鋁礬土(英文:aluminous soil;bauxite)又稱礬土或鋁土礦,主要成分為氧化鋁的水合物(三水鋁石、一水軟鋁石和/或一水硬鋁石),還包含了鐵的氧化物以及少量的鹽(硅酸鹽、鈦酸鹽、硫酸鹽和碳酸根)等。
鋁礬土的密度3.45g/cm3,硬度1~3,質脆,呈白色、灰色或紅棕色,具有毛狀結構,泥土光澤,比重在2.0至2.5之間。鋁礬土不溶于水,但能溶于硫酸和氫氧化鈉,這也是工業生產中鋁礬土提取氧化鋁常用的兩種溶液。
鋁礬土在世界范圍內均有分布,但集中度較高。生產氧化鋁是鋁礬土的主要用途,拜耳法是工業生產的主要方法。此外,鋁礬土的產出物質還被用于耐火材料、研磨料等產品以及鋼鐵、水泥、玻璃等多個行業。
主要成分
鋁礬土沒有一個特定的組成,它是水合鋁氧化物、鋁氫氧化物、粘土礦物和不溶性物質(如石英、赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦和戈鐵礦)的混合物。鋁礬土是一種無塑性的粘土狀物質,含有高達 65%左右的氧化鋁。自然界中的鋁礬土主要以三種形態賦存,即三水合物,一水合物和一水硬鋁石的,如下表所示:
此外,鋁礬土還包含多種雜質,如活性礦石(高嶺土、多高嶺土等各種硅酸)、非活性硅石(石英等硅的氧化物)、金屬氧化物(如鐵、鈦)、金屬硫化物、碳酸根、硅酸鹽等。
基本分類
鋁礬土是由許多不同巖石的徹底風化形成的。根據成礦的不同類型,鋁礬土可以分為以下兩類:紅壤鋁礬土和大理石鋁礬土,紅壤鋁礬土由火成巖或其他富含硅酸鋁的巖石(花崗石、片麻巖、玄武巖、正長巖和頁巖等各種硅酸鹽巖)經風化作用而形成,這種礦床的例子在圭亞那合作共和國、蘇里南、印度、西非和美國都有。灰巖鋁礬土是灰巖和白云巖的風化礦床,其氧化鋁含量較低,是由紅土風化和殘余物形成插層粘土層的積累,隨著封閉的石灰巖在化學風化過程中逐漸溶解而濃縮的分散粘土。這種鋁礬土大多以粘土雜質的形式存在,該礦床在歐洲以及牙買加和多米尼加共和國均有發現。
自然分布
鋁元素在地殼中的含量非常豐富,僅次于氧和硅,廣泛存在于各類巖石中,幾乎所有含鋁元素的巖石都可成為鋁礬土的母巖。在沉積巖、變質巖、火成巖等多種基巖中,都能賦存鋁礬土。
鋁礬土在全球普遍存在,除南極洲外的其余大洲均鋁礬土分布,但各區域儲量差異較大,呈現出高集中度的特點。美國地質勘探局2020年發布的《鋁礬土和氧化鋁》報告顯示,排名儲量前四的國家(幾內亞、澳大利亞、越南、巴西)占全球鋁礬土總儲量的 65.7%,中國已探明的鋁礬土儲量為10億噸,居世界第七位。
發現開采
1821年,法國地質學家貝蒂埃(Pierre Berthier)在萊博(Les Baux)小鎮附近的山上發現了第一批鋁礬土。于是人們根據發現地地名,將發現的礦土命名為Bauxite,中文意譯為鋁礬土。法國是開采和使用鋁礬土生產氧化鋁最早的國家。1873年,法國在世界上首次開采鋁礬土,1888年,奧地利科學家拜耳集團(K.J.Bayer)發明了一種用于提取氧化鋁的方法,稱為拜耳法,該方法也成為鋁礬土煉鋁工業的主要手段,其產量約占全世界氧化鋁總產量的 95%左右。1894年2月,法國創辦了世界上第一座工業規模氧化鋁廠,該廠煉鋁工藝正是基于拜耳法,這也是世界上使用鋁礬土生產氧化鋁的最早記錄。
制備工藝
氧化鋁的制備是鋁礬土的主要用途,從鋁礬土提取氧化鋁有多種方法,其中拜耳法因流程簡便、性價比高、可回收等成為工業生產的主要方法。世界范圍內使用拜耳法的氧化鋁產量占總產量的 95%左右。拜耳法制備流程主要有
1.高溫高壓環境(300°C)中,使用苛性 (氫氧化鈉)溶液溶溶解鋁礬土生成偏鋁酸鈉
2.分離溶液與殘渣(赤泥等難溶性物質),回收溶液(氧化鋁和苛性鈉)
3.降溫,加入氫氧化鋁作晶種,充分攪拌,鋁酸鈉逐漸析出氫氧化鋁
4.洗凈晶體,高溫(950-1200°C)下煅燒,剩余的溶液(母液)可回收使用
形成成因
鋁礬土主要形成于陸地環境(原地風化、湖泊或沼澤)與海陸過渡環境中。形成鋁礬土的理想化學分解條件是熱帶氣候交發生的潮濕和干嫌季節,這種氣候可促使化學浸出過程:硅酸鹽和粘土被分解,硅土被去除,氧化鋁和氧化鐵富集起來。在巖孔隙度較大、有植被覆蓋和細菌活動、地形低且起伏適中的地方,生成的鋁礬土最多:這種條件可使地下水面產生自由運動,侵蝕性小,經過漫長的穩定化和強烈的交互作用而生成鋁礬土。因此,鋁礬土主要以殘余礦床的形式存在于熱帶或亞熱帶氣候長期風化或接近地貌變化侵蝕平原期的地區,其大多數礦床為沖積礦床或就地形成的礦床。
不同的地區,鋁礬土的成礦成因也有所區別,下表列出了關于鋁礬土成因的幾種觀點:
相關應用
參考資料 >
bauxite.britannica.2023-03-04
Bauxite.geology.com.2023-03-04
Bauxite and Alumina Data Sheet .Mineral Commodity Summaries 2020.2023-03-04