铝质石是什么

一、概述

（一）化学成分

铝质岩的化学成分多变而复杂，其主要成分是 Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2、H2O，次要成分有CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、S等。同时还含有多种微量元素和稀有元素，如Ga、Ge、U、V、Cr、Ni等。

（二）矿物成分特征

铝质岩的主要矿物成分是铝的氢氧化物，其次是各种黏土矿物、石英、玉髓、榍石、金红石、锐钛矿等。此外还有一些自生矿物，如菱铁矿、方解石、沸石、氧化铁及氢氧化铁。

铝的氢氧化物包括三种矿物，即Al（OH）3型的三水铝石、AlO（OH）型的一水软铝石和水硬铝石。

铝质岩形成后，上述铝矿物在成岩、后生作用及变质作用过程中，一般按下列顺序变化：三水铝石→一水软铝石→一水硬铝石→刚玉。故三水铝石型铝土矿多见于中、新生代地层中，一水硬铝石、一水软铝石型铝土矿分布于中生代、古生代地层中；刚玉型铝土矿则见于经受变质作用的铝土矿中。

（三）结构、构造

（1）铝质岩的常见结构为泥质结构、粉砂泥质结构、内碎屑结构、豆状（鲕状）结构及交代结构等（图2-7-3）。

图2-7-3 铝质岩的结构

——泥质结构与粉砂泥质结构：特点是，前者以手摸之无粗糙感，断口为贝壳状；后者以手摸之有颗粒感，断口为参差状。具这两种结构的铝质岩，在外貌上往往与泥质岩非常相似，区别的方法是铝质岩与水混合后不能形成塑性物，硬度、密度亦较大，有时有磁性。

——内碎屑结构：特点是准同生的铝质岩碎屑被同成分的物质胶结。按粒度可分为砾屑、砂屑、粉屑等粒级；按内碎屑与杂基的量比关系可分为颗粒支撑及杂基支撑。

——豆状结构和鲕状结构：都属于包粒结构。豆石或鲕粒的形态呈浑圆或扁圆形，有时具石英陆屑或铝土矿的内碎屑构成的核心。围绕核心的同心圆数目不等，其成分为一水软铝石、一水硬铝石或它们与鲕绿泥石的混合物，有时不同成分交替生长。其成因主要是同生的，在高能的环境下形成。

——交代结构：特点是保留母岩的结构，母岩常常是辉绿岩、玄武岩、霞石正长岩、黏土岩和页岩。

（2）铝质岩的构造与结构关系十分密切，泥质结构的铝质岩一般为块状构造。内碎屑结构的铝质岩常可见到粒序层理及交错层理。

二、岩石类型

铝质岩和铝土矿按成因可分为两个主要类型：

（一）红土和红土型铝土矿

红土亦称砖红土，红土有铁质、高岭石质、铝土质和混合质，红土型铝土矿则是一种富含Al2O3的红土。

红土和红土型铝土矿的形成和铝硅酸盐岩石（霞石正长岩、玄武岩等）以及石灰岩的红土化作用有关。

红土化作用一般发生在热带和亚热带干湿交替的气候条件下。在旱季，岩石发生机械风化作用产生裂缝，在雨季，丰富的水沿着岩石的裂缝渗透，促使铝硅酸盐发生分解，并将易溶的碱金属和碱土金属从岩石中带出。干湿季节的交替，使岩石循环地进行机械和化学风化，导致风化作用的深入发展。在岩石风化过程中，若地形起伏平坦，或略有倾斜，则从铝硅酸盐岩石中分解出来的碱和碱土金属可以保留在风化场所，使水溶液呈碱性反应。这样，残留在地表的黏土矿物便进一步分解，Al2O3、Fe2O3和SiO2发生分离，SiO2溶于碱性溶液中被带走，Al2O3和Fe2O3发生水化，形成氢氧化物堆积在风化壳中，因而形成红土。

除了气候条件外，在铝硅酸盐岩石红土化的过程中，微生物也起了积极的作用。现已查明，在水溶液中确实有能使铁和铝富集的细菌存在。

红土的成分与母岩的关系也颇为密切。一般由火成岩和变质岩风化形成的铝土矿称为红土，其中又以富含铝的碱性岩和基性岩最为有利。例如，我国福建漳浦铝土矿的形成，则与玄武岩的风化有关（图2-7-4）。

红土型铝土矿常为红色、棕色或黄色，少数为浅灰色或白色。质地比较疏松。主要矿物成分为三水铝石，个别情况为一水软铝石，铁矿物主要为针铁矿、含水针铁矿、赤铁矿、含水赤铁矿。矿石化学成分复杂，标准成分为：Al2O355%～65%，SiO22%～10%，Fe2O32%～20%，TiO21%～3%，并含Ga、Nb、Ta、Cr等元素。矿石结构有豆状、鲕状、海绵状（多孔状）等。

图2-7-4 福建漳浦铝土矿剖面

1.红土；2.铝土矿；3.母岩角砾；4.新鲜玄武岩

发育和保存完整的红土型铝土矿有明显的分带现象，自上而下可分为铁壳带、斑点带（铝土矿带）和分解带。再向下即为新鲜的母岩，各带界线不明显，往往互相过渡。

（二）沉积型铝质岩和铝土矿

红土化作用产生的铝土物质是沉积型铝质岩和铝土矿的主要物质来源。这些物质的流动性很小，难溶于一般的地表水，在地表条件下极为稳定。据实验，在pH值很小的强酸性溶液中，氢氧化铝溶解度较大；当pH值达4.1，或溶液呈中性-弱碱性时，氢氧化铝就会从溶液中沉淀，几乎不溶解；但在pH值高达13～14 的强碱性溶液中，氢氧化铝的溶解度又急剧增加。在自然界，除了特殊的情况（如火山热液）外，是不会出现如此强酸性或强碱性的介质条件的。因此铝土物质不会呈真溶液搬运，所以沉积型铝质岩和铝土矿是红土风化壳中产生的铝土物质，以碎屑或胶体溶液的方式被地表水搬运到海、湖盆地边缘沉积而成。

许多矿床中，红土型铝土矿与沉积型铝土矿是紧密相连的，有时难以分开。有人认为，沉积型铝土矿系产于距风化壳产物最近的再沉积带中。就是说，铝土矿物质搬运距离不大，离硅酸盐岩石仅0.1～2km，有时可达8km，离硅酸盐类岩石不超过30～40km。这一情况已在许多大型铝土矿矿床中得到证实。

按形成环境，沉积型铝土矿又可分为海成沉积铝土矿与大陆沉积铝土矿两种类型。

（1）海成沉积铝土矿：与滨海及潟湖沉积物有关。矿床主要产于海盆地的边缘地带，矿体通常呈层状，沿走向厚度和成分都十分稳定，延长可达数千米，厚达数十米。矿石的矿物成分比较单纯，由一水硬铝石和一水软铝石组成，伴生矿物有赤铁矿、含水针铁矿及鳞绿泥石等，常为鲕状或豆状结构。如我国贵州某地的石炭-二叠系铝土矿属此类型。

（2）大陆铝土矿：与大陆湖泊、沼泽的沉积作用有关，也可产于河谷中。矿体呈似层状或透镜状，矿体质量变化较大。我国北方石炭-二叠系许多铝土矿既属此类型，如山东淄博上二叠统含煤地层中的A层与B层铝土矿即产于湖泊、沼泽沉积物中。

一个值得注意的现象是，不管铝土矿的形成环境如何，它几乎多数产于碳酸盐岩的侵蚀面之上，少数产于富铝的岩浆岩和变质岩之上。例如，我国华北地台石炭系底部的G层铝土矿覆于奥陶系石灰岩的剥蚀面上，贵州中部的石炭、二叠系铝土矿覆于寒武系白云质灰岩的剥蚀面上（图2-7-5）。

我国沉积型铝土矿，还往往与铁、煤共生，形成含煤、铝土矿、铁质岩建造。例如石炭二叠系的铝土矿，自上而下出现这样的岩性层序：黑色页岩或煤→高岭石质黏土岩→铝土矿层→高岭石质黏土岩→绿泥石质黏土岩→赤铁矿或含赤铁矿的黏土岩→碳酸盐基岩

图2-7-5 我国西南某铝土矿剖面图

1.腐殖土；2.铝土页岩；3.致密铝土岩；4.致密铝土矿；5.土状铝土矿；6.含砾或鲕状半土状铝土矿；7.包体；8.叶状铝土矿；9.半土状铝土矿；10.铁矿；11.铁质铝土岩；12.上寒武统白云质灰岩；13.岩层界线；14.渐变的岩层界线

上述岩性层序表明，在含煤、铝土矿、铁质岩建造中，铁、铝、煤的沉积都有固定的位置。即铁先沉淀，接着是高岭石质或黏土质黏土岩的沉积，然后是铝土矿的形成，最后发育为煤系沉积。其原因是：①当铁质与铝土物质一道被搬运到海、湖盆地时，铁质能较快地与碳酸盐发生作用，故首先沉积；②由于开始时溶液呈碱性反应（溶有SiO2），当Al（OH）3刚进入海盆地时，溶液中硅多于铝，因此接着铁质沉淀的是高岭石黏土岩和铝土页岩；③当SiO2消耗到一定程度后，溶液中出现铝多于硅的情况，于是沉积铝/硅比值较高的铝土矿；④铝土矿沉积后，随着有机质的增多，便逐渐发育成煤系沉积。

三、铝质岩的地质分布

我国铝质岩和铝土矿分布很广。红土和红土型铝土矿主要分布于第四系玄武岩风化壳中，如福建漳浦及金门岛的铝土矿。沉积型铝质岩和铝土矿则分布于华北、东北、西南的石炭二叠系地层中。华北、东北一带具有工业价值的矿层是中石炭统的G层铝土矿和二叠系的A层、B层铝土矿，属海成及湖成沉积。著名产地山东淄博、河南巩县、河北唐山、辽宁本溪，西南云贵地区的沉积型铝土矿有两层，一层位于石炭系黄龙灰岩下部，一层位于二叠系栖霞灰岩底部，属海成沉积。如贵州修文铝土矿、广西苹果堆积型铝土矿，矿层产于岩溶剥蚀面之上的第四系沉积物中。矿石质量好，平均品位Al2O3为59%、SiO2为6%、Fe2O3为17%。伴生有稀土等元素，可以综合利用。

在空间上，我国沉积型铅土矿都分布于构造相对稳定的地区，紧邻古陆或长期侵蚀区的边缘。例如，山东铝土矿位于胶辽古陆西缘，云南铝土矿位于康滇古陆的东缘，贵州铝土矿位于黔中隆起的南北两侧，山西东部的铝土矿位于山西台背斜的东侧，河南的铝土矿则位于淮阳古陆之北和秦岭古陆之东缘。从古地理位置看，它们都分布在台前凹陷相边缘盆地之中。

四、铝质岩的用途及研究方法

铝土矿的主要工业用途是：

（1）提炼金属铝：一般炼铝工业对铝土矿的质量要求是Al2O3的含量＞45%；SiO2＜15%～18%、即Al2O3/SiO2≥2.6～3。

（2）人造研磨材料：铝土矿可用于制造高硬度的人造刚玉（氧化铝）磨料，在金属加工和机器制造工业等方面具有特殊的用途。Al2O3含量＞45%。

（3）耐火材料：氧化铝耐火砖一般要求铝土矿中Al2O3含量＞45%。

（4）制造水泥：铝土水泥具有速凝能力。

（5）化学工业：常利用铝土矿制取硫酸铝、氢氧化铝、氯化铝、硫酸钾铝等。

由于铝质岩的颗粒很细，其物质成分单靠显微镜研究是不够的，必须采用差热分析、X射线分析、电子显微镜、化学分析、光谱分析等综合手段进行研究。

化学组成为Al(OH)3﹑晶体属单斜晶系 P21/n空间群的氢氧化物矿物。与拜三水铝石(bayerite)和诺三水铝石 (nordstrandite)成同质多象。旧称三水铝矿或水铝氧石。以矿物收藏家C.G.吉布斯 (Gibbs)的姓于1822年命名。晶体结构与水镁石相似﹐由夹心饼干式的(OH)-Al-(OH)配位八面体层平行叠置而成﹐只是Al3+不占满夹层中的全部八面体空隙﹐仅占据其中的2/3。三水铝石的晶体一般极为细小﹐呈假六方片状﹐并常成双晶﹔通常以结核状﹑豆状﹑土状集合体产出。白色﹐或因杂质染色而呈淡红至红色。玻璃光泽﹐解理面显珍珠光泽。底面解理极完全。摩斯硬度2.5～3.5﹐比重2.40。三水铝石主要是长石等含铝矿物化学风化的次生产物﹐是红土型铝土矿的主要矿物成分。但也可为低温热液成因。俄罗斯南乌拉尔的兹拉托乌斯托夫斯克的热液脉中产出有达5厘米大小的晶体。用途见铝土矿。

三水铝石[晶体化学] 理论组成(wB%)：Al2O3 65.4，H2O 34.6。常见类质同像替代有Fe和Ga，Fe2O3可达2%，Ga2O3可达0.006%。此外，常含杂质CaO、MgO、SiO2等。[结构与形态] 单斜晶系，a0=0.864nm，b0=0.507nm，c0=0.972nm；Z=8。晶体结构与水镁石相似，属典型的层状结构。不同者是Al3 仅充填由OH-呈六方最紧密堆积层(∥(001))相间的两层OH-中2/3的八面体空隙，因为Al3 具有比Mg2 高的电荷，故以较少的Al3 数即可平衡OH-的电荷。

斜方柱晶类，C2h-2/m(L2PC)。晶体呈假六方板状，极少见。主要单形：平行双面a、c，斜方柱m。常依(100)和(110)成双晶。常见聚片双晶。集合体呈放射纤维状、鳞片状、皮壳状、钟乳状或鲕状、豆状、球粒状结核或呈细粒土状块体。主要呈胶态非晶质或细粒晶质。

[物理性质] 白色或因杂质呈浅灰、浅绿、浅红色调。玻璃光泽，解理面珍珠光泽。透明至半透明。解理极完全。硬度2.5~3.5。相对密度2.30~2.43。具泥土臭味。

偏光镜下：无色。二轴晶。Ng=1.587，Nm=Np=1.566。[产状与组合] 主要由含铝硅酸盐经分解和水解而成。热带和**带气候有利于三水铝石的形成。在区域变质作用中，经脱水可转变为软水铝石、硬水铝石（140~200℃）；随着变质程度的增高，可转变为刚玉。

一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。

一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为AlO(OH)，分子式为Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。

三水铝石又名水铝氧石、氢氧铝石，结构式Al(OH)，分子式为Al2O3·3H2O。单斜晶系，结晶完好者呈六角板状、棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体.溶于酸和碱，其粉末加热到100℃经2h即可完全溶解。该矿物形成于酸性介质.

河北井陉县秀林镇北张村有铝矿石。

铝矿石主要有一水硬铝石﹑一水软铝石和三水铝石，是炼铝的矿石。

一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlOOH和Al2O3H2O，斜方晶系，结晶完好者呈柱状板状鳞片状针状棱状等，水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。

一水软铝石又名勃姆石软水铝石，结构式为AlOOH，分子式为Al2O3H2O，斜方晶系，结晶完好者呈菱形体棱面状棱状针状纤维状和六角板状，一水软铝石可溶于酸和碱，该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。

三水铝石鯠冄头条又名水铝氧石氢氧铝石，结构式AlOH，分子式为Al2O33H2O，单斜晶系，结晶完好者呈六角板状棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，溶于酸和碱，其粉末加热到100℃经2h即可完全溶解，该矿物形成于酸性介质。

资料： 分子式：Al2O3·3H2O

CAS号：

性质：又称三羟铝石。含有类质同像杂质三氧化铁（2%以下）而呈不同颜色。白色、浅灰色、浅绿或浅红色。单斜晶系。多成六方板状，集合体成放射鳞片状。有的成钟乳状或豆状或球状。玻璃光泽。可解理。密度约2.35g/cm3。莫氏硬度2.5～3.5。是铝土矿的来源之一，用于提炼金属铝，制取铝盐、耐火材料和高铝水泥。在油漆、石油开采、冶炼中也有应用。

一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为AlO(OH)，分子式为Al2O3·H2O。

一水硬铝石分子式：AlO(OH)

性质：又称硬水铝矿。常含微量铁、锰等。斜方晶系。通常成细鳞片状集合体或结核状块体，极少呈薄板状。硬度6～7。密度3.3～3.5g/cm3。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。白色、灰色、黄褐或黑褐色。性脆。解理平行，板面完全。主要形成于外生作用，广泛分布于铝土矿矿床中。山东淄博地区的“一水型”铝土矿矿床中，即以一水硬铝石为主要矿物成分。是炼铝的重要矿物原料。