以下類型：紅土沉積紅木型、紅土沉積類型、鈣質紅土型、巖溶堆積型、紅土類型[1]。

3 鋁土礦的地質特征分析

3.1 古風化型鋁土礦

古風化型鋁土礦的重要形態主要是透鏡狀和層狀，其中一部分礦物是石灰巖形成的。自上而下形成含鐵礦層，主要由泥巖、石灰石、鋁等多金屬礦層組成。礦層的化學穩定性很強。一般情況下，長度、寬度和厚度分別為200～500 mm、500～1500 mm和1～3 mm。古風化作用中，鋁土礦的主要成分包括了鐵礦石、鋁多金屬礦、鋁質巖、水泥石，礦石結構以中質量和膠態的居多。該礦物品質較高，且分布范圍廣泛，含硫量大，目前尚未開發利用。因為這類鋁土礦石堆積型鋁土礦的原生礦，受到產量質量以及糧食儲量影響著其產量質量和特性[2]。

3.2 堆積型鋁土礦

堆積型的中國鋁土礦石，是同古風類型中的中國鋁土礦物的另一種原生礦物。其在工業上應用十分寬廣，這類礦體具有較大的復雜性，一般為環狀、線形、不規則狀等。在地拋面條件下，礦體的一般劃分形式表現為透鏡狀和層狀。因為地形結構十分脆弱，經常會有一些變化，使礦體的形狀有所變化。堆積型鋁土礦的主要成分為鈦礦石、鐵礦石、硅礦石和鋁礦石，就自然類型而言，該礦物屬于一水硬鋁石鋁土礦。在制造業上，相關的技術流程也可以來制造氧化鋁。而在工業生產上，該礦物也是一個高鐵鎂鋁土礦[3]。

3.3 紅土型鋁土礦

紅土型鋁土礦中的所有組成礦物，都是以長時間的風化溶解中形成不同種類的碳酸鹽巖，根據礦體來看，這種鋁土礦的主要形式是層狀和層狀中國鋁土礦，礦層具有非分強大的穩定性能，由于產狀和埋藏面積、坡向以及地形和坡度等的原因，構成中國鋁土礦層主要是粘土和鋁土礦。同時，在結構上，實現了豆形和塊狀的結合。在礦石構造方面，重點設計了赤鐵礦、石英等。

4 鋁土礦成礦作用

4.1 巖溶古地理的探礦作用

(1)中國的巖溶溶出型鋁土礦，大多散布于古陸和海島的邊沿。對帶有封閉特性的盆地，鋁土礦礦化過程涉及以下益處：密閉性好、地表海洋對流較少的盆地，可以使盆地內的成礦溶劑產生較好的酸性，從而保證以高嶺石等一系列黏土礦石為主要成分的沉積物質可以將水浸脫硅轉化為中國鋁土礦。

(2)在平緩寬廣的盆地山坡上，可堆積大量火成巖的礦物；陡峭狹窄，各種成礦物質保存完好。古陸古島的規模，對于附近的成礦盆地起著決定性的作用。以霍西—鶴洞盆地為例，在西坡集中有貧瘠鋁土礦成礦帶，在附近呂梁古陸中的礦石非常多，因為霍山古島規模范圍較小，因此對于大量的成礦石難以形成，這導致了沁源盆地西部斷礦區礦床厚度相對比較薄，進而形成的成礦資源價值非常低[4]。

4.2 紅土風化成殼

鋁土礦在分布上大多集中于侵蝕面，并伴有沉積作用。地表淺層暴露出來的鐵鋁巖系在長期以往的沉積中，經過風化的作用，會形成紅土和鈣紅土風化殼。與此同時，經過長期風化的土壤，起初會溶解成鋁礦土等一些礦源巖。在地表水和地下水的共同影響下，會形成堿式水溶液。該水溶液將形成溶解物源中二氧化硅的損失，并析出氧化物鋁、氧化物鐵和二氧化硅，從而形成硅溶膠。

4.3 河流搬運沉積

一般在濕熱環境下，因為會長時間進行風化，鋁土礦礦源會形成一些鋁膠體的懸浮液，河流將其運送到礦坑中。因在介質性質差異的因素下，可沉淀氧化鋁粒子。在特定的運動階段時，由于受到地面引力分異的作用，古大陸邊緣產生了大量粗碎物的聚集地，繼而產生高品位的鋁土礦。在遠離古大陸的水體上，膠體溶液會出現沉淀現象。從而產生一小部分物質來源好、但品質較差的鋁土礦[5]。

4.4 礦石變優過程

當鋁土礦的掩埋深度不深時，就直接裸露于土壤表面。而隨著長時間風化腐蝕，受地表水和雨水的影響，更容易產生酸式。在強酸性水溶液的影響下，會形成很多的粘土礦物脫硅。但雨水則會沖走已溶解物質有Fe(OH)3和SiO2等，化學性質穩定后，留下了Al2O3，這將增加礦物質量，礦石結構松散，色澤變淡。礦層位于地下，隨著時間的推移，覆蓋層也會變厚。基于此中情況之下，我國鋁土礦中的壓強會有所增加，干擾了礦物的順利固結，使之在后期構造運動的影響下，容積逐漸減小。在鋁土礦中會形成很多的小裂隙，影響縫隙中水的流動；當水顯堿性時，鋁土礦會帶走粘土礦物中的Fe(OH)3和SiO2等。脫硅使鋁土礦的品質有所增加，脫硅以后的粘土礦物向高貴粘土進行轉變，還有一些則會向鋁土礦邊界品位的鋁土礦進行轉變。當水呈酸性并富含SiO2等時候，就會產生有序的高嶺石，并在鐵鋁酸鹽底部產生了一層高嶺土；當水中含有二價鐵離子和三價鐵離子時，底部礦石極有可能形成鐵黏土巖和鐵鋁巖，并可以形成山西型鐵礦。

5 共生礦產

5.1 鐵礦

鋁土礦共生鐵礦通常產于沉積型，或喀斯特礦床中，位于礦體和底板之間的夾層中。在貴州鋁土礦共生鐵礦也被稱之為清鎮市鐵礦。據計算，共生鐵礦體的實際延伸直徑可達到數十米或數百米；厚度則可保持在1～2 m之內。由于共生鐵礦石的資源量大，又受各種原因制約，造成了鋁土礦共生鐵礦的實際效率低下。

5.2 硫鐵礦

鋁土礦與共生硫鐵礦，主要產于沉積類型或為喀斯特類型礦體的中下部，以星點狀或團塊狀等形態產生，與隕硫鐵和粘土礦物一起組成了礦石礦物。這一種類的共生硫鐵礦，主要散布于貴州喀斯特鋁土礦中，而該共生礦產的實際使用程度也相當低。

5.3 鐵礬土

科學研究也證實，鐵礬土與鋁土礦主要以共生形態賦存，在中國華北地區較為普遍。鋁土礦與共存的鐵礬土礦體，基本賦存于上石炭統本溪組的底層含鐵巖系之中，并具體在較高鋁黏土地層的下方。但該共存礦藏的開發利用程度相當低下，亟需進一步優化完善的開發利用系統。

5.4 三水鋁石礦

鋁土礦及共生三水鋁石礦的品質相對而言較低，在桂西地區的堆積類礦床中遍布。桂西的中國鋁土礦層序特點見圖1。對堆積型礦床來說，它賦存于第四紅色地層，而紅色地層當中又具有相當面積的三水鋁石層，其近三成所含礦巖系已超過邊界品位，溶出量的最小值可達96 %。共生三水鋁石礦由于具備較高的熱溶出物特性，其冶煉生產成本低廉，具有較明顯的經濟價值。

圖1 桂西鋁土礦層序特征Fig.1 Strata succession of Bauxite in Guixi municipality

6 以貴州省正安縣旦坪鋁土礦為例

6.1 礦石類型和品級

以貴州省正安縣旦坪鋁土礦為例，旦坪中鋁土礦的天然形態可分成4類：碎屑型、豆鮞狀、致密狀和半土狀的中國鋁土礦。礦區內的各礦體中都散布有碎屑狀和豆鮞形的中國鋁土礦，而0.5土星鋁土礦則主要散布于礦井后部，致密鋁土礦主要分布在礦區南部。

6.1.1 碎屑狀鋁土礦

礦區主要自然類型，占樣品總量的78.38 %。灰色、深灰色、黃灰，為碎片樣結構，或塊狀構成。礦物結構由疏松至緊密。這類碎屑顆粒很明顯，主要以砂屑和礫石碎屑的形式存在。碎屑片呈棱角狀、球形，大小不等，且分布不規則。Al2O3的平均濃度是56.41 %，a/s 6.95。不同碎屑類型中鋁土礦的品質差異較大。其中，灰色和深灰色角礫巖中鋁土礦的品質較好。但隨著角巖屑濃度的減少，也逐漸和零點五土質鋁土礦有關。

6.1.2 豆鮞狀鋁土礦

該區鋁土礦屬次生自然類型，占樣品總數的14.41 %。灰白、深灰質，為豆鮞樣構成，塊狀構成。礦石疏松易碎，孔隙率大，吸水性強。Al2O3的平均含量為53.64 %，a/s 5.38。

6.1.3 致密狀鋁土礦

該區鋁土礦屬次生自然類型，占總樣品的5.44 %。灰、深灰色，為泥質的晶態結構，局部區域有碎屑結構和塊狀結構。礦物中的一水硬鋁石含量大約為50 %。礦石結構緊密，表層細致，硬度高，但脆性較大，切面均勻光潔，呈貝殼狀，但吸水性較弱。因此它是一個極低品位的熱不平衡透鏡。

6.1.4 半土狀鋁土礦

該區鋁土礦主要為次生自然類型，占樣品總量的1.77 %，為深灰色、灰白色和黃灰色。礦石主要呈泥巖粉晶構造和0.5土質塊態構造。礦石表層粗糙，裂隙不均勻，但吸水性較強，且質量松散，常呈現0.5土狀。Al2O3的一般濃度為64.21 %，a/s 15.67。礦石質量比較好。

6.2 礦石品級及工業類型

6.2.1 礦石品級

礦區礦石按《礦產地質勘查規范鋁土礦》鋁土礦品位分級標準劃分。根據礦區礦體統計，礦石品位有V和VI 2種，其中V級產品占21.27 %，VI級產品占78.73 %，可用于氧化鋁生產。

6.2.2 礦石工業類型

按照一般的劃分方法，將礦區礦石工業類型主要劃分為中硫含鐵(0.3 %

6.3 礦體圍巖和夾石

6.3.1 礦體圍巖

鋁土礦礦體直接頂部，包括鋁土礦、鋁質黏土巖、P2/碳質泥土巖、p2q灰巖和泥質灰巖。礦體底板主要包括中國鋁土礦、鋁土礦泥砂巖、隕硫鐵和黃泥巖夾頁巖。煤層的直接頂部包括了黏土巖、碳質黏土巖、石灰石，底層則為鋁質黏土巖。結構見表1。

表1 旦坪鋁土礦礦體直接頂底板巖石巖性特征Tab.1 Lithology of roof and floor rocks of the bauxite orebody

6.3.2 夾石

根據礦區299個鉆孔、104個山地工程統計綜合分析結果。I號礦體見5個不穩定夾石，II、VII號礦體各見1個不穩定夾石產出，呈單工程插花狀分布；僅在VI號礦體見連續性不穩定夾石產出，礦體中部無礦天窗北部見2層不穩定夾石產出。

7 結 語

應促進我國鋁土礦資源勘察工作質量的提高，盡快開發利用鋁土礦等重要礦產資源，在利用過程中要注意不破壞自然環境，嚴格按照我國的有關法令，保證研究的合理性與科學性，合理利用礦山資源，推動資源利用率提高，為當地經濟社會的良好發展提供了條件，增加經濟性和社會效益，從而促進當地社會國民經濟的健康快速發展。