我國(guó)礬土資源已相當(dāng)短缺，優(yōu)質(zhì)礬土的供應(yīng)越來(lái)越難得到保證。我國(guó)鋁土礦的儲(chǔ)量?jī)H占世界儲(chǔ)量的2.4%，產(chǎn)量卻占世界產(chǎn)量的14%。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)大量出口高鋁礬土，占據(jù)世界市場(chǎng)的很大份額。但是，我國(guó)既無(wú)資源開(kāi)采規(guī)劃，又缺乏生產(chǎn)控制手段，致使礬土資源破壞嚴(yán)重，礬土產(chǎn)品質(zhì)量低下，再加上對(duì)耐火原料市場(chǎng)缺乏控制力。結(jié)果，大量消耗了資源，僅獲得了很少的回報(bào)。

1礦產(chǎn)概況

世界鋁土礦資源儲(chǔ)量最豐富的國(guó)家是幾內(nèi)亞、澳大利亞、越南、巴西、牙買(mǎi) 加，五國(guó)總儲(chǔ)量為161. 5億噸，約占全球總儲(chǔ)量的70%，五國(guó)資源儲(chǔ)量443億噸，約占全球總資源儲(chǔ)量的72%。據(jù)2002年的統(tǒng)計(jì)，世界鋁土礦儲(chǔ)量228. 9億 噸，資源儲(chǔ)量約612億噸。世界各國(guó)鋁土礦資源的分布如圖6-2所示。

值得注意的是，世界鋁土礦資源已逐步為少數(shù)超級(jí)跨國(guó)公司壟斷。例如，力拓加鋁、美鋁、俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)、必和必拓、澳大利亞氧化鋁五家企業(yè)就控制了超過(guò)世界總量50%的鋁土礦產(chǎn)量。

我國(guó)的鋁土礦床以沉積型為主，其次為堆積型，僅有少量紅土型的礦床。其中，沉積型的儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的92%，主要位于山東、山西、河南和貴州等省。堆積型鋁土礦床占儲(chǔ)量6%, 位于廣西、貴州和云南等省。紅土型礦床占儲(chǔ)量不到2%,主要位于海南、福建等省。

我國(guó)的鋁土礦產(chǎn)主要為一水鋁石，三水鋁石很少。目前，已探明的礦床中， 99%為一水鋁石，僅1%為三水鋁石。據(jù)2009年的資料，我國(guó)鋁土礦資源名列 前7位的山西、貴州、河南、廣西、山東、四川、云南合計(jì)保有地質(zhì)儲(chǔ)量A+B+C級(jí)6.8億噸A+B+C+D級(jí)22.1億噸，平均Al2O3含量61.99%，SiO2含量 10.40%，F(xiàn)e2O3含量7.73%，Al/Si 等于5.96。

我國(guó)是世界最大的鋁生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。目前，我國(guó)的鋁產(chǎn)量超過(guò)世界總產(chǎn)量 的30%，且仍然處于高速增長(zhǎng)中。但是，我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)備不足，已探明的 資源只能維持10年，氧化鋁的產(chǎn)量和進(jìn)口量都在快速增長(zhǎng)。2007年，我國(guó)原鋁之量為1250萬(wàn)噸，鋁實(shí)際消費(fèi)量為1200萬(wàn)噸，鋁土礦和氧化鋁進(jìn)口量分別為2328萬(wàn)噸和500萬(wàn)噸。按照2.5t鋁土礦生產(chǎn)1t氧化鋁、2t氧化鋁生產(chǎn)1t電解鋁計(jì)算，我國(guó)鋁資源的進(jìn)口依賴程度高達(dá)60%。

2技術(shù)指標(biāo)

我國(guó)黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5179—2005規(guī)定了耐火材料用高鋁礬土熟料技術(shù)條件，見(jiàn)表6-8。

指標(biāo) 品級(jí)	AL2O3 %	Fe2O3 %	SiO2 %	R2O %	吸水率 %	體積密度 g/cm³	備注
GL-75	≥75	≤1.7	≤3.5	≤0.3	≤6	≥2.85	骨料粒度及細(xì)粉目數(shù)按用戶要求加工
GL-80	≥80	≤1.6	≤3.5	≤0.3	≤6	≥3.0
GL-85	≥85	≤1.5	≤3.5	≤0.25	≤4	≥3.15
GL-88	≥88	≤1.5	≤3.5	≤0.25	≤3	≥3.25
JHM-75 致密均化莫來(lái)石	≥70	≤2.0	≤28	≤0.3	≤5	≥2.8

3原料性質(zhì)

高鋁礬土生料或鋁土礦的礦物有一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石。礬土熟料中的礦物有剛玉、莫來(lái)石、方石英。

一水硬鋁石又稱水鋁石，其化學(xué)表達(dá)式為AlO(OH)。一水硬鋁石為斜方晶系礦物，np= 1.702，nm= 1.722，ng= 1.750，ng-np = 0.048,成分中常含有 Fe203、Mn203、Cr2O3和SiO2等雜質(zhì)，有時(shí)還有稀有元素氧化物Ga2O3,相對(duì)密度3.3?3.5,硬度6?7。制造氧化鋁時(shí)，鋁土礦的礦物類型對(duì)氧化鋁的可溶出性有很大影響。一水硬鋁礦較難被苛性堿溶出，一水軟鋁礦次之，三水鋁礦則容易溶解。

一水軟鋁石又稱勃姆石，其化學(xué)表達(dá)式也為AlO(OH)。一水軟鋁石為斜方晶系礦物，np =1.638，nm=1. 645，ng =1.651, ng-np=0.013，成分中常含有Fe2O3、SiO2和Ga2O3等雜質(zhì)，相對(duì)密度3.01?3.06,硬度3.5。

三水鋁石又稱水鋁氧石，其化學(xué)式表達(dá)為Al(OH)3。三水鋁石為單斜晶系礦物，np =1.554~1.567，nm=1.554~1.581，ng =1.585~1.595, ng-np=0.014~0.022,成分中常含有Fe2O3和SiO2等雜質(zhì)，相對(duì)密度2.35,硬度3。

我國(guó)鋁土礦類型主要為一水硬鋁石型的鋁土礦，也稱一水硬水鋁石-高嶺石 (D-K)型高鋁礬土。受熱過(guò)程中，礬土生料的變化為：

由式(6-4)可知，在500℃左右，礬土中的一水硬錯(cuò)石脫出結(jié)合水，生成水和三氧化二鋁;1200℃以上，礬土中的高嶺石分解形成莫來(lái)石、方石英和水蒸氣;在1300℃或更高溫度，礬土中的氧化鋁和方石英反應(yīng)形成二次莫來(lái)石;最后，1500℃或更高溫度，在液相的作用下，剛玉、莫來(lái)石晶粒長(zhǎng)大，礬土排除氣體，趨于致密，直至形成礬土熟料。

根據(jù)Schenider等人的研究，高鋁礬土中的剛玉能夠固溶<1.5%的Fe2O3; 莫來(lái)石可固溶<4.7%的TiO2和4.4%的Fe2O3;鈦酸鋁固溶體中的Al可以被 Fe大量取代，但Al/Fe變化很大，有時(shí)Al的取代度為0,有時(shí)可以大到36%; 但MgO、CaO、Na2O,尤其是K2O主要進(jìn)人玻璃相。表6-9和表6-10顯示了南 美礬土和我國(guó)礬土的物理化學(xué)性能對(duì)比：

從表6-9和表6-10可知，我國(guó)的礬土有兩大問(wèn)題：一是礬土未能充分燒結(jié); 二是R2O的含量高。例如，南美85礬土的體積密度為3. 25g/cm3,我國(guó)豎窯85礬土的體積密度為2. 95?3. 00g/cm3,我國(guó)旋窯85礬土的體密提高到3.10g/ cm3,但還是要比南美礬土小0.15g/cm3。南美礬土的R2O含量小于0.01%。我國(guó)山西礬土的R2O為0.25% ~0. 35%，其他地區(qū)礬土的R2O含量則高達(dá)0.50%?0.85%。近年，各地拆除了一些豎窯，新建了一批旋窯，礬土的煅燒質(zhì)量有了改善。但是，優(yōu)質(zhì)原料日漸短缺，礬土質(zhì)量持續(xù)下滑，原料的R2O含量也難以控制。

由于R2O和RO非常強(qiáng)烈地分解莫來(lái)石，使之變?yōu)椴Ａ嗪蛣傆?，致使液相的?shù)量增多、黏度變小，從而極大地影響高鋁質(zhì)耐火材料的高溫力學(xué)性能、抗侵蝕性以及熱震穩(wěn)定性。

由于R2O和RO的含量較高，我國(guó)礬土的玻璃相含量高、莫來(lái)石含量低。 例如，南美礬土樣品的RO含量為0.12%?0.17%, R2O為0.08%?0.14%; 我國(guó)礬土樣品RO含量為0.12%?0.74%，R2O為0.44%?0.97%。南美礬土的玻璃相為12%，我國(guó)礬土玻璃相為20%;南美礬土莫來(lái)石>15%，我國(guó)礬土的莫來(lái)石<10%。結(jié)果，我國(guó)礬土所制產(chǎn)品的熱震穩(wěn)定性明顯低于南美礬土。

水泥新型干法窯中，高鋁礬土作為主要原料大量用于窯尾部分的抗結(jié)皮澆注料，分解帶熱端用抗剝落高鋁磚，過(guò)渡帶冷端用硅莫磚，窯頭、窯尾、窯門(mén)罩、 冷卻機(jī)以及三次風(fēng)管用耐火澆注料。高鋁礬土熟料的化學(xué)成分、體積密度、吸水率及其均勻性對(duì)于所制高鋁質(zhì)耐火材料具有決定性的影響。