铝矾土

铝矾土（英文：aluminous soil；bauxite）又称矾土或铝土矿，主要成分为氧化铝的水合物（三水铝石、一水软铝石和／或一水硬铝石），还包含了铁的氧化物以及少量的盐（硅酸盐、钛酸盐、硫酸盐和碳酸盐）等。^[1][2]

铝矾土的密度3.45g/cm3，硬度1～3，质脆，呈白色、灰色或红棕色，具有毛状结构，泥土光泽，比重在2.0至2.5之间。铝矾土不溶于水，但能溶于硫酸和氢氧化钠溶液，这也是工业生产中铝矾土提取氧化铝常用的两种溶液。^[3]

铝矾土在世界范围内均有分布，但集中度较高。生产氧化铝是铝矾土的主要用途，拜耳法是工业生产的主要方法。此外，铝矾土的产出物质还被用于耐火材料、研磨料等产品以及钢铁、水泥、玻璃等多个行业。^[4][5][6]

铝矾土没有一个特定的组成，它是水合铝氧化物、铝氢氧化物、粘土矿物和不溶性物质（如石英、赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和戈铁矿）的混合物。铝矾土是一种无塑性的粘土状物质，含有高达 65%左右的氧化铝。自然界中的铝矾土主要以三种形态赋存，即三水合物，一水合物和一水硬铝石的，如下表所示：^[2]

　状态三水铝石一水软铝石一水硬铝石化学分子式Al2O3·3H2O或Al(OH)3 Al2O3·H2O或AIOOHAl2O3·H2O或AIOOH氧化铝含量(%)65.3584.9784. 98化合水含量(%)34.61515晶系单斜晶系斜方晶系斜方晶系奠氏硬度2.3一3.53.5--56.5-7密 度(g/cm°)2.3一2.43.01 -3.063.3一3.5

此外，铝矾土还包含多种杂质，如活性矿石（高岭土、多高岭土等各种硅酸）、非活性硅石（石英等硅的氧化物）、金属氧化物（如铁、钛）、金属硫化物、碳酸盐、硅酸盐等。^[2][7]

铝矾土是由许多不同岩石的彻底风化形成的。根据成矿的不同类型，铝矾土可以分为以下两类：红壤铝矾土和灰岩铝矾土，红壤铝矾土由火成岩或其他富含硅酸铝的岩石（花岗岩、片麻岩、玄武岩、正长岩和页岩等各种硅酸盐岩）经风化作用而形成，这种矿床的例子在圭亚那、苏里南、印度、西非和美国都有。灰岩铝矾土是灰岩和白云岩的风化矿床，其氧化铝含量较低，是由红土风化和残余物形成插层粘土层的积累，随着封闭的石灰岩在化学风化过程中逐渐溶解而浓缩的分散粘土。这种铝矾土大多以粘土杂质的形式存在，该矿床在欧洲以及牙买加和多米尼加均有发现。^[8]

铝元素在地壳中的含量非常丰富，仅次于氧和硅，广泛存在于各类岩石中，几乎所有含铝元素的岩石都可成为铝矾土的母岩。在水成岩、变质岩、火成岩等多种基岩中，都能赋存铝矾土。^[2]

铝矾土在全球普遍存在，除南极洲外的其余大洲均铝矾土分布，但各区域储量差异较大，呈现出高集中度的特点。美国地质勘探局2020年发布的《铝矾土和氧化铝》报告显示，排名储量前四的国家（几内亚、澳大利亚、越南、巴西）占全球铝矾土总储量的 65.7%，中国已探明的铝矾土储量为10亿吨，居世界第七位。^[5][6]

排序国家年产量（千吨）储量（亿吨）1澳大利亚8640602中国7900103几内亚5700744巴西2900265印度23006.66印度尼西亚1100127牙买加1010208俄罗斯56559哈萨克斯坦5001.610越南4103711南阿拉伯389212希腊1802.513圭亚那1708.5上述资料来源于：^[5][6]

1821年，法国地质学家贝蒂埃（Pierre Berthier）在莱博（Les Baux）小镇附近的山上发现了第一批铝矾土。于是人们根据发现地地名，将发现的矿土命名为Bauxite，中文意译为铝矾土。^[9]法国是开采和使用铝矾土生产氧化铝最早的国家。1873年，法国在世界上首次开采铝矾土，1888年，奥地利科学家拜耳(K.J.Bayer)发明了一种用于提取氧化铝的方法，称为拜耳法，该方法也成为铝矾土炼铝工业的主要手段，其产量约占全世界氧化铝总产量的 95%左右。^[10]1894年2月，法国创办了世界上第一座工业规模氧化铝厂，该厂炼铝工艺正是基于拜耳法，这也是世界上使用铝矾土生产氧化铝的最早记录。^[11]

氧化铝的制备是铝矾土的主要用途^[12]，从铝矾土提取氧化铝有多种方法，其中拜耳法因流程简便、性价比高、可回收等成为工业生产的主要方法。世界范围内使用拜耳法的氧化铝产量占总产量的 95%左右。拜耳法制备流程主要有^[10][12]

1.高温高压环境（300°C）中，使用苛性 (NaOH)溶液溶溶解铝矾土生成铝酸钠

2.分离溶液与残渣（赤泥等难溶性物质），回收溶液（氧化铝和苛性钠）

3.降温，加入氢氧化铝作晶种，充分搅拌，铝酸钠逐渐析出氢氧化铝

4.洗净晶体，高温（950-1200°C）下煅烧，剩余的溶液（母液）可回收使用

铝矾土主要形成于陆地环境(原地风化、湖泊或沼泽)与海陆过渡环境中。形成铝矾土的理想化学分解条件是热带气候交发生的潮湿和干嫌季节，这种气候可促使化学浸出过程:硅酸盐和粘土被分解，硅石被去除，氧化铝和氧化铁富集起来。在岩孔隙度较大、有植被覆盖和细菌活动、地形低且起伏适中的地方，生成的铝矾土最多:这种条件可使地下水面产生自由运动，侵蚀性小，经过漫长的稳定化和强烈的交互作用而生成铝矾土。因此，铝矾土主要以残余矿床的形式存在于热带或亚热带气候长期风化或接近地貌变化侵蚀平原期的地区，其大多数矿床为冲积矿床或就地形成的矿床。^[8]

不同的地区，铝矾土的成矿成因也有所区别，下表列出了关于铝矾土成因的几种观点：^[8]

世界范围红土学说由各种母岩红土化形成红上-粗碎屑沉积学说由母岩红土化后的物质经搬运沉积形成化学学说在湖泊等环境中化学沉淀形成硫酸学说黄铁矿氧化形成硫酸，硫酸将铝溶解后再中和沉淀而形成热液-火山沉积假说火山喷发等热液作用沉积形成喀斯特成因说碳酸盐岩风化后堆积形成中国红土原地残积成矿母岩红土化的残余物质堆积成矿铝胶体化学沉淀成矿铝矾土以胶体溶液的形式搬运在湖泊、海湾、泻湖等环境成矿红土搬运沉积成矿红土化后的物质远距离搬运形成资料来源于：^[8][13]

炼铝工业生产氧化铝是铝矾土最大的用途，约占铝矾土消费量的 95%。据估计 90%的氧化铝用于生产原铝，这使原铝生产成为氧化铝的主要用途有史以来生产的几乎所有铝都是由铝矾土制成的^[12]耐火材料含铝的耐材料抗热、耐摩擦、硬度高，广泛用于建筑、钢铁等行业研磨料白色熔凝氧化铝硬度高，粒度细，广泛用于光学抛光，水合氧化铝硬度较低，用于牙膏的清洁剂，煅烧氧化铝主要用于黑色金属加工等场合化工产品铝矾土可用来生产氯化铝、硝酸铝、硫酸铝等含铝化学品水泥铝矾土主要用于生产高铝水泥，高铝水泥具备非常快的凝固速度塑料三水氧化铝用作塑料工业的阻燃剂填料钢铁炼铁或者炼钢中，铝矾土经常用作一种熔渣调节剂陶瓷煅烧氧化铝主要用于生产高氧化铝陶瓷粘合剂氢氧化铝作粘合剂和密封剂的填料与补充料吸附剂活性铝矾土和氧化铝作吸附剂催化剂活性氧化铝作催化剂及催化剂载体造纸精细加工的氢氧化铝能改善纸张的质量路面填料烧结铝矾土可作压力支撑料和路面填料上述资料来源于：^{[3][12][14][15][16][17][18][19][4][20]}