唐志陽(yáng)

(無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 宜興 214206)

前言

鋁土礦又稱礬土或鋁礬土，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，是不可再生資源[1]。鋁土礦在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，可用于金屬和非金屬材料中。在金屬方面的應(yīng)用主要是生產(chǎn)氧化鋁，進(jìn)而制取金屬鋁，鋁土礦是工業(yè)煉鋁的主要礦石來源；在非金屬方面的用途主要是作耐火材料、電熔剛玉、研磨材料、陶瓷制品、化學(xué)制品及高鋁水泥的原料，應(yīng)用范圍十分廣泛。

我國(guó)鋁土礦資源開發(fā)利用最早始于1911年，20世紀(jì)40年代開始用作煉鋁原料，之前多用于生產(chǎn)耐火材料[1]。

鋁土礦資源在耐火材料行業(yè)也被稱作高鋁礬土，是生產(chǎn)耐火材料的主要原料，在耐火材料工業(yè)中具有舉足輕重的作用。目前約有65%的耐火材料屬于A12O3-SiO2系產(chǎn)品，其中以高鋁礬土為主要原料[2]。以高鋁礬土為原料制備的燒結(jié)礬土熟料、高鋁磚和高鋁不定形材料稱作礬土基耐火材料，我國(guó)礬土基耐火材料從20世紀(jì)50年代開始以較快速度發(fā)展并逐漸在高爐、熱風(fēng)爐、電爐爐頂、鋼包內(nèi)襯、加熱爐和水泥窯等得到廣泛使用，取得了良好的效果，為鋼鐵工業(yè)和其它高溫工業(yè)做出了顯著貢獻(xiàn)，與此同時(shí)，出口量也逐年增加。近幾年每年出口高鋁礬土熟料多達(dá)150萬～ 200萬t，高鋁制品l5萬～ 20萬t[3],據(jù)估算我國(guó)高鋁礬土熟料在國(guó)際市場(chǎng)約占60%的份額，已成為主要供應(yīng)來源[4]。

1 我國(guó)鋁土礦資源現(xiàn)狀

據(jù)我國(guó)國(guó)土資源部公布的資料顯示，截至2010年底，全國(guó)鋁礬土累計(jì)查明資源儲(chǔ)量約為37.5億t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量約為8.97億t(見表1)。與其他鋁礬土資源豐富的國(guó)家相比，我國(guó)鋁礬土資源相對(duì)匱乏，現(xiàn)已探明可經(jīng)濟(jì)利用的鋁礬土儲(chǔ)量靜態(tài)保障年限僅有9年[1]。

表1 我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)[1](億t)

續(xù)表1

2 我國(guó)鋁土礦資源特點(diǎn)

2.1 分布高度集中

山西、貴州、河南和廣西4個(gè)省(區(qū))的儲(chǔ)量合計(jì)占全國(guó)總儲(chǔ)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(gè)省、自治區(qū)、直轄市的儲(chǔ)量合計(jì)僅占全國(guó)總儲(chǔ)量的9.1%，主要分布在山東、云南等省(區(qū))。山西、河南及貴州的礦床類型以沉積型為主，而廣西、云南的鋁土礦主要是堆積型礦床，約占我國(guó)總儲(chǔ)量的11%[5]。

2.2 儲(chǔ)量以一水鋁石(多數(shù)為一水硬鋁石，少數(shù)為一水軟鋁石)為主

在已探明的儲(chǔ)量中，一水鋁石占全國(guó)鋁土礦總儲(chǔ)量的98.46%，三水鋁石儲(chǔ)量?jī)H占1.54%，分布在廣東、福建、海南等地[6]。我國(guó)一水型鋁土礦根據(jù)其主要礦物類型又分為5個(gè)亞類：

1)水鋁石一高嶺石型(DK型)主要分布在山西、山東、河北、河南、貴州等??；

2)勃姆石一高嶺石型(BK型)主要分布在山東、山西??；

3)水鋁石一葉臘石型(DP型)主要分布在河南省；

4)水鋁石一伊利石型(DI型)主要分布在河南省；

5)水鋁石一高嶺石型一金紅石型(DKR型)主要分布在四川省[7]。

鋁礬土儲(chǔ)量最豐富的為DK型，目前DK型礬土應(yīng)用最為廣泛。DK型礬土熟料按其Al2O3含量分為特等、Ⅰ等、ⅡA等、ⅡB等和Ⅲ等[8]。

我國(guó)鋁土礦絕大部分具有高鋁、高硅、低鐵的特點(diǎn)，屬于難熔鋁土礦，礦石鋁硅比偏低(4～7)，不能直接采用先進(jìn)的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，因而我國(guó)主要使用以聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁。它比較適合用作耐火材料。用它生產(chǎn)氧化鋁與國(guó)外散水鋁石相比，熔出性差，工藝復(fù)雜，較國(guó)外的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁成本高。

2.3 礦床類型主要以沉積型、堆積型、紅土型，以沉積型為主

在已探明的儲(chǔ)量中，沉積型礦床的儲(chǔ)量占全國(guó)鋁土礦總儲(chǔ)量的92.25%，堆積型礦床的儲(chǔ)量占6.21%，紅土風(fēng)化殼型三水鋁土礦儲(chǔ)量占1.54%。在這些儲(chǔ)量中，適宜坑采的占45.49%，適宜露采的僅占24.23%[9]，介于露采和坑采之間的約占30%。多數(shù)礦床的礦層薄，頂?shù)装宀环€(wěn)定，坑采難度大。我國(guó)鋁土礦礦床古老，絕大多數(shù)沉積型鋁土礦床儲(chǔ)存于古生代巖石系及二疊系底部地層中，中生代三疊系地層中含量較少；原生沉積礦層臨近的巖溶洼地及坡地上一般儲(chǔ)存堆積型礦床；第四紀(jì)玄武巖風(fēng)化殼的紅土層中一般儲(chǔ)存紅土型鋁土礦床[5]。我國(guó)鋁土礦礦床主要為海相化學(xué)沉積礦床，這類礦床的特點(diǎn)是礦種多、礦體薄、緩傾斜，而且埋藏較深，適于露天開采的較少。我國(guó)鋁土礦由于礦床成因及賦存地質(zhì)條件的影響，往往在同一礦層、同一區(qū)段，礦石品位差別很大，呈“雞窩礦”的特點(diǎn)。

2.4 多種礦共生，可綜合利用

我國(guó)沉積型鋁土礦礦層之上往往共生有硬質(zhì)耐火粘土、煤、水泥灰?guī)r或鋁氧溶劑灰?guī)r等，在鋁土礦之上存有煤層及石炭系灰?guī)r，鋁土礦層之下有山西式鐵礦、黃鐵礦及泥灰?guī)r或鋁氧溶劑灰?guī)r等[5]，鋁土礦中共生的礦種還有高鋁粘土和軟質(zhì)粘土[6]。此外，我國(guó)鋁土礦中普遍含有鎵、釩、稀土、鈮、鉭、鈧、鋰、硫、鐵、鈦等伴生元素[9]，如能綜合利用這部分資源，將會(huì)給相關(guān)部門帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 鋁土礦大型礦床少，礦山規(guī)模小

在全國(guó)310個(gè)礦區(qū)中，大型礦床僅有35個(gè)，主要以中小型的居多，為275個(gè)[6]。單礦儲(chǔ)量一般為數(shù)百萬噸，最大礦儲(chǔ)量也不過數(shù)千萬噸。而國(guó)外新生代礦床一般單礦儲(chǔ)量都在數(shù)千萬噸，有時(shí)可達(dá)數(shù)億噸或十幾億噸的規(guī)模[10]。

3 我國(guó)鋁土礦資源開發(fā)利用中存在的問題

我國(guó)鋁土礦的采礦業(yè)是解放后從無到有、從小到大不斷發(fā)展起來的。近年來，為滿足不斷擴(kuò)充的礦產(chǎn)需求，國(guó)內(nèi)企業(yè)加快了尋礦和購(gòu)礦的步伐。國(guó)家也格外重視礦產(chǎn)資源的勘測(cè)與開發(fā)，加大了對(duì)國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源的投資和政策扶持力度。由于鋁土礦形成過程復(fù)雜，具有多源、多態(tài)、多相和多變的特征，導(dǎo)致鋁土礦地質(zhì)形態(tài)復(fù)雜，給鋁土礦地質(zhì)研究和開發(fā)利用帶來困難；加上開發(fā)利用過程中的社會(huì)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)條件復(fù)雜，鋁土礦在開發(fā)利用中存在諸多問題，具體如下：

3.1 礦源枯竭，開采成本高[11]

我國(guó)鋁土礦資源相對(duì)匱乏，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，開采量也不斷增加，使極度有限的資源早已不能支撐行業(yè)的快速增長(zhǎng)。此外，適于露采的鋁土礦只占全國(guó)總儲(chǔ)量的34%，而且目前我國(guó)鋁土礦資源僅占世界總儲(chǔ)量的2.3%，年產(chǎn)量卻高于世界總產(chǎn)量的10%，這些因素都削減了后期大規(guī)模供應(yīng)的能力。隨著西部產(chǎn)能的逐步釋放，國(guó)內(nèi)鋁土礦供需矛盾也將更加突出[5]。

3.2 資源利用率低，高鋁資源供需矛盾顯現(xiàn)

近年來，我國(guó)平均每年消耗優(yōu)質(zhì)高鋁礬土約1億t，其中鋁工業(yè)消耗8 000萬t，耐火材料消耗1 500萬t(含電熔料、高鋁水泥等)，陶瓷及其他工業(yè)消耗500萬t。目前國(guó)內(nèi)耐火級(jí)鋁礬土礦石大都是人工選礦分級(jí)，有20%～30%的碎礦和低品位礦石被遺棄，資源利用率很低，具體表現(xiàn)在：

1)各地取締燃煤倒焰窯和土豎窯后，煅燒用窯爐主要以燃?xì)夥降寡娓G和煤粉回轉(zhuǎn)窯為主。近年發(fā)展了新型燃?xì)鈾C(jī)械化豎爐，但這些爐型只能煅燒塊料(回轉(zhuǎn)窯煅燒大于5 mm的塊料，倒焰窯和豎窯只能用于煅燒大于40 mm的塊料)，碎礦沒有被利用。

2)自1982年后，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)銷售情況的變化，特級(jí)、Ⅰ級(jí)熟料供不應(yīng)求，Ⅱ、Ⅲ級(jí)熟料滯銷，礦山普遍存在采富棄貧現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山西陽(yáng)泉地區(qū)高鋁礬土地質(zhì)儲(chǔ)量中特級(jí)、Ⅰ級(jí)礦石僅占總儲(chǔ)量的20.98%，Ⅱ級(jí)礦石占52.49%；貴陽(yáng)清鎮(zhèn)麥格高鋁礦中特級(jí)、Ⅰ級(jí)礦石占總儲(chǔ)量的30.16%，Ⅱ級(jí)礦石占63.26%。在特級(jí)、Ⅰ級(jí)熟料熱銷的情況下，Ⅱ級(jí)以下礦石的利用率很低。

3)礦石混級(jí)程度較高，致使塊料煅燒的高鋁礬土熟料質(zhì)量波動(dòng)大，且部分嚴(yán)重混級(jí)礦被遺棄。每生產(chǎn)1 t合格高鋁料要消耗4～5 t鋁土礦，資源利用率僅有20%～30%。經(jīng)過30多年無序開采和不當(dāng)利用，高鋁礬土資源供需矛盾突出。山西陽(yáng)泉等地鋁礬土原料開采高峰期已過，河南、山東某些地區(qū)出現(xiàn)鋁土礦資源供應(yīng)緊張局面。隨著全國(guó)新建、在建氧化鋁項(xiàng)目的逐步投產(chǎn)，對(duì)鋁土礦資源的爭(zhēng)奪將日趨激烈[12]。

3.3 煅燒高鋁礬土熟料的質(zhì)量穩(wěn)定性較差，能耗較高，環(huán)境污染嚴(yán)重

這是因?yàn)槎鄶?shù)煅燒廠工藝和設(shè)備相當(dāng)落后，勞動(dòng)條件較差。近年來，國(guó)有礦山的投入少，設(shè)備老化，加之我國(guó)特有的沉積型礦床產(chǎn)狀較復(fù)雜，導(dǎo)致礦石的回收率和貧化率指標(biāo)偏低。我國(guó)許多鋁土礦資源需利用地下開采的礦山，大部分屬于難采礦床，以往鋁土礦地下礦山在開采過程中遇到的問題較多，技術(shù)不成熟，突出體現(xiàn)為地下開采回收率只有30%～50%，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

3.4 無證開采、亂采濫挖、買賣礦產(chǎn)資源等現(xiàn)象使我國(guó)鋁土礦資源損失嚴(yán)重

目前國(guó)有采礦量減少而民營(yíng)采礦量增大，主要原因是國(guó)有礦山采礦成本高，采出礦石品位較低，而民采礦不需要勘探投入、設(shè)備簡(jiǎn)單、稅收低、人員少，所以采礦成本較低，他們還可以根據(jù)市場(chǎng)需要開采相應(yīng)品位的礦石。民營(yíng)采礦的主要問題是難管理，存在著“采富棄貧”、“私采爛挖”、“急功近利”的現(xiàn)象。另外，民營(yíng)采礦一般規(guī)模較小，年采鋁土礦多為0.1萬～5.0萬t；一般無正規(guī)設(shè)計(jì)，當(dāng)覆蓋層厚度超過5 m時(shí)，均采用坑采(采用豎井、斜井和平硐的開采方式)。據(jù)對(duì)山西地區(qū)民營(yíng)采礦的調(diào)查分析顯示，山西地區(qū)坑采比例為60%以上?？硬傻V由于礦石頂板不穩(wěn)定，采用預(yù)留0.3～0.5 m 厚的礦石作頂板，致使礦石資源浪費(fèi)嚴(yán)重，其回采率約為60%。由于監(jiān)督管理不當(dāng)，有些民營(yíng)采礦私自在已勘探的大中型礦床內(nèi)采用打豎井的方法采礦，嚴(yán)重破壞了礦體的完整性，給今后礦產(chǎn)的開發(fā)利用造成極大困難。此外，民營(yíng)采礦一般不向礦管部門上報(bào)儲(chǔ)量消耗的情況，造成礦管部門的保有儲(chǔ)量數(shù)據(jù)與實(shí)際保有儲(chǔ)量數(shù)據(jù)存在誤差[6]。

3.5 礦產(chǎn)的開采品級(jí)偏高

為了降低氧化鋁的成本，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)氧化鋁廠普遍提高了鋁土礦的品級(jí)要求。有的要求礦石A/S>10，有的要求 A/S>7。耐火材料由于受出口市場(chǎng)需要的影響，生產(chǎn)的產(chǎn)品多為特級(jí)和序號(hào)Ⅰ級(jí)，所用鋁土礦大部分要求A/S>7；特種水泥所用鋁土礦A/S 也在7左右。由此可見，我國(guó)鋁土礦開采的品級(jí)主要為A/S>7 的礦石，這與我國(guó)鋁土礦平均品級(jí)低的資源情況是極不相符的[6]。

4 對(duì)策

由上述可知，我國(guó)鋁土礦資源開發(fā)利用中存在的問題較多，需要采取相應(yīng)的對(duì)策，概括如下：

1)做到合法、合理、分級(jí)開采；加強(qiáng)對(duì)高鋁礬土煅燒廠的管理，促使企業(yè)積極采取措施提高鋁礬土質(zhì)量，降低能耗，淘汰落后的工藝和設(shè)備，解決環(huán)境污染問題。

2)根據(jù)國(guó)際和國(guó)內(nèi)對(duì)氧化鋁的需求和鋁土礦資源現(xiàn)狀，嚴(yán)格控制新上氧化鋁建設(shè)項(xiàng)目、鋁土礦礦山企業(yè)和開采總量，應(yīng)按照規(guī)劃目標(biāo)，有序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3)立足國(guó)內(nèi)資源優(yōu)勢(shì)，提高勘探程度加大國(guó)內(nèi)的找礦力度；加大科技投入，開發(fā)選礦新技術(shù)；充分利用海外鋁土礦資源，拓寬資源的來源渠道。

4)鼓勵(lì)生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)采用新工藝，降低對(duì)高品級(jí)礦石的依賴；加大對(duì)國(guó)有礦山的投入，提高國(guó)有礦山的裝備水平和工藝水平；加強(qiáng)對(duì)民營(yíng)采礦的管理；提高鋁土礦資源利用率；加強(qiáng)地下采礦工藝方法的研究；建立全國(guó)集中統(tǒng)一的礦業(yè)管理體系，打破行業(yè)條塊分割，綜合利用鋁土礦資源。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)鋁土礦以一水硬鋁石型為主，平均品級(jí)低，大型礦床少，礦山規(guī)模小；分布高度集中，有利于建設(shè)；多種礦共生，可綜合利用。與其他鋁土礦資源豐富的國(guó)家相比，我國(guó)鋁土礦資源相對(duì)匱乏。

我國(guó)鋁土礦開發(fā)利用中存在的問題主要有：鋁土礦礦源枯竭，開采成本高；鋁土礦資源利用率很低；由于多數(shù)煅燒廠工藝和設(shè)備落后，勞動(dòng)條件較差，導(dǎo)致煅燒高鋁礬土熟料的質(zhì)量穩(wěn)定性較差，開采的能耗較高且對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重；無證開采、亂采濫挖等現(xiàn)象使資源損失嚴(yán)重等。

因此只有加強(qiáng)對(duì)礦山的管理；加大對(duì)國(guó)有礦山和煅燒廠的投入；加大地勘力度，開發(fā)進(jìn)口新途徑；實(shí)現(xiàn)鋁土礦資源綜合利用；平衡鋁土礦資源在行業(yè)間的合理配置，才能使我國(guó)鋁工業(yè)得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。