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一、 礦產(chǎn)名稱：剛玉（Corundum）

二、   礦床類型及其分布

剛玉礦床類型主要有三類，現(xiàn)分述如下。

1、巖漿巖礦床

本類型礦床中又可分為兩種。

（1）霞石正長巖剛玉礦床

該類型礦床是在巖漿分異作用過程中形成的，剛玉集中于巖體的邊緣部位。如加拿大安大略阿斯庭斯剛玉礦床。剛玉為柱狀晶體，長達(dá)50cm，Al₂O₃含量在95%以上。

（2）去硅偉晶巖剛玉礦床

該類型礦床見于南非德蘭士瓦附近。圍巖為太古代雜巖，剛玉產(chǎn)于偉晶巖中，品位變化很大，低者僅5%，而富集部位品位達(dá)80%左右。該礦床除偉晶巖外，還有一種粗結(jié)晶巖石，稱為珠云剛玉巖，其中剛玉成層狀，出現(xiàn)于珍珠云母的集合體中。

2、變質(zhì)巖剛玉礦床

主要為在堿性熱液作用下，由次生石英巖中的高鋁礦物如紅柱石、藍(lán)晶石等，經(jīng)變質(zhì)作用形成。這種礦床的礦體多為透鏡狀，長度可達(dá)數(shù)百米。剛玉常與紅柱石共生。富礦中剛玉的含量可達(dá)95%。

3、剛玉砂礦床

剛玉砂礦床為原生礦床風(fēng)化產(chǎn)物，礦石中常伴生有紅柱石，藍(lán)晶石，有時還伴生有紅、藍(lán)寶石。

資源分布

中國剛玉礦床分砂礦和原生礦兩種，主要產(chǎn)地有：江蘇六合，福利明溪，海南蓬萊，湖北英山，云南麻粟坡，河南靈寶，西藏曲水等地。此外，河南登封及陜西佛坪新見有礦產(chǎn)地。

 

三、   礦床的一般工業(yè)指標(biāo)

砂礦：

工業(yè)品位：含礦率（礦物）≥7.7千克/米³。

剛玉礦物：含Al₂O₃>94%。

有害組分：Fe₂O₃  3.53~4.35%。

灼失量： 0.06~0.23%。

可采厚度：0.5米。

原生礦：

工業(yè)品位：礦物30%。

 

四、   礦石性質(zhì)

剛玉是一種純的結(jié)晶氧化鋁，莫氏硬度為9，在天然礦物中，硬度僅次于金剛石。，剛玉雖是鋁的氧化物，但密度是4g/cm³左右。比金屬鋁大。剛玉的外觀有強(qiáng)烈的玻璃光澤，顏色多樣，常見黃灰、藍(lán)灰。含鈦的剛玉呈碧藍(lán)一青藍(lán)色，稱藍(lán)寶石，含鉻呈紅色透明者則稱紅寶石，綠色的為綠玉，黃色的為黃玉，都是名貴的寶石。

剛玉的主要性質(zhì)列于表1。

表1     剛玉的礦物性質(zhì)

剛玉的結(jié)晶中，當(dāng)含有磁鐵礦，赤鐵礦、石英等雜質(zhì)，并呈鐵礦一樣外觀的粒狀集合塊時，稱為剛玉砂或稱金剛砂（但金剛砂這一名稱有時亦指碳化硅）。金剛砂在一般情況下約含60%的剛玉（參見表2），多呈錆灰色和黑色。密度2.7~4.3 g/cm³，莫氏硬度為7~9。

表2    金剛砂的化學(xué)組成（%）

 

五、   工藝特性及主要用途

剛玉主要用作研磨材料?？芍瞥缮拜?、研磨盤、研磨紙及研磨粉等，也可作儀器快速轉(zhuǎn)動軸承。剛玉粉還能磨修精密儀器的光學(xué)玻璃。透明色鮮的剛玉則是天然寶石。

由于人造磨料（包括人造剛玉和碳化硅）具有成型自由、質(zhì)量均勻、能大批生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因而大量取代了天然剛玉作各種研磨材料。人造剛玉是將鋁礬土在電弧爐中熔化，提高氧化鋁的成分，然后將凝固塊粉碎、整粒而成。日本工業(yè)規(guī)格規(guī)定，由棕色剛玉結(jié)晶組成者稱“棕剛玉磨料”，用符號A表示。高純度的氧化鋁用同樣方法制成的產(chǎn)品中，由純白色剛玉結(jié)晶組成者稱“白剛玉磨料”，用符號WA表示。在整粒的制品中，由剛玉結(jié)晶和莫來石結(jié)晶組成者，稱為“人造剛砂磨料”（AE）。

此外，用剛玉磨料制成的砂布、砂紙，用符號AA表示，用剛玉砂制成的砂布和砂紙，用符號E表示。

在剛玉磨料內(nèi)加入結(jié)合劑，可制成砂輪。用粘結(jié)劑使剛玉磨料固定在棉布和紙的表面，可制成砂布和砂紙。剛玉磨料除上述用途外，還可作高鋁耐火材料的原料。

用剛玉磨料作原料制成的砂輪（A、WA砂輪）用于軟鋼、高速鋼、特殊鋼的磨削加工。砂布、砂紙用于木材、鋼材的研磨加工。尤其是1級砂紙（AA）適合作木工和不銹鋼的研磨用。

（金）剛砂布、（金）剛砂紙在電鍍自行車時，可用于研磨基底，還用于其他理化儀器的加工和精加工等方面。

在人造剛玉磨料的微粉中，混入脂肪、脂肪酸或樹脂等油脂類，經(jīng)加熱、冷卻、固化后，可制成油脂性研磨材料。在油脂性研磨材料中，用剛砂和人造剛玉作原料制成棒狀拋光膏，用于硬金屬表面粗加工的研磨。用燒成剛玉作材料制成的“白棒”，廣泛用于合成樹脂和木制品的研磨加工。

由于剛玉強(qiáng)韌和耐久性好，和水泥、瀝青等有良好的調(diào)和性，可用于公路止滑、化工廠板鋪裝以及堰堤護(hù)床的表裝材料、耐火材料及生產(chǎn)人造剛玉（假寶石）的原料等方面。

 

六、   產(chǎn)品質(zhì)量要求（標(biāo)準(zhǔn)）

（一）       目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一指標(biāo)要求，根據(jù)用途參考我國已開發(fā)利用的礦床實(shí)例，列出如下標(biāo)準(zhǔn)：

1、湖北英山甲河剛玉礦床

工業(yè)品位：含礦率礦物7.7kg/m³,   剛玉礦物含Al₂O₃>94%。

有害組分：Fe₂O₃3.53~4.35%；燒失量0.06~0.23%。

可采厚度：0.5m。

2、西藏曲水宗娘規(guī)原生剛玉礦床

工業(yè)品位：礦物30%。

3、據(jù)原蘇聯(lián)資料：當(dāng)剛玉的Al₂O₃大于75%時，礦石含剛玉達(dá)55%者，不須選礦；含10~15%時須選礦后才能利用；在選礦條件好的情況下，甚至可降低到5%。

剛玉粉一般含剛玉12~15%；含剛玉20%以上為好礦；含8%的有時也可用。工業(yè)利用的剛玉礦石中氧化鐵（FeO）加三氧化二鐵（Fe₂O₃）的含量不應(yīng)大于2~3%。剛玉粉常是一些細(xì)粒的暗色巖石，其成分除剛玉外，還含有鐵礦物，因此為次要產(chǎn)品，主要是作研磨用的砂紙和砂布。

4、國際市場上剛玉的規(guī)格是按Al₂O₃含量及顆粒大小劃分的。

南非剛玉分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

 

表3     南非剛玉分級標(biāo)準(zhǔn)

 

(二)中國五金礦產(chǎn)進(jìn)出口公司山東省分公司對人造剛玉要求

(1)白剛玉

用鋁氧粉在電弧爐中經(jīng)高溫熔煉而成.

白剛玉主要化學(xué)成分見表4.

 

表4       白剛玉主要化學(xué)成分

 

物理性能：

顯微硬度（維氏）：2200~2300kg/cm²；

密度：3.98g/cm³；

比熱：1.1kj/(kg·k)  (20~900℃)；

熔點(diǎn)：2050℃；

熱膨脹系數(shù)：6.4（20~400℃）；7.6(20~800℃)；

韌性（單顆?？箟海?SPAN lang=EN-US>0.72kg。

用途：用其制造的磨具適合磨削硬度較高的鋼材，如高碳鋼、高速鋼、淬火鋼和薄壁零件，此外還可作超精研磨、拋光材料，精密鑄造型砂、噴涂材料、化工觸媒載體、特種陶瓷、高級耐火材料、高級建筑材料等。

（2）棕剛玉

由鋁礬土，園鋼、煤和鐵屑在電弧爐中高溫冶煉而成。

棕剛玉主要化學(xué)成分見表5。

 

表5       棕剛玉主要化學(xué)成分

 

物理性能：

顯微硬度（維氏）：1800~2200kg/cm²；

密度：3.97g/cm³；

比熱：1.1kj/(kg·k)  (20~900℃)；

熔點(diǎn)：2050℃；

熱膨脹系數(shù)：6.4（20~400℃）；7.6(20~800℃)；

韌性（單顆?？箟海?SPAN lang=EN-US>1.14kg。

用途：用其制造的磨具適用于磨削各種抗張強(qiáng)度較高的金屬，如碳鋼、合金鋼、可煅鑄鐵、硬青銅等，此外還廣泛用于耐火材料、化工、填料及精密鑄造方面。

 

七、   綜合利用工藝技術(shù)

（一）       剛玉的選礦一般采用篩分，跳汰以及磁選等聯(lián)合處理方法。根據(jù)試驗(yàn)，剛玉與伴生礦物的分離可采用浮選法。

1、南非剛玉選礦

南非剛玉選原礦是賦存于沖層中含5%剛玉結(jié)晶的礦石。首先，原礦通過篩孔為18mm的固定篩進(jìn)行篩分，篩上物料在搖動的手篩上采用手選，選出聚集于中央部分的結(jié)晶；篩下物料進(jìn)入裝有3 mm孔眼篩的搖動槽；搖動槽的篩下產(chǎn)品丟棄，而篩上產(chǎn)品送手動的旋轉(zhuǎn)圓盤中進(jìn)行洗礦后，即為精礦。對于塊礦的選礦是將礦石給入木桶中，使其脫去礦石上面附著的脈石，然后進(jìn)行篩分。

2、加拿大剛玉選礦

加拿大所產(chǎn)剛玉的選礦流程是將含Al₂O₃10.5%的原礦用跳汰和搖床處理，得到含Al₂O₃55%的精礦，再將其干燥后磁選，進(jìn)而通過威爾弗來搖床或空氣跳汰機(jī)進(jìn)行精選，回收含Al₂O₃90~95%的最終精礦。此外，還將此種選礦廠的廢石進(jìn)行再處理，回收剛玉精礦。

3、美國剛玉選礦

美國在第二次世界大戰(zhàn)中，曾對國內(nèi)產(chǎn)出的剛玉礦進(jìn)行了開發(fā)，其中對蒙塔納州加勒廷蓋特維地方所產(chǎn)的礦石進(jìn)行了選礦試驗(yàn)。該礦石以長石和云母為主，伴生有相當(dāng)數(shù)量的剛玉，以及比剛玉少的矽線石、少量的電氣石和金紅石。其中云母為黑云母和白云母，長石為斜長石，鐵硅鈧礦、斜微長石等。剛玉和矽線石大部分分別在0.4mm和0.2 mm的條件下單體分離。原礦石含有剛玉11~15%，將礦石粉碎至1.7~18 mm并進(jìn)行篩分后，以硅鐵作介質(zhì)，進(jìn)行重介質(zhì)選礦。如分離密度采用3.10g/cm³時，所得剛玉精礦品位為91.6%，其回收率為34.6%。

未進(jìn)行重選的-1.7 mm粒級的重選尾礦（浮物），經(jīng)破碎、分級，然后按不同粒度在搖床上進(jìn)行選別。由于剛玉的品位只能提高到19.5%，須要進(jìn)一步采用磁選和浮選進(jìn)行精選。

對-0.15 mm的搖床精礦經(jīng)過磨礦，在磁性過濾機(jī)中磁選后，非磁性產(chǎn)品進(jìn)一步用氟化鈉和油酸進(jìn)行浮選，通過四次精選，剛玉精礦的品位達(dá)87%，回收率為64%。

（二）開發(fā)生產(chǎn)實(shí)例

1、剛玉用于研磨材料

剛玉其莫氏硬度為9，在天然礦物中，硬度僅次于金剛石，主要用于研磨材料。

制法及工藝：剛玉經(jīng)破碎、分級，制得不同粒級產(chǎn)品。加入結(jié)合劑，可制成不同型號的砂輪；用粘結(jié)劑使剛玉磨料固定在棉布和紙的表面，可制成不同型號的砂布和砂紙。

2、剛玉用于耐火材料

剛玉耐火材料在Al₂O₃—SiO₂二元系內(nèi)形成的所有不同組成的耐高溫的物相中具有最高熔點(diǎn)，并且還有極優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)、熱性質(zhì)、電性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。因而，它在各個工業(yè)部門中的用途很廣。例如高強(qiáng)度高密度的燒結(jié)剛玉磚，在近代大型高爐腰部位使用，使高爐壽命長達(dá)7~8年，并持續(xù)承受負(fù)荷在高溫情況下正常工作。

制法及工藝：剛玉經(jīng)粉碎，分級制得合適粒度產(chǎn)品，加入其它輔料后充分混練；加入結(jié)合劑成型；成型產(chǎn)品一般要經(jīng)過1650~1800℃（有時達(dá)到1850℃）高溫?zé)?，冷卻后出窖即得成品。

 

八、   開發(fā)利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

剛玉主要用作高級研磨材料，制成砂輪、砂布和砂紙，剛玉粉還能用于磨修精密儀器的光學(xué)玻璃；利用人造剛玉磨料微粉，加入油脂類物質(zhì)中，經(jīng)加工制成油脂性研磨材料。另外剛玉具有耐火度可達(dá)2000~2050℃的高熔點(diǎn)特性，在耐火材料工業(yè)得以廣泛應(yīng)用。由于剛玉強(qiáng)韌和耐久性好，已被人們應(yīng)用于公路、機(jī)場、化工廠等部門做為止滑、耐磨、耐堿腐蝕等制品。

我國開發(fā)利用剛玉資源起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域有限，產(chǎn)品品種簡單、檔次低。因此，加大技術(shù)投入，提高剛玉產(chǎn)品技術(shù)附加值和產(chǎn)品種類，擴(kuò)大應(yīng)用范圍是剛玉開發(fā)利用的關(guān)鍵。