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  刚玉的化学组成中国耐材之窗网 耐火原料 2006年3月3日 一、 矿产名称：刚玉（Corundum）二、 矿床类型及其分布刚玉矿床类型主要有三类，现分述如下。1、岩浆岩矿床本类型矿床中又可分为两种。（1）霞石正长岩刚玉矿床该类型矿床是在岩浆分异作用过程中形成的，刚玉集中于岩体的边缘部位。如加拿大安大略阿斯庭斯刚玉矿床。刚玉为柱状晶体，长达50cm，Al2O3含量在95%以上。（2）去硅伟晶岩刚玉矿床该类型矿床见于南非德兰士瓦附近。围岩为太古代杂岩，刚玉产于伟晶岩中，品位变化很大，低者仅5%，而富集部位品位达80%左右。该矿床除伟晶岩外，还有一种粗结晶岩石，称为珠云刚玉岩，其中刚玉成层状，出现于珍珠云母的集合体中。2、变质岩刚玉矿床主要为在碱性热液作用下，由次生石英岩中的高铝矿物如红柱石、蓝晶石等，经变质作用形成。这种矿床的矿体多为透镜状，长度可达数百米。刚玉常与红柱石共生。富矿中刚玉的含量可达95%。3、刚玉砂矿床刚玉砂矿床为原生矿床风化产物，矿石中常伴生有红柱石，蓝晶石，有时还伴生有红、蓝宝石。资源分布中国刚玉矿床分砂矿和原生矿两种，主要产地有：江苏六合，福利明溪，海南蓬莱，湖北英山，云南麻粟坡，河南灵宝，西藏曲水等地。此外，河南登封及陕西佛坪新见有矿产地。三、 矿床的普通工业指标砂矿：工业品位：含矿率（矿物）7.7千克/米3。刚玉矿物：含Al2O394%。有害组分：Fe2O3 3.534.35%。灼失量： 0.060.23%。可采厚度：0.5米。原生矿：工业品位：矿物30%。四、 矿石性质刚玉是一种纯的结晶氧化铝，莫氏硬度为9，在天然矿物中，硬度仅次于金刚石。，刚玉虽是铝的氧化物，但密度是4g/cm3左右。比金属铝大。刚玉的外观有强烈的玻璃光泽，颜色多样，常见黄灰、蓝灰。含钛的刚玉呈碧蓝一青蓝色，称蓝宝石，含铬呈红色透明者则称红宝石，绿色的为绿玉，黄色的为黄玉，都是名贵的宝石。刚玉的主要性质列于表1。表1 刚玉的矿物性质化学式化学组成%密度g/cm3莫氏硬度晶系晶形颜色Al2O3Al52.9 O47.13.394.109三方晶系板、柱、锥无色、白、灰、黄、褐、绿、蓝色刚玉的结晶中，当含有磁铁矿，赤铁矿、石英等杂质，并呈铁矿一样外观的粒状集合块时，称为刚玉砂或称金刚砂（但金刚砂这一名称有时亦指碳化硅）。金刚砂在正常的情况下约含60%的刚玉（参见表2），多呈锖灰色和黑色。密度2.74.3 g/cm3，莫氏硬度为79。表2 金刚砂的化学组成（%）产 地Al2O3SiO2Fe2O3CaOMgOH2O希腊纳克斯刚砂62.624.9031.410.450.061.04土耳其刚砂60.101.8033.200.805.62日本新木浦刚砂48.428.4019.904.76湖北英山甲河刚砂943.534.35五、 工艺特性及主要用途刚玉主要用作研磨材料。可制成砂轮、研磨盘、研磨纸及研磨粉等，也可作仪器快速转动轴承。刚玉粉还能磨修精密仪器的光学玻璃。透明色鲜的刚玉则是天然宝石。由于人造磨料（包括人造刚玉和碳化硅）具有成型自由、质量均匀、能大批生产等优点，因而大量取代了天然刚玉作各种研磨材料。人造刚玉是将铝矾土在电弧炉中熔化，提高氧化铝的成分，然后将凝固块粉碎、整粒而成。日本工业规格规定，由棕色刚玉结晶组成者称“棕刚玉磨料”，用符号A表示。高纯度的氧化铝用同样方法制作而成的产品中，由纯白色刚玉结晶组成者称“白刚玉磨料”，用符号WA表示。在整粒的制品中，由刚玉结晶和莫来石结晶组成者，称为“人造刚砂磨料”（AE）。此外，用刚玉磨料制成的砂布、砂纸，用符号AA表示，用刚玉砂制成的砂布和砂纸，用符号E表示。在刚玉磨料内加入结合剂，可制成砂轮。用粘结剂使刚玉磨料固定在棉布和纸的表面，可制成砂布和砂纸。刚玉磨料除上述用途外，还可作高铝耐火材料的原料。用刚玉磨料作原料制成的砂轮（A、WA砂轮）用于软钢、高速钢、特殊钢的磨削加工。砂布、砂纸用于木材、钢材的研磨加工。尤其是1级砂纸（AA）适合作木工和不锈钢的研磨用。（金）刚砂布、（金）刚砂纸在电镀自行车时，可用于研磨基底，还用于其他理化仪器的加工和精加工等方面。在人造刚玉磨料的微粉中，混入脂肪、脂肪酸或树脂等油脂类，经加热、冷却、固化后，可制成油脂性研磨材料。在油脂性研磨材料中，用刚砂和人造刚玉作原料制成棒状抛光膏，用于硬金属表面粗加工的研磨。用烧成刚玉作材料制造成的“白棒”，大范围的使用在合成树脂和木制品的研磨加工。由于刚玉强韧和耐久性好，和水泥、沥青等有良好的调和性，可用在公路止滑、化工厂板铺装以及堰堤护床的表装材料、耐火材料及生产人造刚玉（假宝石）的原料等方面。六、 产品质量发展要求（标准）（一） 目前国内尚无统一指标要求，根据用途参考我国已开发利用的矿床实例，列出如下标准：1、湖北英山甲河刚玉矿床工业品位：含矿率矿物7.7kg/m3, 刚玉矿物含Al2O394%。有害组分：Fe2O33.534.35%；烧失量0.060.23%。可采厚度：0.5m。2、西藏曲水宗娘规原生刚玉矿床工业品位：矿物30%。3、据原苏联资料：当刚玉的Al2O3大于75%时，矿石含刚玉达55%者，不须选矿；含1015%时须选矿后才能利用；在选矿条件好的情况下，甚至可降低到5%。刚玉粉一般含刚玉1215%；含刚玉20%以上为好矿；含8%的有时也可用。工业利用的刚玉矿石中氧化铁（FeO）加三氧化二铁（Fe2O3）的含量不应大于23%。刚玉粉常是一些细粒的暗色岩石，其成分除刚玉外，还含有铁矿物，因此为次要产品，主要是作研磨用的砂纸和砂布。4、国际市场上刚玉的规格是按Al2O3含量及颗粒大小划分的。南非刚玉分级标准见表3。表3 南非刚玉分级标准级 别Al2O3, %颗粒直径，cm1级951.232级90950.6151.233级900.3130.6154级8098.5%98.5%98%97%93.5%1.5-3.8%240-280目92.5%1.5-3.8%物理性能：显微硬度（维氏）：18002200kg/cm2；密度：3.97g/cm3；比热：1.1kj/(kgk) (20900)；熔点：2050；热膨胀系数：6.4（20400）；7.6(20800)；韧性（单颗粒抗压）：1.14kg。用途：用其制造的磨具适用于磨削各种抗张强度较高的金属，如碳钢、合金钢、可煅铸铁、硬青铜等，此外还大范围的使用在耐火材料、化工、填料及精密铸造方面。七、 综合利用工艺技术（一） 刚玉的选矿一般都会采用筛分，跳汰以及磁选等联合处理方法。根据试验，刚玉与伴生矿物的分离可采用浮选法。1、南非刚玉选矿南非刚玉选原矿是赋存于冲层中含5%刚玉结晶的矿石。首先，原矿通过筛孔为18mm的固定筛进行筛分，筛上物料在摇动的手筛上采用手选，选出聚集于中央部分的结晶；筛下物料进入装有3 mm孔眼筛的摇动槽；摇动槽的筛下产品丢弃，而筛上产品送手动的旋转圆盘中进行洗矿后，即为精矿。对于块矿的选矿是将矿石给入木桶中，使其脱去矿石上面附着的脉石，接着进行筛分。2、加拿大刚玉选矿加拿大所产刚玉的选矿流程是将含Al2O310.5%的原矿用跳汰和摇床处理，得到含Al2O355%的精矿，再将其干燥后磁选，进而通过威尔弗来摇床或空气跳汰机进行精选，回收含Al2O39095%的最终精矿。此外，还将此种选矿厂的废石进行再处理，回收刚玉精矿。3、美国刚玉选矿美国在第二次世界大战中，曾对国内产出的刚玉矿进行了开发，其中对蒙塔纳州加勒廷盖特维地方所产的矿石进行了选矿试验。该矿石以长石和云母为主，伴生有相当数量的刚玉，以及比刚玉少的矽线石、少量的电气石和金红石。其中云母为黑云母和白云母，长石为斜长石，铁硅钪矿、斜微长石等。刚玉和矽线 mm的条件下单体分离。原矿石含有刚玉1115%，将矿石粉碎至1.718 mm并进行筛分后，以硅铁作介质，进行重介质选矿。如分离密度采用3.10g/cm3时，所得刚玉精矿品位为91.6%，其回收率为34.6%。未进行重选的-1.7 mm粒级的重选尾矿（浮物），经破碎、分级，然后按不同粒度在摇床上进行选别。由于刚玉的品位只能提高到19.5%，须要进一步采用磁选和浮选进行精选。对-0.15 mm的摇床精矿经过磨矿，在磁性过滤机中磁选后，非磁性产品进一步用氟化钠和油酸进行浮选，通过四次精选，刚玉精矿的品位达87%，回收率为64%。（二）开发生产实例1、刚玉用于研磨材料刚玉其莫氏硬度为9，在天然矿物中，硬度仅次于金刚石，大多数都用在研磨材料。制法及工艺：刚玉经破碎、分级，制得不同粒级产品。加入结合剂，可制作而成不同型号的砂轮；用粘结剂使刚玉磨料固定在棉布和纸的表面，可制成不相同的型号的砂布和砂纸。2、刚玉用于耐火材料刚玉耐火材料在Al2O3SiO2二元系内形成的所有不同组成的耐高温的物相中具有最高熔点，并且还有极优良的力学性质、热性质、电性质和化学性质。因而，它在各个工业部门中的用途很广。例如高强度高密度的烧结刚玉砖，在近代大型高炉腰部位使用，使高炉生命长达78年，并持续承受负荷在高温情况下正常工作。制法及工艺：刚玉经粉碎，分级制得合适粒度产品，加入其它辅料后充分混练；加入结合剂成型；成型产品一般要经过16501800（有时达到1850）高温烧成，冷却后出窖即得成品。八、 开发利用现状及发展的新趋势刚玉主要用作高级研磨材料，制成砂轮、砂布和砂纸，刚玉粉还能用于磨修精密仪器的光学玻璃；利用人造刚玉磨料微粉，加入油脂类物质中，经加工制作而成油脂性研磨材料。另外刚玉具有耐火度可达20002050的高熔点特性，在耐火材料工业得以广泛应用。由于刚玉强韧和耐久性好，已被人们应用于公路、机场、化工厂等部门做为止滑、耐磨、耐碱腐蚀等制品。我国开发利用刚玉资源起步较晚，应用领域有限，产品品种简单、档次低。因此，加大技术投入，提高刚玉产品技术附加值和产品品种类型，扩大应用场景范围是刚玉开发利用的关键。

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