一、什么是鋁土礦
鋁土礦實際上是指工業上能利用的，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稱。它的應用領域有金屬和非金屬兩個方面。
鋁土礦是生產金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應用領域，其用量占世界鋁土礦總產量的90%以上。
鋁土礦的非金屬用途主要是作耐火材料、研磨材料、化學制品及高鋁水泥的原料。鋁土礦在非金屬方面的用量所占比重雖小，但用途卻十分廣泛。例如：化學制品方面以硫酸鹽、三水合物及氯化鋁等產品可應用于造紙、凈化水、陶瓷及石油精煉方面;活性氧化鋁在化學、煉油、制藥工業上可作催化劑、觸媒載體及脫色、脫水、脫氣、脫酸、干燥等物理吸附劑;用r-Al2O3生產的氯化鋁可供染料、橡膠、醫藥、石油等有機合成應用;玻璃組成中有3%～5%Al2O3可提高熔點、粘度、強度;研磨材料是高級砂輪、拋光粉的主要原料;耐火材料是工業部門不可缺少的筑爐材料。
金屬鋁是世界上僅次于鋼鐵的第二重要金屬，1995年世界人均消費量達到3.29kg。由于鋁具有比重小、導電導熱性好、易于機械加工及其他許多優良性能，因而廣泛應用于國民經濟各部門。目前，全世界用鋁量最大的是建筑、交通運輸和包裝部門，占鋁總消費量的60%以上。鋁是電器工業、飛機制造工業、機械工業和民用器具不可缺少的原材料。
二、中國鋁土礦礦業簡史
鋁元素是在1825年由丹麥物理學家H.C.奧爾斯德(H.C.Oersted)使用鉀汞齊與氯化鋁交互作用獲得鋁汞齊，然后用蒸餾法除去汞，第一次制得金屬鋁而發現的。
金屬鋁的生產，初期是化學法。即1854年法國科學家H.仙克列爾戴維里(H.Sainte Claire Diwill)創立的鈉法化學法和1865年俄國物理化學家H.H.別凱托夫(Н.Н.Бекетов)創立的鎂法化學法。法國于1855年采用化學法開始工業生產，是世界最早生產鋁的國家。
鋁土礦的發現(1821年)早于鋁元素，當時誤認為是一種新礦物。從鋁土礦生產鋁，首先需制取氧化鋁，然后再電解制取鋁。鋁土礦的開采始于1873年的法國，從鋁土礦生產氧化鋁始于1894年，采用的是拜耳法，生產規模僅每日1t多。
到了1900年，法國、意大利和美國等國家有少量鋁土礦開采，年產量才不過9萬t。隨著現代工業的發展，鋁作為金屬和合金應用到航空和軍事工業，隨后又擴大到民用工業，從此鋁工業得到了迅猛發展，到1950年，全世界金屬鋁產量已經達到了151萬t，1996年增至2092萬t，成為僅次于鋼鐵的第二重要金屬。
中國鋁土礦的普查找礦工作最早始于1924年，當時由日本人板本峻雄等對遼寧省遼陽、山東省煙臺地區的礬土頁巖進行了地質調查。此后，日本人小貫義男等人，以及中國學者王竹泉、謝家榮、陳鴻程等先后對山東淄博地區、河北唐山和開灤地區，山西太原、西山和陽泉地區，遼寧本溪和復州灣地區的鋁土礦和礬土頁巖進行了專門的地質調查。中國南方鋁土礦的調查始于1940年，首先是邊兆祥對云南昆明板橋鎮附近的鋁土礦進行了調查。隨后，1942～1945年，彭琪瑞、謝家榮、樂森王尋等人，先后對云、貴、川等地鋁土礦、高鋁粘土礦進行了地質調查和系統采樣工作。總起來說，新中國成立以前的工作多屬一般性的踏勘和調查研究性質。
鋁土礦真正的地質勘探工作是從新中國成立后開始的。1953～1955年間，冶金部和地質部的地質隊伍先后對山東淄博鋁土礦、河南鞏縣小關一帶鋁土礦(如竹林溝、茶店、水頭及鐘嶺等礦區)、貴州黔中一帶鋁土礦(如林夕、小山壩、燕垅等礦區)、山西陽泉白家莊礦區，等等，進行了地質勘探工作。但是，當時由于缺少鋁土礦的勘探經驗，沒有結合中國鋁土礦的實際情況而盲目套用原蘇聯的鋁土礦規范，致使1960～1962年復審時，大部分地質勘探報告都被降了級，儲量也一下減少了許多。1958年以后，中國對鋁土礦的勘探積累了一定的經驗，在大搞銅鋁普查的基礎上，又發現和勘探了不少礦區，其中比較重要的有：河南張窯院、廣西平果、山西孝義克俄、福建漳浦、海南蓬萊，等等鋁土礦礦區。
中國鋁土礦的開采最早始于1911年，當時日本人首先對中國遼寧省復州灣鋁礬土礦進行開采，隨后1925～1941年又對中國遼寧省遼陽、山東煙臺礦區A、G兩層鋁土礦進行開采，以上開采多用作耐火材料。1941～1943年日本人對中國山東省淄博鋁土礦湖田和灃水礦區的田莊、紅土坡礦段進行了開采，礦石作為煉鋁原料。后來臺灣鋁業公司也曾進行過小規模開采供煉鋁用。
中國鋁土礦大規模開發利用是從新中國以后開始的。1954年首先恢復以前日本人曾小規模開采過的山東灃水礦山。1958年以后在山東、河南、貴州等省先后建設了501、502、503三大鋁廠，為了滿足這三大鋁廠對鋁土礦的需求，在山東、河南、山西、貴州等省建成了張店鋁礦、小關鋁礦、洛陽鋁礦、修文鋁礦、清鎮鋁礦、陽泉鋁礦等鋁礦原料基地。
進入80年代，特別是1983年中國有色金屬工業總公司成立以后，中國鋁土礦的地質勘探和鋁工業得到了迅速發展，新建和擴建了以山西鋁廠、中州鋁廠為代表的一批大型鋁廠，使中國原鋁產量由1954年的不足2000t，發展到了現在的187萬t。建立了從地質、礦山到冶煉加工一整套完整的鋁工業體系，鋁金屬及其加工產品基本可滿足中國經濟建設的需要。
三、資源狀況
截至1996年末，中國已探明鋁土礦礦區310處，分布于全國19個省、自治區、直轄市。鋁土礦保有儲量達到22.73億t，其中A+B+C級7.05億t，占總保有儲量的31%。圖3.9.1示出了中國1960～1995年鋁土礦保有儲量和A+B+C級儲量增長狀況。
據美國礦業局《MineralCommoditySummaries》1996年資料，全世界鋁土礦儲量為230億t，儲量基礎為280億t，其中鋁土礦資源比較豐富的國家有：澳大利亞(儲量基礎79億t)、幾內亞(儲量基礎59億t)、巴西(儲量基礎29億t)、牙買加(儲量基礎20億t)、印度(儲量基礎12億t)、匈牙利(儲量基礎9億t)。中國鋁土礦的數量和質量都不及上述國家，如以中國A+B+C級儲量(工業儲量)和這些國家的儲量基礎相比，遠在它們之后。
中國鋁土礦資源還是比較豐富的，華北地臺、揚子地臺、華南褶皺系及東南沿海四個成礦區都具有較好的鋁土礦成礦條件，尤以晉中-晉北、豫西-晉南、黔北-黔中三個成礦帶成礦條件較好，資源遠景也大;桂西-滇東及川南-黔北等成礦帶也有一定的遠景。有關部門根據已有地質條件和成礦條件分析，中國鋁土礦資源總量預計可達50億t。
四、資源特點
中國鋁土礦除了分布集中外，以大、中型礦床居多。儲量大于2000萬t的大型礦床共有31個，其擁有的儲量占全國總儲量的49%;儲量在2000～500萬t之間的中型礦床共有83個，其擁有的儲量占全國總儲量的37%，大、中型礦床合計占到了86%。
中國鋁土礦的質量比較差，加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國總儲量的98%以上。在保有儲量中，一級礦石 (Al2O360%～70%，Al/Si≥12)只占1.5%，二級礦石(Al2O351%～71%，Al/Si≥9)占17%，三級礦石 (Al2O362%～69%，Al/Si≥7)占11.3%，四級礦石(Al2O3>62%，Al/Si≥5)占27.9%，五級礦石 (Al2O3>58%，Al/Si≥4)占18%，六級礦石(Al2O3>54%，Al/Si≥3)占8.3%，七級礦石 (Al2O3>48%，Al/Si≥6)占1.5%，其余為品級不明的礦石。
中國鋁土礦的另一個不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據統計只占全國總儲量的34%。
與國外紅土型鋁土礦不同的是，中國古風化殼型鋁土礦常共生和伴生有多種礦產。在鋁土礦分布區，上覆巖層常產有工業煤層和優質石灰巖。在含礦巖系中共生有半軟質粘土、硬質粘土、鐵礦和硫鐵礦。鋁土礦礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素。在有些地區，上述共生礦產往往和鋁土礦在一起構成具有工業價值的礦床。鋁土礦中的鎵、釩、鈧等也都具有回收價值。
中國鋁土礦的最后一個特點是，地質工作程度比較高，截至1994年底，中國鋁土礦保有儲量中屬于勘探階段的占32.5%，屬于詳查階段的占55.8%，兩者合計，詳查以上工作程度的儲量占全國總保有儲量的88.3%。
五、中國鋁土礦儲量分布
中國鋁土礦分布高度集中，山西、貴州、河南和廣西四個省(區)的儲量合計占全國總儲量的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個省、自治區、直轄市的儲量合計僅占全國總儲量的9.1%。
山西的鋁土礦床(點)主要分布在孝義、交口、汾陽、陽泉、盂縣、寧武、原平、興縣、保德、平陸等5大片42個縣境內，面積約6.7萬km2，探明鋁土礦儲量，居全國第一，該區的資源總量估計可達20億t。
河南的鋁土礦集中分布在黃河以南、京廣線以西的鞏縣、登封、偃師、新安、三門峽、陜縣、寶豐、魯山、臨汝、禹縣等三大片10多個縣境內，面積3萬多km2，探明鋁土礦儲量居全國第2位，預測資源總量可達10億t。
貴州的鋁土礦床主要分布在“黔中隆起”南北兩側的遵義、息峰、開陽、甕安、正安、道真、修文、清鎮、貴陽、平壩、織金、茍江、黃平等十幾個縣境內，面積2400km2，探明鋁土礦儲量居全國第3位。預測資源總量逾10億t。
廣西的鋁土礦集中分布在平果、田東、田陽、德保、靖西、桂縣、那坡、果化、隆安、邕寧、崇左等縣境內，探明鋁土礦儲量居全國第4位，預測鋁土礦儲量在8億t以上。
山東的鋁土礦主要分布在淄博、新泰、洪山等縣境內，其探明鋁土礦儲量占全國總儲量的3%。
此外，在海南、廣東、福建、云南、江西、湖北、湖南、陜西、四川、新疆、寧夏、河北等省(區)，也有鋁土礦礦床產出。
一、地質勘查
目前，中國利用的主要是沉積型的鋁土礦。
根據中國鋁土礦床地質特點，一般沉積型鋁土礦床產狀平緩，圈定礦體地表邊界時采用探槽、淺井，深部采用鉆探。但當礦體產狀陡，且在地形條件有利時，也可適當配合少量硐探已探求高級儲量和驗證鉆孔資料的可靠性。對于堆積型和紅土型鋁土礦床因其埋藏不深，除圈定礦體外部可采用探槽配合淺井之外，其他地段全部采用淺井進行勘探。
中國鋁土礦根據礦石類型、礦床類型，以及開采方式的不同，在勘探時其工業指標也有所不同。表3.9.6列出了中國提煉金屬鋁用鋁土礦礦床的一般工業指標。
根據全國礦產儲量委員會制定的鋁土礦地質勘探規范，按照礦體延展規模、礦體形態復雜程度、礦體厚度穩定程度、內部結構復雜程度、構造復雜程度等地質因素和勘探難易程度，將沉積型鋁土礦床劃分為四個勘探類型。
1)第Ⅰ勘探類型：礦體延展規模大、形態簡單、厚度穩定—不穩定、內部結構簡單—較簡單、構造簡單的似層狀沉積型鋁土礦床。如山西克俄鋁土礦床。
2)第Ⅱ勘探類型：礦體延展規模中—大、形態較簡單、厚度穩定—不穩定、內部結構簡單—較簡單、構造簡單—較簡單的似層狀、透鏡狀沉積型鋁土礦床。如河南賈溝、貴州魏家寨、山東王村等鋁土礦床。
3)第Ⅲ勘探類型：礦體延展規模中—小、形態不規則、厚度不穩定—很不穩定、內部結構簡單—復雜、構造簡單—復雜的透鏡狀沉積型鋁土礦床。如貴州老荒坡、燕垅A礦段一號礦體等鋁土礦床。
4)第Ⅳ勘探類型：礦體延展規模很小、形態很不規則、厚度極不穩定、內部結構復雜—很復雜的小透鏡狀、漏斗狀沉積型鋁土礦床。如河南張窯院2號礦體。
根據中國鋁土礦地質勘探和礦山生產實踐經驗，通過探采對比，結合鋁土礦床的四個勘探類型，總結出了如表3.9.7所示的鋁土礦床的勘探工程間距。
二、礦山開采
中國鋁土礦生產礦山和國外一樣，也是以露采為主，開采的實踐證明，單一的自卸汽車直進溝開拓對大多數鋁土礦床是行之有效的開拓運輸方式，它具有投資省、基建時間短、投產快、適應時強的優點。因此在中國露天鋁礦開采中得到了廣泛的應用。但是與國外相比，露采的剝采比大，采礦損失率和礦石貧化率高。以有色金屬工業系統為例，1986年全國平均剝采比為3.74t/t，1990年增至9.17t/t;采礦損失率和礦石貧化率1986年分別為7.42%和 10.85%，1990年分別降為4.73%和7.25%。由于中國鋁土礦礦床普遍覆層厚，礦床工業指標規定的剝采比達10～15m3/m3，有的礦山設計境界剝采比高達22～25m3/m3。據統計，剝離量占采剝總量的80%～90%，剝離費用占礦石成本的50%～80%，在剝離費用中運輸費占 40%～70%，故運輸工序是鋁土礦露天開采的關鍵。
目前，中國地下開采礦山不多，處于試驗階段，像山東一般采用長壁陷落法或短壁陷落法，而貴州則采用分層崩落法或留礦法。采掘比一般為200～300m/萬t。由于中國許多鋁土礦資源需用地下開采，并且又多屬難采礦床，因此加強地下采礦方法的研究勢在必行。
三、選礦與加工技術
鋁土礦選礦比較簡單，一般采用手選，像廣西平果鋁廠，設計采用“三洗兩碎—手選工藝。隨著中國耐火材料和鋁氧工業的發展，對鋁土礦原料的生產提出了愈來愈高的要求。如僅僅依靠目前人工揀選是難以達到的，而且會致使資源遭到嚴重破壞。因此盡快建設規模生產的選礦廠已是一個十分緊迫的問題。
由于鋁土礦作為煉鋁原料，不同的冶煉方法對其質量要求不同。拜耳法鋁硅比大于8～10，聯合法為5～7，燒結法則3.5～5.0，因此作為煉鋁原料，鋁土礦選別的首要任務是提高鋁硅比，同時礦石中的氧化鐵會降低拜耳法生產時溶出釜的生產率，降低燒結法生產時熟料溫度，并妨礙氧化鋁轉為鋁酸鈉。而作為耐火材料原料時，則還需降低TiO2的含量，礦石中的鈦、鐵雜質會使耐火材料在高溫下過早地出現玻璃相而降低耐火材料的性能。此外，氧化鉀、鈉在鋁土礦的燒結過程中，起著阻礙二次莫來石的進展和分解已形成的一次莫來石，使網狀結構受到破壞，大大降低耐火材料的荷重軟化點。目前，通過浮選脫硅、機械或化學處理脫除鈦、鐵雜質，以及采取相應措施脫除鉀、鈉雜質的研究和試驗已在進行之中，對鋁土礦進行選別已經提上了議事日程。
中國氧化鋁生產多采用聯合法，即混聯聯合法，它是以拜耳法處理大部分易溶的一水硬鋁石，將難溶或不溶部分轉入燒結法，且在燒結法中再配入部分鋁土礦以提高品位。像鄭州鋁廠、山西鋁廠、貴州鋁廠、中州鋁廠等均用此法生產氧化鋁。
山東鋁廠采用燒結法處理鋁硅比3～5的一水硬鋁石，廣西平果鋁廠是中國采用拜耳法生產氧化鋁的唯一鋁廠。
中國鋁廠原鋁生產均采用熔鹽電解法。電解鋁是高能耗產品，噸鋁約耗電1.6萬kWh,1996年全國電解鋁耗電量約304億kWh，占全國發電量的3.0%。表3.9.9列出了中國前50名鋁廠噸鋁交流電耗指標。
四、環境保護
由于鋁土礦主要是露天開采，占用土地多，影響面大，因此，如何通過復墾減少礦山用地，保護生態環境是一個十分突出的問題。下面以中國目前最大的露天鋁礦——山西孝義鋁礦為例，說明鋁土礦在開采復墾問題上的進展。
山西孝義鋁礦設計規模：一二期工程合計年產鋁土礦礦石215萬t，采剝總量達到17.30萬t。設計總占地面積1158.2hm2，截止1995年已累計征地721hm2，今后礦山生產建設分期分批待征土地還有433.3hm2。由于近年來礦區鄰近村莊土地銳減，加之土地征用費劇增，因此給礦山生產和礦區鄰近村莊生活帶來了難以承受的壓力與沉重的負擔。
為了解決這個問題，孝義鋁礦采取了剝離-采礦-復墾一體化的復墾新技術，實現邊開采，邊復墾，以最少的投入，減少反復運輸，獲得礦山用地復墾的良性循環。通過二年來的實踐，該礦的西河底礦區在開采初期即可復墾造地。依據已經審批論證的土地復墾總體規模，預計該礦區開采終了，復墾率可達75%，總計復墾土地543.3hm2，其中復墾耕地為471hm2。
為了有效地節約耕地與切實保護耕地，以及充分發揮復墾耕地的效能，有關部門實行了“以地換地”和臨時用地的政策。目前該礦已與下莊、克俄二村委達成了以該礦2.67hm2復墾耕地互換等量的礦山用地，這樣不僅有效地抑制了礦區耕地的減少，而且礦區村民過去支離破碎的小塊地通過礦山復墾可以有效地變成山區“小平原”，耕地質量和水土條件得以根本改善。礦山企業通過用復墾耕地與礦山生產用地互換，西河底礦區總計可節省土地費5776萬元。
孝義鋁礦通過剝離-采礦-復墾一體化所取得的社會效益、環境效益和經濟效益都十分巨大，這項技術的推廣為中國鋁土礦開采中節約耕地、保護生態環境開辟了一條新路，提供了寶貴的經驗。
電解鋁生產過程中，產生一些氟化物，對環境造成污染也是鋁工業亟待解決的一個問題。目前中國的鋁電解槽70%以上是自焙陽極電解槽，這些自焙槽多數沒有安裝消除氟化物等有害氣體的環境保護設施，采用煙囪高空排放，有的小鋁廠甚至連高空排放措施都未采用，使鋁廠工人在充斥著氟化物和瀝青煙的惡劣環境中工作，大量氟化物排入空中，又污染了周圍的環境。為了改變這種狀況，應首先推廣干陽極糊技術，大力開展干法凈化煙氣的研究和推廣應用工作，同時要狠抓環境保護設施，加強“三廢” 治理，以減輕對環境的污染。
