解码铝土矿：深入中国矿石的微观物相迷宫

任何铝土矿的本质，并非由单一矿物所决定，而是源于一场深刻的地质博弈。这场博弈的核心，在于两大矿物家族的对立与共生：一方是蕴藏着工业价值的一水铝石，另一方则是成分复杂、影响提炼效率的含水铝硅酸盐。理解这二者间的微妙平衡，是掌握铝土矿资源特性的第一步。

核心价值载体：一水铝石的双重形态

铝土矿中的主要含铝矿物——一水铝石，以两种关键的晶体结构存在：一水硬铝石（Diaspore, D）和一水软铝石（Boehmite, B）。这两种同质异构体，如同碳元素的石墨与金刚石，化学成分一致，但物理性质与加工响应却截然不同。

一水硬铝石 (Diaspore) 是中国大多数铝土矿的主角。它的晶体形态直接影响着矿石的加工特性：

• 粒状结构：这是最常见的形态，晶粒尺寸通常在 $20 /sim 50 /mu m$ 之间，部分可达 $100 /mu m$。然而，地域差异显著，例如贵州和辽宁的矿石中，晶粒更为细微，普遍小于 $10 /mu m$，这对选矿和溶出过程构成了独特的挑战。
• 针状或薄片状：较为少见，但其形态特征鲜明，长度可延伸至 $30 /sim 50 /mu m$。
• 隐晶质：晶体极其微小，在常规光学显微镜下难以分辨其具体形态。

一水软铝石 (Boehmite) 则像一位隐秘的玩家。它的晶粒通常小于 $5 /mu m$，在显微镜下极难鉴定。在山东等地的某些铝土矿中，它甚至取代硬铝石成为主要组分，有时两者还会伴生。

要精确区分这两种形态，仅仅依赖显微观察是远远不够的。这需要更深层次的分析手段。

图 3-f 各种铝土矿的DTA谱线

差热分析（DTA）就像是矿物的“热指纹”。晶体结构的差异导致了它们在加热时吸热效应的不同。一水硬铝石的吸热谷温度在540～580℃波动，而高岭石则在600～620℃。上图的DTA谱线清晰地展示了从纯高岭石（谱线1）到纯水铝石（谱线6）的连续过渡，揭示了混合物中两者比例的动态变化。

复杂性的根源：共生粘土矿物的三大家族

与一水铝石共生的含水铝硅酸盐，主要是高岭石（K）、叶蜡石（P）和伊利石（I）这三类粘土矿物。它们是决定矿石品位和冶炼成本的关键变量。

图 3-g $Al_2O_3$ 与 $SiO_2$、$TiO_2$、I.L.之间的关系

叶蜡石的存在之谜：关于中国铝土矿中是否含有叶蜡石，曾有过学术上的争议。早期的研究，例如对河南巩县原料的分析，就已对此提出疑问。在显微镜下，叶蜡石与高岭石尚可区分，但要将它与伊利石分辨开来则极为困难。最终，解开谜题的钥匙是现代分析技术。通过重液分离法富集，或从软质夹层中手工挑样，再结合X射线衍射（XRD）分析，其在0.915nm、0.458nm和0.306nm处的特征衍射峰提供了确凿证据。如今我们知道，叶蜡石在巩县、沁阳等地的矿石中是普遍存在的。

伊利石：一个“集体”而非个体：在河南西南部的部分矿石中，较高的碱金属氧化物（RO，主要是$K_2O$）含量指向了伊利石（水白云母）的存在。伊利石并非一种具有固定化学式的特定矿物，它更像是一个地质学上的统称，代表着白云母向高岭石风化蚀变过程中的一系列中间产物。这个概念比模糊的“云母类”或“水云母类”更为精确。其化学式也因此呈现出多种表达形式： $$ (K, H_2O)Al_2(Al,Si)Si_3O_{10}2 $$ $$ K{<2}(Al,Fe,Mg)4(Si,Al)8O{20}(OH)4 /cdot nH_2O $$ $$ (K{0.57 /sim 0.68}Na{0.02 /sim 0.05})(Al_{1.2 /sim 1.5}Fe^{3+}{0.04 /sim 0.45}Fe^{2+}{0.07 /sim 0.22}Mg_{0.15 /sim 0.36})(Si_{3.2 /sim 3.6}Al_{0.4 /sim 0.8})O_{10}(OH)2 $$ $$ K_yAl_4(Si{8-y}, Al_y)O_{20}(OH)_4, /quad y < 2, /text{通常} / 1 /sim 1.5 $$ 化学分析结果显示，矿石中的$R_2O$约有95%是$K_2O$，这与伊利石作为主要载体矿物的判断高度吻合。

区分这些细微、共生的矿物，尤其是鉴别一水硬铝石与一水软铝石，或是在伊利石和叶蜡石之间做出判断，对原料的精准评估和后续的工艺设计至关重要。这已经超出了传统方法的极限，必须依赖更尖端的分析技术。对矿物物相的精确量化，是实现高效资源利用和稳定产品质量的基石。

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伴生杂质：矿石的“个性”签名

除了上述主要组分，其他杂质矿物的种类和形态赋予了不同产地铝土矿独特的“个性”。

• 金红石 ($TiO_2$)：作为中国铝土矿中一种普遍的杂质，其含量通常在2%～4%之间。但在四川西南部，这一数字会急剧攀升至6%～8%，个别矿点甚至高达12%～16%。金红石多以小于$10 /mu m$的细小颗粒均匀分布，但偶尔也会出现尺寸达$120 /sim 150 /mu m$的粗大晶体。

• 含铁矿物：中国铝土矿的含铁量普遍不高。铁主要以褐铁矿或赤铁矿的形式存在，偶尔可见磁铁矿或菱铁矿。一个显著特征是，部分原料中会形成富含褐铁矿的“铁核”，这在分选过程中需要特别注意。

• 方解石 ($CaCO_3$)：尽管CaO总量很低，但方解石常以脉状侵入或团块包裹的形式出现。当它在岩石层理间沉淀成厚层时，相对容易识别和剔除。

• 石英的缺席：一个极为重要的特征是中国铝土矿几乎不含游离石英。这使其与美国和前苏联的铝土矿形成了鲜明对比。偶尔发现的石英碎屑，很可能是开采过程中混入的围岩。

此外，诸如白云母、电气石、蒙脱石、绿泥石、辉石、长石、锆英石和榍石等矿物，也常常作为微量或偶见杂质被观察到，共同构成了中国铝土矿复杂而精细的微观世界。