刚玉的化学组成

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、   矿床的一般工业指标

砂矿：

工业品位：含矿率（矿物）≥7.7千克/米3。

刚玉矿物：含al2o3>94%。

有害组分：fe2o3  3.53~4.35%。

灼失量： 0.06~0.23%。

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

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）。金刚砂在一般情况下约含60%的刚玉（参见表2），多呈锖灰色和黑色。密度2.7~4.3 g/cm3，莫氏硬度为7~9。

表2    金刚砂的化学组成（%）

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成的“白棒”，广泛用于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，可用于公路止滑、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al2o3>94%。

有害组分：fe2o33.53~4.35%；烧失量0.06~0.23%。

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10~15%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12~15%；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2~3%。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

(二)中国五金矿产进出口公司山东省分公司对人造刚玉要求

(1)白刚玉

用铝氧粉在电弧炉中经高温熔炼而成.

白刚玉主要化学成分见表4.

表4       白刚玉主要化学成分

物理性能：

显微硬度（维氏）：2200~2300kg/cm2；

密度：3.98g/cm3；

比热：1.1kj/(kg·k)  (20~900℃)；

熔点：2050℃；

热膨胀系数：6.4（20~400℃）；7.6(20~800℃)；

韧性（单颗粒抗压）：0.72kg。

用途：用其制造的磨具适合磨削硬度较高的钢材，如高碳钢、高速钢、淬火钢和薄壁零件，此外还可作超精研磨、抛光材料，精密铸造型砂、喷涂材料、化工触媒载体、特种陶瓷、高级耐火材料、高级建筑材料等。

（2）棕刚玉

由铝矾土，园钢、煤和铁屑在电弧炉中高温冶炼而成。

棕刚玉主要化学成分见表5。

表5       棕刚玉主要化学成分

物理性能：

显微硬度（维氏）：1800~2200kg/cm2；

密度：3.97g/cm3；

比热：1.1kj/(kg·k)  (20~900℃)；

熔点：2050℃；

热膨胀系数：6.4（20~400℃）；7.6(20~800℃)；

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，此外还广泛用于耐火材料、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，然后进行筛分。

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al2o390~95%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。刚玉和矽线石大部分分别在0.4mm和0.2 mm的条件下单体分离。原矿石含有刚玉11~15%，将矿石粉碎至1.7~18 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，主要用于研磨材料。

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，可制成不同型号的砂布和砂纸。

2、刚玉用于耐火材料

刚玉耐火材料在al2o3—sio2二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，使高炉寿命长达7~8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1650~1800℃（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，经加工制成油脂性研磨材料。另外刚玉具有耐火度可达2000~2050℃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种类，扩大应用范围是刚玉开发利用的关键。