铝是地壳中分布最广的元素之一,是一种亲石亲氧元素。在自然界中,铝主要以氧化物、氢氧化物和含氧硅铝酸盐的形式存在,而铝这种天然金属却很少发现。
自然界已知的含铝矿物有258种,其中常见矿物约有43种。实际上没有纯矿物组成的铝矿,一般都是共生的,混有杂质。从经济和技术的角度来看,并不是所有的含铝矿物都可以作为工业原料。用于提炼金属铝的铝土矿主要由一水硬铝石、一水硬铝石或三水铝石组成。由于铝土矿资源缺乏,苏联用霞石和明矾石提取氧化铝。中国的硫磷铝锶矿可以综合回收氧化铝。
一水硬铝石又称一水硬铝石,结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3 & middotH2O .正交晶系有柱状、板状、鳞片状、针状、棱柱状等。矿石中的勃姆石一般含有不同的类质同象混合物,如TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等。铝土矿溶于酸和碱,常温常压下较弱,在高温高压和强酸或强碱的浓度下可完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质中,与一水硬铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石和黄铁矿共生。它的水合作用可以变成三水铝石,脱水作用可以变成&α;刚玉可以用高岭石、黄铁矿、菱铁矿和绿泥石代替。
勃姆石又称勃姆石、勃姆石,结构式为AlO(OH),分子式为Al2O3 & middotH2O .正交晶系是菱形、棱柱形、棱柱形、针状、纤维状和六角形。矿石中的勃姆石往往含有Fe2O3、TiO2、Cr2O和Ga2O3的类质同象。勃姆石可溶于酸和碱。这种矿物形成于酸性介质中,主要产于沉积型铝土矿中,以与菱铁矿共生为特征。可以用一水硬铝石、三水铝石、高岭石等代替。,并可转化为一水硬铝石和&α;刚玉可以通过水合作用变成三水铝石。
三水铝石,也称为勃姆石和勃姆石,结构式为Al(OH),分子式为Al2O3 & middot3H2O .单斜晶系为六角板状或棱柱状,具有细小的晶体聚集体或孪晶。矿石中大部分三水铝石为不规则集合体,均含有不同量的TiO2、SiO2、Fe2O3、Nb2O5、Ta2O5、Ga2O3等类质同象或机械混合物。三水铝石溶于酸和碱,加热至100℃2h,其粉末可完全溶解。这种矿物是在酸性介质中形成的。在风化壳矿床中,三水铝石是原生矿物和主要矿石矿物,与高岭石、针铁矿、赤铁矿和伊利石共生。三水铝石脱水可以变成一水硬铝石、一水硬铝石和α;刚玉可以用高岭石和水高岭石代替。
铝土矿的主要化学成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O+,它们占成分的95%以上,一般>:98%,次要成分是S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳等。微量元素有镓、锗、铌、钽、钽、钴、锆、钒、磷、铬、镍等。Al2O3主要存在于铝矿物中& mdash& mdash勃姆石、一水硬铝石和三水铝石,其次是硅矿物(主要是高岭石矿物)。
在内生条件下,由于二氧化硅的广泛存在,Al2O3和SiO2往往紧密结合成各种铝硅酸盐矿物。一般来说,这些矿物中的氧化铝与二氧化硅之比小于1,而工业上一般需要Al2O3-Ge作为铝矿。40%,铝/硅>1.8 ~ 2.6.因此,工业铝矿很少在内生条件下形成。
目前,国内外已知的工业铝土矿多形成于表生条件下。在表生条件下,铝土矿形成主要有两种形式:风化-残积(残积)成矿(红土成矿)和风化-搬运-沉积成矿或风化-改造-再沉积成矿(沉积成矿)。风化残积(残积)成矿作用是指在湿热气候条件下,含铝母岩的有利地形(如残丘、低山、阶地)。由于水、CO2和生物的风化分解,母岩中的可溶物质K、Na、Ca、Mg和SiO2被浸出,活性较低的物质Al、Fe和Ti留在原地形成红土型铝土矿。风化-搬运-沉积成矿是含铝岩石、红土风化壳或形成的红土矿床。在重力、水和天然酸(硫酸、碳酸、有机酸)的作用下,经机械或化学风化、剥蚀、搬运等物理化学过程而转化,位于山坡洼地、山谷、近海湖盆或沿海湖泊湖泊中。
铝土矿含有有用的成分,如镓、钒、铌、钽、钛、铈和放射性元素。这些有价值的伴生组分可以综合回收。但矿石中的硫、CO2、MgO和P2O5是有害成分,不利于铝的冶炼和回收。
铝土矿按主要含铝矿物分为三水铝石型、一水硬铝石型和一水硬铝石型。国外铝土矿主要是三水铝石型,其次是一水硬铝石型,一水硬铝石型铝土矿很少。但在中国,一水硬铝石型铝土矿是主要类型,三水铝石型铝土矿很少。
国外三水铝石铝土矿具有高铝、低硅、高铁的特点,矿石质量好,适合低能耗的拜耳法生产。我国一水硬铝石型铝土矿普遍具有高铝、高硅、低硫、低铁、中低铝硅比、矿石质量差、加工困难、联合法生产氧化铝能耗高等特点。