第1章 高硫铝土矿概况
铝土矿是生产氧化铝的主要原料，在我国国民经济中有重要的地位和作用。近年来，我国氧化铝的产能迅速增长，导致国内优质铝土矿资源逐步短缺，进口铝土矿剧增，已成为全球第一大氧化铝生产和铝土矿消费国。当前，我国对进口铝土矿资源的依存度高达60%以上，加上出口政策限制、主导定价权等因素，导致我国铝土矿资源供应风险系数加大。铝土矿资源的消耗急剧上升，尤其是国内铝土矿资源质量每况愈下，开采消耗速度超过探明储量增长速度，高品质铝土矿资源的保证程度日趋严峻，资源问题已经成为制约我国氧化铝工业可持续发展的主要瓶颈。因此，加快勘探和合理开采其他类型铝土矿，扩大铝土矿可用资源量，并开发完善的综合利用技术，提高资源利用率势在必行。高硫铝土矿是指硫含量高于0.7%的铝土矿，主要分布在河南、贵州、广西等地，是氧化铝工业重要的潜在可利用资源，至今未得到大规模的工业利用，主要原因在于硫含量过高会对氧化铝的生产过程产生非常严重的影响，使生产工序不能正常进行。因此开展高硫铝土矿脱硫工艺与技术的研究对于缓解我国铝土矿供矿危机，保证氧化铝工业的可持续发展具有重要战略和现实意义。本节主要从高硫铝土矿资源概况、地质和矿床特征及开发利用现状3个方面来综述高硫铝土矿整体的概况。
1.1 高硫铝土矿资源概况
1.1.1 世界铝土矿资源概况
铝土矿是潮湿的热带及亚热带气候条件下近地表风化作用的*终产物[1]，以三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石或混合型铝土矿为主要类型的矿石，主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2及少量的CaO、MgO和硫化物等。铝土矿是生产氧化铝的主要原料，其用量占全球铝土矿资源总产量的90%以上[2]。国外铝土矿类型主要以三水铝石、一水软铝石-三水铝石混合型为主，其主要特点是中低铝、低硅、高铁、高铝硅比，适合于能耗、碱耗及生产成本低的拜耳法生产氧化铝。铝土矿的矿石类型、分布和质量状况直接影响全球氧化铝生产的成本和发展。因此，铝土矿资源对氧化铝工业的建设和可持续发展起决定性作用。目前，我国铝行业对进口铝土矿的依存度达60%以上，资源供应能力面临较大压力。因此，分析全球铝土矿分布对于我国发展铝资源产业、提高国民经济水平以及保障国家战略发展具有重要意义[3]。
世界铝土矿资源极其丰富，资源保证度很高，遍及五大洲50多个国家和地区[4]。据美国地质调查局(United States Geological Survey)2020年统计，全球铝土矿储量约为300×108t，主要分布在非洲(32%)、大洋洲(23%)、南美洲(21%)、亚洲(18%)和其他地区(6%)，世界铝土矿储量分布情况见表1-1[5]。其中，几内亚铝土矿储量约占世界资源总储量的24.7%，居世界首位；澳大利亚约占20.0%，居世界第二位，上述两国的储量之和约占世界资源总储量的45%，这与复杂多样的成矿环境和地质构造密切相关。南美的巴西和牙买加约占世界资源总储量的15%。此外，亚洲的铝土矿储量在世界资源总储量中所占比例为18%，越南和印尼储量分别为37×108t和12×108t，中国为10×108t。因此，从全球铝土矿储量的角度来看，我国不属于铝土矿资源丰富的国家。综上所述，全球铝土矿资源虽多，但资源分布极不均衡，一些铝工业发达的国家严重缺乏铝土矿资源，如美国、俄罗斯、德国和法国所拥有的铝土矿储量之和，还不到世界资源总储量的2%。
表1-1 世界铝土矿储量分布情况[5]
1.1.2 我国铝土矿资源概况
我国铝土矿资源较为丰富，是世界十大铝土矿资源国之一，居世界第七位[6]。自然资源部发布的《中国矿产资源报告(2019)》显示，2018年我国铝土矿查明资源储量为51.7×108t。中华人民共和国成立以来，铝土矿查明资源储量从4.5×108t增至51.7×108t，增长约10.5倍。从分布地区上看，分布较广泛，但相对集中。全国31个省份中已有19个省份发现铝土矿资源，山西、广西、贵州和河南4省份铝土矿资源储量占全国的90%以上[7]。截至2016年底，山西省铝土矿查明资源储量为15.25×108t，位列全国第一，约70%的资源储量分布在吕梁市和忻州市；河南省查明资源储量为10.89×108t，位列全国第二；贵州省查明资源储量为9.50×108t，基础储量为1.44×108t，产地数为136，位列全国第三；广西壮族自治区查明资源储量为8.86×108t，位列全国第四。此外，山东、陕西、重庆、云南、四川、湖南、河北、湖北、海南和广东等省(自治区、市)也分布有铝土矿资源。截至2016年底中国主要省(自治区、市)铝土矿分布见表1-2[8]。
表1-2 截至2016年底中国主要省(自治区、市)铝土矿分布[8] 单位：108t
山西省铝土矿以中等品位[铝硅比(A/S)：4～6]为主，A/S大于7的富矿只占总资源储量的10%左右，矿石类型以一水硬铝石铝土矿为主。广西壮族自治区内铝土矿类型多样，是中国铝业的重要生产基地，具有高铝、高硅、低铁、平均A/S较高的特点，整体资源可利用性及矿石加工和溶出性能较好。贵州铝土矿主要集中分布于黔中的贵阳和黔北的遵义两个片区。其中清镇地区有铝土矿资源储量2.29×108t，占全省资源总量的51.34%；遵义地区铝土矿资源储量为1.26×108t，占全省资源总量的28.25%；务川、正安、道真三地的铝土矿资源储量约为0.86×108t；黔南、黔东南等其他地区的铝土矿资源储量约为0.25×108t；矿石品位较高，主要由一水硬铝石和少量三水铝石组成，氧化铝平均含量为65.93%、平均A/S达到7.31。
综上所述，我国的铝土矿资源近95%是一水硬铝石型铝土矿，三水铝石矿石比例极小，只有海南等少数地区的铝土矿是三水铝石型，大部分都具有高铝、高硅、低硫、低铁、难溶、加工困难和耗能大的突出特点，A/S较低(多数在4～7，大于8的较少)[9]。矿石品位Al2O3在40%～60%，我国5个省份的铝土矿平均品位见表1-3[10]。相较国外的红土型铝土矿和三水铝石矿石，中国铝土矿适合露天开采的矿床比例小、矿体薄、品位变化大、采选难度大、矿石品质比较差、加工困难、耗能大、成本高，没有竞争优势。
表1-3 我国5个省份铝土矿平均品位[10]
1.1.3 我国高硫铝土矿资源及分布特点
高硫铝土矿是指硫含量高于0.7%的铝土矿，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物组成[11]。主要含硫矿物为黄铁矿(FeS2)，部分为白铁矿或磁黄铁矿(Fe1–nS)，少数为石膏(CaSO4?H2O)、重晶石(BaSO4)、黄铜矿(CuFeS2)及闪锌矿(ZnS)等[12，13]。高硫铝土矿中黄铁矿、白铁矿和胶黄铁矿的嵌布特征和粒度特征对脱硫存在不同程度的影响。高硫铝土矿的主要特点如下：①矿藏深度越深则硫含量越高，硫含量在0.8%～7%；②铝品位高，全球2/3储量的高硫铝土矿A/S在7以上；③分布不均匀、大小不一的含硫矿物与矿物流质嵌入关系复杂。我国高硫铝土矿资源储量分布如图1-1所示[14]。
图1-1 我国高硫铝土矿资源储量分布比例
贵州高硫铝土矿资源60%以上属于高品位铝土矿，主要分布在清镇猫场和遵义务正道等地区，贵州省高硫铝土矿调查情况见表1-4[15]。其中，贵州清镇猫场拥有资源储量丰富的高硫一水硬铝石矿[16]，其高硫矿平均氧化铝含量为68%，平均A/S达到了10，硫平均含量为4.74%；遵义地区高硫铝土矿组成复杂，储量约为2000×104t，含硫量为1%～8%，主要分布在务川县，矿石的显著特征是高铝、中低硅、中至高A/S，其平均氧化铝含量为65%，平均A/S为6.9，硫平均含量在1.1%以上。
清镇市境内的猫场铝土矿矿床是国内储量较大、质量较好、开发条件极佳的坑采铝土矿，探明矿石资源储量为1.56×108t，占贵州省铝土矿资源的一半以上，整个矿区北起曹家大坡—高翁一带，南抵小威岭—马场，西以岩脚寨—高坡为界，东至土地关—北岩上，面积为80km2，全区可分为红花寨、白浪坝、将军岩、周刘彭、猫场、水落潭、李家冲、杨家洞、平桥9个矿段，可供开采的主要是红花寨、白浪坝、将军岩、周刘彭和水落潭矿段。从目前的勘测情况看，红花寨矿段、白浪坝矿段、将军岩矿段组成红花寨矿体，是猫场矿区的主要矿体，面积约为16km2，高硫矿大部分沉积在此矿体中，多以黄铁矿的形态集于致密状铝土矿中，主要分布于工业矿体的边缘及顶、底部，矿体中部较少，其高硫矿储量占总矿储量的14%左右，约2240×104t。
红花寨矿体3个矿段的高硫铝土矿成分如下：
(1)将军岩矿段中的高硫铝土矿占该矿段的10%，其Al2O3含量为47.30%～78.87%，平均为67.44%，SiO2含量为1.36%～15.66%，平均为6.64%，A/S为3.02～57.83，平均为10.16，Fe2O3含量为0.35%～22.56%，平均为5.23%，S含量为0.07%～3.43%，平均为0.40%。
表1-4 贵州省高硫铝土矿调查情况表[15]
(2)白浪坝矿段中的高硫铝土矿占该矿段的33%，其Al2O3含量为46.41%～78.27%，平均为66.31%，SiO2含量为2.42%～15.47%，平均为9.17%，A/S为3.00～32.34，平均为7.23，Fe2O3含量为0.75%～20.80%，平均为4.28%，S含量为0.04%～3.41%，平均为0.93%。
(3)红花寨矿段中的高硫铝土矿占该矿段的20%，其Al2O3含量为47.23%～79.18%，平均为69.60%，SiO2含量为2.46%～10.81%，平均为6.72%，A/S为4.73～32.19，平均为10.36，Fe2O3含量为0.86%～24.83%，平均为3.59%，S含量为0.04%～5.82%，平均为1.02%。
务川县瓦厂坪矿区高硫铝土矿目前探明储量高达4100多万吨，矿石中的主要化学组分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2及烧失量，此5种组分之和占总量的95%～98%，而前3项之和一般为78%～82%，Al2O3品位为65%左右，平均硫含量为1.13%，矿区矿体以断层为界分为东西两个矿段。两个矿段的矿体特征如下。
(1)东矿段：矿体分布于向斜东翼。露头线长4200m，南西端抵F1断层，北东端为人工堆积所掩盖，共施工27条探槽、32个钻孔。东矿段为一个完整矿体，走向长度为3000m，*大宽度为1800m，厚度一般为1.5～3.0m，平均为2.38m，矿层向斜轴部逐渐变厚。矿体内部较简单，偶有夹层，未出现分叉或尖灭再现等现象。矿体连续性良好，未受构造破坏或构造影响而复杂化，矿体边缘规整，矿石质量优良，平均品位：Al2O3为65.01%，SiO2为9.45%，Fe2O3为4.91%，S为1.27%，A/S为6.88。本矿段资源量占矿区总量的75%。
(2)西矿段：矿体分布于向斜西翼。露头线长4000m，目前共施工14个探槽及取样点，深部仅3个钻孔控制。矿体走向长度为3200m，平均宽度为1000m，厚度为1.50m，平均品位：Al2O3为63.93%，SiO2为9.24%，Fe2O3为5.22%，S为0.72%，A/S为6.92。本矿段资源量占矿区总量的25%。
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